一种自清洁离心式阻尼结构

技术领域

本申请属于发动机减振技术领域，特别涉及一种自清洁离心式阻尼结构。

背景技术

涡轮转子叶片工作在高转速、强振动和高温环境中，是航空发动机及燃气轮机的关键零件。涡轮转子叶片在使用过程中具有较多的振动载荷，从而导致涡轮转子叶片损伤。安装减振阻尼是减轻振动载荷最常用的有效手段。如图1和图2所示为典型的涡轮转子叶片减振结构示意图，涡轮转子叶片10可分为叶身11、缘板12、伸根14和榫头15，阻尼结构16通常位于缘板12的下侧，通过左右两侧的阻尼安装槽13进行约束。阻尼结构16与阻尼安装槽13之间需要保持一定间隙，工作时利用旋转的离心力压迫配合面达到摩擦阻尼的效果。

然而，在发动机的使用过程中会吸入空气中的微粒并逐渐积累导致阻尼结构失效或阻尼效果减弱，轻则导致涡轮转子叶片使用寿命缩短，重则导致涡轮转子叶片断裂，危害发动机或燃气轮机的使用安全。

对于涡轮转子叶片中的阻尼结构除尘方式较少，一种是通过在燃气轮机进气口增加过滤装置减少进气的微粒数，以达到减轻积尘的效果，但在实际使用中航空发动机不便于安装过滤装置，或过滤装置增加了燃气轮机的生产维护成本，增加新的结构也引入了新的风险，而过滤装置只能减轻积尘现象，长时间使用后依然存在阻尼失效的风险；另一种是在叶身伸根部位增加除尘孔，通过增加气流流速减少积尘，但在伸根部位增加除尘孔削弱了叶片的强度，引入了新的风险，且增加除尘孔只能减轻积尘现象，长时间使用后依然存在阻尼失效的风险。

发明内容

本申请的目的是提供了一种自清洁离心式阻尼结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种自清洁离心式阻尼结构，所述阻尼结构包括阻尼结构本体，所述阻尼结构本体具有顶面、底面和配合面，在所述阻尼结构本体上设有仿生血管网络，所述仿生血管网络包括主流凹槽和支流凹槽，所述主流凹槽和支流凹槽分布在阻尼结构的配合面上，其中，所述支流凹槽自阻尼结构的底面向阻尼结构的顶面或主流凹槽延伸，所述主流凹槽由支流凹槽汇集而成且通向所述阻尼结构本体的顶面，并通过阻尼结构顶面上方的两叶片缘板端面之间的间隙排入发动机流道，最终被流道内的气流吹离发动机。

在本申请优选实施方式中，所述配合面是在离心力作用下与涡轮转子叶片接触并能保持预定压力且通过配合面的摩擦作用而起到阻尼效果的表面。

在本申请优选实施方式中，所述主流凹槽的横截面积相比于支流凹槽的横截面积更大。

在本申请优选实施方式中，所述主流凹槽和支流凹槽的线性包括直线和曲线，所述支流凹槽和主流凹槽均自阻尼结构的底面向阻尼结构的顶面排布，且沿着支流凹槽和主流凹槽自底面向顶面每移动一步，该位置所对应的涡轮转子旋转半径都会增大。

在本申请优选实施方式中，所述阻尼结构的表面设有超疏水涂层，所述超疏水涂层的添加范围包括除配合面以外的表面和所有的主流凹槽、支流凹槽。

在本申请优选实施方式中，所述超疏水涂层为气相沉积法形成的二氧化硅。

在本申请优选实施方式中，所述阻尼结构的质量满足：

式中，M

本申请提供的自清洁离心式阻尼结构通过在本体上设置仿生血管网络，利用发动机转子自身的旋转和振动作为自除尘动力，无需增加零件或更改现有结构便可实现除尘效果，避免了由于加装过滤装置或在叶片受力较大的伸根部位设计除尘孔等引入新的不可控因素，解决了由于积尘导致的阻尼失效问题，提升了航空发动机和燃气轮机的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为现有技术的涡轮转子叶片阻尼减振结构示意图。

图2为现有技术的阻尼结构与阻尼槽装配示意图。

图3为本申请的自清洁阻尼结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

针对目前的航空发动机及燃气轮机在长时间使用后由于积尘导致阻尼结构失效的问题，本申请提供了一种自清洁阻尼结构，可以解决微粒积累导致的阻尼结构失效的问题。

如图3所示，本申请提供的自清洁阻尼结构20的本体可以为盒式阻尼结构或块状阻尼结构，其具有顶面23、底面24和多个配合面25，配合面25是在离心力作用下与涡轮转子叶片直接接触并能保持一定压力且通过配合面25的摩擦作用起到阻尼效果的表面。

自清洁阻尼结构20的本体上设有仿生血管网络，该仿生血管网络包括主流凹槽21和支流凹槽22，主流凹槽21和支流凹槽22分布在阻尼结构的配合面25，其中，支流凹槽22自阻尼结构的底面24向阻尼结构的顶面23或主流凹槽21延伸，主流凹槽21由支流凹槽22汇集而成且通向阻尼结构的顶面23。例如图3所示实施例中，侧边的两个配合面25上的支流凹槽22为底面24延伸至顶面23，而X方向的顶面23两侧的配合面25上的支流凹槽22延伸至主流凹槽22，主流凹槽22又延伸至顶面23。

优选的，主流凹槽21的横截面积相比于支流凹槽22的横截面积更大，从而具有更强的微尘输运能力。

在本申请一些实施例中，主流凹槽21和支流凹槽22可以是直线、曲线或其它形状的线形，支流凹槽和主流凹槽都是自阻尼结构的底面向阻尼结构的顶面排布的凹槽，且沿着两凹槽自底面向顶面每移动一步，该位置所对应的涡轮转子旋转半径都会增大。

本申请提供的阻尼结构在涡轮转子工作时，利用支流凹槽22和主流凹槽21与涡轮转子叶片的阻尼槽相互摩擦和涡轮转子的振动，可以将黏附在阻尼结构及涡轮转子叶片阻尼槽上的积尘收集到支流凹槽22和主流凹槽21中。同时，支流凹槽22和主流凹槽21中的微粒都会受到沿旋转半径增大方向的离心力，由于离心力的作用下，凹槽中的微粒会沿凹槽向转半径增大的方向移动并到达阻尼结构的顶面23，最终，顶面23上的微粒在离心力的作用下从涡轮转子叶片之间的间隙排入主流道。

在本申请优选实施例中，在阻尼结构的表面添加超疏水涂层，例如可通过气相沉积法添加二氧化硅超疏水涂层。超疏水涂层的添加范围为除配合面25以外的表面和包括所有的主流凹槽21、支流凹槽22。因超疏水涂层的磨损会对摩擦系数产生影响，因此在本申请中，配合面25不喷涂超疏水涂层。

超疏水涂层具有较好的自清洁性能，可以阻止微粒在主流凹槽21、支流凹槽22及外表面的累积。涡轮转子工作时，涡轮转子的振动配合主流凹槽21、支流凹槽22的超疏水涂层可以有效防止主流凹槽、支流凹槽发生堵塞。

另外，为了实现阻尼结构的最优阻尼效果，本申请中对阻尼结构的质量进行优化，过程如下：

主流凹槽21与支流凹槽22的设计考虑了离心力的作用，沿旋转半径小的底面24向旋转半径增大方向排布，并最终通向阻尼结构的顶面23，根据离心力公式：

F

式中，F

由于配合面增加了支流凹槽22与主流凹槽21，配合面25上的摩擦系数产生了变动。为了保持最优的阻尼效果，根据摩擦力公式：

F

式中，F

可得阻尼结构质量与摩擦系数的关系为：

式中，M

通过实验测量摩擦系数后，即可通过对阻尼结构的底面24修配完成质量控制。

本申请提供的自清洁离心式阻尼结构通过在本体上设置仿生血管网络，利用发动机转子自身的旋转和振动作为自除尘动力，无需增加零件或更改现有结构便可实现除尘效果，避免了由于加装过滤装置或在叶片受力较大的伸根部位设计除尘孔等引入新的不可控因素，解决了由于积尘导致的阻尼失效问题，提升了航空发动机和燃气轮机的可靠性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。