葉片、渦輪及壓氣機(jī)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種葉片、渦輪及壓氣機(jī)，其中，葉片包括葉身，所述葉身設(shè)有空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)有質(zhì)量塊和彈性部件，所述質(zhì)量塊連接于所述彈性部件，所述彈性部件固定設(shè)于所述空腔內(nèi)，在共振狀態(tài)下，所述質(zhì)量塊能夠克服所述彈性部件的作用力在所述空腔內(nèi)部移動(dòng)，以改變?nèi)~片的質(zhì)量分布，調(diào)節(jié)葉片頻率消除共振。本發(fā)明專利技術(shù)能夠在葉片發(fā)生特定形式的振動(dòng)時(shí)，通過主動(dòng)改變?nèi)~片的自身質(zhì)量分布來改變?nèi)~片的固有頻率，從而避開共振點(diǎn)，消除共振，提高葉片的使用壽命。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
葉片、渦輪及壓氣機(jī)
本專利技術(shù)涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種葉片、渦輪及壓氣機(jī)。
技術(shù)介紹
軸流式壓氣機(jī)或渦輪廣泛應(yīng)用于能源工業(yè)領(lǐng)域，比如應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械。其中，壓氣機(jī)用于壓縮空氣，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體內(nèi)能；渦輪用于膨脹氣體，將氣體內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。無論是壓氣機(jī)還是渦輪，其與氣體交換能量的結(jié)構(gòu)都是葉片，在各自的結(jié)構(gòu)中分別稱為壓氣機(jī)葉片和渦輪葉片。葉片在工作過程中，由于承受前面葉片的尾流激振或機(jī)匣橢圓度引起的激勵(lì)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生強(qiáng)迫共振，葉片一旦發(fā)生共振，將會(huì)產(chǎn)生很大的安全性危害，比如葉片產(chǎn)生裂紋甚至斷裂等。這種情況導(dǎo)致的事故甚至災(zāi)難不勝枚舉，因此，葉片的頻率調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)或減振設(shè)計(jì)一直是軸流式壓氣機(jī)或渦輪葉片在研制過程中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。通常的軸流式壓氣機(jī)或渦輪葉片是由葉身、緣板和榫頭組成，其固有頻率是依據(jù)其結(jié)構(gòu)形式和工作條件而確定的。由于葉片自身的固有頻率是確定的，所以其一旦發(fā)生共振而工作條件沒有發(fā)生改變的話，葉片就會(huì)一直處于共振狀態(tài)，長時(shí)間處于共振狀態(tài)會(huì)大大降低葉片的使用壽命，甚至可能產(chǎn)生裂紋或者發(fā)生斷裂。軸流式壓氣機(jī)或渦輪葉片在研制過程中的頻率調(diào)節(jié)一般是通過改變?nèi)~身結(jié)構(gòu)、材料、支撐方式等改變?nèi)~片的固有頻率，使得葉片在壓氣機(jī)或渦輪的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)避開所有的共振點(diǎn)，這是理想中的葉片設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)實(shí)情況是，葉片由于具有很多階頻率，考慮到壓氣機(jī)或渦輪的性能要求，葉片的各階頻率往往無法做到所有的工作狀態(tài)下都能避開所有的激勵(lì)頻率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提出一種葉片、渦輪及壓氣機(jī)，其中，葉片能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)其固有頻率，避開共振點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種葉片，其包括葉身，所述葉身設(shè)有空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)有質(zhì)量塊和彈性部件，所述質(zhì)量塊連接于所述彈性部件，所述彈性部件固定設(shè)于所述空腔內(nèi)，在共振狀態(tài)下，所述質(zhì)量塊能夠克服所述彈性部件的作用力在所述空腔內(nèi)部移動(dòng)，以改變?nèi)~片的質(zhì)量分布，調(diào)節(jié)葉片頻率消除共振。在一優(yōu)選或可選實(shí)施例中，所述空腔內(nèi)固定設(shè)有殼體，所述質(zhì)量塊和所述彈性部件設(shè)于所述殼體內(nèi)，所述彈性部件連接于所述殼體和所述質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊能夠克服所述彈性部件的作用力在所述殼體內(nèi)移動(dòng)。在一優(yōu)選或可選實(shí)施例中，所述殼體內(nèi)設(shè)有凹槽，在非共振狀態(tài)下，所述質(zhì)量塊在所述彈性部件的作用力和所述凹槽的內(nèi)壁面作用下約束在所述凹槽內(nèi)，在共振狀態(tài)下，所述質(zhì)量塊能夠脫離所述凹槽在所述殼體內(nèi)移動(dòng)。在一優(yōu)選或可選實(shí)施例中，所述殼體采用焊接或螺紋連接的方式設(shè)于所述空腔內(nèi)。在一優(yōu)選或可選實(shí)施例中，所述質(zhì)量塊設(shè)有多個(gè)溝槽，所述彈性部件設(shè)于所述溝槽內(nèi)。在一優(yōu)選或可選實(shí)施例中，葉片包括堵頭，所述堵頭用于將所述質(zhì)量塊和所述彈性部件堵在所述空腔內(nèi)。在一優(yōu)選或可選實(shí)施例中，所述彈性部件為彈簧。在一優(yōu)選或可選實(shí)施例中，所述質(zhì)量塊為長方形、圓柱形或球形。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)還提供了一種渦輪，其包括上述任一實(shí)施例中的葉片。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)還提供了一種壓氣機(jī)，其包括上述任一實(shí)施例中的葉片。基于上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)至少具有以下有益效果：本專利技術(shù)提供的質(zhì)量塊和彈性部件相結(jié)合的變頻結(jié)構(gòu)，在共振狀態(tài)下，質(zhì)量塊能夠克服彈性部件的作用力在空腔內(nèi)部移動(dòng)，以改變?nèi)~片的質(zhì)量分布，調(diào)節(jié)葉片頻率消除共振，提高葉片的使用壽命；在非共振狀態(tài)下，質(zhì)量塊能夠在彈性部件的作用力下，自動(dòng)恢復(fù)至原始設(shè)計(jì)頻率。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本專利技術(shù)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本專利技術(shù)，并不構(gòu)成對本專利技術(shù)的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為本專利技術(shù)提供的葉片結(jié)構(gòu)示意；圖2為本專利技術(shù)提供的變頻結(jié)構(gòu)的爆炸示意圖；圖3為本專利技術(shù)提供的變頻結(jié)構(gòu)非共振狀態(tài)下的示意圖；圖4為本專利技術(shù)提供的變頻結(jié)構(gòu)在共振狀態(tài)下自動(dòng)調(diào)整質(zhì)量分布后的示意圖。附圖中標(biāo)號：1-堵頭；2-變頻結(jié)構(gòu)；3-葉身；4-緣板；5-伸根段；6-榫頭；7-殼體；71-凹槽；72-凹槽頂面；73-凹槽底面；74-殼體內(nèi)頂面；8-質(zhì)量塊；81-溝槽；82-溝槽底；9-彈性部件。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本專利技術(shù)的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。在本專利技術(shù)的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本專利技術(shù)和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本專利技術(shù)保護(hù)范圍的限制。如圖1所示，本專利技術(shù)提供的葉片包括葉身3、緣板4、伸根段5和榫頭6。葉身3設(shè)有空腔，該空腔能夠降低離心力，減小葉身3應(yīng)力。如圖2-4所示，空腔內(nèi)設(shè)有質(zhì)量塊8和彈性部件9組合形成的變頻結(jié)構(gòu)2，質(zhì)量塊8連接于彈性部件9的一端，彈性部件9的另一端固定連接于葉身3，在共振狀態(tài)下，質(zhì)量塊8能夠克服彈性部件9的作用力在空腔內(nèi)部移動(dòng)，以改變?nèi)~片的質(zhì)量分布，調(diào)節(jié)葉片頻率消除共振。本專利技術(shù)提供的質(zhì)量塊8和彈性部件9相結(jié)合的變頻結(jié)構(gòu)2，能夠在葉片發(fā)生特定形式的振動(dòng)時(shí)，通過主動(dòng)改變?nèi)~片的自身質(zhì)量分布來改變?nèi)~片的固有頻率，從而避開共振點(diǎn)，消除共振，因此，能夠提高葉片的使用壽命。在非共振狀態(tài)下，即正常工作狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)下，質(zhì)量塊8能夠在彈性部件9的作用力下，自動(dòng)恢復(fù)至原始設(shè)計(jì)頻率。本專利技術(shù)采用質(zhì)量塊8和彈性部件9相結(jié)合的變頻結(jié)構(gòu)2，還能夠在葉片發(fā)生共振時(shí)起到阻尼的作用，吸收一部分振動(dòng)能量。如圖2-4所示，質(zhì)量塊8和彈性部件9可以設(shè)于殼體7內(nèi)，殼體7固定設(shè)于空腔內(nèi)。彈性部件9連接于殼體7和質(zhì)量塊8，質(zhì)量塊8能夠克服彈性部件9的作用力在殼體7內(nèi)移動(dòng)。殼體7、質(zhì)量塊8和彈性部件9集成為葉片的變頻結(jié)構(gòu)2，該變頻結(jié)構(gòu)2能夠自動(dòng)改變?nèi)~片的固有頻率。如圖2所示，殼體7內(nèi)的下部還可以設(shè)有凹槽71，凹槽71包括凹槽頂面72和凹槽底面73，如圖3所示，在非共振狀態(tài)下，質(zhì)量塊8在彈性部件9的作用力和凹槽71的內(nèi)壁面作用下約束在凹槽71內(nèi)；其中，在靜止?fàn)顟B(tài)下，質(zhì)量塊8的底面與凹槽底面73接觸，在正常工作狀態(tài)下，由于離心力，質(zhì)量塊8的頂面與凹槽頂面72接觸。如圖4所示，在葉片發(fā)生共振的狀態(tài)下，例如：共振的振型為彎曲型振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)加速度達(dá)到一定的量值，質(zhì)量塊8的慣性力大于彈性部件9的作用力和凹槽頂面72的摩擦力，就會(huì)使得質(zhì)量塊8向凹槽71相對的一側(cè)發(fā)生移動(dòng)，脫離凹槽71，同時(shí)由于質(zhì)量塊8承受著很大的離心載荷，當(dāng)質(zhì)量塊8脫離凹槽71后，就會(huì)在離心力的作用下進(jìn)入殼體7上部空腔并緊貼該空腔的葉頂面，即殼體內(nèi)頂面74。這種情況下，葉片的質(zhì)量分布就發(fā)生了改變，由于葉片的固有頻率與葉片的質(zhì)量分布密切相關(guān)，因此，葉片的固有頻率也就發(fā)生了改變，進(jìn)而也就可以避開共振點(diǎn)，達(dá)到消除共振的目的。如圖2-4所示，質(zhì)量塊8上可以設(shè)有多個(gè)溝槽81，彈性部件9設(shè)于溝槽81內(nèi)，彈性部件9的一端連接溝槽81的溝槽底82，另一端連接凹槽71的凹槽底面73，在發(fā)生特定振型的共振時(shí)，質(zhì)量塊8能夠克服本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種葉片，包括葉身(3)，其特征在于：所述葉身(3)設(shè)有空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)有質(zhì)量塊(8)和彈性部件(9)，所述質(zhì)量塊(8)連接于所述彈性部件(9)，所述彈性部件(9)固定設(shè)于所述空腔內(nèi)，在共振狀態(tài)下，所述質(zhì)量塊(8)能夠克服所述彈性部件(9)的作用力在所述空腔內(nèi)部移動(dòng)，以改變?nèi)~片的質(zhì)量分布，調(diào)節(jié)葉片頻率消除共振。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種葉片，包括葉身(3)，其特征在于：所述葉身(3)設(shè)有空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)有質(zhì)量塊(8)和彈性部件(9)，所述質(zhì)量塊(8)連接于所述彈性部件(9)，所述彈性部件(9)固定設(shè)于所述空腔內(nèi)，在共振狀態(tài)下，所述質(zhì)量塊(8)能夠克服所述彈性部件(9)的作用力在所述空腔內(nèi)部移動(dòng)，以改變?nèi)~片的質(zhì)量分布，調(diào)節(jié)葉片頻率消除共振。2.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于：所述空腔內(nèi)固定設(shè)有殼體(7)，所述質(zhì)量塊(8)和所述彈性部件(9)設(shè)于所述殼體(7)內(nèi)，所述彈性部件(9)連接于所述殼體(7)和所述質(zhì)量塊(8)，所述質(zhì)量塊(8)能夠克服所述彈性部件(9)的作用力在所述殼體(7)內(nèi)移動(dòng)。3.如權(quán)利要求2所述的葉片，其特征在于：所述殼體(7)內(nèi)設(shè)有凹槽(71)，在非共振狀態(tài)下，所述質(zhì)量塊(8)在所述彈性部件(9)的作用力和所述凹槽(71)的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳鐵鋒，
申請(專利權(quán))人：中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31