[发明专利]涡轮叶片质心偏移方法和系统

说明书

本发明涉及涡轮叶片质心偏移方法和系统，具体而言，公开了一种用于制造旋转涡轮叶片(28)和调整叶片的固有频率(ω_n)的方法，其改变叶片的第二有效梁长度(L2)，从而改变叶片的第一固有频率(ω_n)和第二固有频率(ω_n)之间的间隔。

技术领域

本发明公开涉及用于通过偏移叶片积叠(blade stack)质心来生产燃气涡轮机叶片的系统和方法，叶片积叠质心进一步由三个叶片积叠部分限定。根据本发明公开的燃气涡轮机叶片并不限于燃气涡轮机。涡轮机械的转子叶片或引导叶片都在本发明公开的范围内。

背景技术

旋转的燃气涡轮机叶片必须满足考虑了运行期间作用在旋转叶片上的高机械和热学应力的多重材料和设计标准。由于作用到旋转叶片上的巨大的离心力和叶片必须承受的巨大的热负荷，主要的叶片设计任务是提供高度的刚性并避免运行期间的叶片振动。使用旋转叶片的翼型件内的冷却通道的主动冷却也必须考虑。叶片上的热学涂层是又另一个设计考虑。寻求一种用于通过改变翼型件形状来“调整”叶片的固有频率的方法，以便改善空气力学固有频率刺激裕度(margin to stimuli)，同时保持或改善空气动力学性能。

旋转的叶片成排布置，它们在轴向方向上与静止叶片的排交替。每对排都包括一排静止叶片和直接跟在下游的一排旋转叶片，从而形成所谓的级。涡轮的所有级都按顺序编号，始于在涡轮的入口开口处的第一级，第一级具有第一排静止叶片，继之以第一排旋转叶片。

燃气涡轮机的正常操作显示例如第一级的静止叶片是对于作用在后续旋转叶片上的振动的激励源，后续的旋转叶片以第二固有频率共振。减少此类激励源的效果以避免振动传播以及任何级中布置在静叶(vane)下游的旋转叶片上的激励是有利的。改变燃气涡轮机叶片的第一固有频率与由静止叶片导致的第二激励固有频率之间的差异即间隔可以减少这些效果。

对于常规的翼型件积叠，改变翼型件弦分布是调整轴向频率的典型方法。典型地，为了增加轴向频率，根弦被增加而梢弦被减少。这通常将增加轴向频率的第一和第二谐波两者，所以刺激裕度仅能在这些模式的其中一个(而不是两个)上获得。另一个方法将是改变叶片的径向长度，这会要求对涡轮架构的极大改变。这些改变可能产生极大的性能损失(performance penalty)。

用于“调整”无围带(unshrouded)叶片轴向频率的现有技术具有若干缺点。第一轴向(1A)模式和第二轴向(2A)模式倾向于以类似的方式响应于翼型件变化，即，都增加或都降低频率。通常，获得对一个模式的裕度导致损失对另一个模式的裕度。

发明内容

本发明公开的多个方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或者可由该说明而显而易见，或者可通过实践本发明公开而获悉。

公开了一种用于生产旋转涡轮叶片的方法，其具有确定现有叶片的质量、弦分布、后缘平面、限定第一有效梁长度(effective beam length)的第一固有频率、以及限定第二有效梁长度的第二固有频率的步骤，第一和第二固有频率对应于现有叶片的任何共振频率；限定现有叶片的具有上质心的上部、具有中间质心的中部以及具有下质心的下部的步骤；沿第一方向相对于下质心偏移现有叶片的中间质心的步骤；沿第二方向相对于下质心偏移现有叶片的上质心的步骤，第二方向不同于第一方向；以及执行以上步骤以改变第二有效梁长度，从而改变改型叶片的第一固有频率和第二固有频率之间的间隔。还公开了用于调整叶片固有频率的一种系统。

实施方案1. 一种用于制造旋转涡轮叶片的方法，包括如下步骤：

确定现有叶片的质量，弦分布，后缘平面，限定第一有效梁长度的第一固有频率,以及限定第二有效梁长度的第二固有频率，其中所述第一和第二固有频率对应于所述现有叶片的任何共振频率，

限定所述现有叶片的具有上质心的上部，具有中间质心的中部，以及具有下质心的下部，

沿第一方向相对于所述下质心偏移所述现有叶片的所述中间质心,