用于轴向涡轮机转子的压电阻尼系统的制作方法_2

文档序号:8251034阅读:来源:国知局
r>[0040] 图1示出了一种轴向祸轮机。在该特定情况下,所述祸轮机是祸轮风扇。祸轮风 扇2包括第一压缩级(称为低压压缩机4)、第二压缩级(称为高压压缩机6)、燃烧室8和 一个或多个祸轮级10。在操作期间,祸轮10的机械动力经由中屯、轴传输,并使两个压缩机 4和6移动。减速传动装置可W增加或减小传输至压缩机的旋转速度。在另一实施例中,祸 轮的不同级均能够经由同屯、轴连接到压缩机级。该些轴包括由定子叶片轮隔开的许多叶片 转子轮。叶片转子轮绕其旋转轴线14的旋转由此使得可产生气流,并逐渐压缩所述气流直 到进入燃烧室8的入口为止。
[0041] 通常称作风扇16的入口通风器联接到转子12,并产生分为主要流(primary flow) 18和二次流(secondary flow) 20的气流,主要流180穿过上面提到的祸轮机的不同 级,二次流20穿过沿机器长度的环形通道(部分地显示),W在祸轮出口处与主要流会合。 主要流18与二次流20是环形流并被引导通过祸轮机的壳体。
[0042] 图2是例如图1的轴向祸轮机2的低压压缩机4的截面图。在此,可W看到风扇 16的一部分W及主要流18和二次流20的分隔瞭部(S巧aration beak) 22。转子12包括 若干转子叶片排24,例如=排。低压压缩机4包括若干定子叶片排26,例如四排。整流器 与扇16或转子叶片排相关联,W调整所述气流,从而将所述流的速度转换成压力。
[0043] 所述低压压缩机的转子部分具有通常称为鼓的柱形形式,转子叶片固定在转子部 件上。它包括基本薄的外壁,其厚度一般可W小于8. 00毫米,优选地小于5. 00毫米,更优 选地小于3. 00毫米。转子12的壁可具有轴向地和/或径向地延伸的结构表面。根据本发 明的一个替代例,所述转子可W具有一体式盘的形式,叶片位于一体式盘的圆周上。
[0044] 其鼓和叶片可W由金属材料制成,例如铁或侣。它们还可W由复合材料制成。它 们的尺寸做成承受一定水平的静态应力,所述静态应力可W由离屯、力、膨胀或压力产生。其 鼓和叶片的尺寸还考虑到了由其振动响应产生的动态应力。
[0045] 在操作期间,转子12会遭遇动态激励,动态激励的大部分由气动激励构成。作为 响应,转子会振动。激励器或祸轮机的特定运行速度可W是振动源。祸轮机的结构可W将 另一元件的振动传递到转子12。
[0046] 其中,在其鼓和叶片上会观察到转子的振动。对应于在给定频率下的特定模态组 成,所述振动使所述鼓的壁产生轴向和/或径向变形和/或周向变形。对于整体叶盘或一 体式叶鼓,结构阻巧仍然很低。振动水平和因此的相关动态约束会成为问题。事实上,质量 增益使得有必要将所述鼓/整体叶盘的壁变薄,从而降低其强度和刚性。
[0047] 为了降低该些振动的振幅,转子12包括振动阻巧系统,其基于使用连接到用于消 耗电能的装置的压电换能器28。压电换能器28或压电片是包括压电材料的部件,压电材料 能够将变形转换为电流。由此,可将机械能转换成电能。压电换能器被极化,并产生符号取 决于其变形方向和其取向的电荷。压电换能器可W包括压电复合材料,例如AFC (活性纤维 复合材料)。该种材料可W变形成允许压电换能器安装在曲面上。
[0048] 为了不妨碍空气动力学轮廓,压电换能器28未定位在叶片上,而是定位在鼓12内 部的可用表面上,在360°范围内均匀地分布。压电换能器可W植入转子12的柱形表面或 径向表面上。所述转子可包括具有许多组压电换能器28的许多组件,它们均成圈状分布。
[0049] 图3示出沿轴线14从前观看时的转子12。该图示出在相关联的谐振频率下, 转子12的具有直径的模式或具有直径的模态振型。该具有直径的模态振型具有立个直径。 具有直径的模态振型基本上包括两个变形波30,其中每一个也具有频率变形波彼此 正交。它们相对于转子12固定。变形波30的最大变形幅度相对彼此偏移。理论上,该些 最大值是相等的。实际上,它们可W彼此不同。模态振型对应于两个正交变形波30的线性 组合。
[0化0] 模态振型通过组成的振动波而在转子12上具体化。在实践中,激励相对于转子12 转动。由于两个正交变形波30的组合,模态振型会使转子12翻转。
[0化1] 由于转子12的对称性,该些变形波30的相移为90°。它们均沿转子12的圆周产 生相位变化。所述相位变化的点对应于振动节点,在振动节点,转子12不会经历与给定变 形波相关的任何位移或任何变形。该些点在称为波节直径32的直径上排列,对于具有旋转 对称性的转子12,均匀分布在360°范围内。。与变形波30相关联的波节直径32通过具有 类似性质的线示出;具有布置成彼此接近的点的线用于变形波中的一个,而具有间隔更远 的点的线用于变形波中的另一个。
[0化2] 所述模态振型还包括形状波节直径(shape nodal diameter)(未示出)。它包括 与它的每一个形状正好同样多的直径。该形状的波节直径对应于变形波30相互抵消的位 置。该些形状波节直径对应于转子12不会经历任何变形的点。由于所述模态振型使转子 翻转,所W,形状波节直径也会转动。
[0化3] 在本发明中,使用的直径数目对应于模态振型的数目。模态振型的波节直径是那 些在物理上观察到的直径。
[0化4] 基于完成的元计算和基于对结构的激励顺序(the orders of excitation)的了 解,识别可激励的具有直径的模态振型。例如根据转子叶片的位置可确定波节直径32的位 置。对于叶片对数目W及对于直径数目等于叶片数目的一半的模态振型,波节直径32的位 置会在叶片之间。在该种情况下,模态振型还是静止的。当模态振型的直径数目小于叶片 数目的一半时,模态振型会转动。
[0化5] 可W借助振动阻巧系统执行对具有直径的模态振型的阻巧所述振动阻巧系统包 括第一组压电换能器28。它们必须根据波节直径32来定位,W使机电禪合最大化。它们定 位在波节直径32之间。该使得可避免抵消所述换能器,因为在相反的情况下,同一压电换 能器的两个区域会产生相反的电荷。因为它们不会变形,所W避免了波节区域。例如,在静 止的模态振型的情况下,阻巧系统可W包括数目等于直径数目的两倍的压电换能器28。 [0056] 所述换能器均匀地分布在360°范围内,并且是相似的。它们刻划出与转子12同 屯、的圆。由于变形波30是异相的,所W它们基本上顺次被第一组压电换能器28阻巧。所 述第一组压电换能器28的组件物理地在至少半个圆周范围内延伸。
[0化7] 为了能有效地阻巧转动的模态振型,振动阻巧系统包括第二组压电换能器28。第 二组可W类似于第一组。第二组的压电换能器28布置在第一组的压电换能器之间。两组 压电换能器28有利地均匀分布在同一圆的范围内。两组压电换能器28可W布置在轴向偏 移的圆内和/或具有不同半径的圆内。总体上,阻巧系统的压电换能器28是出现在谐振频 率下的波节直径32的四倍。第二组的另一益处是,可避免波在第一组压电换能器28之 间放大。
[0化引然而,对于静止模式,阻巧系统所需要的压电换能器的数目是直径数目的两倍,对 于转动模式,是直径数目的四倍,该是因为必须优选地阻巧两个静止正交模式。
[0化9] 为了确保对两个正交波的最优控制,因此,压电换能器28不能只定位在变形最大 处。因此,每个压电换能器定位在变形波的每个方波(squaring)处。它们均占据变形方波 的大部分。综合起来,各组压电换能器28实质上刻划出比它们能刻划的圆多20%、优选多 50%、更优选多90%的圆。
[0060] 该种类型的结构会永久地且W相同功效确保对两个正交模式W及由此的转动模 式的控制。
[0061] 图4示出配备有振动阻巧系统的转子12,所述振动阻巧系统基于使用分流的压电 换能器。由于所述连接,本发明使得可限定出两组压电换能器28。每个压电换能器与其他
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