[发明专利]一种自适应变工况最佳正压力阻尼叶片结构及设计方法

说明书

一种自适应变工况最佳正压力阻尼叶片结构及设计方法，该阻尼叶片结构包括叶根、叶身、围带和正压力调节滚珠；其中，围带整体采用沿中分面对称的周向凸型设计，该方向上吸力面侧和压力面侧对应开设有凹槽，围带吸力面侧凹槽和相邻围带压力面侧凹槽沿围带中分面对向布置，组成一个完整安装槽，正压力调节滚珠依次安装在对应的安装槽中。在设计工况下，由正压力求解方法得到最佳正压力，结合相关参数关系得到围带接触面设计形函数，完成阻尼结构参数化流程设计。变工况下，由接触角及最优正压力的匹配关系，阻尼结构达到新的设计平衡点，在新的最优正压力下继续运行，实现变工况阻尼最佳正压力优化结构的自适应设计，提高减振性能使阻尼系统高效运行。

技术领域

本发明涉及一种汽轮机动叶片，具体涉及一种自适应变工况最佳正压力阻尼叶片结构及设计方法。

背景技术

叶片是汽轮机中将蒸汽动能转换为机械功的重要部件，对于汽轮机的安全运行至关重要。汽轮机叶片的运行环境十分复杂，其工作时会受到离心力、稳定气流力以及交变激振力的作用，使得叶片容易发生振动(吴厚钰，透平零件结构和强度计算，机械工业出版社，1982年：第4页)。降低叶片振动水平，使其振动应力减小到允许范围内对于保证整机的安全可靠运行至关重要。

工业上常采用带有阻尼围带结构的叶片，在振动发生时通过叶片围带之间接触发生摩擦作用，将叶片结构振动的机械能转换为热能进行耗散，起到减振的作用，并通过围带间的间隙微调改变接触正压力从而改变摩擦阻尼(赵子辉，谢永慧，张荻等，汽轮机叶片结构阻尼研究发展现状及展望，汽轮机技术，2008年2月，第50卷第1期：第1-5页)。阻尼结构所受到的正压力是阻尼结构设计中的一个关键参数，它直接影响叶片摩擦阻尼的减振作用效果(徐自力，谷伟伟，吕强等，基于微动滑移模型的叶片阻尼结构参数研究，西安交通大学学报，2007年5月，第41卷第5期：第507-511页)。当正压力较小时，叶片围带之间相互作用较弱，摩擦力较小，此时的摩擦接触面处于类似于围带分离的状况，不能充分发挥摩擦阻尼件耗散叶片振动能量的作用，因此叶片共振幅值较大。随着正压力的增加，共振频率开始增大，界面间相互作用增强，摩擦阻尼件耗散叶片振动能量，振动幅值降低。然而当正压力更进一步增大时，叶片之间的相互作用增强，正常工作状态下的气流激振力已经难以使摩擦接触面上再发生宏观滑移现象，此时摩擦节点对处于微动滑移状态，摩擦作用受阻，叶片振动能量无法通过摩擦消耗，因此叶片共振幅值再次增加，叶片振动加剧(谢永慧，吴君，张荻等，具有整体围带和凸台拉筋汽轮机长叶片阻尼振动特性实验研究，汽轮机技术，2011年4月，第53卷第2期：第81-84页)。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种自适应变工况最佳正压力阻尼叶片结构及设计方法。本发明通过设计变截面凹槽改变叶顶围带间的接触正压力，得到阻尼围带间正压力的最佳解，从而使叶片在不同工况下始终保持以最佳正压力工作，有效发挥摩擦阻尼作用效果，降低响应幅值及振动水平，确保机组的安全运行。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种自适应变工况最佳正压力阻尼叶片结构，该阻尼叶片结构经过预扭处理，包括正压力调节滚珠，叶根平台，与叶根平台下部相连接的叶根，与叶根平台上部相连接的预扭叶身，以及与预扭叶身顶部相连接的叶片围带；其中，

叶片围带在周向方向上的吸力面侧和压力面侧对应开设有凹槽，分别为吸力面侧凹槽和压力面侧凹槽，每个叶片围带的吸力面侧凹槽和相邻叶片围带的压力面侧凹槽沿围带中分面对向布置，组成一个完整的安装槽，正压力调节滚珠依次安装在对应的安装槽中。

本发明进一步的改进在于，围带叶片阻尼结构能够调节，在工况变化时通过自主调整正压力调节滚珠与叶片围带凹槽的接触面及角度，达到新的设计平衡点，用于提供适应变工况下的最佳正压力，以实现变工况下阻尼结构的自适应设计。

本发明进一步的改进在于，叶片围带整体采用沿中分面对称的周向凸型设计；