[发明专利]带有振动阻尼系统的翼面

说明书

技术领域

本公开内容涉及涡轮机翼面的振动阻尼或振动衰减(vibrationdamping)。更具体而言，本公开内容涉及使用磁场来衰减翼面振动。

背景技术

涡轮机翼面经受由于热负荷和离心负荷以及动态激发力或动态激振力(dynamic excitation force)造成的很高的静态和动态负荷。所造成的振动振幅，与高的静态负荷相结合，可导致高周疲劳(highcycle fatigue)故障。因此，对振动的衰减极其重要。

这个问题的一个解决方案是安装摩擦联接装置(frictionalcoupling device)，诸如在平台下方的阻尼器、系索(lacing wire)、或者叶栅顶部围带(tip shroud)，其通过由摩擦接触的能量耗散来提供阻尼或衰减。这个办法的缺点在于设计复杂性，因为物理接触参数在操作条件下难以评估和更改。而且，翼面的联接以及摩擦阻尼装置的几何性质改变动态特征，诸如本征频率和模态振型。

一种替代方案是使用磁体的吸引力进行衰减。美国专利4,722,668例如披露了在围带中和在半翼面高度处都使用磁体。磁体是配对的，其中一个翼面的磁体邻接着装配于相邻翼面中的磁体。

作为优于仅使用磁体的替代方案，由电导体在磁场中的运动所感生出的涡电流提供一种具有不同阻尼能力(damping capabiilty)的替代方案。这个解决方案使用以下原理：电导体在磁场中的运动感生出电压，电压继而形成涡电流。涡电流的磁场与第一磁场相反，从而在金属板上施加力以在将导体板的动能转换成热时使之抵抗运动。

DE 195 05 389 A1例如披露了一种用于涡轮机的涡电流阻尼布置，其中磁环位于涡轮机的壁部中从而使得配备了电导体的旋转翼面的振动当经过该环时的受到抑制。

US 7 399 158 B2披露了另一涡电流阻尼系统，其应用于安装成绕中心轴线旋转的一种翼面阵列。阻尼布置包括载流导体，载流导体形成绕着翼面阵列的回路。

这些布置都需要安装磁环、或环形载流回路用于感生出磁场，磁场与翼面分开。作为一替代方案，DE 199 37 146 A1披露了带有配对翼的相邻翼面，配对翼具有彼此紧邻的端部。一个翼的端部安装着磁体，而其配对的相对端部具有铜或铝板。由此，凭借涡电流原理，翼端部的相对运动受到抑制。

与使用磁吸引的振动抑制系统不同，借助于涡电流实现的振动阻尼或振动衰减需要某些相对运动，没有相对运动则将不会形成涡电流。

发明内容

本发明披露了用于在很宽广的振动频率范围内用于对装配于涡轮机中的翼面的振动加以衰减的一种阻尼装置。

本公开内容试图利用独立权利要求的主题来解决这个问题。有利实施例在附属权利要求中给出。

本发明提供具有振动阻尼系统的相邻地安装的周向分布式涡轮机翼面。每个相邻翼面对包括了在每个翼面上的一种固定与接纳部分。一个部分从第一翼面延伸到限定出一面的一端部，所述面基本上垂直于延伸方向；而另一部分朝着第一固定与接纳部分而延伸到与第一固定与接纳部分的面相邻近或相接触的一面。第一部分具有第一磁体，该第一磁体固定地接纳于第一部分中、具有朝向第一部分的第一面的一极；并且具有第一非磁性导体板，其固定地安装于第一面与第一磁体之间。第二部分具有第二磁体，该第二磁体固定地接纳于第二部分中、具有面朝着第二面的一极从而使得该极与第一磁体的极对准且以一定分开距离而与第一磁体的极分开。

配对的磁体与非磁性导体板的组合提供了在较为宽广的频率范围上的较高的阻尼能力，这部分地是由于更强且更佳地对准的磁场。

在一个固定部分中具有一个磁体的阻尼方面，通量线(flux line)形成与对置的翼的面相垂直的线，导致很低的径向磁场分量。当两个磁体以不同极彼此面对时，通量线的对准从定性的角度看是相同的、但较高量值会导致较高阻尼力。在两种情况下，在磁体与金属部分之间和/或在磁体之间存在吸引力，导致当作用于部分两端的吸引力具有相同量值时形成不稳定的平衡。如果叶片偏转到一侧，在带有较小空气间隙的侧部上的力增加，而在带有较大空气间隙的侧部上的力减小。这种不平衡造成不稳定的运动。通过使磁体对准从而使得相同极彼此面对，发现可实现更稳定的平衡。另外，发现在相同极之间生成的径向磁通量分量造成甚至更大的阻尼力。因此一方面提出，在接纳与固定部分中磁体的面对着的极具有相同的极性，例如N-N或S-S。

在另一方面，第二部分还具有非磁性导体板。非磁性导体板固定地安装于第二磁体与第二面之间。通过在两个部分中均具有非磁性导体板，对于该两个部分的相同的相对运动，增强了涡电流阻尼机构。