具有冷卻功能的金屬橡膠減振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有冷卻功能的金屬橡膠減振器。沿渦輪盤的外圈上軸向設(shè)置多個(gè)燕尾型槽，在渦輪葉片上設(shè)有與燕尾型槽裝配的燕尾型葉根，渦輪葉片包含突出的翼型面，翼型面根部設(shè)有凸臺(tái)，每對(duì)相鄰葉片的凸臺(tái)均沿渦輪盤切線方向相互延伸并形成環(huán)帶，從而產(chǎn)生軸向縫隙；插頁(yè)腔內(nèi)設(shè)有由具有孔徑為10至100微米孔隙的金屬橡膠材料制成的金屬橡膠冷卻減振板，其頂板的兩側(cè)各有一個(gè)向下彎曲的側(cè)板，側(cè)板的表面設(shè)有覆蓋孔隙的鍍層，金屬橡膠減振板可密封軸向縫隙；凸臺(tái)的底面與頂板的頂面相對(duì)，凸臺(tái)的底面設(shè)有多個(gè)軸向凹槽，并分別與頂板上的多處孔隙相對(duì)應(yīng)。本發(fā)明減振器不但能更有效地抑制葉片的振動(dòng)，并且進(jìn)一步對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻。
【專利說(shuō)明】具有冷卻功能的金屬橡膠減振器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種可抑制渦輪葉片振動(dòng)并有效冷卻葉片附件結(jié)構(gòu)的減振器。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的常用結(jié)構(gòu)，也是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的核心部件。因此，如何防止葉片發(fā)生過(guò)度振動(dòng)及過(guò)熱的情況，是減振冷卻器應(yīng)用的重要問(wèn)題。
[0003]目前，常規(guī)葉片機(jī)(無(wú)冷卻減振器)是燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中常用的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，簡(jiǎn)單易用。但是，隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高，葉片的振動(dòng)變的更加強(qiáng)烈，同時(shí)轉(zhuǎn)子熱端部件在工作時(shí)也會(huì)經(jīng)受過(guò)熱，極大影響了系統(tǒng)的工作效率和部件的使用壽命。
[0004]二十世紀(jì)六十年代，原蘇聯(lián)為了解決空間器上的減振、密封等問(wèn)題，成功研制出金屬橡膠。我國(guó)在金屬橡膠方面的研究起步較晚，但近幾年隨著我國(guó)航空航天技術(shù)的發(fā)展，金屬橡膠受到了廣泛關(guān)注，得以迅速發(fā)展。金屬橡膠材料是將金屬絲卷成螺旋形，經(jīng)過(guò)拉伸、編織、加壓成型，并經(jīng)熱處理而成的彈性多孔材料，金屬橡膠材料利用內(nèi)部的金屬絲之間相對(duì)滑移，產(chǎn)生干摩擦耗散大量能量而起到阻尼作用。它具有高阻尼、高彈性、耐高低溫、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)、抗輻射，且易于壓制成所需形狀等優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)秀的使用性能和發(fā)展前景。
[0005]目前，通用的減振方式是在葉片高度的適當(dāng)位置上設(shè)置凸臺(tái)，其作用是使葉片間形成一個(gè)環(huán)帶，以增強(qiáng)葉片的剛性從而抑制振動(dòng)。部分葉片機(jī)也會(huì)在相鄰葉片凸臺(tái)間加裝減振器，通過(guò)增加剛度或阻尼以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減振。本發(fā)明中所應(yīng)用的金屬橡膠材料可起到增加阻尼的作用，并且其高阻尼性優(yōu)于目前減振器中所應(yīng)用的材料。
[0006]目前，常見(jiàn)的冷卻方法是將葉片設(shè)計(jì)為中空，然后將冷空氣導(dǎo)入內(nèi)部，在葉片內(nèi)部流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生冷卻效果。然而，這種冷卻方式對(duì)冷卻葉片凸臺(tái)幾乎沒(méi)有效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種具有冷卻功能的金屬橡膠減振器，本發(fā)明減振器不但能更有效地抑制葉片的振動(dòng)，并且進(jìn)一步對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻，本發(fā)明主要是利用金屬橡膠材料的多孔特性通過(guò)流入插頁(yè)腔的冷空氣對(duì)葉片凸臺(tái)進(jìn)行沖擊冷卻，于是葉片凸臺(tái)的溫度可得到有效地控制。在相同葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的條件下，延長(zhǎng)葉片整體的使用壽命，提高系統(tǒng)的工作效率，可廣泛適用于航空航天、能源動(dòng)力等領(lǐng)域。
[0008]燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部分包含安裝在轉(zhuǎn)子葉輪外圈的多組葉片。典型的渦輪葉片工作時(shí)與軸向流動(dòng)的熱氣流直接接觸并將工質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣┬D(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行的能量。葉片一般連接有揪樹(shù)形的葉根，葉根固定在轉(zhuǎn)子葉輪外圈的燕尾槽中，葉片與葉根之間設(shè)置有凸臺(tái)。
[0009]為了耗散葉片振動(dòng)的能量從而獲得較低的振幅與應(yīng)力，通常會(huì)在相鄰葉片凸臺(tái)中間安置減振器。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，減振器在離心力的作用下被固定在兩凸臺(tái)中間。由于葉片的振動(dòng)，減振器和凸臺(tái)表面相互滑動(dòng)來(lái)產(chǎn)生有效的摩擦力以大幅吸收振動(dòng)的能量從而起到耗散作用。
[0010]除抑制振動(dòng)外，另一個(gè)重要問(wèn)題是如何冷卻葉片結(jié)構(gòu)。葉片的翼型面部分直接與高溫工質(zhì)接觸，因而一般由上級(jí)壓縮機(jī)抽取或經(jīng)由葉片內(nèi)部的空氣進(jìn)行冷卻，然而防止凸臺(tái)、葉根等葉片結(jié)構(gòu)過(guò)熱也是非常重要的。葉片凸臺(tái)的用途是使葉片間形成一個(gè)環(huán)帶，從而使工質(zhì)環(huán)形地流經(jīng)渦輪部分，所以也會(huì)直接與高溫工質(zhì)接觸，并且由于其結(jié)構(gòu)形式，在相鄰?fù)古_(tái)之間必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)軸向縫隙，導(dǎo)致工質(zhì)會(huì)流經(jīng)凸臺(tái)下的插頁(yè)腔。眾所周知，將減震器安置在縫隙處可以密封插頁(yè)腔。
[0011]這些已知的減震器雖然有效地密封了縫隙，但工質(zhì)在葉片上游與下游壓差的作用下會(huì)發(fā)生泄露，于是會(huì)產(chǎn)生一個(gè)軸向流動(dòng)的高溫氣流沖刷插頁(yè)腔。工質(zhì)的這種沖刷對(duì)葉片附件結(jié)構(gòu)的溫度將產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)，工質(zhì)通過(guò)對(duì)流加熱凸臺(tái)，接著熱量又會(huì)傳遞到葉根和葉輪。過(guò)熱再加上機(jī)器運(yùn)行下的機(jī)械載荷會(huì)導(dǎo)致葉片附件結(jié)構(gòu)過(guò)早的材料失效問(wèn)題。
[0012]為了防止渦輪葉片在振動(dòng)與溫度的影響下過(guò)早失效，本發(fā)明一種具有冷卻功能的金屬橡膠減振器，包括渦輪盤和渦輪葉片，所述渦輪盤的外圈上、且沿渦輪盤軸向設(shè)置的多個(gè)燕尾型槽，在渦輪葉片上、且沿渦輪盤的軸向設(shè)置的多個(gè)分別與多個(gè)燕尾型槽裝配的燕尾型葉根，所述渦輪葉片包含有突出的翼型面，所述翼型面與沿渦輪盤軸向流動(dòng)的高溫工質(zhì)直接接觸，所述翼型面的根部設(shè)有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)與所述燕尾型葉根之間設(shè)有葉柄，每對(duì)相鄰葉片的凸臺(tái)均沿渦輪葉片的切線方向相互延伸后形成環(huán)帶，每對(duì)相鄰葉片的凸臺(tái)之間形成有軸向縫隙，高溫工質(zhì)通過(guò)該軸向縫隙流入位于所述凸臺(tái)下面的插頁(yè)腔內(nèi)；所述插頁(yè)腔內(nèi)設(shè)置有冷卻減振裝置，所述冷卻減振裝置是由金屬橡膠材料制成的金屬橡膠冷卻減振板，所述金屬橡膠材料具有孔徑為10至100微米的孔隙，所述金屬橡膠冷卻減振板為一彎折板，該彎折板包含中間位置的頂板，所述頂板的兩側(cè)各有一個(gè)向下彎曲的側(cè)板，所述側(cè)板的表面設(shè)有用于覆蓋側(cè)板上孔隙的鍍層，所述金屬橡膠減震板密封所述軸向縫隙；所述凸臺(tái)的底面與所述頂板的頂面相對(duì)，所述凸臺(tái)的底面設(shè)有多個(gè)沿渦輪盤軸向的凹槽，自所述凹槽沿所述凸臺(tái)的環(huán)向至所述凸臺(tái)的邊緣設(shè)有連接槽；每一個(gè)軸向凹槽均分別與所述頂板上的多處孔隙相對(duì)應(yīng)。
[0013]本發(fā)明中，對(duì)于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述金屬橡膠冷卻減振板的厚度約為15至40毫米，對(duì)于更大的渦輪，所述金屬橡膠冷卻減振板的厚度可能需要更大的厚度，例如100毫米，所述金屬橡膠冷卻減振板的厚度的選擇標(biāo)準(zhǔn)就是要保證該減振板能在系統(tǒng)預(yù)設(shè)離心力作用下可有效地密封縫隙。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明既可以有效地耗散葉片振動(dòng)產(chǎn)生的能量又可進(jìn)一步冷卻葉片結(jié)構(gòu)，在相同葉片設(shè)計(jì)技術(shù)下延長(zhǎng)了部件的使用壽命。為了達(dá)到預(yù)想的效果，本發(fā)明中的冷卻減震部件由金屬橡膠材料構(gòu)成一金屬橡膠冷卻減振板，將其安置于渦輪轉(zhuǎn)子外圈相鄰葉片凸臺(tái)之間的插頁(yè)腔中，渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在離心力的作用下該減振板會(huì)固定在相鄰的葉片凸臺(tái)的下表面間，從而密封葉片凸臺(tái)之間的軸向縫隙。位于減振板兩側(cè)的側(cè)板通過(guò)在其表面鍍層，可以密封插頁(yè)腔的上游和下游，從而避免了高溫工質(zhì)對(duì)插頁(yè)腔的軸向沖刷。此外，位于中間部位的頂板與凸臺(tái)的下表面的凹處緊貼，利用來(lái)自壓縮機(jī)并隨后進(jìn)入插頁(yè)腔的冷空氣通過(guò)金屬橡膠冷卻減振板上的孔隙有效地對(duì)葉片凸臺(tái)進(jìn)行沖擊冷卻。本發(fā)明首次將金屬橡膠材料應(yīng)用于葉片結(jié)構(gòu)減振的裝置中，不僅可利用其高阻尼性抑制葉片振動(dòng)，還可充分利用其多孔性對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)一步冷卻。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是葉輪一葉片一冷卻減振器組合軸向示意圖；
[0017]圖2是圖1中所示冷卻減振器的透視示意圖；
[0018]圖3是圖1中所示相鄰?fù)古_(tái)組合徑向視圖；
[0019]圖4沿圖3中1-1線截面圖。
[0020]圖中:1_渦輪盤，2-燕尾型槽，3-燕尾型葉根，4-翼型面，5-凸臺(tái)，6-葉柄，7-軸向縫隙，8-插頁(yè)腔，9-減振冷卻裝置，9a-頂板，9b、9c -側(cè)板，10-孔隙，11-軸向凹槽，12-連接槽。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明一種具有冷卻功能的金屬橡膠減振器，包括渦輪盤I和渦輪葉片，所述渦輪盤I的外圈上、且沿渦輪盤I軸向設(shè)置的多個(gè)燕尾型槽2，在渦輪葉片上、且沿渦輪盤I的軸向設(shè)置的多個(gè)分別與多個(gè)燕尾型槽裝配的燕尾型葉根3，所述渦輪葉片包含有突出的翼型面4，使用時(shí)，所述翼型面4與沿渦輪盤I的軸向流動(dòng)的高溫工質(zhì)直接接觸，所述翼型面4的根部設(shè)有凸臺(tái)5，所述凸臺(tái)5與所述燕尾型葉根3之間設(shè)有葉柄6，通過(guò)葉柄6與燕尾型葉根3將凸臺(tái)5隔開(kāi)，每對(duì)相鄰葉片的凸臺(tái)5均沿渦輪葉片的切線方向相互延伸后形成環(huán)帶，于是在每對(duì)相鄰葉片的凸臺(tái)5之間形成了軸向縫隙7，因而高溫工質(zhì)會(huì)通過(guò)該軸向縫隙7流入凸臺(tái)5下面的插頁(yè)腔8內(nèi)，為了防止這種情況，在所述插頁(yè)腔8內(nèi)設(shè)置有冷卻減振裝置9。
[0023]如圖2所示，所述冷卻減振裝置是由金屬橡膠材料制成的金屬橡膠冷卻減振板9，所述金屬橡膠材料具有孔徑為10至100微米的孔隙10，所述金屬橡膠冷卻減振板9為一彎折板，該彎折板由三部分構(gòu)成，包含中間位置的頂板9a，所述頂板9a的(前、后)兩側(cè)各有一個(gè)向下彎曲的側(cè)板9b、9c，兩個(gè)側(cè)板9b、9c的表面均設(shè)有用于覆蓋側(cè)板上孔隙的表面鍍層，因此，只有頂板9a上仍，具有孔隙10，如圖3和圖4所示，所述凸臺(tái)5的底面與所述頂板9a的頂面相對(duì)，在渦輪盤I轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該金屬橡膠冷卻減振板9在離心力的作用下固定在相鄰葉片的凸臺(tái)下表面，從而密封了相鄰葉片的凸臺(tái)之間的軸向縫隙7。所述凸臺(tái)5的底面設(shè)有多個(gè)軸向凹槽11，自所述凹槽11沿所述凸臺(tái)5的環(huán)向至所述凸臺(tái)5的邊緣5c設(shè)有連接槽12 ;每一個(gè)軸向凹槽11均分別與所述頂板9a上的多處孔隙10相對(duì)應(yīng)。
[0024]對(duì)于航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，所述金屬橡膠冷卻減振板9的厚度約為15至40毫米，對(duì)于更大的渦輪，所述金屬橡膠冷卻減振板9的厚度可能需要更大的厚度，例如100毫米，所述金屬橡膠冷卻減振板9的厚度的選擇標(biāo)準(zhǔn)就是要保證該減振板能在系統(tǒng)預(yù)設(shè)離心力作用下可有效地密封縫隙7。
[0025]由此可見(jiàn)，通過(guò)本發(fā)明具有冷卻功能的金屬橡膠減振器，壓縮機(jī)的冷空氣進(jìn)入插頁(yè)腔8使得葉柄6和渦輪盤I進(jìn)一步得到冷卻，并且本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)金屬橡膠冷卻減振板頂板9a上的孔隙10對(duì)凸臺(tái)5進(jìn)行了有效的沖擊冷卻，解決了傳統(tǒng)冷卻方式對(duì)于葉片的凸臺(tái)基本無(wú)效的問(wèn)題，使葉片的凸臺(tái)不會(huì)成為過(guò)度加熱葉片結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱體，因而，現(xiàn)有技術(shù)中，渦輪葉片整體的過(guò)熱現(xiàn)象得到了有效地控制。
[0026] 盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有冷卻功能的金屬橡膠減振器，在渦輪盤(I)的外圈上、且沿渦輪盤(I)軸向設(shè)置有多個(gè)燕尾型槽(2)，在渦輪葉片上、且沿渦輪盤(I)軸向設(shè)置有多個(gè)分別與多個(gè)燕尾型槽裝配的燕尾型葉根(3)，所述渦輪葉片包含有突出的翼型面(4)，所述翼型面(4)與沿渦輪盤(I)軸向流動(dòng)的高溫工質(zhì)直接接觸，所述翼型面(4)的根部設(shè)有凸臺(tái)(5)，所述凸臺(tái)(5)與所述燕尾型葉根(3)之間設(shè)有葉柄(6)，每對(duì)相鄰葉片的凸臺(tái)(5)均沿渦輪盤(I)的切線方向相互延伸后形成環(huán)帶，每對(duì)相鄰葉片的凸臺(tái)(5)之間形成有軸向縫隙(7)，高溫工質(zhì)通過(guò)該軸向縫隙(7)流入位于所述凸臺(tái)(5)下面的插頁(yè)腔(8)內(nèi)；其特征在于； 所述插頁(yè)腔(8)內(nèi)設(shè)置有冷卻減振裝置，所述冷卻減振裝置是由金屬橡膠材料制成的金屬橡膠冷卻減振板(9)，所述金屬橡膠材料具有孔徑為10至100微米的孔隙，所述金屬橡膠冷卻減振板(9)為一彎折板，該彎折板包含中間位置的頂板(9a)，所述頂板(9a)的兩側(cè)各有一個(gè)向下彎曲的側(cè)板(9b、9c)，所述側(cè)板的表面設(shè)有用于覆蓋側(cè)板上孔隙的鍍層，所述金屬橡膠減震板(9)密封所述軸向縫隙(7)； 所述凸臺(tái)(5)的底面與所述頂板(9a)的頂面相對(duì)，所述凸臺(tái)(5)的底面設(shè)有多個(gè)沿渦輪盤⑴軸向的凹槽(11)，自所述凹槽(11)沿所述凸臺(tái)(5)的環(huán)向至所述凸臺(tái)(5)的邊緣設(shè)有連接槽(12); 每一個(gè)軸向凹槽(11)均分別與所述頂板(9a)上的多處孔隙(10)相對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有冷卻功能的金屬橡膠減振器，其特征在于，所述金屬橡膠冷卻減振板(9)的厚度為15至100毫米。
【文檔編號(hào)】F01D25/06GK103982250SQ201410197975
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】曹樹(shù)謙, 白雪川, 王俊 申請(qǐng)人:天津大學(xué)