转子叶片布置制造技术

本公开题为“转子叶片布置”。公开了用于气体涡轮引擎的转子的叶片，该转子叶片都是根据相同的设计制造的。然而，制造公差意味着实际上每个单独的叶片与其他叶片不同。提议将叶片围绕转子的圆周布置，以限制由于给定叶片与其两个相邻叶片之间的振动响应的差异而在叶片中引起的过大应力。

Arrangement of rotor blades

The present disclosure is entitled \rotor blade arrangement\. Disclosed are blades of a rotor for a gas turbine engine, all of which are manufactured according to the same design. However, manufacturing tolerances mean that actually each individual blade is different from the others. It is proposed that the blades be arranged around the circumference of the rotor to limit excessive stresses in the blades due to the difference in vibration response between a given blade and its two adjacent blades.

【技术实现步骤摘要】
转子叶片布置
本公开涉及围绕转子的转子叶片的周向布置。本公开的各方面涉及围绕气体涡轮引擎的转子的转子叶片的周向布置。
技术介绍
气体涡轮引擎包括多个压缩机级和多个涡轮级。通常，每一个级包括一排转子叶片(可简称为转子)和一排定子叶片。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。在使用中，转子级围绕引擎轴线旋转。因此，该转子必须充分平衡，以便防止不希望的不平衡效应，诸如振动，这可能导致部件的磨损和/或过早失效。该转子的转子叶片可以与转子毂部分开制造，该转子叶片固定到转子毂部中以形成转子。尽管每个转子叶片被设计并且预期为相同的(例如，在形状和质量方面)，但制造公差意味着叶片的质量通常存在小但可测量的差异。因此，为了确保转子整体上足够平衡，通常围绕转子毂部的圆周以特定图案来布置叶片。就这一点而言，图1是气体涡轮引擎转子100的示意图，该转子具有附接到毂部110的多个转子叶片120。转子叶片120围绕毂部110沿周向布置，在每对相邻叶片之间具有相等的周向间距。围绕毂部110的每个转子叶片120的周向位置标记为A至AJ，如图1所示。图2是示出在传统布置中在围绕转子100圆周的每个位置A至AJ处的每个叶片的质量的示意图。根据具有叶片组中的中值质量的叶片的质量来将这些叶片的质量归一化。如图中所示，传统图案具有之字形图案，每个叶片的质量大于具有中值质量的叶片的质量，该中值质量的叶片的相邻叶片各自具有小于具有中值质量的叶片的质量。这种传统的布置使得沿径向相对的叶片具有相似的质量。因此，例如，如果位置A处的叶片(可以称为上止点)具有最大质量(如图2所示)，则位置S处的叶片具有第二大质量。已经开发了上述和图2中所示的传统布置以便平衡转子100以及有可能平衡给定的一组叶片。
技术实现思路
根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部附接到转子毂部。该转子叶片围绕转子毂部沿周向布置，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片。叶片具有以与在使用中的激发频率相对应的频率激发的临界模态振型。每个转子叶片都具有临界模态刚度，即叶片在临界模态振型下的刚度，每个转子叶片的临界模态刚度大于、小于或等于所有转子叶片的中值临界模态刚度。对于临界模态刚度大于中值的大多数转子叶片，其两个相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于中值的临界模态刚度。对于临界模态刚度小于中值的大多数转子叶片，其两个相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于中值的临界模态刚度。根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部处附接到转子毂部，包括：至少(例如确切地说)p个沿周向相邻叶片组成的子集R，该沿周向相邻叶片的临界模态刚度均大于所述叶片的中值临界模态刚度，其中p由下式给出：p＝max{g∈Z|g≤(n-1)/x}其中：Z为一组整数；n是转子中的转子叶片的总数；并且x为小于(n-1)/2的偶数，其中：叶片的临界模态刚度是以与使用中的激发频率相对应的频率激发的用于临界模态振型的叶片的模态刚度。临界模态刚度大于中值临界模态刚度的大多数叶片可包含在子集R中。根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部处附接到转子毂部，包括：至少(例如确切地说)q个沿周向相邻叶片的子集S，该沿周向相邻叶片的临界模态刚度均小于所述叶片的中值临界模态刚度，其中q由下式给出：q＝max{j∈Z|j≤(n-1)/y}其中：Z为一组整数；n是转子中的转子叶片的总数；并且y为小于(n-1)/2的偶数，其中：叶片的临界模态刚度是以与使用中的激发频率相对应的频率激发的用于临界模态振型的叶片的模态刚度。临界模态刚度小于中值临界模态刚度的大多数叶片可包含在子集S中。根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的转子，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部处附接到转子毂部，其中：转子叶片形成包括总共n个转子叶片的转子叶片组，该转子叶片组中的转子叶片的临界模态刚度的标准偏差由σk给出；并且对于大多数(例如全部、n-1、n-2或n-3)转子叶片，转子叶片的临界模态刚度与其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片的临界模态刚度的差值小于该转子叶片组中的转子叶片的临界模态刚度标准偏差σk，其中：叶片的临界模态刚度是以与在使用中的激发频率相对应的频率激发的用于临界模态振型的叶片的模态刚度。根据一个方面，提供了一种组装用于气体涡轮引擎的转子的方法，该转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片具有临界模态刚度，该临界模态刚度被定义为以与在使用中的激发频率相对应的频率激发的用于临界模态振型的叶片的模态刚度，其中每个转子叶片具有大于、小于或等于所有转子叶片的中值转子叶片临界模态刚度的临界模态刚度，该方法包括：使用转子叶片根部将每个转子叶片附接到转子毂部，以便围绕转子毂部沿周向布置转子叶片，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片，其中：该方法还包括布置转子叶片，使得：对于临界模态刚度大于中值临界模态刚度的大多数转子叶片，相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于中值的临界模态刚度；并且对于临界模态刚度小于中值的大多数转子叶片，相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于中值的临界模态刚度。转子叶片可具有许多不同的振动模态，每个振动模态具有不同的模态振型和不同的自然频率。在转子运行期间，例如在气体涡轮引擎中，这些振动模态中的一种可能比其他振动模态引起更多的损坏(例如，导致更多的磨损和/或更短的叶片和/或转子寿命)。这种振动模态可在本文中称为临界模态振型(或临界振动模态，其可被称为“关注的模态振型”)。临界模态振型可对应于在使用中在叶片中产生最高峰值应力和/或在叶片中引起最大峰值振动幅度的模态。叶片的临界模态振型可以任何合适的方式确定，例如使用转子的传统计算机建模，例如在将要安装转子的引擎中。此类建模可包括在使用转子期间发生的激发受迫(或输入振动)的建模。此类激发受迫可以是例如机械和/或空气动力受迫。仅以举例的方式，受迫可能是由于引擎旋转和/或可能处于与引擎转速相关的频率，诸如处于引擎速度本身(所谓的第一引擎阶次，或1EO)、引擎速度的两倍(2EO)或引擎转速的任何倍数(例如最高5EO、10EO、15EO、20EO或甚至大于20EO)。因此，临界模态振型可以是对应于转子在使用中所经历的激发受迫频率的模态振型，并且有可能造成损坏(例如导致更多磨损和/或更短的叶片寿命)。一旦建立了临界模态振型，就可以例如使用叶片的临界自然频率和质量，确定每个单独叶片的精确临界模态刚度。叶片的临界自然频率是叶片对于临界模态振型的自然频率。在这方面，尽管所有叶片被设计成精确相同，因此对于临界模态振型具有相同的自然频率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气体涡轮引擎的转子，所述转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部处附接到所述转子毂部，其中：/n所述转子叶片围绕所述转子毂部沿周向布置，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片；/n所述叶片具有以与使用中的激发频率相对应的频率激发的临界模态振型；/n每个转子叶片具有临界模态刚度，即所述叶片在所述临界模态振型下的刚度，每个转子叶片的所述临界模态刚度大于、小于或等于所有所述转子叶片的中值临界模态刚度；/n对于临界模态刚度大于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于所述中值的临界模态刚度；并且/n对于临界模态刚度小于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于所述中值的临界模态刚度。/n

【技术特征摘要】
20180525 GB 1808651.21.一种用于气体涡轮引擎的转子，所述转子包括转子毂部和多个转子叶片，每个转子叶片在转子叶片根部处附接到所述转子毂部，其中：
所述转子叶片围绕所述转子毂部沿周向布置，使得每个转子叶片具有两个相邻转子叶片；
所述叶片具有以与使用中的激发频率相对应的频率激发的临界模态振型；
每个转子叶片具有临界模态刚度，即所述叶片在所述临界模态振型下的刚度，每个转子叶片的所述临界模态刚度大于、小于或等于所有所述转子叶片的中值临界模态刚度；
对于临界模态刚度大于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有大于所述中值的临界模态刚度；并且
对于临界模态刚度小于所述中值的大多数转子叶片，所述相邻转子叶片中的至少一个转子叶片也具有小于所述中值的临界模态刚度。


2.根据权利要求1所述的转子，其中对于不限定或不表现出所述中值临界模态刚度的所有转子叶片：
临界模态刚度大于所述中值的转子叶片具有临界模态刚度也大于所述中值的至少一个相邻转子叶片；并且
临界模态刚度小于所述中值的转子叶片具有临界模态刚度也小于所述中值的至少一个相邻转子叶片。


3.根据权利要求1所述的转子，其中：
所述转子叶片形成包括总共n个转子叶片的转子叶片组，所述转子叶片组中的所述转子叶片的所述临界模态刚度的标准偏差由σk给出；并且
对于大多数所述转子叶片，所述转子叶片的所述临界模态刚度与其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片的所述临界模态刚度的差值小于所述转子叶片组中的所述转子叶片的所述临界模态刚度的所述标准偏差σk。


4.根据权利要求3所述的转子，其中所述转子叶片组中的任何给定转子叶片的所述临界模态刚度与其相邻转子叶片中的至少一个转子叶片的所述临界模态刚度的差值小于所述转子叶片组中的所述转子叶片的所述临界模态刚度的所述标准偏差σk。


5.根据权利要求1所述的转子，其中每个转子叶片在按临界模态刚度升序排列的所述转子叶片的列表中具有位置；并且
大多数所述转子叶片在按临界模态刚度排序的所述转子叶片的所述列表中具有位置，所述位置在至少一个相邻转子叶片在所述列表中的位置的三位以内。


6.根据权利要求1所述的转子，其中至少两个相邻叶片具有平均临界模态刚度，所述平均临界模态刚度更接近具有最高临界模态刚度的所述叶片的所述临界模态刚度而不接近所述中值临界模态刚度。


7.根据权利要求1所述的转子，其中至少两个相邻叶片具有平均临界模态刚度，所述平均临界模态刚度更接近具有最低临界模态刚度的所述叶片的所述临界模态刚度而不接近所述中值临界模态刚度。


8.根据权利要求1所述的转子，包括：
至少p个沿周向相邻叶片的子集R，所述至少p个沿周向相邻叶片的临界模态刚度均大于所述中值临界模态刚度，其中p由下式给出：
p＝max{g∈Z|g≤(n-1)/x}
其中：
Z为一组整数；
n是所述转子中的转子叶片的总数；并且
x为小于(n-1)/2的偶数。


9.根据权利要求8所述的转子，其中x＝2或x＝4。


10.根据权利要求8所述的转子，包括沿周向相邻叶片的至少两个此类子集R，所述沿周向相邻叶片均具有大于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：BM拉德，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB