CN114542522A - 一种压气机叶片阻尼器及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机叶片阻尼器及装配方法，涉及燃气轮机技术领域，阻尼器为柱状体，具有进气面、排气面、第一接触面、第二接触面和底面，进气面位于阻尼器的一端，排气面位于阻尼器的另一端，用于与压气机动叶片的叶片缘板接触的第一接触面和第二接触面均位于底面的上方且沿阻尼器的长度方向延伸，第一接触面形状和第二接触面的形状相同或不同。本发明能够解决现有技术中叶片减振结构限制流道面积、导致叶身重量增加和气动性能下降，或装配困难，减振效果不能调节等问题。

Description

一种压气机叶片阻尼器及装配方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种压气机叶片阻尼器及装配方法。

背景技术

燃气轮机压气机转子叶片在工作过程中，由于叶片表面的气动压力随时间的波动，会激起对叶片的振动，如果不采用有效的措施来降低振动水平，则会降低叶片的工作寿命，甚至会因叶片的振动应力过大导致叶片断裂，对燃气轮机造成损伤。

为解决上述问题，对风扇叶片和压气机前几级长叶片而言，为了减少叶片振动，会在叶身设置一个减振凸台，装配完成后，周向叶片的凸肩形成一筒状，彼此顶紧，增强刚性，从而降低叶片振动应力。但是减振凸肩也会带来很多问题，如减振凸肩减小了流道面积，使得空气流量减小，造成额外的气动损失，增大叶身的重量，叶根离心应力加大。为了应对减振凸肩带来的问题，有的燃气轮机在风扇叶片使用带冠叶片来代替减振凸肩，这减少了叶尖泄露损失，改善了气动性能，但叶尖的重量显著增加了，叶片的离心载荷更大了。同时带冠叶片结构复杂，装配困难，叶冠占整个叶片重量的10％，甚至更高。因此，亟需发明一种减振效果好，结构简单，安装方便的阻尼结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决现有技术中叶片减振结构限制流道面积、导致叶身重量增加和气动性能下降，或装配困难，减振效果不能调节等问题的压气机叶片阻尼器及装配方法。本发明提供的技术方案为：

压气机叶片阻尼器，所述阻尼器为柱状体，具有进气面、排气面、第一接触面、第二接触面和底面，所述阻尼器为可调质量阻尼器，所述进气面位于所述阻尼器的一端，所述排气面位于所述阻尼器的另一端，用于与压气机动叶片的叶片缘板接触的所述第一接触面和所述第二接触面均位于所述底面的上方且沿所述阻尼器的长度方向延伸，所述第一接触面形状和所述第二接触面的形状相同或不同。

可选地，所述阻尼器包括依序相邻排列的进气阻尼块、至少一个中间阻尼块和排气阻尼块，所述进气面位于所述进气阻尼块上，所述排气面位于所述排气阻尼块上。

可选地，所述中间阻尼块具有贯通孔，所述进气阻尼块和所述排气阻尼块具有盲孔，所述贯通孔中有串联棒穿过，所述串联棒与所述贯通孔之间具有间隙，所述串联棒的端部分别插入所述进气阻尼块的盲孔和所述排气阻尼块的盲孔。

可选地，所述进气阻尼块、所述中间阻尼块和所述排气阻尼块的端面形状相同或不同，所述串联棒为直线型，所述进气阻尼块、所述中间阻尼块和所述排气阻尼块通过所述串联棒相邻装配。

为解决上述技术问题，本发明还提供压气机，包括叶轮、压气机动叶片和所述的压气机叶片阻尼器，所述压气机动叶片安装于所述叶轮上，在所述叶轮的进气侧和排气侧设有挡气凸台，在所述进气侧和所述排气侧之间的叶轮上设有用于装配所述阻尼器的容置槽，所述阻尼器的进气面靠近所述压气机的低压侧，所述阻尼器的排气面靠近所述压气机的高压侧，所述压气机动叶片的叶片缘板包括进气挡板、排气挡板和位于所述进气挡板与所述排气挡板之间的中间段接触面，所述中间段接触面位于所述阻尼器的上方，所述中间段接触面用于与所述第一接触面或所述第二接触面接触。

可选地，进气侧的所述挡气凸台与所述进气挡板相邻，排气侧的所述挡气凸台与所述排气挡板相邻，邻近的所述压气机动叶片的叶片缘板与所述叶轮包围的腔体中装配有所述阻尼器。所述进气挡板位于进气侧所述挡气凸台的上方并与所述挡气凸台齐平，所述排气挡板位于排气侧所述挡气凸台的上方并与所述挡气凸台齐平。

可选地，所述中间段接触面与所述容置槽底面之间的距离大于所述阻尼器的高度。

可选地，所述进气挡板用于在燃气轮机运行时与所述进气面接触，所述排气挡板用于在燃气轮机运行时与所述排气面接触。

可选地，所述阻尼器采用高温合金材料制成，所述阻尼器的外表面涂设有耐磨涂层。

可选地，所述容置槽的宽度等于或略大于所述阻尼器的底面宽度。

本发明还提供一种燃气轮机，包括所述的压气机叶片阻尼器或所述的压气机。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种压气机装配方法，包括将所述的压气机叶片阻尼器安装于叶轮上的容置槽内，然后将所述的压气机动叶片沿叶轮的轴向装入所述叶轮的叶根槽内。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明在充分研究压气机动叶片减振阻尼结构基础上，在叶片缘板和轮缘之间设计了阻尼结构，可以通过建立干摩擦阻尼有效降低叶片振动，提高叶片振动性能。本发明对于保证机组的安全稳定运行具有一定的意义。此外，本发明中阻尼结构有多种变型，可以有效降低叶片振动；

(2)燃气轮机机组运行时，叶片阻尼器在离心力的作用下与叶片缘板下侧接触。当叶片受到气流力激振时，叶片阻尼器和叶片缘板、相邻阻尼块之间以及阻尼块与串联棒之间形成干摩擦阻尼，达到减振的目的，同时可通过增减中间阻尼块数量或替换不同质量的中间阻尼块，从而来调节阻尼器质量来确保减振能力最佳；

(3)本发明结构简洁、装拆方便，阻尼器为可调质量阻尼器，能有效增加叶片阻尼，减少叶片振动，从而保证机组的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提出的压气机局部结构示意图；

图2为本发明实施例提出的阻尼器结构示意图；

图3为本发明实施例提出的阻尼器组装示意图；

图4为本发明实施例提出的压气机动叶片结构示意图；

图5为本发明实施例提出的压气机的叶轮结构示意图；

图6为本发明实施例1的阻尼器的装配截面示意图；

图7为本发明实施例2的阻尼器的装配截面示意图；

图8为本发明实施例3的阻尼器的装配截面示意图；

图9为本发明实施例4的阻尼器的装配截面示意图；

图10为本发明实施例5的阻尼器的装配截面示意图。

附图标记：1、叶轮；2、压气机动叶片；3、阻尼器；4、进气阻尼块；5、容置槽；6、叶片缘板；7、叶根槽；8、排气阻尼块；9、进气面；10、排气面；11、第一接触面；12、第二接触面；13、底面；14、贯通孔；15、串联棒；16、挡气凸台；17、进气挡板；18、中间段接触面；19、排气挡板；20、中间阻尼块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语的具体含义。

如图2和3所示的压气机叶片阻尼器，阻尼器3包含若干阻尼块，阻尼器3为柱状体，具有进气面9、排气面10、第一接触面11、第二接触面12和底面13，阻尼器为可调质量阻尼器，进气面9位于阻尼器3的一端，排气面10位于阻尼器3的另一端，用于与压气机动叶片2的叶片缘板6接触的第一接触面11和第二接触面12均位于底面13的上方且沿阻尼器3的长度方向延伸，第一接触面11形状和第二接触面12的形状相同或不同。阻尼器3包括依序相邻排列的进气阻尼块4、至少一个中间阻尼块20和排气阻尼块8，进气面9位于进气阻尼块4上，排气面10位于排气阻尼块8上。中间阻尼块20具有贯通孔14，进气阻尼块4和排气阻尼块8具有盲孔，贯通孔14中有串联棒15穿过，串联棒15与贯通孔14之间具有间隙，串联棒15的端部分别插入进气阻尼块4的盲孔和排气阻尼块8的盲孔。相邻阻尼块通过串联棒15连接在一起，阻尼块与串联棒15为间隙配合。中间阻尼块20的质量可以相同或不同，可根据减振需要，选择中间阻尼块20进行组合。进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的材质均相同，均由高温合金制成。进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的尺寸大小可以不同。进气阻尼块4、中间阻尼块20和/或排气阻尼块8的纵截面宽度大于其高度。

在另一种实施方式中，进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的端面形状均相同，端面可以为平整表面，在多个中间阻尼块相邻安装时，中间阻尼块之间紧密接触，摩擦受力均匀，串联棒15为直线型，串联棒15优选为圆柱棒，串联棒15表面比较平整光滑，更便于装配，允许各个阻尼块在串联棒15上转动以利于吸收振动，进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8通过串联棒15相邻装配。串联棒15的材质优选为与进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的材质均相同；进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的纵截面形状可加工成半圆形、屋顶形、扇形、哑铃形或拱形，进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的纵截面形状相同或不同。

在其他实施方式中，进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的端面形状均不同。

在其他实施方式中，第一接触面11形状和第二接触面12的形状和位置为相互镜面对称，例如是与水平面夹角相同的斜面，在阻尼块的截面上显示为相同的斜边。

在其他实施方式中，当串联棒为圆柱棒时，还可以在进气阻尼块、中间阻尼块和排气阻尼块的端面上分别设置相互配合的圆形凹槽和圆形凸缘，相邻的对应端面一个为圆形凹槽，另一个端面圆形凸缘，圆形凹槽和圆形凸缘的圆心均与圆柱棒的轴心重合，使得减振效果可调性更好；单一的中间阻尼块的两个端面可以是一面具有圆形凹槽或圆形凸缘，而另一面为平整表面。为使得摩擦受力更均匀，可以在进气阻尼块、中间阻尼块和排气阻尼块的端面上设置防滑花纹，或在圆形凹槽和圆形凸缘表面设置防滑条纹，可作为阻尼器减振效果的调节手段。

在其他实施方式中，串联棒15截面为方形或菱形或椭圆形或圆角矩形。

在其他实施方式中，串联棒15为长条形带螺纹的螺杆，串联棒15与气阻尼块、中间阻尼块20和排气阻尼块8为螺纹连接，更利于保持阻尼块在串联棒15上的位置和各个阻尼块之间的距离。

本发明实施例还提供一种压气机，如图1至5所示，包括叶轮1、压气机动叶片2和压气机叶片阻尼器3，压气机动叶片2安装于叶轮1上，在叶轮1的进气侧和排气侧设有挡气凸台16，挡气凸台16与叶轮1一体成型，在进气侧和排气侧之间的叶轮1上设有用于装配阻尼器3的容置槽5，该容置槽5优选为矩形容置槽5，压气机叶片阻尼器3的底面13宽度优选为等于矩形容置槽5的宽度，矩形容置槽的纵截面可以是开口上大下小的倒梯形，以便于容纳阻尼器；阻尼器3的进气面9靠近压气机的低压侧，阻尼器3的排气面10靠近压气机的高压侧，压气机动叶片2的叶片缘板6包括进气挡板17、排气挡板19和位于进气挡板17与排气挡板19之间的中间段接触面18，中间段接触面18位于叶片缘板6的下侧，中间段接触面18位于阻尼器3的上方，中间段接触面18用于与第一接触面11或第二接触面12接触。中间段接触面18被加工成斜面、平面或圆弧面。安装时，将阻尼器3设置在叶轮1矩形容置槽5内，然后将压气机动叶片2沿轴向滑入叶根槽7内至与挡气凸台16齐平；机组运行时，在离心力的作用下，阻尼器3的第一接触面11或第二接触面12与中间段接触面18接触；当压气机动叶片2受气流力激振时，阻尼器3和压气机动叶片2之间，相邻阻尼块之间、阻尼块与串联棒15之间形成干摩擦阻尼，达到减振的目的。

进气挡板17用于在燃气轮机运行时与进气面9接触，排气挡板19用于在燃气轮机运行时与排气面10接触。进气侧的挡气凸台16与进气挡板17相邻，排气侧的挡气凸台16与排气挡板19相邻，邻近的压气机动叶片2的叶片缘板6与叶轮1包围的腔体中装配有阻尼器3；为方便叶片装配，挡气凸台16与进气挡板17、排气挡板19之间留有安装间隙。进气挡板17位于进气侧挡气凸台16的上方并与挡气凸台16齐平，排气挡板19位于排气侧挡气凸台16的上方并与挡气凸台16齐平；挡气凸台16与叶片缘板6进气挡板17和排气挡板19构成密封结构，可防止高温高压气体流入装配有阻尼器3的该腔体内，该腔体的内部最大宽度大于其内部最大高度，阻尼器或阻尼块的截面宽度大于其高度，腔体的内部高度和阻尼器的高度设置为使得阻尼器或阻尼块在该腔体中不会发生超过90度的翻转。中间段接触面与容置槽底面之间的距离大于阻尼器的高度，允许阻尼器在该腔体内部上下运动，装配叶片时容置槽可用于放置阻尼器，阻尼器不会影响叶片的装配，带来装配便利的同时，也取得了阻尼器的随动效果，阻尼器能够随着压气机叶片的转速的变化而移动，能够达到具有一定自适应性的减振效果。

阻尼器3采用高温合金材料制成，阻尼器3的外表面涂设有耐磨涂层，进气阻尼块4、中间阻尼块20和排气阻尼块8的材质均相同。

在其他实施方式中，容置槽的宽度等于或略大于阻尼器的底面宽度。

本发明实施例还提供一种燃气轮机，包括所述的压气机叶片阻尼器或所述的压气机。

本发明实施例还提供一种压气机装配方法，包括将所述的压气机叶片阻尼器3安装于叶轮1上的容置槽5内，然后将压气机动叶片2沿叶轮1的轴向装入叶轮1的叶根槽7内，直至压气机动叶片2的进气挡板17和排气挡板19与叶轮1的挡气凸台16齐平。燃气轮机停机状态下，压气机叶片阻尼器3的底面13与容置槽5底面接触；燃气轮机运行状态下，压气机叶片阻尼器3的第一接触面11与第二接触面12紧靠叶片缘板6的中间段接触面18，当压气机动叶片2受气流力激振时，压气机叶片阻尼器3和叶片缘板6摩擦，减小压气机动叶片2的振动。

实施例1

如图6所示，压气机叶片阻尼器3截面形状可制成半圆形，第一接触面11和第二接触面12形状均为弧面，底面13为平面且宽度等于或略小于容置槽5宽度。中间段接触面18形状为弧面，且弧面半径等于阻尼器3的半圆半径。

实施例2

如图7所示，压气机叶片阻尼器3截面形状可制成扇形，第一接触面11为斜面，第二接触面12形状为弧面，底面13为平面且宽度等于或略小于容置槽5宽度。与第一接触面11接触的中间段接触面18形状为斜面，且上述两斜面长度和宽度相等。与第二接触面12接触的中间段接触面18形状为弧面，且弧面半径与第二接触面12的弧面半径相等。

实施例3

如图8所示，压气机叶片阻尼器3截面形状可制成屋顶形，第一接触面11为斜面，第二接触面12为斜面，底面13宽度等于或略小于容置槽5宽度。中间段接触面18形状为斜面，且倾斜角度与第一接触面11的倾斜角度相等。

实施例4

如图9所示，压气机叶片阻尼器3截面形状可制成哑铃形，第一接触面11为弧线，第二接触面12为弧线，底面13宽度等于或略小于容置槽5宽度。与哑铃形阻尼器3配合使用的叶片缘板6的中间段接触面18为平面。

实施例5

如图10所示，压气机叶片阻尼器3截面形状可制成拱形，第一接触面11为弧面，第二接触面12为弧面，底面13宽度等于或略小于容置槽5宽度。与拱形阻尼器3配合的中间段接触面18形状为弧面，且弧面半径等于第一接触面11弧面半径。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.压气机叶片阻尼器，其特征在于，所述阻尼器为柱状体，具有进气面、排气面、第一接触面、第二接触面和底面，所述阻尼器为可调质量阻尼器，所述进气面位于所述阻尼器的一端，所述排气面位于所述阻尼器的另一端，用于与压气机动叶片的叶片缘板接触的所述第一接触面和所述第二接触面均位于所述底面的上方且沿所述阻尼器的长度方向延伸，所述第一接触面形状和所述第二接触面的形状相同或不同。

2.根据权利要求1所述的压气机叶片阻尼器，所述阻尼器包括依序相邻排列的进气阻尼块、至少一个中间阻尼块和排气阻尼块，所述进气面位于所述进气阻尼块上，所述排气面位于所述排气阻尼块上。

3.根据权利要求2所述的压气机叶片阻尼器，所述中间阻尼块具有贯通孔，所述进气阻尼块和所述排气阻尼块具有盲孔，所述贯通孔中有串联棒穿过，所述串联棒与所述贯通孔之间具有间隙，所述串联棒的端部分别插入所述进气阻尼块的盲孔和所述排气阻尼块的盲孔。

4.根据权利要求3所述的压气机叶片阻尼器，所述进气阻尼块、所述中间阻尼块和所述排气阻尼块的端面形状相同或不同，所述串联棒为直线型，所述进气阻尼块、所述中间阻尼块和所述排气阻尼块通过所述串联棒相邻装配。

5.压气机，其特征在于，包括叶轮、压气机动叶片和权利要求1至4任一项所述的压气机叶片阻尼器，所述压气机动叶片安装于所述叶轮上，在所述叶轮的进气侧和排气侧设有挡气凸台，在所述进气侧和所述排气侧之间的叶轮上设有用于装配所述阻尼器的容置槽，所述阻尼器的进气面靠近所述压气机的低压侧，所述阻尼器的排气面靠近所述压气机的高压侧，所述压气机动叶片的叶片缘板包括进气挡板、排气挡板和位于所述进气挡板与所述排气挡板之间的中间段接触面，所述中间段接触面位于所述阻尼器的上方，所述中间段接触面用于与所述第一接触面或所述第二接触面接触。

6.根据权利要求5所述的压气机，进气侧的所述挡气凸台与所述进气挡板相邻，排气侧的所述挡气凸台与所述排气挡板相邻，邻近的所述压气机动叶片的叶片缘板与所述叶轮包围的腔体中装配有所述阻尼器。

7.根据权利要求5或6所述的压气机，所述中间段接触面与所述容置槽底面之间的距离大于所述阻尼器的高度。

8.根据权利要求7所述的压气机，所述阻尼器采用高温合金材料制成，所述阻尼器的外表面涂设有耐磨涂层。

9.燃气轮机，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的压气机叶片阻尼器或权利要求5至8任一项所述的压气机。

10.压气机装配方法，其特征在于，包括将权利要求1至4任一项所述的压气机叶片阻尼器安装于叶轮上的容置槽内，然后将权利要求5至8任一项中所述的压气机动叶片沿叶轮的轴向装入所述叶轮的叶根槽内。

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