[发明专利]具有摩擦和冲击振动阻尼元件的涡轮叶片

说明书

本发明公开了一种涡轮叶片(114)，该涡轮叶片包括翼型件主体(138)，该翼型件主体具有外尖端(148)和平台(136)；和零件跨度护罩，该零件跨度护罩定位在该翼型件主体(138)的该外尖端与该平台之间。该零件跨度护罩(150)具有第一开口(160)，该第一开口中具有第一内表面(162)。该翼型件主体(138)包括第二开口(164,182)，该第二开口从该第一开口(160)径向延伸并且具有第二内表面(166)。第一细长振动阻尼元件(176)设置在该第一开口(160)中，并且第二细长振动阻尼元件(178)径向设置在该第二开口(164)中。该第二细长振动阻尼元件(178)包括自由的径向外端(184)和联接到该第一细长振动阻尼元件(176)的径向内端(180)。该第一细长振动阻尼元件(176)摩擦地阻尼振动，并且该第二细长振动阻尼元件(178)使用该第二开口(164)内的冲击阻尼振动。

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。

技术领域

本公开整体上涉及阻尼制品中的振动。此外，本公开涉及用于涡轮的叶片的阻尼。

背景技术

轴流涡轮系统内的涡轮和压缩机区段一般包括转子组件，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。每个叶片包括基部、翼型件以及定位在基部与翼型件之间过渡区域中的平台。叶片的基部被接纳在盘内互补形的凹陷部中。叶片的平台横向向外延伸并且共同形成穿过转子级的流体的流动路径。每个叶片的前边缘一般称为前缘，并且后边缘称为后缘。前被定义为通过系统的燃气流中后侧的上游。

涡轮操作中的一个问题是涡轮叶片在操作期间经受振动应力的趋势。例如，气体温度、压力和/或密度的变化可激发整个转子组件的振动，尤其是在叶片翼型件内。在许多装置中，涡轮的频繁加速和减速使叶片暂时至少经受某些主要频率的振动应力，并且在许多情况下，经受二级或三级频率的振动应力。在全速、满载稳态操作状况期间，涡轮叶片在它们由来自上游流的周期性或“脉动”力激发时还通常经受振动应力。当叶片经受振动应力时，其振动幅度可易于积累到可改变操作的程度。

可阻尼叶片以避免或减小高振动应力。解决在涡轮操作期间的振动的一种方法包括改变叶片的自然频率以避免谐振，例如通过改变叶片的物理结构。例如，可使用联接相邻叶片的中间跨度护罩。在另一个示例中，顶罩可在相邻叶片之间产生摩擦以在操作期间耗散动能。通过改变叶片的空气动力学性能和添加重量和/或长度，改变或添加结构带来了额外的挑战。

在另一个示例中，已知阻尼器可附接到翼型件的外表面。将阻尼器添加到外表面的公认缺点是阻尼器暴露于发动机内的恶劣、腐蚀性环境。只要阻尼器一开始腐蚀，其效率就可能折衷。此外，阻尼器可由于腐蚀而与翼型件分离。

在其他方法中，采用被动吸收在使用期间产生振动的动能的机构。可邻近叶片的外尖端，在一个示例中提供腔体，或在另一个示例中提供挡板，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。

发明内容

本公开的第一方面提供了一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括：翼型件主体，该翼型件主体具有外尖端和平台；零件跨度护罩，该零件跨度护罩定位在翼型件主体的外尖端与平台之间，该零件跨度护罩具有第一开口，该第一开口具有第一内表面，该第一开口延伸通过翼型件主体；第二开口，该第二开口在翼型件主体中，该第二开口从第一开口径向向外延伸并且具有第二内表面；第一细长振动阻尼元件，该第一细长振动阻尼元件设置在第一开口中；和第二细长振动阻尼元件，该第二细长振动阻尼元件径向设置在第二开口中，该第二细长振动阻尼元件包括自由的径向外端和与第一细长振动阻尼元件联接的径向内端。