[發(fā)明專利]具有受控加載的渦輪機(jī)葉片阻尼裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080056903.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN102656339A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約翰·J·馬拉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子能源有限公司
• 主分類號(hào): F01D5/22
• 分類號(hào): F01D5/22
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 田軍鋒;魏金霞

本發(fā)明是根據(jù)美國能源部頒發(fā)的編號(hào)為DE-FC26-05NT42644的合同在美國政府的支持下進(jìn)行的。美國政府對(duì)本發(fā)明擁有一定的權(quán)利。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)與律師案號(hào)為“2009P14036US”、題為“具有受控加載的渦輪機(jī)葉片阻尼裝置”的申請(qǐng)相關(guān)并且與該申請(qǐng)?jiān)谕惶焯峤?，在此將該申?qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過參引并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及渦輪機(jī)中的渦輪葉片的振動(dòng)阻尼，并且更具體地涉及一種包括提供受控阻尼力的緩沖器的阻尼結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

諸如蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)之類的渦輪機(jī)被在沿著轉(zhuǎn)子的圓周布置以便形成環(huán)形的葉片布置的轉(zhuǎn)子葉片之間流動(dòng)的熱工作氣體驅(qū)動(dòng)，并且能量通過轉(zhuǎn)子葉片從熱工作氣體傳遞到轉(zhuǎn)子軸。隨著發(fā)電廠的容量增加，通過工業(yè)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的流的容積也增加得越來越大，并且操作條件(例如操作溫度和壓力)變得更加嚴(yán)格。另外，增大了轉(zhuǎn)子葉片的尺寸以利用工作氣體內(nèi)的更多能量從而改善效率。以上所有這些的結(jié)果是轉(zhuǎn)子葉片所受的應(yīng)力(例如熱應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、離心應(yīng)力、接觸應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力)水平的增加。

為了限制葉片內(nèi)的振動(dòng)應(yīng)力，可向葉片提供多種結(jié)構(gòu)以在葉片之間形成用來衰減轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)的配合結(jié)構(gòu)。例如，可提供從葉片上的中跨位置延伸以彼此接合的例如柱狀隔離件(standoffs)的中跨(mid-span)緩沖器。兩個(gè)中跨緩沖器在葉片的兩側(cè)位于同一高度，其中它們各自的接觸面指向相反的方向。當(dāng)葉片靜止時(shí)，相鄰葉片上的緩沖器接觸面分開小的間隙。然而，當(dāng)葉片在滿載狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)并且在離心力的作用下變松(untwisting)時(shí)，相鄰葉片上的緩沖器表面相互接觸。此外，每個(gè)渦輪葉片可設(shè)置有位于葉片的外邊緣并且具有前、后護(hù)罩接觸面的外護(hù)罩，該前、后護(hù)罩接觸面隨著轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)而相互接觸。葉片之間在前護(hù)罩接觸面和后護(hù)罩接觸面上以及在緩沖器接觸面上的接合被設(shè)計(jì)為改善在巨大離心力下葉片的強(qiáng)度，并且進(jìn)一步操作為通過接觸的緩沖器表面上的摩擦來衰減振動(dòng)。緩沖器衰減的缺點(diǎn)是通常難以在大直徑葉片上實(shí)現(xiàn)期望的由于葉片的離心變松而在緩沖器之間產(chǎn)生的接觸力。此外，與大直徑葉片相關(guān)聯(lián)的大的機(jī)械負(fù)載一般要求更大的緩沖器結(jié)構(gòu)以獲得機(jī)械穩(wěn)定性，以避免緩沖器的向外彎曲，從而由于定位在高速流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的更大緩沖器通過部分跨度(part-span)區(qū)域的流動(dòng)限制而導(dǎo)致增大的空氣動(dòng)力學(xué)損失和流動(dòng)低效性。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子中的阻尼結(jié)構(gòu)，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子盤和多個(gè)葉片。阻尼結(jié)構(gòu)包括細(xì)長(zhǎng)緩沖器元件，細(xì)長(zhǎng)緩沖器元件包括第一緩沖器端部和相反的第二緩沖器端部，第一緩沖器端部剛性附接至第一葉片并且朝向相鄰的第二葉片延伸，第二緩沖器端部與至少部分地形成在第二葉片上的配合面鄰近地設(shè)置。緩沖器元件具有中心線，中心線沿著緩沖器元件的在第一緩沖器端部和第二緩沖器端部之間的至少一部分、在從第一葉片朝向第二葉片的方向上徑向向內(nèi)延伸。配合面限定軸向延伸區(qū)，軸向延伸區(qū)用于容納當(dāng)?shù)谝蝗~片和第二葉片在轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)期間變松時(shí)第二緩沖器端部沿著配合面的軸向運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第二緩沖器端部與配合面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以通過由緩沖器元件上的離心力確定的預(yù)定阻尼力將第二緩沖器端部設(shè)置為與配合面摩擦接合。

阻尼結(jié)構(gòu)可以位于所述葉片的葉片根部與葉片尖端之間的中跨位置處。

緩沖器元件的中心線可以包括大致平滑的曲線，大致平滑的曲線具有從第一緩沖器端部向第二緩沖器端部延伸的徑向向外地面向的凹側(cè)。

緩沖器元件的中心線可以包括第一線性中心線段和第二線性中心線段以及在中心線段之間的位于第一葉片和第二葉片之間的中間點(diǎn)處的折角，第一中心線段從第一緩沖器端部向中間點(diǎn)徑向向內(nèi)傾斜并且第二中心線段從中間點(diǎn)向第二緩沖器端部徑向向外傾斜。

配合面可以包括周向面向側(cè)和徑向向內(nèi)面向側(cè)，周向面向側(cè)至少部分地形成在第二葉片的側(cè)面上，徑向向內(nèi)面向側(cè)形成在從所述第二葉片延伸的凸緣上。周向面向側(cè)和徑向向內(nèi)面向側(cè)可以限定用于容納第二緩沖器端部的凹部。

在第一和第二葉片之間限定中間點(diǎn)，并且緩沖器元件的徑向厚度可以從葉片中的每一個(gè)向中間點(diǎn)減小。