一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)及其與松拉筋的配合結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)及其與松拉筋的配合結(jié)構(gòu)，包括葉片和松拉筋；葉片的壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)雀髟O(shè)有一個凸臺，凸臺從葉片的壓力面?zhèn)群臀γ嫠缴斐?，凸臺的凸臺軸線為葉片的周向方向，相鄰葉片的壓力面凸臺、吸力面凸臺伸出長度之和為0.4-0.6倍葉片節(jié)距；凸臺中布置有拉筋孔；拉筋孔中心線與凸臺軸線間的夾角為2°-4°；松拉筋穿入拉筋孔中；在葉片工作時，松拉筋與壓力面凸臺的拉筋孔和吸力面凸臺的拉筋孔接觸，形成兩個接觸點(diǎn)，其總振動阻尼增大，提升了松拉筋對葉片的減振能力；同時兩個接觸點(diǎn)間可以在葉片扭轉(zhuǎn)時形成轉(zhuǎn)矩，這樣可以減弱葉片在工作時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動。
【專利說明】一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)及其與松拉筋的配合結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于透平機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種透平葉片的拉筋裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]透平機(jī)械是能源、化工以及國防領(lǐng)域重要的動力機(jī)械，葉片是透平機(jī)械(如汽輪機(jī))工作時熱能、機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的最主要元件，拉筋結(jié)構(gòu)常用于汽輪機(jī)動葉片中作為減小葉片振動的一種手段，拉筋結(jié)構(gòu)包括凸臺拉筋和松拉筋兩種型式。
[0003]汽輪機(jī)葉片在工作時會產(chǎn)生一定的振動，葉片振動往往是損壞葉片最常見、最直接的原因，因此葉片設(shè)計(jì)者非常關(guān)注葉片的振動特性及減振結(jié)構(gòu)，減少葉片振動的方法通常主要有兩個，一是在設(shè)計(jì)葉片時即考慮其共振頻率，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避開振動頻率；二是采用增加葉片振動阻尼結(jié)構(gòu)，如圍帶、拉筋等。葉片松拉筋連接是增加葉片振動阻尼的一個有效方法，某個帶有整圈松拉筋的葉片三維示意圖見圖1。
[0004]從國內(nèi)外學(xué)者、工程師對汽輪機(jī)葉片數(shù)十年的研究、設(shè)計(jì)、加工、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，在葉片上安裝松拉筋結(jié)構(gòu)來減振時有幾大關(guān)鍵問題:一是松拉筋的安裝，由于松拉筋在空間上是圓弧狀，套入葉片的拉筋孔時往往會出現(xiàn)卡死、摩擦等不利于其安裝的現(xiàn)象；二是松拉筋工作時與葉片的接觸及應(yīng)力狀況，松拉筋與葉片的接觸而產(chǎn)生阻尼是葉片減振的本質(zhì)原因，因此必須保證拉筋與葉片良好地接觸，并盡可能地增加其接觸點(diǎn)；三是由于應(yīng)力狀況帶來的松拉筋材料選擇，松拉筋磨損等問題，由于松拉筋工作時的應(yīng)力需要控制，因此常使用鈦合金等彈性模量較小的低密度材料，但其阻尼效果較差，同時由于松拉筋工作時有部分應(yīng)力集中現(xiàn)象，在葉片運(yùn)行一段時間后拉筋的局部常出現(xiàn)磨損的現(xiàn)象。因此從以上三點(diǎn)改善松拉筋設(shè)計(jì)具有很大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前透平葉片整圈松拉筋在設(shè)計(jì)、運(yùn)行時的幾點(diǎn)關(guān)鍵問題，本發(fā)明的目的是提供一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)及其與松拉筋的配合結(jié)構(gòu)，該拉筋結(jié)構(gòu)加工簡單，能更好地與葉片拉筋孔進(jìn)行組合安裝，與葉片產(chǎn)生多個接觸點(diǎn)，拉筋應(yīng)力水平明顯降低，同時對葉片的切向、扭轉(zhuǎn)振動的抑制作用明顯增強(qiáng)。因此，該拉筋孔及拉筋的組合方式能更加有效地降低葉片的振動水平，提升拉筋的安全性能，從而提高葉片的安全可靠性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)，包括葉片；葉片的壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)雀髟O(shè)有一個凸臺，凸臺從葉片的壓力面?zhèn)群臀γ嫠缴斐觯古_的凸臺軸線為葉片的周向方向，相鄰葉片的壓力面凸臺、吸力面凸臺伸出長度之和為0.4-0.6倍葉片節(jié)距；凸臺中布置有拉筋孔；拉筋孔中心線與凸臺軸線間的夾角為2° -4°。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:壓力面凸臺的拉筋孔和吸力面凸臺的拉筋孔以葉片的放射線對稱設(shè)置；拉筋孔均朝向轉(zhuǎn)子軸線方向傾斜。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:凸臺的上表面和下表面被拉筋孔隔開，上表面的厚度大于下表面的厚度。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:凸臺設(shè)置于葉片上60%-80%葉高位置處。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:壓力面凸臺和吸力面凸臺伸出長度相同。
[0012]一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)及其與松拉筋的配合結(jié)構(gòu)，松拉筋穿入凸臺的拉筋孔中；在葉片工作時，松拉筋與壓力面凸臺的拉筋孔和吸力面凸臺的拉筋孔接觸，形成兩個接觸點(diǎn)。
[0013]一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔和松拉筋組合結(jié)構(gòu)，包括一圓環(huán)形凸臺結(jié)構(gòu)，此凸臺位于位于汽輪機(jī)動葉片上，位于葉片60%-80%葉高處，此凸臺的軸線與汽輪機(jī)主軸平行，每一支葉片的壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)确謩e伸出一半此凸臺結(jié)構(gòu)，凸臺伸出的長度約為葉片節(jié)距的一半，凸臺的示意如圖2a，2b。圓環(huán)形凸臺中布置拉筋孔，拉筋孔的特征為:以拉筋孔高度為基準(zhǔn)，拉筋孔與凸臺的軸線呈一定角度，傾斜角度根據(jù)葉片節(jié)距，葉片節(jié)圓高度適當(dāng)調(diào)整，約2°?4°。松拉筋穿入此拉筋孔時，由于其存在一定的傾斜角度，安裝較于直通孔而言更加容易，不容易出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，同時當(dāng)葉片工作時，松拉筋在離心力的作用下與凸臺上的拉筋孔接觸，每支葉片的拉筋孔與松拉筋最少形成兩個接觸點(diǎn)，分別位于葉片吸力面?zhèn)群蛪毫γ鎮(zhèn)鹊耐古_孔部分。如采用 申請人:曾公開的發(fā)明專利申請(CN103016066A)中的特殊松拉筋結(jié)構(gòu)與此拉筋孔配合，則能產(chǎn)生多達(dá)四個接觸點(diǎn)。葉片工作時，松拉筋在離心力的作用下與拉筋孔的上表面貼緊形成應(yīng)力，由于拉筋孔的傾斜角度，拉筋孔上側(cè)比下側(cè)更厚，其承受應(yīng)力的能力更大，因此帶有傾斜角度的拉筋孔相比與直通拉筋孔而言更加合理。由于松拉筋與拉筋孔接觸點(diǎn)增多帶來應(yīng)力大幅度降低，對應(yīng)的松拉筋則可以使用彈性模量和剛度更大的合金鋼制造，這樣可以產(chǎn)生更大的振動阻尼以增強(qiáng)松拉筋的減振能力，同時還緩解了松拉筋易出現(xiàn)的磨損現(xiàn)象。
[0014]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0015]1、葉片工作時，該松拉筋與葉片的拉筋孔凸臺能形成至少兩個接觸點(diǎn)，其總振動阻尼增大，提升了松拉筋對葉片的減振能力；同時兩個接觸點(diǎn)間可以在葉片扭轉(zhuǎn)時形成轉(zhuǎn)矩，這樣可以減弱葉片在工作時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動。
[0016]2、由于松拉筋與葉片拉筋孔凸臺處的接觸點(diǎn)增加，同時凸臺部分減少了松拉筋懸空段的距離，因此松拉筋工作貼緊時的應(yīng)力以二次方關(guān)系下降，同時由于拉筋孔的傾斜，松拉筋工作時將接觸于葉片凸臺中更厚的上表面，其承受應(yīng)力能力將增強(qiáng)，松拉筋的應(yīng)力得到控制后可以將松拉筋材料更換成彈性模量及剛度更大的合金鋼，能提升葉片的總振動阻尼。
[0017]3、由于松拉筋懸空段減少以及拉筋、葉片接觸點(diǎn)的增加，松拉筋接觸位置應(yīng)力大幅下降，可以使得松拉筋常見的磨損問題得到一定程度的緩解。
[0018]4、由于葉片拉筋凸臺中的拉筋孔呈一定角度，其在空間上與松拉筋的圓形更加吻合，松拉筋安裝過程將更加順暢，卡死現(xiàn)象將得到緩解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是帶有整圈松拉筋的汽輪機(jī)葉片三維圖；
[0020]圖2a是葉片拉筋孔上凸臺的示意圖；
[0021]圖2b是葉片拉筋孔凸臺附近剖視圖；[0022]圖2c是拉筋孔凸臺安裝角度示意圖；
[0023]圖3a是拉筋孔凸臺和松拉筋配合的示意圖；
[0024]圖3b是圖3a中I部的局部放大圖；
[0025]圖4a是常規(guī)葉片拉筋孔與松拉筋接觸受力示意圖；
[0026]圖4b是本發(fā)明中拉筋孔凸臺與松拉筋接觸受力示意圖；
[0027]圖4c是多個葉片節(jié)距下的拉筋孔與松拉筋配合示意及懸空段示意圖；
[0028]圖5a是多個葉片節(jié)距下松拉筋與常規(guī)拉筋孔配合時理論受力示意圖；
[0029]圖5b是多個葉片節(jié)距下松拉筋與發(fā)明中拉筋孔凸臺配合時理論受力示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0030]參見圖1、汽輪機(jī)動葉片I上60%_80%葉高位置為拉筋孔10，松拉筋2穿過拉筋孔，整圈連接葉片。
[0031]參見圖2a，2b所示，本發(fā)明一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)，在葉片I壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)雀骷庸ひ粋€凸臺，凸臺11為水平伸出，其軸線110為葉片I的周向方向，相鄰葉片I的壓力面、吸力面凸臺11伸出長度之和為0.4-0.6倍葉片節(jié)距為佳。凸臺11中布置有拉筋孔10以使拉筋2穿入，拉筋孔中心線100與凸臺中心線110間的相對角度參見圖2c，以拉筋2的節(jié)圓直徑為標(biāo)準(zhǔn)，拉筋孔10向兩側(cè)傾斜，其與凸臺11的軸線110呈夾角α，此角度根據(jù)拉筋的節(jié)圓直徑和葉片節(jié)距的尺寸進(jìn)行調(diào)整，在2° -4°左右，此角度以滿足松拉筋順利穿入拉筋孔以及拉筋接觸點(diǎn)跨度盡可能大為前提。壓力面凸臺的拉筋孔和吸力面凸臺的拉筋孔以葉片的放射線120對稱設(shè)置。
[0032]參見圖3a，3b所示，松拉筋2穿入凸臺11上的拉筋孔10，由于拉筋孔10具有一定的傾斜角度，其空間形狀更適合圓周的松拉筋2穿入，一定程度上緩解了安裝過程中的“卡死”現(xiàn)象。在葉片工作時，松拉筋2在離心力的作用下向上偏移與凸臺11中拉筋孔10接觸，由于拉筋孔10的傾斜角，拉筋孔中間部分沒有與松拉筋接觸，為中空部分200，拉筋孔的兩側(cè)與松拉筋形成兩個接觸點(diǎn)300。
[0033]參見圖4a，常規(guī)葉片拉筋孔與松拉筋在工作時形成接觸，僅在拉筋孔頂部形成單一接觸點(diǎn)，此單一接觸點(diǎn)形成的總摩擦力有限，總振動阻尼較小，且較難抵抗葉片工作時的扭轉(zhuǎn)振動；參見圖4b，本發(fā)明中的葉片凸臺拉筋孔與松拉筋在工作時形成兩個接觸點(diǎn)，位于拉筋孔的兩側(cè)，此兩接觸點(diǎn)大大提升了葉片與松拉筋接觸的總摩擦力，總振動阻尼大幅增加，同時兩個接觸點(diǎn)在葉片扭轉(zhuǎn)時相互間形成轉(zhuǎn)矩，有利于減小葉片工作時發(fā)生的扭轉(zhuǎn)振動，同時由于拉筋孔的傾斜，凸臺的上部比下部更厚，松拉筋接觸于凸臺的上部時凸臺可以承受更大的接觸應(yīng)力；參見圖4c，為松拉筋與多個葉片節(jié)距下的葉片拉筋孔凸臺接觸情況，本發(fā)明的凸臺拉筋孔與松拉筋接觸點(diǎn)增加一倍，且由于凸臺的加入松拉筋的懸空段縮短，支承增多，松拉筋的總振動阻尼及剛度都得到了提升。
[0034]參見圖5a，5b，松拉筋在工作時的離心力可以看作是沿其軸線上的均布力載荷，采用本發(fā)明中的凸臺拉筋孔后，松拉筋受載荷時的支承數(shù)目增大一倍，由材料力學(xué)的相關(guān)理論可知，縮短梁的跨度或增加支承數(shù)目對于提高梁的剛度非常有效，梁的最大彎曲應(yīng)力與跨度的平方成正比，擾度與跨度的四次方成正比。由此可見，采用此發(fā)明增加松拉筋接觸支承后，松拉筋的彎曲應(yīng)力大幅度減小，由此可帶來諸多好處，如可采用剛度更大的合金鋼代替鈦合金作為松拉筋的材料；應(yīng)力呈指數(shù)下降后可以緩解松拉筋工作時最常見的磨損現(xiàn)象
坐寸O
【權(quán)利要求】
1.一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括葉片(I);葉片(I)的壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)雀髟O(shè)有一個凸臺(11)，凸臺(11)從葉片(I)的壓力面?zhèn)群臀γ嫠缴斐?，凸臺(11)的凸臺軸線(110)為葉片(I)的周向方向，相鄰葉片(I)的壓力面凸臺、吸力面凸臺伸出長度之和為0.4-0.6倍葉片節(jié)距；凸臺(11)中布置有拉筋孔(10);拉筋孔中心線(100)與凸臺軸線(110)間的夾角為2° -4°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力面凸臺的拉筋孔和吸力面凸臺的拉筋孔以葉片的放射線(120)對稱設(shè)置；拉筋孔均朝向轉(zhuǎn)子軸線方向傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸臺的上表面和下表面被拉筋孔隔開，上表面的厚度大于下表面的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸臺(11)設(shè)置于葉片(I)上60%-80%葉高位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力面凸臺和吸力面凸臺伸出長度相同。
6.一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)及其與松拉筋的配合結(jié)構(gòu)，其特征在于，松拉筋(2)穿入權(quán)利要求1所述一種汽輪機(jī)葉片拉筋孔凸臺結(jié)構(gòu)的凸臺的拉筋孔中；在葉片工作時，松拉筋(2)與壓力面凸臺的拉筋孔和吸力面凸臺的拉筋孔接觸，形成兩個接觸點(diǎn)。
【文檔編號】F01D5/16GK103437830SQ201310278148
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月4日
【發(fā)明者】謝永慧, 申仲旸, 張荻 申請人:西安交通大學(xué)