用於渦輪葉片的阻尼器銷的製作方法
2023-04-23 08:05:36
本發明大體涉及渦輪機，其具有多個周向對準的渦輪葉片。更具體而言，本發明涉及阻尼器銷，其具有不連續的截面形狀以用於提供相鄰渦輪葉片之間的振動阻尼。
背景技術：
渦輪葉片(也稱作渦輪動葉或渦輪轉子葉片)通過導致渦輪機的轉子軸旋轉將來自流動流體(諸如熱燃燒氣體或蒸汽)的能量轉變成機械能。當渦輪機在各種操作模式中轉換時，渦輪葉片遭受機械應力和熱應力兩者。
渦輪葉片大體包括從平臺沿徑向向外延伸的翼型件、從平臺沿徑向向內延伸的柄部和從柄部沿徑向向內延伸的燕尾部或安裝部分。各個渦輪葉片的燕尾部固定於限定在轉子輪或盤中的互補槽口內。轉子輪聯接至轉子軸。
在發動機操作期間，振動可引入到渦輪葉片中。例如，熱燃燒氣體或蒸汽的流中的波動可導致其振動。對渦輪機設計者的一個基本設計考慮是避免或減少同渦輪葉片的固有頻率的共振和由被迫響應和/或氣動彈性不穩定性產生的動態應力，因此控制渦輪葉片的高周疲勞。為了提高渦輪葉片的高周疲勞壽命，通常在平臺下方和/或之間提供振動阻尼器以在操作期間摩擦地耗散振動能量且減小相應的振動幅度。由振動阻尼器消除的振動能量的量隨振動阻尼器的動態重量和反作用負荷而變。
雖然已知的阻尼器可在典型操作期間基本足夠，但仍然存在提高總體阻尼器有效性的期望。之前為了實現振動的阻尼的嘗試包括圓形阻尼器銷、片狀金屬平坦阻尼器或複雜楔形阻尼器。通常這些類型的阻尼器的真實阻尼效果直到第一次發動機測試時才知道。然而，在那時，渦輪葉片中的阻尼器凹穴幾何形狀通過牢固的加工鎖住。因此，如果阻尼器表現得不如預期，然後可能需要潛在昂貴的再加工。因此，期望的是一種阻尼器銷，其提供避免共振模式激勵的固有頻率調節工具且允許獨立模式調節選項而不需要改變現有渦輪葉片的設計。
技術實現要素：
本發明的方面和優點在以下描述中闡述，或可從描述顯而易見，或可通過本發明的實踐學習到。
本發明的一個實施例是用於緩衝聯接至轉子軸的相鄰渦輪葉片的阻尼器銷。阻尼器銷包括伸長本體，其具有布置在第一端部部分和第二端部部分之間的中心部分。第一端部部分、中心部分和第二端部部分至少部分地限定伸長本體的大體弓形的頂部部分。頂部部分的至少一部分可構造成與限定於相鄰渦輪葉片之間的凹槽接觸。第一端部部分和第二端部部分具有基本半圓柱形的截面形狀且中心部分具有圓柱形的截面形狀。伸長本體的底部部分從第一端部部分到中心部分且從第二端部部分到中心部分沿徑向向外發散。
另一個實施例包括用於緩衝聯接至轉子軸的相鄰渦輪葉片的阻尼器銷。阻尼器銷包括伸長本體，其具有布置在第一端部部分和第二端部部分之間的中心部分。第一端部部分、中心部分和第二端部部分至少部分地限定伸長本體的大體弓形的頂部部分。頂部部分的至少一部分構造成與限定於相鄰渦輪葉片之間的凹槽接觸。第一端部部分和第二端部部分具有圓柱形的截面形狀且中心部分具有基本半圓柱形的截面形狀。伸長本體的底部部分從第一端部部分和第二端部部分到中心部分沿徑向向內會聚。
本發明的另一個實施例是渦輪發動機。渦輪發動機包括在渦輪發動機內沿軸向延伸的轉子軸和聯接至轉子軸的一對相鄰渦輪葉片。各個渦輪葉片至少部分地限定沿相應渦輪葉片的削減面延伸的凹槽。渦輪發動機還包括阻尼器銷，其布置在相鄰渦輪葉片之間的凹槽內。阻尼器銷包括伸長本體，其具有布置在第一端部部分和第二端部部分之間的中心部分。第一端部部分、中心部分和第二端部部分至少部分地限定伸長本體的大體弓形的頂部部分。頂部部分的至少一部分可構造成與限定於相鄰渦輪葉片之間的凹槽接觸。第一端部部分和第二端部部分具有基本半圓柱形的截面形狀且中心部分具有圓柱形的截面形狀。伸長本體的底部部分從第一端部部分到中心部分且從第二端部部分到中心部分沿徑向向外發散。
技術方案1. 一種用於緩衝聯接至轉子軸的相鄰渦輪葉片的阻尼器銷，所述阻尼器銷包括：
伸長本體，其具有布置在第一端部部分和第二端部部分之間的中心部分，所述第一端部部分、中心部分和第二端部部分限定所述伸長本體的大體弓形的頂部部分，所述頂部部分的至少一部分構造成與限定於所述相鄰渦輪葉片之間的凹槽接觸；
其中所述第一端部部分和所述第二端部部分具有基本半圓柱形的截面形狀且所述中心部分具有圓柱形的截面形狀；
其中所述伸長本體的底部部分從所述第一端部部分到所述中心部分且從所述第二端部部分到所述中心部分沿徑向向外發散。
技術方案2. 根據技術方案1所述的阻尼器銷，其中，所述伸長本體限定至少一個側向延伸的孔。
技術方案3. 根據技術方案2所述的阻尼器銷，其中，所述孔延伸穿過所述伸長本體的側向相對的側壁。
技術方案4. 根據技術方案2所述的阻尼器銷，其中，所述孔限定得接近所述伸長本體的中心部分。
技術方案5. 根據技術方案2所述的阻尼器銷，其中，所述孔限定得接近所述伸長本體的第一端部部分。
技術方案6. 根據技術方案2所述的阻尼器銷，其中，所述孔限定得接近所述第二端部部分。
技術方案7. 根據技術方案1所述的阻尼器銷，其中，所述伸長本體限定多個側向延伸的孔。
技術方案8. 一種用於緩衝聯接至轉子軸的相鄰渦輪葉片的阻尼器銷，所述阻尼器銷包括：
伸長本體，其具有布置在第一端部部分和第二端部部分之間的中心部分，所述第一端部部分、中心部分和第二端部部分限定所述伸長本體的大體弓形的頂部部分，所述頂部部分的至少一部分構造成與限定於所述相鄰渦輪葉片之間的凹槽接觸；
其中所述第一端部部分和所述第二端部部分具有圓柱形的截面形狀且所述中心部分具有基本半圓柱形的截面形狀；
其中所述伸長本體的底部部分從所述第一端部部分和所述第二端部部分到所述中心部分沿徑向向內會聚。
技術方案9. 根據技術方案8所述的阻尼器銷，其中，所述伸長本體限定至少一個側向延伸的孔。
技術方案10. 根據技術方案9所述的阻尼器銷，其中，所述孔延伸穿過所述伸長本體的側向相對的側壁。
技術方案11. 根據技術方案9所述的阻尼器銷，其中，所述孔限定得接近所述伸長本體的中心部分。
技術方案12. 根據技術方案9所述的阻尼器銷，其中，所述孔限定得接近所述伸長本體的第一端部部分。
技術方案13. 根據技術方案9所述的阻尼器銷，其中，所述孔限定得接近所述第二端部部分。
技術方案14. 根據技術方案8所述的阻尼器銷，其中，所述伸長本體限定多個側向延伸的孔。
技術方案15. 一種渦輪發動機，包括：
在所述渦輪發動機內沿軸向延伸的轉子軸；
聯接至所述轉子軸的一對相鄰渦輪葉片，各個渦輪葉片至少部分地限定沿相應的渦輪葉片的削減面延伸的凹槽；和
布置在所述凹槽內的阻尼器銷，所述阻尼器銷包括：
伸長本體，其具有布置在第一端部部分和第二端部部分之間的中心部分，所述第一端部部分、中心部分和第二端部部分限定所述伸長本體的大體弓形的頂部部分，所述頂部部分的至少一部分構造成與限定於所述相鄰渦輪葉片之間的凹槽接觸；
其中所述第一端部部分和所述第二端部部分具有基本半圓柱形的截面形狀且所述中心部分具有圓柱形的截面形狀；
其中所述伸長本體的底部部分從所述第一端部部分到所述中心部分且從所述第二端部部分到所述中心部分沿徑向向外發散。
技術方案16. 根據技術方案15所述的渦輪發動機，其中，所述伸長本體限定至少一個側向延伸的孔。
技術方案17. 根據技術方案16所述的渦輪發動機，其中，所述孔延伸穿過所述伸長本體的側向相對的側壁。
技術方案18. 根據技術方案16所述的渦輪發動機，其中，所述孔限定得接近所述伸長本體的中心部分。
技術方案19. 根據技術方案16所述的渦輪發動機，其中，所述孔限定得接近所述伸長本體的第一端部部分或第二端部部分中的一者。
技術方案20. 根據技術方案15所述的渦輪發動機，其中，所述伸長本體限定多個側向延伸的孔。
本領域中的普通技術人員在閱讀該說明書後將更好地理解這些實施例和其它的特徵和方面。
附圖說明
包括其對於本領域的技術人員的最佳模式的本發明的完整和開放的公開在該說明書的其餘部分中更具體地闡述，包括對附圖的參照，在附圖中：
圖1圖示了如可結合本發明的至少一個實施例的示例性燃氣渦輪的功能圖；
圖2是根據本發明的至少一個實施例的示例性渦輪葉片的透視圖；
圖3是根據本發明的至少一個實施例的布置在周向相鄰的渦輪葉片之間的阻尼器銷的示意圖；
圖4是根據本發明的一個實施例的示例性阻尼器銷的側視圖；
圖5是沿剖面線5－5截取的如圖4中所示的阻尼器銷的截面端視圖；
圖6是沿剖面線6－6截取的如圖4中所示的阻尼器銷的截面端視圖；
圖7是沿剖面線7－7截取的如圖4中所示的阻尼器銷的截面端視圖；
圖8是根據本發明的一個實施例的如圖4中所示的示例性阻尼器銷的側視圖；
圖9是根據本發明的一個實施例的示例性阻尼器銷的側視圖；
圖10是沿剖面線10－10截取的如圖9中所示的阻尼器銷的截面端視圖；
圖11是沿剖面線11－11截取的如圖9中所示的阻尼器銷的截面端視圖；
圖12是沿剖面線12－12截取的如圖9中所示的阻尼器銷的截面端視圖；
圖13是根據本發明的一個實施例的如圖9中所示的示例性阻尼器銷的側視圖。
構件清單
10 燃氣渦輪
12 入口區段
14 壓縮機區段
16 燃燒區段
18 渦輪區段
20 排氣區段
22 軸
24 轉子軸
26 轉子盤
28 轉子葉片
30 外殼
32 熱氣體通路
34 熱氣體
36 翼型件
38 基部/平臺
40 柄部
42 燕尾部
44 阻尼器銷
46 軸向邊緣/削減面
48 凹槽
100 阻尼器銷
102 伸長本體
104 中心部分
106 第一端部部分
108 第二端部部分
110 頂部部分/表面
112(a) 支撐表面
112(b) 支撐表面
114(a) 第一底部部分
114(b) 第二底部部分
116 中心線
118 第一側面部分
120 第二側面部分
122 孔
122(a) 孔
122(b) 孔
122(c) 孔
200 阻尼器銷
202 伸長本體
204 中心部分
206 第一端部部分
208 第二端部部分
210 頂部部分/表面
212(a) 支撐表面
212(b) 支撐表面
214(a) 第一底部部分
214(b) 第二底部部分
216 中心線
218 第一側面部分
220 第二側面部分
222 孔
222(a) 孔
222(b) 孔。
具體實施方式
現在將對本發明的提出的實施例進行詳細參照，其一個或多個示例在附圖中圖示。該詳細描述使用數字和字母標號來表示圖中的特徵。圖和描述中的類似或相似的標號用來表示本發明的類似或相似的部分。如本文所用，用語「第一」、「第二」和「第三」可互換地使用以將一個構件與另一個區分開，並且不意在表明獨立構件的位置或重要性。
用語「上遊」和「下遊」表示相對於液體通道中的流體流的相對方向。例如，「上遊」表示流體從其流出的方向，且「下遊」表示流體流至的方向。用語「徑向」表示基本垂直於特定構件的軸向中心線的相對方向，且用語「軸向」表示與特定構件的軸向中心線基本平行和/或同軸對準的相對方向。
各個示例為了解釋發明而提供，而非對本發明的限制。事實上，對於本領域的技術人員來說顯而易見，在不脫離其範圍或精神的情況下可在本發明中作出修改和變型。比如，圖示或描述為一個實施例的部分的特徵可用在另一個實施例上以產生更進一步的實施例。因此，意在使本發明覆蓋如落入所附權利要求和其等同物的範圍內的這樣的修改和變型。雖然在本文中顯示和描述了工業或陸上燃氣渦輪，但如本文中顯示和描述的本發明不限於陸上和/或工業燃氣渦輪，除非在權利要求中另外說明。例如，如本文中描述的發明可用於任何類型的渦輪機，包括但不限於蒸汽渦輪、飛行器燃氣渦輪或船用燃氣渦輪。
現在參照圖，圖1圖示了燃氣渦輪10的一個實施例的示意圖。燃氣渦輪10大體包括入口區段12、布置於入口區段12下遊的壓縮機區段14、布置於壓縮機區段14下遊的燃燒區段16內的多個燃燒器(未示出)、布置於燃燒區段16下遊的渦輪區段18和布置於渦輪區段18下遊的排氣區段20。另外，燃氣渦輪10可包括聯接在壓縮機區段14和渦輪區段18之間的一個或多個軸22。
渦輪區段18可大體包括轉子軸24，其具有多個轉子盤26(示出其中一個)和多個轉子葉片28，轉子葉片28從轉子盤26沿徑向向外延伸且互連至轉子盤26。各個轉子盤26繼而可聯接至延伸穿過渦輪區段18的轉子軸24的一部分。渦輪區段18還包括外殼30，其沿周向環繞轉子軸24和轉子葉片28，從而至少部分地限定穿過渦輪區段18的熱氣體通路32。
在操作期間，工作流體(諸如空氣)流過入口區段12且進入壓縮機區段14，在那裡空氣被逐步壓縮，因此向燃燒區段16的燃燒器提供加壓空氣。加壓空氣與燃料混合且在各個燃燒器內燃燒以產生燃燒氣體34。燃燒氣體34從燃燒區段16流過熱氣體通路32進入渦輪區段18，其中能量(動量和/或熱量)從燃燒氣體34轉移到轉子葉片28，因此導致轉子軸24旋轉。機械旋轉能然後可用於給壓縮機區段14供能和/或發電。離開渦輪區段18的燃燒氣體34然後可經由排氣區段20從燃氣渦輪10排出。
圖2圖示了常規渦輪葉片或動葉28，其包括翼型件36、平臺38、柄部40和燕尾部或安裝部分42。圖3提供了一對周向相鄰的渦輪葉片28(a)、28(b)的下遊視圖。如圖2中所示，燕尾部42用於將渦輪葉片28固定至轉子盤26(圖1)的周圍，如本領域充分理解的那樣。平臺38對於流過渦輪區段18(圖1)的熱氣體通路32的燃燒氣體34限定內流動邊界。在本發明的各個實施例中，阻尼器銷44沿與渦輪葉片平臺38相鄰(例如其徑向內部)的一個軸向邊緣(或削減面)46定位。應了解，從圖3顯而易見的是，相似的阻尼器銷44位於轉子盤26(圖1)上的各個成對相鄰渦輪葉片28(a)、28(b)(圖3)之間。在特定實施例中，如圖2中所示，阻尼器銷44位於沿渦輪葉片28的整個削減面46延伸的伸長凹槽48(圖1)中。
阻尼器銷44用作振動阻尼器。在安裝好時，如圖3中所示，阻尼器銷44定位在相鄰渦輪葉片28(a)、28(b)之間。在操作中，阻尼器銷44摩擦地耗散振動能量且減小相應的振動幅度。由阻尼器銷44消除的振動能量的量隨若干因素而變，包括但不限於阻尼器銷44的動態重量、阻尼器銷44的幾何形狀和相鄰渦輪葉片28(a)、28(b)之間的反作用負荷。
圖4是根據本發明的一個實施例的示例性阻尼器銷100的側視圖。圖5是沿剖面線5－5截取的如圖4中所示的阻尼器銷100的截面端視圖。圖6是沿剖面線6－6截取的如圖4中所示的阻尼器銷100的截面端視圖。圖7是沿剖面線7－7截取的如圖4中所示的阻尼器銷100的截面端視圖。圖8是根據本發明的一個實施例的如圖4中所示的阻尼器銷100的側視圖。應當理解的是，圖4至圖8中所示的阻尼器銷100可被如圖2和圖3中所示的阻尼器銷44代替。
在一個實施例中，如圖4中所示，阻尼器銷100包括伸長本體102，其具有布置在第一端部部分106和第二端部部分108之間的中心部分104。如圖4中所示，第一端部部分106、中心部分104和第二端部部分108限定伸長本體102的大體弓形的頂部部分或表面110。伸長本體102的頂部部分110可構造成（尺寸和/或形狀確定成）與限定於相鄰渦輪葉片28(a)、28(b)之間的凹槽48的內表面接觸。
如圖5中所示，第一端部部分106具有基本半圓柱形的截面形狀。如圖6中所示，中心部分104具有圓柱形的截面形狀。如圖7中所示，第二端部部分108具有基本半圓柱形的截面形狀。第一端部部分106和第二端部部分108的半圓柱形的形狀產生支撐表面112(a)(圖5)、112(b)(圖7)，其適於承靠在形成於渦輪葉片削減面46中的凹槽48的相對端部處的機加工的渦輪葉片平臺表面或肩部上，從而在機器操作期間為阻尼器銷100提供支撐，同時防止不期望的過度轉動。
如圖4中所示，伸長本體102的第一底部部分或表面114(a)從第一端部部分106到中心部分104相對於伸長本體102的軸向中心線116沿徑向向外發散。伸長本體102的第二底部部分或表面114(b)從第二端部部分108到中心部分104相對於伸長本體102的中心線116沿徑向向外發散。如圖6中所示，伸長本體102還包括與第二側面部分120側向相對的第一側面部分118。
在特定實施例中，如圖8中所示，伸長本體102限定至少一個側向延伸的孔122。在至少一個實施例中，伸長本體102限定多個側向延伸的孔122(a)、122(b)、122(c)。雖然三個孔示出為具有大體弓形或圓形的形狀，但應當知道的是，伸長本體102可限定具有任何形狀且定位在沿伸長本體102的任何位置的任何數目的孔。
孔122延伸穿過伸長本體102的側向相對的側面部分118、120。在一個實施例中，其中至少一個孔122(a)限定得接近伸長本體102的中心部分104。另外或備選地，至少一個孔122(b)限定得接近伸長本體102的第一端部部分106。另外或備選地，至少一個孔122(c)限定得接近伸長本體102的第二端部部分108。孔122可減小阻尼器銷200的質量，同時還提供期望的總體剛度或在相鄰渦輪葉片28(a)、28(b)上的阻尼效果。
圖9是根據本發明的一個實施例的示例性阻尼器銷200的側視圖。圖10是沿剖面線10－10截取的如圖9中所示的阻尼器銷200的截面端視圖。圖11是沿剖面線11－11截取的如圖9中所示的阻尼器銷200的截面端視圖。圖12是沿剖面線12－12截取的如圖9中所示的阻尼器銷200的截面端視圖。圖13是根據本發明的一個實施例的如圖9中所示的阻尼器銷200的側視圖。應當理解的是，圖9至圖13中所示的阻尼器銷200可被如圖2和圖3中所示的阻尼器銷44代替。
在一個實施例中，如圖9中所示，阻尼器銷200包括伸長本體202，其具有布置在第一端部部分206和第二端部部分208之間的中心部分204。如圖9中所示，第一端部部分206、中心部分204和第二端部部分208限定伸長本體202的大體弓形的頂部部分或表面210。伸長本體202的頂部部分210可構造成（尺寸和/或形狀確定成）與限定於相鄰渦輪葉片28(a)、28(b)之間的凹槽48的內表面接觸。
如圖10中所示，第一端部部分206具有圓柱形的截面形狀。如圖11中所示，中心部分204具有基本半圓柱形的截面形狀。如圖12中所示，第二端部部分208具有圓柱形的截面形狀。
如圖9中所示，伸長本體202的第一底部部分214(a)從第一端部部分206到中心部分204相對於伸長本體202的軸向中心線216沿徑向向內發散。伸長本體202的第二底部部分214(b)從第二端部部分208到中心部分204相對於伸長本體202的中心線216沿徑向向內發散。如圖10至圖12中所示，伸長本體202還包括與第二側面部分220側向相對的第一側面部分218。
在特定實施例中，如圖13中所示，伸長本體202限定至少一個側向延伸的孔222。在至少一個實施例中，伸長本體202限定多個側向延伸的孔222(a)、222(b)。雖然兩個孔222示出為具有大體弓形或圓形的形狀，但應當知道的是，伸長本體202可限定具有任何形狀且定位在沿伸長本體202的任何位置的任何數目的孔。
孔222延伸穿過伸長本體202的側向相對的側面部分218、220。在一個實施例中，其中至少一個孔222(a)限定得接近伸長本體202的第一端部部分206。另外或備選地，至少一個孔222(b)限定得接近伸長本體202的第二端部部分208。孔222可減小阻尼器銷200的質量，同時還提供期望的總體剛度或在相鄰渦輪葉片28(a)、28(b)上的阻尼效果。
該書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，並且還使本領域技術人員能夠實踐本發明，包括製造和使用任何裝置或系統以及執行任何包含的方法。本發明可申請專利的範圍由權利要求限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有與權利要求的字面語言不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質差異的等同結構要素，則意在使這些其它示例處於權利要求的範圍內。