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      結(jié)合了阻尼器和密封銷的渦輪機(jī)葉片及其相關(guān)方法

      文檔序號(hào):5187182閱讀:156來源:國知局
      專利名稱:結(jié)合了阻尼器和密封銷的渦輪機(jī)葉片及其相關(guān)方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明大體上涉及渦輪機(jī),更確切地說,涉及設(shè)于轉(zhuǎn)子葉輪的相鄰葉片之間用于減弱葉片振動(dòng)的阻尼器銷。
      背景技術(shù)
      眾所周知,渦輪機(jī)大體上包括轉(zhuǎn)子,其包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉輪,所述轉(zhuǎn)子葉輪中每者安裝有多個(gè)在圓周上相隔分布的葉片。每個(gè)葉片通常包括機(jī)翼、平臺(tái)、柄和鳩尾榫,所述鳩尾榫可收納于渦輪機(jī)葉輪的鳩尾槽中。機(jī)翼伸到渦輪機(jī)燃燒室下游的熱氣通道內(nèi),并將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中,會(huì)有振動(dòng)進(jìn)入渦輪機(jī)葉片中,如果不進(jìn)行消除, 就會(huì)造成葉片過早損壞。已經(jīng)有很多不同形式的阻尼器被提議用于最小化或消除振動(dòng)。振動(dòng)阻尼器通常呈細(xì)長的阻尼器銷的形狀,所述阻尼器銷固定在相鄰葉片之間,并通過吸收因改變氣動(dòng)載荷而產(chǎn)生的諧波刺激能量來提供減振功能。阻尼器銷通常設(shè)于凹槽中,所述凹槽沿著圓周向的“斜面”(slash face)形成于每對相鄰葉片中的一個(gè)的渦輪機(jī)葉片柄部中。阻尼器銷在運(yùn)行過程中受到離心負(fù)載力,并且為防止葉片與葉片間發(fā)生粘合,必須機(jī)加工凹槽以便阻尼器銷能在凹槽中相對自由地?cái)[動(dòng)。同時(shí),經(jīng)常要從軸流式渦輪機(jī)的壓縮機(jī)中提取高度壓縮的空氣用于冷卻渦輪機(jī)部件。必需通過這種冷卻空氣將渦輪機(jī)部件的溫度保持在運(yùn)行可接受的水平,但這同時(shí)會(huì)對渦輪機(jī)的整體效率和產(chǎn)出造成損失。從渦輪機(jī)部件漏出的任何冷卻流實(shí)際上被浪費(fèi)了。阻尼器銷凹槽所形成的凹穴是冷卻流從葉片柄部大量泄漏的通道。冷卻效率還會(huì)因?yàn)闊釟鈴臒釟馔ǖ肋M(jìn)入葉片柄部而降低。因此,另外需要為傳統(tǒng)阻尼器銷增加密封功能,以防止、最小化或控制冷卻流逸出受壓式柄腔,防止或最小化在非受壓式柄腔的情況下冷卻流穿過渦輪機(jī)葉片從前輪空間流到后輪空間,和/或防止熱氣通道的空氣進(jìn)入柄部。

      發(fā)明內(nèi)容
      根據(jù)第一示例性但非限制性實(shí)施例,本發(fā)明提供一種用于渦輪機(jī)葉片的阻尼器銷,包括細(xì)長的主體部分,其具有實(shí)質(zhì)一致的第一橫截面形狀以及軸向?qū)R的前端部分和后端部分,所述前端部分和后端部分位于所述主體部分的相對端、且具有相對較小的第二橫截面形狀,所述前端部分和后端部分在各自側(cè)翼上與所述細(xì)長的主體部分接合;以及密封元件,其位于所述相對設(shè)置的前端部分和后端部分中的一個(gè)或兩個(gè),徑向向外伸到所述主體部分之外。所述主體部分的所述實(shí)質(zhì)一致的橫截面形狀為圓形,且由第一直徑界定。所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分的橫截面形狀實(shí)質(zhì)都是半圓形。每個(gè)所述相對的前端和后端的所述較小橫截面形狀的弧形范圍在180度到200度之間。每個(gè)所述的密封元件的形狀實(shí)質(zhì)是圓形,其外圍表面的直徑大于所述第一直徑。所述密封元件由鎳基或鈷基合金構(gòu)成。
      所述密封元件的形狀實(shí)質(zhì)為圓盤形,其中具有ー個(gè)孔以允許將所述密封元件收納到所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分中相應(yīng)的ー個(gè)上。所述密封元件也可一體形成于所述主體部分與所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分之間相應(yīng)的ー個(gè)或兩個(gè)界面上,使所述密封元件形成對應(yīng)的ー個(gè)所述側(cè)翼。所述密封元件與一個(gè)對應(yīng)的所述各自側(cè)翼相配合。所述密封元件位于所述前端部分和后端部分的ー個(gè)或兩個(gè)自由端。在另ー示例性但非限制性實(shí)施例中,本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪,包括多個(gè)在圓周上配置的葉片,其中每個(gè)相鄰的葉片對之間插入有阻尼器銷,所述阻尼器銷包括細(xì)長的主體部分,其具有實(shí)質(zhì)一致的第一橫截面形狀,及相對設(shè)置的、具有另ー橫截面形狀的前端部分和后端部分;以及密封元件,其位于所述相対的前端部分和后端部分中的ー個(gè)或兩個(gè),徑向向外伸到所述主體部分之外。所述主體部分的所述實(shí)質(zhì)均一的橫截面形狀為圓形,且由第一直徑界定;且每個(gè)密封元件外圍表面的直徑大于所述第一直徑。所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分的橫截面形狀實(shí)質(zhì)都是半圓形。所述密封元件的形狀實(shí)質(zhì)是圓盤形,其中具有一個(gè)孔以允許將所述密封元件收納于所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分中對應(yīng)的ー個(gè)上。所述密封元件一體形成于所述主體部分與所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分之間的ー個(gè)或兩個(gè)相應(yīng)的界面上,使所述密封元件形成對應(yīng)的ー個(gè)所述側(cè)翼。每個(gè)所述密封元件與所述各自側(cè)翼中的ー個(gè)相配合。所述密封元件位于所述前端部分和后端部分的ー個(gè)或兩個(gè)自由端。所述密封元件處于各自相稱的凹口中,所述凹ロ形成于所述相鄰葉片對的至少ー個(gè)中。在又一示例性但非限制性實(shí)施例中,本發(fā)明提供一種用于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪中的方法,所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪包括多個(gè)在圓周上配置的葉片,其中每個(gè)相鄰的葉片對之間插入有阻尼器銷,所述阻尼器銷包括細(xì)長的主體部分,其具有實(shí)質(zhì)一致的第一橫截面形狀,并包括相對設(shè)置、具有另ー橫截面形狀的前端和后端;所述方法用于控制冷卻空氣沿著所述阻尼器銷從所述葉片的柄部分中的腔逸出,包括在所述阻尼器銷上提供至少ー個(gè)密封元件; 以及在所述葉片的所述柄部分提供至少ー個(gè)凹ロ或槽;以及確定阻尼器銷的位置,使所述至少ー個(gè)密封元件位于所述至少ー個(gè)凹ロ中?,F(xiàn)在將結(jié)合下文的圖片詳細(xì)說明本發(fā)明。


      圖1為燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片和阻尼器銷組件的透視圖;圖2為顯示一對在圓周上相鄰的葉片的局部側(cè)視圖,其中阻尼器銷位于這對相鄰葉片之間;圖3為根據(jù)本發(fā)明第一示例性但非限制性實(shí)施例的附接有密封元件的阻尼器銷的透視圖;圖4為圖3所示的從阻尼器銷上取下的ー個(gè)密封元件的透視圖;圖5為類似于圖3所示的阻尼器銷的側(cè)面正視圖,但本圖中密封元件已與阻尼器銷形成整體;圖6為圖5所示的阻尼器銷的端視圖;圖7為圖5所示的阻尼器銷的平面示意圖;圖8為葉片柄的局部透視圖,本圖所示的是適于收納圖3或圖5的阻尼器銷的凹fe ;圖9為圖4-圖6 (如虛像所示)中安裝在兩個(gè)相鄰葉片之間的阻尼器銷的頂部平面圖;圖10為根據(jù)本發(fā)明另一示例性但非限制性實(shí)施例的包括密封元件的替代性阻尼器銷的側(cè)面正視11為圖10所示的阻尼器銷的端視圖;以及;圖12為圖10所示的阻尼器銷的頂部平面圖
      具體實(shí)施例方式圖1所示的是傳統(tǒng)葉片10,其包括機(jī)翼12、平臺(tái)14、柄16和鳩尾榫18。如所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員所了解,鳩尾榫18用于將葉片10緊固到轉(zhuǎn)子葉輪(未在圖中顯示)外圍。阻尼器銷20沿著與葉片平臺(tái)14相鄰(即徑向向肉)的ー個(gè)軸向邊緣(或斜面)22定位,其中阻尼器銷20的前端M位于葉片的前緣附近,后端沈位于葉片的后緣附近。應(yīng)了解,在渦輪機(jī)葉輪上的每對相鄰葉片18、118之間都有ー個(gè)類似的銷20,如圖 2中明示。特定而言,阻尼器銷20位于凹槽觀中,凹槽觀沿葉片118的整個(gè)斜面22延伸。 阻尼器銷20包括實(shí)質(zhì)為圓柱形的主體部分30,所述主體部分30位于實(shí)質(zhì)為半圓柱形的一對相對端對、26之間、并與相對端在其側(cè)翼39處相接合。這種構(gòu)造形成了平坦的支撐表面 32、34(圖1中清晰可見),所述支撐表面32、34適于設(shè)置于機(jī)加工形成的葉片平臺(tái)表面或側(cè)翼(其中一個(gè)如圖2中36所示)上,所述葉片平臺(tái)表面或側(cè)翼位于葉片斜面中所形成的凹槽觀的相對端上,從而對所述銷進(jìn)行有效的支撐,并在機(jī)器運(yùn)行過程中防止發(fā)生意想不到的過度旋轉(zhuǎn)情況?,F(xiàn)在參考圖3和圖4,其中所示為根據(jù)第一示例性但非限制性實(shí)施例的阻尼器銷 38。與上述傳統(tǒng)銷類似,銷38包括實(shí)質(zhì)為圓柱形的主體部分40和ー對具有較小的橫截面面積、實(shí)質(zhì)為半圓柱形的相對端42、44?,F(xiàn)在,阻尼器銷38可具備密封功能,ー對附接的密封元件46、48分別設(shè)置在圓柱形主體部分40與相對端42、44之間的界面(或側(cè)翼39)上。 每個(gè)鏡像密封元件形成了擁有環(huán)形外圍邊緣52的實(shí)質(zhì)為圓形的圓盤50,圓盤50包括ー個(gè)實(shí)心的半部M和開放的半部,開放的半部由實(shí)質(zhì)為半圓形的開ロ或孔56界定,這樣就可以將密封元件收納到阻尼器銷38的各個(gè)端42或44上。密封元件46、48可能由與阻尼器銷38相同或不同的合金材料構(gòu)成。例如,阻尼器銷46和密封元件46、48中的一或兩個(gè)可能是鎳基合金(如X-750),也可以是鈷基合金(如 レ60幻。然而應(yīng)了解,無論是對于銷38還是對于密封元件46、48,本發(fā)明對于其合金材料的選擇都并不限于此??烧{(diào)整密封元件46、48的大小,使其能稍微寬松地在阻尼器銷42的端42、44上滑動(dòng),以便可以根據(jù)下文中進(jìn)ー步的說明,讓密封元件輕松地進(jìn)入到形成于斜面(圖8)上的葉片柄62中的用于配合的機(jī)加工槽或凹ロ 58、60中。在允許公差寬松的情況下,當(dāng)阻尼器銷38由于離心力在其斜向凹槽64(圖8)中徑向移動(dòng)時(shí),渦輪機(jī)運(yùn)行過程中的大部分(即便不是全部)徑向負(fù)載應(yīng)該被阻尼器銷38吸收。與槽或凹ロ 58、60和凹槽64以及阻尼器銷/密封元件46、48相關(guān)的公差還允許在渦輪機(jī)運(yùn)行期間阻尼器銷發(fā)生某種最小程度的旋轉(zhuǎn),但密封元件本身不會(huì)吸收離心力。
      在先前的設(shè)計(jì)中,阻尼器銷38在相鄰葉片之間提供預(yù)期的阻尼作用,而密封元件 42,44提供屏障,以防止、最小化或控制冷卻空氣沿著阻尼器銷從柄部分的受壓式腔中逸出,特別是比較靠近葉片前緣的地方。如果是非受壓式腔,那么密封元件還可以防止、最小化或控制氣流跨過葉片從前輪空間泄漏到后輪空間。此外,密封元件還用于防止或最小化任何熱燃燒氣體沿著銷進(jìn)入到柄部,特別是比較靠近葉片后緣的地方。圖5-圖7所示為圖3和圖4中所示的阻尼器銷38的變體。本圖中,阻尼器銷68 和密封元件70、72 —體形成為ー個(gè)零件。所述阻尼器銷或者可實(shí)質(zhì)上與阻尼器銷38相同。 本圖中,密封元件70、72仍然可相對寬松地處于機(jī)加工槽或凹ロ 58、60中。具有橫截面面積減小的端78、80的端面74、76傾斜以配合相鄰的葉片邊緣,如圖 9清晰顯示。圖8所示為形成于葉片的斜面82中的凹槽64。調(diào)整凹槽64的形狀使其包括機(jī)加 エ支撐面84、86,所述支撐面84、86適于與阻尼器銷38的半圓形端42、44的平面88、90,或阻尼器銷68的半圓柱形端96、98的平面92、94相配合。圖9所示為位于兩個(gè)相鄰葉片100、102之間的阻尼器銷68。所述阻尼器銷實(shí)質(zhì)平行于相對的葉片斜面延伸,從而要求以不垂直于阻尼器銷縱軸的角度切割銷的端面74、 76 (如上文所述),使所述銷的端面74、76與葉片端面保持齊平。圖10-圖12所示為具備密封功能的阻尼器銷的另一示例性但非限制性實(shí)施例。阻尼器銷104經(jīng)形成為如前述實(shí)施例中那樣包括橫截面實(shí)質(zhì)為半圓形的圓柱形主體部分106 和相對端108U10.然而,在此實(shí)施例中,密封元件112、114 一體形成于相對端108,110的外部頂端。因?yàn)槊芊庠耆嗤?,所以只需對其中ー個(gè)進(jìn)行說明。密封元件112向各個(gè)方向徑向延伸至銷的半圓形端108的弧形部分之外,包括延伸至平坦的支撐表面116之外,從而形成實(shí)質(zhì)平行于支撐表面116延伸的平面118。因此,密封元件的弧形范圍大于180°,如圖10和圖11中清晰所示。請注意,如前述實(shí)施例所述,密封件的邊緣表面120是機(jī)加工形成的,與阻尼器銷104的縱軸呈一定角度,以便安裝時(shí)密封件邊緣表面與相鄰葉片的表面保持齊平,這類似于上文所述的阻尼器銷68的端邊緣74、76。另ー個(gè)傾斜邊緣部分122(圖 11)形成于密封元件的端面120上,向著與平面118呈約60°角的方向延伸,并與密封件的外部或外圍表面相交。密封元件的形狀仍然經(jīng)設(shè)計(jì)成可以寬松地配合或嵌入到形成于葉片柄中的具有相應(yīng)形狀的槽或凹口中,以提供所需的密封功能。應(yīng)了解,密封件的位置和形狀(以及相應(yīng)的凹槽和收納密封件的凹ロ)可根據(jù)具體應(yīng)用而改變。還應(yīng)了解,阻尼器銷的橫截面形狀不需要為上文所述的圓柱形,且直徑較小端的橫截面形狀也不需要為上文所述的半圓柱形。其他非圓形或非標(biāo)準(zhǔn)形狀的阻尼器銷也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外,阻尼器銷可能僅收納ー個(gè)密封元件,或僅由ー個(gè)密封元件構(gòu)成。對于受壓式柄,優(yōu)先選用兩個(gè)密封件,而對于非受壓式柄,ー個(gè)密封件已足夠。雖然已結(jié)合目前被認(rèn)為是最具實(shí)用性和較佳的實(shí)施例說明了本發(fā)明,但應(yīng)了解本發(fā)明不限于已公開的實(shí)施例,而是應(yīng)涵蓋所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效配置。
      權(quán)利要求
      1.一種用于渦輪機(jī)葉片的阻尼器銷,包括一個(gè)細(xì)長的主體部分,其具有實(shí)質(zhì)一致的第一橫截面形狀以及軸向?qū)R的前端部分和后端部分,所述前端部分和后端部分具有相對較小的第二橫截面形狀、且位于所述主體部分的相對端,所述前端部分和后端部分在各自側(cè)翼上與所述細(xì)長的主體部分接合;以及密封元件,其位于所述相対的前端部分和后端部分中的一個(gè)或兩個(gè),徑向向外伸到所述主體部分之外。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼器銷,其特征在于所述主體部分的所述實(shí)質(zhì)一致的橫截面形狀為圓形,且由第一直徑界定。
      3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻尼器銷,其特征在于每個(gè)所述的密封元件的形狀實(shí)質(zhì)是圓形,其外圍表面的直徑大于所述第一直徑。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻尼器銷,其特征在于所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分的橫截面形狀實(shí)質(zhì)都是半圓形。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼器銷,其特征在于所述密封元件由鎳基或鈷基合金構(gòu)成。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼器銷,其特征在于所述密封元件的形狀實(shí)質(zhì)為圓盤形, 其中具有ー個(gè)孔以允許將所述密封元件收納到所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分中對應(yīng)的ー個(gè)上。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼器銷,其特征在于所述密封元件一體形成于所述主體部分與所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分之間的ー個(gè)或兩個(gè)相應(yīng)的界面上,使所述密封元件形成所述側(cè)翼中相應(yīng)的ー個(gè)。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼器銷,其特征在于所述密封元件與所述各自側(cè)翼中的 ー個(gè)相配合。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼器銷,其特征在于所述密封元件位于所述前端部分和后端部分中的ー個(gè)或兩個(gè)自由端。
      10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻尼器銷,其特征在于每個(gè)所述相對的前端和后端的所述較小橫截面形狀的弧形范圍在180度到200度之間。
      11.一種渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪,其包括多個(gè)在圓周上配置的葉片,其中每個(gè)相鄰的葉片對之間插入有一個(gè)阻尼器銷,所述阻尼器銷包括一個(gè)細(xì)長的主體部分,其具有實(shí)質(zhì)一致的第一橫截面形狀,其中相対的前端和后端具有另ー橫截面形狀;以及密封元件,其位于所述相對的前端部分和后端部分中的一個(gè)或兩個(gè),徑向向外伸到所述主體部分之外。
      12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪,其特征在于所述主體部分的所述實(shí)質(zhì)均一的橫截面形狀為圓形,且由第一直徑界定;且每個(gè)密封元件外圍表面的直徑大于所述第一直徑。
      13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪,其特征在于所述密封元件的形狀實(shí)質(zhì)是圓盤形,其中具有ー個(gè)孔以允許將所述密封元件收納于所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分中對應(yīng)的ー個(gè)上。
      14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪,其特征在于所述密封元件一體形成于所述主體部分與所述軸向?qū)R的前端部分和后端部分之間的ー個(gè)或兩個(gè)相應(yīng)的界面上,使所述密封元件形成一個(gè)相應(yīng)的所述側(cè)翼。
      15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪,其特征在于所述密封元件位于所述前端部分和后端部分中中的ー個(gè)或兩個(gè)自由端。
      全文摘要
      本發(fā)明提供一種結(jié)合了阻尼器和密封銷的渦輪機(jī)葉片及其相關(guān)方法。所述阻尼器銷包括細(xì)長的主體部分,所述主體部分具有實(shí)質(zhì)均一的第一橫截面形狀,以及軸向?qū)R的前端部分和后端部分,它們位于所述主體部分的相對端且具有相對較小的第二橫截面形狀。密封元件,其設(shè)置于所述相對的前端部分和后端部分中的一個(gè)或兩個(gè)上,徑向向外伸到所述主體部分之外。
      文檔編號(hào)F01D5/16GK102536331SQ20111038881
      公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
      發(fā)明者D·H·特拉格澤, M·D·科利耶, S·P·瓦辛格 申請人:通用電氣公司
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