[发明专利]具有经改进的抗颤振性的带缓冲器的叶片

说明书

一种用于涡轮机的带叶片的转子系统(10)包括安装在转子盘(12)上的一行叶片(14)。每一叶片(14)包括带有中跨缓冲器(30)的翼型件(16)。所述行叶片(14)包括第一组(H)和第二组(L)叶片(14)。所述第二组(L)叶片(14)与所述第一组(H)叶片(14)的区别在于所述缓冲器(30)的几何形状，所述几何形状是相应组(H、L)独有的。特别地，所述第二组(L)的所述缓冲器(30)在与所述第一组(H)的所述缓冲器(30)不同的展向高度处附接到相应翼型件(16)。从而，所述第二组(L)中的叶片(14)的固有频率与所述第一组(H)中的叶片(14)的固有频率相差预先确定的量。所述第一组(H)和所述第二组(L)的叶片(14)交替地定位在所述行叶片(14)中，以提供频率失谐来稳定所述叶片(14)的颤振。

技术领域

本发明涉及涡轮机中的旋转叶片，并且特别地，涉及针对经改进的抗颤振性具有交替频率失谐（frequency mistuning）的一行带缓冲器的叶片。

背景技术

涡轮机（例如燃气涡轮发动机）沿着燃气涡轮发动机的涡轮机区段中的热气体路径包括流动引导元件的多个级。每一涡轮机级包括沿着涡轮机区段的轴向方向布置的一行周向静止导叶和一行周向旋转叶片。每一行叶片可以安装在相应的转子盘上，其中所述叶片从转子盘径向向外延伸到热气体路径中。叶片包括翼型件，所述翼型件沿着径向方向从翼型件的根部部分展向延伸到尖端。

每一级处的典型涡轮机叶片被设计成在空气动力学和机械上相同。这些相同的叶片共同组装到转子盘中以形成带叶片的转子系统。在发动机操作期间，所述带叶片的转子系统按系统模式振动。此振动在大型叶片中（例如在低压涡轮机级中）可能更严重。所述模式中阻尼的重要来源是来自当叶片振动时作用在叶片上的气动力。在某些情况下，某些模式中的气动阻尼可能变成负的，这可能导致叶片颤振。当此情况发生时，系统的振动响应往往呈指数增长，直到叶片达到极限循环或断裂。即使叶片实现极限循环，其振幅也仍可足够大到致使叶片因高循环疲劳而失效。

为了提高叶片的固有频率并降低叶片颤振的趋势，叶片可以设置有尖端-护罩或缓冲器。缓冲器和尖端-护罩之间的差别在于尖端-护罩安置在翼型件的尖端上方，而缓冲器通常远离尖端安置，通常附接在翼型件的中跨（mid-span）处。图1示出带有尖端-护罩90的涡轮机叶片，而图2-3示出带有中跨护罩或缓冲器30的涡轮机叶片。尖端-护罩和缓冲器两者的工作原理相同：翼型件通常通过预扭转安装在转子盘上。在发动机操作期间，翼型件往往因离心力而解开。附接到翼型件的尖端-护罩或缓冲器因叶片的旋转而与相邻尖端-护罩或缓冲器接触以在叶片达到特定旋转速度时形成环。所述环提供致使叶片的频率提高的约束，这降低叶片颤振的趋势。

然而，仍然存在改进空间以更好地解决叶片振动的问题。

发明内容

简言之，本发明的方面涉及带缓冲器的叶片，其针对经改进的抗颤振性具有交替频率失谐。

根据本发明的第一方面，提供一种用于涡轮机的带叶片的转子系统。所述带叶片的转子系统包括安装在转子盘上的一行周向叶片。每一叶片包括：翼型件，其沿着径向方向从根部部分展向延伸到翼型件尖端；以及周向延伸的缓冲器，其在所述翼型件的中跨区域处附接到翼型件。在操作中，相邻叶片的缓冲器周向邻接。所述行叶片包括第一组叶片和第二组叶片。第二组的叶片与第一组的叶片的区别在于缓冲器的几何形状，所述几何形状是相应组独有的，其中：第二组的缓冲器在与第一组的缓冲器不同的展向高度处附接到相应翼型件。从而，第二组中的叶片的固有频率与第一组中的叶片的固有频率相差预先确定的量。第一组和第二组的叶片交替地定位在所述行叶片中，以提供频率失谐来稳定叶片的颤振。