专利名称：一种透平机械叶片松拉筋结构的制作方法
技术领域：
本发明属于透平机械领域，涉及一种透平机械叶片松拉筋结构。
背景技术：
透平机械是能源、化工以及国防领域重要的动力机械，叶片是透平机械(如汽轮机)工作时热能、机械能相互转化的最主要元件，有些透平叶片包含拉筋结构，拉筋主要包括松拉筋和凸台拉筋两种形式。透平叶片在工作时会产生一定的振动，叶片的振动是影响透平叶片安全性的最主要因素，减少叶片振动的方法通常主要有两个，一是设计叶片时特意避开共振频率，减小激振力下的响应；二是增加叶片的振动阻尼，如叶片围带、拉筋结构等。叶片用整圈松拉筋连接是增加叶片阻尼的一个有效方法，某个带有整圈松拉筋的叶片三维视图见图1。从国内外数十年的研究、设计、加工、运行经验可知，松拉筋的设计最为关键的为三个方面一是拉筋的弯曲强度问题，由于松拉筋的尺寸往往不大，弯曲成整圈圆弧状后存在一定的安全性问题；二是松拉筋与叶片的装配问题，整圈松拉筋与叶片的安装通常要将拉筋设计成半圆形并分割成多段，每段之间保持一定间隙，安装叶片时将间隙空出，将叶片逐个装入，直到最后一个叶片装入后推动各段拉筋至合适位置以形成整圈；三是拉筋与叶片在工作时的接触状况，此点也是拉筋设计时最关键的问题，保证松拉筋与叶片的良好接触对于拉筋的效果非常关键。松拉筋与叶片组合后形成整圈，拉筋的截面结构是设计人员设计时的最重要部分。拉筋的阻尼效果和拉筋、叶片接触产生的作用力有较大关系，改变拉筋截面结构会显著改变拉筋与叶片的接触作用力；同时拉筋的弯曲强度、安全性也与拉筋的截面结构有较大关系。因此，开发合理的拉筋截面结构正是透平叶片松拉筋设计上的重要方向。
发明内容
针对目前透平叶片整圈松拉筋设计的几点关键问题，本发明的目的是提供一种透平机械叶片松拉筋结构，该结构的拉筋保留拉筋截面最大的部分，提升拉筋截面的抗弯截面系数，使拉筋强度得到有效保证；具有与叶片多点接触、同时抵抗周向、轴向和扭转振动的优良特性，而且可以方便地与叶片安装，因此可以在很大程度上改善汽透平叶片在运行时的振动问题从而提高叶片安全性，并且可以提高拉筋的安全性。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种透平机械叶片松拉筋结构，其与叶片的拉筋孔相配合部分的横截面形状为两个等大小的圆形部分重合所形成的形状，重合部分的高度为R_a;所述R为圆的半径，a=0.1R-0. 3R0本发明进一步的改进在于所述透平机械叶片松拉筋结构包括若干半拉筋，所述半拉筋的横截面所述两个等大小的圆形部分重合所形成的形状的一半。本发明进一步的改进在于所述透平机械叶片松拉筋结构由若干半拉筋相互贴合焊接而成，所述透平机械叶片松拉筋结构在空间上呈圆形，且穿于透平机械叶片的拉筋孔中。本发明进一步的改进在于同一侧相邻的两个半拉筋之间具有缝隙。本发明进一步的改进在于透平机械叶片松拉筋结构与叶片的拉筋孔相配合处的两个半拉筋与拉筋孔的内壁均接触。本发明进一步的改进在于a=0. 2R。本发明进一步的改进在于所述透平机械叶片松拉筋结构与叶片的拉筋孔相配合处的截面轴向长度为2R+2a ;拉筋孔为圆形直孔；2R+2a比叶片拉筋孔直径小O. 5mm。本发明一种透平机械叶片松拉筋结构，拉筋沿着与叶片径向方向平行的中心线进行半剖，同时将其分割成多段并留出一定间隙，在空间上形成一个圆形，其与透平叶片的拉筋孔相配合部分的横截面形状为两个超过半圆的扇形圆弧，左右两侧对称，其中拉筋与叶片接触力的大小和方向可以方便地通过调整参数R和a来实现，通常a在O. 1R-0. 3R之间变化。拉筋叶片上70%叶高附近开有拉筋孔，该孔为直通孔，拉筋在空间内形成整圈装入叶片中，叶片是在旋转状态下工作的，在离心力的作用下拉筋与叶片孔位置贴紧，产生阻尼力，本发明中拉筋与叶片接触能产生2个作用力，且作用力存在径向和轴向的分量，受力分析如图6所示，由于拉筋与叶片产生2个作用力，叶片发生扭转时产生反弯矩抵抗扭转，有效地减少了叶片的扭转振动。相对于现有技术，本发明的技术效果1、该拉筋结构保留了拉筋截面的最大部分，有效地提升了拉筋截面的抗弯截面系数，保证拉筋弯曲时具有良好的强度特性。2、该拉筋结构与叶片产生两个接触支点，，而传统的拉筋与叶片仅有一个接触点。众所周知，拉筋与叶片接触形成的阻尼是增加叶片刚度从而减小振动的本质，增加拉筋与叶片的接触点可以增加其相互之间的总摩擦力，从而有利于减小叶片的振动。3、该拉筋不仅能减小叶片组沿径向和周向的振动，还可以较为有效地减小叶片组的轴向振动和扭转振动。4、在具体设计时，该拉筋与叶片接触力的大小和方向可以方便地通过调节参数R和a来实现，可以根据实际叶片工作时各方向的振动情况来调节参数R和a的值，可节省大量的设计时间。
图1是带有整圈松拉筋的汽轮机叶片三维图；图2是拉筋与拉筋孔的配合示意图；图3a是叶片拉筋孔的周向示意图；图3b是叶片拉筋孔的轴向示意图；图4是拉筋安装方式示意图；图5a是R=6. 5mm的常规拉筋截面示意图；图5b是本发明R=6. 5mm, a=0. 2R的松拉筋截面示意图；图6a是常规拉筋与叶片接触时的受力分析图；图6b为本发明拉筋与叶片接触时的受力分析图7a是常规拉筋与叶片接触时的力偶分析图；图7b是本发明拉筋与叶片接触时的力偶分析图。
具体实施例方式参见图1、图2、图3a和图3b所示，在透平叶片的70%叶高附近加工出拉筋孔，工程中拉筋孔的直径一般在Φ 10-15_左右，拉筋孔为直孔。参见图5b所示，本发明一种透平机械叶片松拉筋结构设计成半剖式，从拉筋的中间沿叶片径向方向剖开，左右两侧对称，均为超过半圆的一个扇形圆弧，拉筋圆弧半径R和偏移量a为拉筋的主要参数，根据拉筋工作的有效性及安全性，拉筋的轴向长度(2R+2a)要比叶片拉筋孔直径Φ小O. 5mm左右，参数a的范围通常在O. 1R-0. 3R。本发明一种透平机械叶片松拉筋结构与叶片的拉筋孔相配合部分的横截面形状也可以看做是两个等大小的圆形部分重合所形成的形状，重合部分的高度为R-a ;所述R为圆的半径，a = O.1 R-0. 3R。参见图4，拉筋安装时，首先推动拉筋将所有叶片间的间隙填满，通过一圈拉筋剩 余的空隙逐个装入叶片，直到最后一支叶片时将拉筋推动，在各段间重新形成间隙并将整圈叶片都装入，此时通过布置焊点防止拉筋的滑动以达到固定的效果。参见图5a和图5b所示，常规拉筋截面为圆形，本发明中将拉筋的截面改为两个超过半圆的扇形，与常规拉筋相比，本发明拉筋保留原始拉筋截面最大的部分，有效提升了拉筋抗弯截面系数。如图5a中R=6. 5mm的圆拉筋沿中心线抗弯截面系数为215. 69mm3，而本发明拉筋(如a=0. 2R)沿中心线的抗弯截面系数为287. 52mm3,明显增加，在拉筋加工弯曲时能有更好的强度特性。参照图6a和图6b所示，叶片工作时，在离心力的作用下拉筋将和叶片接触并产生作用力，常规拉筋与拉筋孔只有一个接触点，其作用力为沿径向方向的F ;本发明中拉筋，由于拉筋截面结构的改变，本发明拉筋与拉筋孔有两个接触点，作用力F包括一个径向分量Fy和一个轴向的分量Fx,并有如下关系Fy=FXsin^(I)Fx=FX cos β(2)其中轴向分量Fx产生的阻尼力增加了叶片沿轴向的刚度从而减小了叶片沿该方向的振动。同时，由于不同的实际叶片工作时振动特性有所差别，需要根据实际叶片的振动情况调整拉筋与叶片之间的受力及方向，本发明拉筋中参数R和a可以对这些量方便地调节，可以明显减少设计的时间及难度。图6a和图6b为本发明拉筋结构和常规拉筋与叶片接触时的理论受力分析，从图中可以看出，该拉筋与叶片接触时的作用力存在一个沿轴向的分量，从而增加了叶片沿此方向的刚度，减小叶片沿该此方向的振动，而常规拉筋与叶片几乎不产生沿轴向的力，因此该拉筋结构有利于防止叶片的轴向振动。参照图7a和图7b所示，叶片工作时离心力使得拉筋与叶片接触，常规拉筋与叶片之间只有一个接触点，单点接触无法产生力偶；本发明设计的特殊拉筋结构，使得叶片发生扭转振动时与拉筋产生两个接触点，在叶片扭转时产生了一定的反力偶Ml、M2从而减小了叶片的扭转振动。
权利要求
1.一种透平机械叶片松拉筋结构，其特征在于，其与叶片的拉筋孔相配合部分的横截面形状为两个等大小的圆形部分重合所形成的形状，重合部分的高度为R-a ;所述R为圆的半径，a=0.1R-O. 3R。
2.根据权利要求1所述的一种透平机械叶片松拉筋结构，其特征在于，所述透平机械叶片松拉筋结构包括若干半拉筋，所述半拉筋的横截面为所述两个等大小的圆形部分重合所形成的形状的一半。
3.根据权利要求1所述的一种透平机械叶片松拉筋结构，其特征在于，所述透平机械叶片松拉筋结构由若干半拉筋相互贴合焊接而成，所述透平机械叶片松拉筋结构在空间上呈圆形，且穿于透平机械叶片的拉筋孔中。
4.根据权利要求3所述的一种透平机械叶片松拉筋结构，其特征在于，同一侧相邻的两个半拉筋之间具有缝隙。
5.根据权利要求4所述的一种透平机械叶片松拉筋结构，其特征在于，透平机械叶片松拉筋结构与叶片的拉筋孔相配合处的两个半拉筋与拉筋孔的内壁均接触。
6.根据权利要求1所述的一种透平机械叶片松拉筋结构，其特征在于，a=0.2R。
7.根据权利要求1所述的一种透平机械叶片松拉筋结构，其特征在于，所述透平机械叶片松拉筋结构与叶片的拉筋孔相配合处的截面轴向长度为2R+2a ;拉筋孔为圆形直孔；2R+2a比叶片拉筋孔直径小O. 5mm。
全文摘要
本发明公开一种透平机械叶片松拉筋结构，其与叶片的拉筋孔相配合部分的横截面形状为两个等大小的圆形部分重合所形成的形状，重合部分的高度为R-a；所述R为圆的半径，a=0.1R-0.3R。该拉筋结构保留了拉筋截面的最大部分，有效地提升了拉筋截面的抗弯截面系数，保证拉筋弯曲时具有良好的强度特性；本发明拉筋与叶片有两个接触点，能产生2个作用力，且作用力存在径向和轴向的分量，由于拉筋与叶片产生2个作用力，叶片发生扭转时产生反弯矩抵抗扭转，有效地减少了叶片的扭转振动；该拉筋不仅能减小叶片组沿径向和周向的振动，还可以较为有效地减小叶片组的轴向振动和扭转振动。
文档编号F01D5/16GK103016066SQ20121057981
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者谢永慧, 申仲旸, 张荻, 张明辉 申请人:西安交通大学