专利名称：带有振动阻尼系统的翼面的制作方法
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 capability)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 Al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 Al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。在该系统的另一方面，以介于Imm与5mm之间的距离来将该两个部分的磁体分开。结合附图理解，通过下文的描述，本发明的其它方面和优点将变得显而易见，在附 图中，以举例说明的方式公开了本发明的实施例。
举例而言，本公开内容的实施例在下文中参考附图更全面地描述，在附图中 图1是根据示范性实施例的涡轮机的示范性周向安装的相邻翼面对的透视图； 图2是穿过图1的相邻翼面的II-II的剖视图，其示出示范性振动阻尼系统； 图3是图2的部段III的展开图，示出示范性振动阻尼系统的特点； 图4是图2的部段III的展开图，示出另一示范性振动阻尼系统的特点；以及 图5是图2的部段III的展开图，示出其中面对着的磁极的极性不同的一种布置。 附图标记 2a, 2b 翼面
10a, IOb 缓冲器(示范性的固定与接纳部分) 12a,12b 面 20a，20b 磁体 22a，22b 磁极
CDRHSD 25a,25b
非磁性导体板 周向
径向高度 分开距离
具体实施例方式现参看附图来描述本公开内容的优选实施例，在所有附图中使用相似附图标记来 指代相似元件。在下文的描述中，出于解释目的，陈述了许多具体细节来提供对本公开内容 的透彻理解。但显然本公开内容可在无这些具体细节的情况下实践。图1示出一系列相邻地安装的周向分布式涡轮机翼面2a、2b中的仅两个翼面， 其中通过彼此相邻而配对的这两个图示翼面2a、2b装配有示范性振动阻尼系统。相邻翼 面2a、2b各自具有安装于相应翼面2a、2b上的部分10a、10b，在一个示范性实施例中，部分 10a、IOb基本上在周向⑶上从翼面2a、2b延伸，且在未图示的另一示范性实施例中，在与周 向CD偏移开的一个方向上延伸。不同的延伸提供不同的阻尼特征。部分10a、10b的延伸 使得它们跨越过介于翼面2a、2b之间的空间，从而使得部分10a、10b的端部要么在面12a、 12b处彼此紧邻地相接触、或者在面12a、12b处彼此紧邻地终止。一个重要特征在于部分 IOaUOb能够相对于彼此运动。即，如果部分10a、10b的端部被配置成彼此接触，则该接触 使得翼面振动导致部分10、10b的至少某些相对运动。在图1所示的示范性实施例中，这是 由被配置为“缓冲器” 10a、IOb的部分10a、10b而实现的，“缓冲器” 10a、IOb从沿着翼面2a、 2b的径向高度RD的途中(part way)的一点而延伸。在未图示的示范性实施例中，这是由 从翼面2a、2b的径向端部延伸以便形成翼面叶栅顶部围带的部分10而实现的。图2示出图1的翼面2a、2b的剖视图，其示出形成示范性振动阻尼系统的配对的 部分10a、10b。示范性部分10a、10b的另外的展开图在图3和图4中示出。在图2中，振 动阻尼系统包括两个配对的部分，这两个配对的部分通过接近和相互作用而配对。在一个 示范性实施例中，每个部分10a、IOb基本上在周向CD上从相邻翼面2a、2b延伸到形成了面 12a、12b的远端。在一个示范性实施例中，这种配对使得部分10a、10b的面12a、12b基本上 彼此平行和紧邻、或彼此接触，并且基本上垂直于周向⑶。每个部分10a、10b固定地接纳着 带有极22a、22b的磁体20a、20b，从而使得翼面2a、2b的振动由磁体20a、20b的运动反映 出来。安装于径向远端上且在相邻翼面2a、2b之间延伸的诸如围带(未图示)这样的其它 已知的翼面特点也可执行示范性的固定与接纳部分10a、10b的功能。磁体20a、20b在示范 性实施例中被配置和布置成使得配对的固定与接纳部分10a、10b所接纳着的磁体20a、20b 的极22a、22b在周向⑶基本上对准，从而使得每个磁体20a、20b的一个极22a、22b面对着 另一磁体20a、20b的一个极22a、22b且使得极22a、22b也面对着接纳它们的固定与接纳部 分10a、10b中的面12a、12b。这确保了更强且更佳地对准的磁场。振动阻尼系统还包括固 定地安装于磁体20a、20b的面对着的极22a、22b之间的一或多个非磁性导体板25a、25b，如 图3和图4所示。图3示出其中磁体20a、20b位于相邻翼面2a、2b的固定与接纳部分10a、10b中 以便形成振动阻尼系统的一种示范性实施例。固定与接纳部分10a、10中的每一个具有面 12a、12b，在示范性实施例中，所述面12a、12b基本上平行于相邻翼面2a、2b的固定与接纳部分10a、10的面12a、12b。面12a、12b的接近使得固定与接纳部分10a、10b配对。在示 范性实施例中，磁体20a、20b中的每一个在相同的周向⑶上在配对的部分10a、10b中对 准。这种布置使得每个磁体20a、20b的一个极22a、22b面对着另一磁体20a、20b的极22a、 22b以便使极22a、22b对准，而同时它们面对着接纳它们的固定与接纳部分10a、10b中的 面12a、12b。以此方式，磁体20a、20b的相对运动反映出由翼面振动所引发的运动，而磁体 20a、20b的相互吸引或排斥导致对相邻翼面2a、2b的加强或强化，造成对该振动的阻力。在一个固定与接纳部分IOa的面12a与接纳于该接纳部分IOa中的磁体20a的一 极22a之间，示范性实施例具有安装的非磁性导体板25a。这种安装使得非磁性导体板25a 的部位和位置相对于磁体20a固定，从而使得振动并不改变非磁性导体板25a与磁体20a 之间的相对定位。非磁性导体板25a的非磁和传导性质使得当在配对的固定与接纳部分IOb中的磁 体20b相对于非磁性导体板25a移动时导致非磁性导体板25a中涡电流的形成。这些涡电 流导致对运动的阻力，这造成对振动的阻尼。图4示出其中磁体20a、20b位于相邻翼面2a、2b的固定与接纳部分10a、10b中以 便形成振动阻尼系统的一种示范性实施例。通过形成配对的固体与接纳部分10a、10b，H 得固定与接纳部分10a、10b中的每一个具有面12a、12b，面12a、12b基本上平行于相邻翼 面2a、2b的固定与接纳部分10a、10b的面12a、12b。磁体20a、20b中的每一个在配对的部 分10a、10b中对准。在图示的示范性实施例中，部分10a、IOb在周向⑶上延伸，但其它布 置也是可能的。在任何情况下，对准使得每个磁体20a、20b的一个极22a、22b面对着另一 磁体20a、20b的极22a、22b以便使极22a、22b对准，同时它们面对着接纳它们的固定与接 纳部分10a、10b中的面12a、12b。以此方式，磁体20a、20b的相对运动反映由翼面振动所感 应出的运动，同时磁体20a、20b的相互吸引或相互排斥导致相邻翼面2a、2b的加强，造成对 该振动的阻力。非磁性导体板25a、25b固定地安装于每个固定与接纳部分10a、10b的面12a、12b 与该部分10a、10b内的磁体20a、20b的一极22a、22b之间。即，在周向，从翼面2a、2b开始 延伸，每个部分10a、IOb具有接纳的磁体20a、20b，安装的非磁性导体板25a、25b和面12a、 12b。对于每个部分10a、10b，非磁性导体板25a、25b的安装使得非磁性导体板25a、25b的 部位和位置相对于接纳在该部分10a、10b内的磁体20a、20b固定，与振动无关。非磁性导体板25a、25b的非磁性和传导性质当位于配对的固定与接纳部分10a、 IOb中的磁体20a、20b由于振动而相对于非磁性导体板25a、25b运动时会导致在非磁性导 体板25a、25b中形成涡电流。这导致对运动的阻力，造成振动阻尼。由于非磁性导体板25a、 25b位于两个配对的部分10a、10b中，与具有一个非磁性导体板25a、25b的布置相比，阻尼 效果增强。图5示出示范性阻尼系统，其与图3和图4所示的阻尼系统的不同之处在于磁体 20a、20b的面对着的极22a、22b具有不同极性。虽然示出非磁性导体板25a、25b在每个部 分10a、10b中，在未图示的示范性实施例中，部分10a、10b中的仅一个具有非磁性导体板 25a、25b。发现对于包括了符合示范性实施例的两个相邻翼面2a、2b的一种布置，当配对的 部分10a、10b的磁体20a、20b分开时可实现在一定振动频率范围的最佳的振动阻尼性能。但是，由于磁体20a、20b的相互作用随着距离而减弱，存在着一种最佳距离。认为这种有所 改进的性能也将会适用于循环对称系统，其中带有示范性实施例的多个翼面在周向安装， 但对于一个实验性的双翼面2a、2b系统所确定的介于7至IOmm之间的最佳分开距离SD预 期将会对于多个轴向安装的翼面2a、2b布置被减小至l_5mm之间。非磁性导体板25a、25b的传导性越高，由板25a、25b与磁体20a、20b之间的相对 运动造成的涡电流越强，且因此对振动的弹性就越大。因此，在一个示范性实施例中，非磁 性导体板25a、25b由在20°C测量的电导率大于35xl06S. πΓ1的材料制成。在另一示范性实 施例中，非磁性导体板25a、25b由铝和/或铜制成。尽管本公开内容在本文中示出和描述了被认为是最实用的示范性实施例的内容， 本领域技术人员应了解在不偏离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可实施为其它 具体形式。举例而言，虽然示范性实施例仅示出每个相邻翼面2a、2b仅有一个配对的固定 与接纳部分10a、10b，翼面2a、2b可在相同和/或不同径向高度RD处装配有多于一个配对 的部分10a、10b。因此目前公开的实施例在所有方面认为是说明性的且非限制性的。本发 明的范围由所附权利要求书表示而非前文的描述表示，且属于本发明的意义和范围和等效 物内的所有变化预期涵盖于本发明中。
权利要求
一种带有振动阻尼系统的相邻地安装的周向分布式涡轮机翼面(2a，2b)，其中每个相邻翼面对(2a，2b)包括第一翼面和第二翼面(2a，2b)，所述系统包括第一固定与接纳部分(10a)，其从第一翼面(2a)延伸到限定出面(12a)的一端部，第二固定与接纳部分(10b)，其朝向所述第一固定与接纳部分(10a)延伸到限定出面(12b)的一端部，所述面(12b)邻近着或接触着所述第一固定与接纳部分(10a)的面(12a)，所述翼面(2a，2b)的特征在于第一磁体(20a)，其固定地接纳于第一部分(10a)中且布置成使得极(22a)面向所述第一部分(10a)的第一面(12a)；第一非磁性导体板(25a)，其固定地安装于所述第一面(12a)与所述第一磁体(20b)之间，以及第二磁体(20b)，其固定地接纳于第二部分(10b)中且布置成使得极(22b)面对第二面(12b)，从而使得所述极(22b)与所述第一磁体(20a)的极(22a)对准、并且以分开距离(SD)与所述第一磁体(20a)的极(22a)分开。
2.根据权利要求1所述的翼面，其中所述第一磁体和第二磁体(20a，20b)的面对着的 极(22a，22b)具有相反的极性。
3.根据权利要求1所述的翼面，其中第二部分(IOb)具有固定地安装于所述第二磁体 (20b)与所述第二面(12b)之间的第二非磁性导体板(25b)。
4.根据权利要求1或3中任一项所述的翼面，其中所述第一磁体(20a)和所述第二磁 体(20b)具有介于Imm与5mm之间的分开距离(SD)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的翼面，其中所述第一非磁性导体板(25a)与所 述第二非磁性导体板(25b)由在20°C下测量的电导率大于βδχΙΟ^.πΓ1的材料制成。
全文摘要
本发明涉及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(2a，2b)。每个相邻翼面对(2a，2b)包括固定与接纳部分(10a，10b)，其在配对的相邻翼面(2a，2b)之间延伸，每个翼面具有彼此邻近或接触的面(12a，12b)。振动受到固定与接纳部分(10a，10b)抑制，每个固定与接纳部分具有固定地安装于其中的所接纳的磁体(20a，20b)和介于它们之间的非磁性导体板(25a)。每个磁体(20a，20b)具有面对另一磁体(20a，20b)的极(22a，22b)的极(22a，22b)，非磁性导体板(25a)位于它们之间且其中由于振动造成的磁体的相对移动感生出涡电流。
文档编号F01D5/26GK101886551SQ20101017849
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者C·格伯, C·西沃特, J·拉博伦兹, M·邓克, P-A·马塞里 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司