[发明专利]用于阻尼涡轮叶片振动的加压阻尼流体注入

说明书

本发明题为“用于阻尼涡轮叶片振动的加压阻尼流体注入”。本发明提供了一种叶片减振系统(118)，该叶片减振系统与涡轮(108)的多个叶片(114)的振动移动相反地将加压阻尼流体(176)冲击在涡轮的多个叶片中的至少一个叶片的表面上，以在涡轮(108)的操作期间引起叶片(114)的振动的阻尼。该系统包括位于与多个叶片(114)相邻的静止部件中的流体注入喷嘴(174)。阀(182)选择性地允许加压阻尼流体(176)从加压阻尼流体源(184)进入流体注入喷嘴(174)，并且控制系统(190)响应于操作参数在涡轮(108)的操作期间超过阈值来控制阀(182)以操作流体注入喷嘴(174)。本发明还提供了相关的涡轮壳体(126)和方法。

本发明是在美国政府合同能源部(DOE)合同号DE-FE0031613下进行的，并且政府享有本文的权利。

背景技术

本公开整体涉及涡轮，并且更具体地，涉及使用加压阻尼流体注入来阻尼涡轮叶片的振动。

涡轮操作中的一个问题是叶片在操作期间经历振动应力的趋势。在许多设施中，涡轮在频繁加速和减速的条件下操作。在涡轮的加速或减速期间，叶片暂时至少经受某些频率的振动应力，并且在许多情况下，经受第二或第三频率的振动应力。当叶片经受振动应力时，其振动振幅可容易地增大到可改变操作的程度。

轴流涡轮内的涡轮部分和压缩机部分通常包括转子组件，该转子组件包括旋转盘和围绕盘周向设置的多个转子叶片。每个叶片包括根部、翼面以及定位在根部与翼面之间的过渡区域中的平台。叶片的根部被接纳在盘内的互补形状的凹陷部中。叶片的平台侧向向外延伸并共同形成用于流体流过转子级的工作流体流动路径。每个叶片的前边缘一般被称为前缘，并且后边缘被称为后缘。向前被定义为在通过涡轮的工作流体流中向后的上游。

在操作期间，叶片可通过许多不同的施力功能被激发成振动。例如，工作流体温度、压力和/或密度的变化可激发整个转子组件中的振动，尤其是在叶片翼面和/或尖端内的振动。以周期性或“脉动”方式离开涡轮部分和/或压缩机部分上游的气体也可激发不期望的振动。

为了测试叶片中的振动，一个当前的测试系统使用压电致动的往复阀来产生空气脉冲的高速喷出，以激发/振动叶片，从而确定叶片的谐振频率。用于蒸汽涡轮的另一个测试系统(参见美国专利4,776,216)提供了围绕叶片行设置的可控流体射流，用于激发旋转叶片以根据振动的振幅确定叶片的谐振频率。该测试系统在叶片级上游(参见例如图2中喷嘴18相对于叶片22的位置)引入蒸汽脉冲，并且在蒸汽涡轮以恒定轴旋转速度操作时使用。然而，在涡轮的实际操作期间，前述测试系统都不能校正振动。

解决涡轮操作期间的振动的一种方法包括改变叶片的物理结构以增强叶片而抵抗振动。例如，可使用联接相邻叶片的中间跨度护罩。通过改变叶片的空气动力学性能并增加重量和/或长度，改变或添加结构带来了另外的挑战。在其他方法中，采用在使用期间被动吸收产生振动的压力的机构。在一个示例中，可邻近叶片的尖端提供腔体或在另一个示例中提供导流板以吸收操作期间的压力变化。在另一种情况下，高压气流可从上游位置被引导到叶片级的前缘中。后一种方法的有效性受到限制，因为气流仅朝向叶片的前缘被引导。

发明内容

本公开的一个方面提供了用于涡轮的壳体，该壳体包括：静止部件，该静止部件限定工作流体路径的至少一部分以引导工作流体穿过叶片级，该叶片级包括操作地联接到转子的多个叶片；和位于静止部件中的流体注入喷嘴，该流体注入喷嘴被构造成与叶片级的多个叶片的振动移动相反地将加压阻尼流体冲击在叶片级的多个叶片中的至少一个叶片的表面上，以在涡轮的操作期间引起多个叶片中的至少一个叶片的振动的阻尼。