用于阻尼涡轮叶片振动的加压阻尼流体注入制造技术

本发明专利技术题为“用于阻尼涡轮叶片振动的加压阻尼流体注入”。本发明专利技术提供了一种叶片减振系统(118)，该叶片减振系统与涡轮(108)的多个叶片(114)的振动移动相反地将加压阻尼流体(176)冲击在涡轮的多个叶片中的至少一个叶片的表面上，以在涡轮(108)的操作期间引起叶片(114)的振动的阻尼。该系统包括位于与多个叶片(114)相邻的静止部件中的流体注入喷嘴(174)。阀(182)选择性地允许加压阻尼流体(176)从加压阻尼流体源(184)进入流体注入喷嘴(174)，并且控制系统(190)响应于操作参数在涡轮(108)的操作期间超过阈值来控制阀(182)以操作流体注入喷嘴(174)。本发明专利技术还提供了相关的涡轮壳体(126)和方法。关的涡轮壳体(126)和方法。关的涡轮壳体(126)和方法。

【技术实现步骤摘要】
用于阻尼涡轮叶片振动的加压阻尼流体注入
[0001]本专利技术是在美国政府合同能源部(DOE)合同号DE
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FE0031613下进行的，并且政府享有本文的权利。

技术介绍

[0002]本公开整体涉及涡轮，并且更具体地，涉及使用加压阻尼流体注入来阻尼涡轮叶片的振动。
[0003]涡轮操作中的一个问题是叶片在操作期间经历振动应力的趋势。在许多设施中，涡轮在频繁加速和减速的条件下操作。在涡轮的加速或减速期间，叶片暂时至少经受某些频率的振动应力，并且在许多情况下，经受第二或第三频率的振动应力。当叶片经受振动应力时，其振动振幅可容易地增大到可改变操作的程度。
[0004]轴流涡轮内的涡轮部分和压缩机部分通常包括转子组件，该转子组件包括旋转盘和围绕盘周向设置的多个转子叶片。每个叶片包括根部、翼面以及定位在根部与翼面之间的过渡区域中的平台。叶片的根部被接纳在盘内的互补形状的凹陷部中。叶片的平台侧向向外延伸并共同形成用于流体流过转子级的工作流体流动路径。每个叶片的前边缘一般被称为前缘，并且后边缘被称为后缘。向前被定义为在通过涡轮的工作流体流中向后的上游。
[0005]在操作期间，叶片可通过许多不同的施力功能被激发成振动。例如，工作流体温度、压力和/或密度的变化可激发整个转子组件中的振动，尤其是在叶片翼面和/或尖端内的振动。以周期性或“脉动”方式离开涡轮部分和/或压缩机部分上游的气体也可激发不期望的振动。
[0006]为了测试叶片中的振动，一个当前的测试系统使用压电致动的往复阀来产生空气脉冲的高速喷出，以激发/振动叶片，从而确定叶片的谐振频率。用于蒸汽涡轮的另一个测试系统(参见美国专利4,776,216)提供了围绕叶片行设置的可控流体射流，用于激发旋转叶片以根据振动的振幅确定叶片的谐振频率。该测试系统在叶片级上游(参见例如图2中喷嘴18相对于叶片22的位置)引入蒸汽脉冲，并且在蒸汽涡轮以恒定轴旋转速度操作时使用。然而，在涡轮的实际操作期间，前述测试系统都不能校正振动。
[0007]解决涡轮操作期间的振动的一种方法包括改变叶片的物理结构以增强叶片而抵抗振动。例如，可使用联接相邻叶片的中间跨度护罩。通过改变叶片的空气动力学性能并增加重量和/或长度，改变或添加结构带来了另外的挑战。在其他方法中，采用在使用期间被动吸收产生振动的压力的机构。在一个示例中，可邻近叶片的尖端提供腔体或在另一个示例中提供导流板以吸收操作期间的压力变化。在另一种情况下，高压气流可从上游位置被引导到叶片级的前缘中。后一种方法的有效性受到限制，因为气流仅朝向叶片的前缘被引导。

技术实现思路

[0008]本公开的一个方面提供了用于涡轮的壳体，该壳体包括：静止部件，该静止部件限定工作流体路径的至少一部分以引导工作流体穿过叶片级，该叶片级包括操作地联接到转
子的多个叶片；和位于静止部件中的流体注入喷嘴，该流体注入喷嘴被构造成与叶片级的多个叶片的振动移动相反地将加压阻尼流体冲击在叶片级的多个叶片中的至少一个叶片的表面上，以在涡轮的操作期间引起多个叶片中的至少一个叶片的振动的阻尼。
[0009]本公开的另一方面提供了一种用于涡轮的叶片减振系统，该系统包括：位于与涡轮中的多个叶片相邻的静止部件中的流体注入喷嘴，该流体注入喷嘴被构造成与多个叶片中的振动移动相反地将加压阻尼流体冲击在多个叶片中的至少一个叶片的表面上，以在涡轮的操作期间引起多个叶片中的至少一个叶片的振动的阻尼；阀，该阀用于选择性地允许加压阻尼流体从加压阻尼流体源进入流体注入喷嘴；和控制系统，该控制系统用于响应于操作参数在涡轮的操作期间超过阈值来控制阀以操作流体注入喷嘴。
[0010]本公开的另一方面提供了一种方法，该方法包括：通过将工作流体传输通过限定在壳体的静止部件与转子之间的工作流体路径并且穿过操作地联接到转子的多个叶片来操作涡轮；以及在涡轮的操作期间，通过与多个叶片的振动移动相反地将加压阻尼流体冲击在多个叶片中的至少一个叶片的表面上来阻尼多个叶片中的至少一个叶片的振动。
[0011]本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
[0012]从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
[0013]图1示出了以燃气涡轮系统的形式的示例性涡轮机的示意图；
[0014]图2示出了根据本公开的实施方案的包括叶片减振系统的例示性涡轮的横截面局部示意图；
[0015]图3示出了可以采用本公开的实施方案的类型的涡轮转子叶片的透视图；
[0016]图4示出了根据本公开的实施方案的壳体中的叶片减振系统沿图2中的线4
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4截取的局部示意性剖视图；
[0017]图5示出了根据本公开的其他实施方案的壳体中的叶片减振系统的透视图；并且
[0018]图6示出了根据本公开的另选的实施方案的流体注入喷嘴的剖视图。
[0019]应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
[0020]作为初始事项，为了清楚地描述本技术，当引用和描述涡轮内相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在可能范围内，通用行业术语将以与术语的接受含义一致的方式来使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。另选地，本文中可描述为包括多个部件的物体可在别处称为单个零件。
[0021]此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语
应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。如本文所用，“下游”和“上游”是指示相对于流体流动的方向的术语，诸如通过涡轮引擎的工作流体，或者例如通过燃烧器的空气流或通过涡轮机的部件系统之一的冷却剂。术语“下游”对应于流体流动方向，并且术语“上游”是指与流动相反的方向。在没有任何另外的特殊性的情况下，术语“前”和“后”是指方向，其中“前”是指引擎的前端或压缩机端，并且“后”是指引擎的后端或涡轮机端。
[0022]通常需要描述相对于中心轴线设置在不同径向位置的零件。术语“径向”是指垂直于轴线的移动或位置。例如，如果第一部件比第二部件更靠近轴线，则本文将说明第一部件沿第二部件“径向向内”或在第二部件的“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更远离轴线驻留，则本文可以说明第一部件是第二部件的“径向向外”或“外侧”。术语“轴向”是指平行于轴线的移动或位置。最后，术语“圆周”是指围绕轴线的移动或位置。应当理解，此类术语可以相对于涡轮的中心轴线应用。
[0023]此外，在本文中可以有规律地使用若干描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮(108)的壳体(126)，包括：静止部件(160)，所述静止部件限定工作流体路径的至少一部分以引导工作流体穿过叶片(114)级，所述叶片级包括操作地联接到转子(110)的多个叶片(114)；和位于所述静止部件(160)中的流体注入喷嘴(174)，所述流体注入喷嘴被构造成与所述叶片(114)级的所述多个叶片(114)的振动移动相反地将加压阻尼流体(176)冲击在所述叶片级的所述多个叶片中的至少一个叶片的表面(178)上，以在所述涡轮(108)的操作期间引起所述多个叶片(114)中的所述至少一个叶片的振动的阻尼。2.根据权利要求1所述的壳体(126)，还包括：阀(182)，所述阀用于选择性地允许所述加压阻尼流体(176)从加压阻尼流体源(184)进入所述流体注入喷嘴(174)；和控制系统(190)，所述控制系统用于控制所述阀(182)，其中所述控制系统(190)响应于所述涡轮(108)的操作参数而打开所述阀(182)以操作所述流体注入喷嘴(174)。3.根据权利要求2所述的壳体(126)，其中所述加压阻尼流体(176)以基本上恒定的流量注入。4.根据权利要求2所述的壳体(126)，其中所述流体注入喷嘴(174)包括在所述静止部件(160)中周向间隔开的多个流体注入喷嘴(174)，每个流体注入喷嘴(174)包括相应的阀(182)，所述阀用于在所述控制系统(190)的控制下选择性地允许所述加压阻尼流体(176)从所述加压阻尼流体源(184)进入所述流体注入喷嘴(174)，并且所述壳体还包括：传感器系统(170)，所述传感器系统与所述多个叶片(114)操作地相关联，以用于确定所述多个叶片(114)中的所述至少一个叶片的振幅，并且其中所述控制系统(190)响应于所述多个叶片(114)中的所述至少一个叶片的所述振幅在所述涡轮(108)的操作期间超过阈值而打开至少一个阀(182)以操作至少一个相应的流体注入喷嘴(174)。5.根据权利要求1所述的壳体(126)，其中所述静止部件(160)包括围绕所述多个叶片(114)周向延伸的尖端护罩。6.根据权利要求1所述的壳体(126)，其中所述静止部件(160)包括围绕所述多个叶片(114)周向延伸的喷嘴(174)部分的一部分。7.根据权利要求1所述的壳体(126)，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：