[发明专利]具有受控加载的涡轮机叶片阻尼装置

说明书

本发明是根据美国能源部颁发的编号为DE-FC26-05NT42644的合同在美国政府的支持下进行的。美国政府对本发明拥有一定的权利。

相关申请的交叉引用

本申请与律师案号为“2009P14036US”、题为“具有受控加载的涡轮机叶片阻尼装置”的申请相关并且与该申请在同一天提交，在此将该申请的全部内容通过参引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及涡轮机中的涡轮叶片的振动阻尼，并且更具体地涉及一种包括提供受控阻尼力的缓冲器的阻尼结构。

背景技术

诸如蒸汽轮机或燃气轮机之类的涡轮机被在沿着转子的圆周布置以便形成环形的叶片布置的转子叶片之间流动的热工作气体驱动，并且能量通过转子叶片从热工作气体传递到转子轴。随着发电厂的容量增加，通过工业涡轮发动机的流的容积也增加得越来越大，并且操作条件(例如操作温度和压力)变得更加严格。另外，增大了转子叶片的尺寸以利用工作气体内的更多能量从而改善效率。以上所有这些的结果是转子叶片所受的应力(例如热应力、振动应力、弯曲应力、离心应力、接触应力和扭转应力)水平的增加。

为了限制叶片内的振动应力，可向叶片提供多种结构以在叶片之间形成用来衰减转子旋转过程中产生的振动的配合结构。例如，可提供从叶片上的中跨位置延伸以彼此接合的例如柱状隔离件(standoffs)的中跨(mid-span)缓冲器。两个中跨缓冲器在叶片的两侧位于同一高度，其中它们各自的接触面指向相反的方向。当叶片静止时，相邻叶片上的缓冲器接触面分开小的间隙。然而，当叶片在满载状态下旋转并且在离心力的作用下变松(untwisting)时，相邻叶片上的缓冲器表面相互接触。此外，每个涡轮叶片可设置有位于叶片的外边缘并且具有前、后护罩接触面的外护罩，该前、后护罩接触面随着转子开始旋转而相互接触。叶片之间在前护罩接触面和后护罩接触面上以及在缓冲器接触面上的接合被设计为改善在巨大离心力下叶片的强度，并且进一步操作为通过接触的缓冲器表面上的摩擦来衰减振动。缓冲器衰减的缺点是通常难以在大直径叶片上实现期望的由于叶片的离心变松而在缓冲器之间产生的接触力。此外，与大直径叶片相关联的大的机械负载一般要求更大的缓冲器结构以获得机械稳定性，以避免缓冲器的向外弯曲，从而由于定位在高速流动区域内的更大缓冲器通过部分跨度(part-span)区域的流动限制而导致增大的空气动力学损失和流动低效性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种涡轮机转子中的阻尼结构，涡轮机转子包括转子盘和多个叶片。阻尼结构包括细长缓冲器元件，细长缓冲器元件包括第一缓冲器端部和相反的第二缓冲器端部，第一缓冲器端部刚性附接至第一叶片并且朝向相邻的第二叶片延伸，第二缓冲器端部与至少部分地形成在第二叶片上的配合面邻近地设置。缓冲器元件具有中心线，中心线沿着缓冲器元件的在第一缓冲器端部和第二缓冲器端部之间的至少一部分、在从第一叶片朝向第二叶片的方向上径向向内延伸。配合面限定轴向延伸区，轴向延伸区用于容纳当第一叶片和第二叶片在转子加速旋转期间变松时第二缓冲器端部沿着配合面的轴向运动。转子的旋转运动实现第二缓冲器端部与配合面之间的相对运动，以通过由缓冲器元件上的离心力确定的预定阻尼力将第二缓冲器端部设置为与配合面摩擦接合。

阻尼结构可以位于所述叶片的叶片根部与叶片尖端之间的中跨位置处。

缓冲器元件的中心线可以包括大致平滑的曲线，大致平滑的曲线具有从第一缓冲器端部向第二缓冲器端部延伸的径向向外地面向的凹侧。

缓冲器元件的中心线可以包括第一线性中心线段和第二线性中心线段以及在中心线段之间的位于第一叶片和第二叶片之间的中间点处的折角，第一中心线段从第一缓冲器端部向中间点径向向内倾斜并且第二中心线段从中间点向第二缓冲器端部径向向外倾斜。

配合面可以包括周向面向侧和径向向内面向侧，周向面向侧至少部分地形成在第二叶片的侧面上，径向向内面向侧形成在从所述第二叶片延伸的凸缘上。周向面向侧和径向向内面向侧可以限定用于容纳第二缓冲器端部的凹部。

在第一和第二叶片之间限定中间点，并且缓冲器元件的径向厚度可以从叶片中的每一个向中间点减小。