具备叶片的旋转体制造技术

本发明专利技术涉及一种旋转体，其具有旋转体芯(D)以及在该旋转体芯的外周或内周上沿周向等间隔设置的多个叶片，并且所述多个叶片形成为经由与所述旋转体芯分开另外设置的环状连接部在整周相连而成的组合的叶片结构，所述旋转体的2节径数模式的共振频率为所述旋转体额定转速的旋转2阶的谐振频率以下，该旋转体中，所述多个叶片在周向上的质量分布、刚性分布或固有频率分布的阶次成分中，在将失谐的最大成分的阶次设为Nd时，所述多个叶片以使Nd≧5的方式排列，并且以构成为用阶次Nd的成分大小除所得到的比不足1/2的阶次成分的方式来排列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2013年6月18日申请的日本专利申请2013-127699的优先权，将其全部内容以参照的方式引入作为本申请的一部分。
本专利技术涉及一种如燃气涡轮发动机、蒸汽轮机等的涡轮转子这样具有多个叶片的旋转体，尤其涉及这种旋转体上的叶片的排列结构。
技术介绍
燃气涡轮发动机和喷气发动机等涡轮机械的旋转体，是在转子的外周部等间隔地配置有多个涡轮转子叶片的状态下以高速旋转。制造这种多个转子叶片时，不能避免转子叶片间产生质量、刚性、固有振动频率的偏差(失谐)，根据转子叶片的排列，由于失谐所引起的共振的影响，能够在转子叶片上产生较大振动。此外，还有起因于失谐而以设计计划外的振动频率或振动模式发生共振的情况。由于这种振动的影响，有可能降低叶片的寿命。为了抑制由这种转子叶片的质量偏差所引起的振动，提出了如下方法，例如，通过从质量大的转子叶片开始顺次排列在转子圆周上相对的对角位置，从而调整围绕旋转轴心的不平衡量的方法(例如专利文献1)，或基于对各转子叶片测量出的各转子叶片的固有振动频率来排列转子叶片的方法(例如专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开昭和60-025670号公报专利文献2：日本专利公开平成10-047007号公报
技术实现思路
(一)要解决的技术问题但是，在仅从质量或固有振动频率较大一方开始按顺序在圆周上排列转子叶片的方法，或者将质量或固有振动频率远离平均值的特殊叶片以不均等间隔排列的方法中，即使是以整周连接而成的组合叶片结构(綴り翼構造)(无限群叶片)，抑制振动的效果也并不充分，依然存在因振动所导致的转子叶片的寿命降低，或为了回避共振而使振动频率域扩大等问题。因此，本专利技术的目的在于，为了解决上述技术问题，在沿整周上具有组合叶片结构的旋转体上，通过对等间隔设置在旋转体芯上的多个叶片质量等的失谐进行有意地排列，从而抑制并回避因失谐所引起的共振。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术第一结构的具有多个叶片的旋转体具有旋转体芯以及在该旋转体芯的外周或内周上沿周向等间隔设置的多个叶片，并且所述多个叶片形成为经由与所述旋转体芯分开另外设置的环状连接部在整周上相连而成的组合的叶片结构，所述旋转体的2节径数模式(2節直径数モード)的共振频率为所述旋转体额定转速的旋转2阶的谐振频率以下，所述多个叶片在周向上的质量分布、刚性分布或固有频率分布的阶次成分中，在将失谐的最大成分的阶次设为Nd时，所述多个叶片以使Nd≧5的方式排列，并且以构成为用阶次Nd成分大小除所得到的比不足1/2的阶次成分的方式来排列。根据这样的结构，对由失谐成分所引起而使共振时的振幅增大的情况进行抑制，并且激振力的分布方式(节径数)与旋转体的轮盘模式的振动方式(节径)的方式一致的振动模式，即使在发生与激振力较强共振的主要危险共振中，尤其关于危险的1节径数、2节径数的主要危险共振，仍有效实现对由失谐所引起的增振效果进行抑制，以及容易回避主要危险共振。为了实现上述目的，本专利技术第二结构的具有多个叶片的旋转体，具有旋转体芯以及在该旋转体芯的外周或内周上沿周向等间隔设置的多个叶片，并且所述多个叶片形成为经由与所述旋转体芯分开另外设置的环状连接部在整周上相连而成的组合的叶片结构，所述旋转体的2节径数模式的共振频率为比所述旋转体额定转速的旋转2阶的谐振频率高，所述多个叶片在周向上的质量分布、刚性分布或固有频率分布的阶次成分中，在将失谐的最大成分的阶次设为Nd时，所述多个叶片以使Nd≧6的方式排列，并且以构成为用阶次Nd成分大小除所得到的比不足1/2的阶次成分的方式来排列。根据这样的结构，对由失谐成分所引起而使共振时的振幅增大的情况进行抑制，并且在激振力的分布方式(节径数)与旋转体的轮盘模式的振动方式(模式中的节径数)的方式一致的振动模式，即使在发生与激振力较强共振的主要危险共振中，尤其关于危险的1节径数、2节径数的主要危险共振，仍有效实现对由失谐所引起的增振效果进行抑制，以及容易回避主要危险共振。在本专利技术的一个实施方式的旋转体中，所述叶片可以与相邻于所述旋转体芯的各自的叶片分开单独形成，以在所述旋转体芯的外周的周向上排列的方式植设，或也可以以在所述旋转体芯的内周的周向上排列的方式植设。在这样的结构中，由于制造上的原因，使对于上述质量、刚性、固有振动频率等发生偏差的叶片的品质管理变得容易。进而将上述质量分布、刚性分布或固有频率分布的节径数Nd有意地形成为如上所述的排列变得容易。此外进一步地，在这样的结构中，旋转体的重心平衡也变得容易。(三)有益效果如上所述，根据本专利技术的具有多个叶片的旋转体，通过有意形成设置在旋转体的旋转体芯上的多个叶片的质量等分布，将有效抑制由质量等偏差(失谐)所引起的叶片列振动增大，或者在质量、刚性等均匀的调谐系统的旋转体中以预期以外的振动频率发生共振。权利要求书及/或说明书及/或说明书附图所公开的至少两种结构的任意组合均包括在本专利技术中。特别是权利要求书的各权利要求的两项以上的任意组合也包括在本专利技术中。附图说明通过参照附图对以下适宜的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本专利技术。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，不应用于确定本专利技术的范围。本专利技术的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图上相同附图标记表示相同或与其相当的部分。图1是表示本专利技术的一个实施方式的旋转体(涡轮转子)的主视图。图2是表示正弦波的例子的图表。图3是表示三角波的例子的图表。图4是表示锯齿波的例子的图表。图5是表示在能够定义节数的情况下傅里叶级数展开的例子的图表。图6是表示在能够定义节数的情况下转子叶片配置的质量分布的例子的图表。图7是表示在不能定义节数的情况下傅里叶级数展开的例子的图表。图8是表示在不能定义节数的情况下转子叶片配置的质量分布的例子的图表。图9是表示图1的涡轮转子的振动解析用模型的结构图。图10是表示振动解析用模型的质量分布(Nd＝7)的例子的图表。图11是表示激振力分布(Nf＝3)的例子的图表。图12是表示对调谐系统旋转体的振动响应曲线的例子的图表。图13是表示对叶片质量分布的节径数Nd＝4的旋转体的振动响应曲线的例子的图表。图14是表示对叶片质量分布的节径数Nd＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多个叶片的旋转体，其具有旋转体芯以及在该旋转体芯的外周或内周上沿周向等间隔设置的多个叶片，并且所述多个叶片形成为经由与所述旋转体芯分开另外设置的环状连接部在整周上相连而成的组合的叶片结构，所述旋转体的2节径数模式的共振频率为所述旋转体额定转速的旋转2阶的谐振频率以下，所述多个叶片在周向上的质量分布、刚性分布或固有频率分布的阶次成分中，在将失谐的最大成分的阶次设为Nd时，所述多个叶片以使Nd≧5的方式排列，并且以构成为用阶次Nd成分大小除所得到的比不足1/2的阶次成分的方式来排列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.18 JP 2013-1276991.一种具有多个叶片的旋转体，其具有旋转体芯以及在该旋转
体芯的外周或内周上沿周向等间隔设置的多个叶片，并且所述多个叶
片形成为经由与所述旋转体芯分开另外设置的环状连接部在整周上
相连而成的组合的叶片结构，
所述旋转体的2节径数模式的共振频率为所述旋转体额定转速
的旋转2阶的谐振频率以下，
所述多个叶片在周向上的质量分布、刚性分布或固有频率分布的
阶次成分中，在将失谐的最大成分的阶次设为Nd时，所述多个叶片
以使Nd≧5的方式排列，并且以构成为用阶次Nd成分大小除所得到
的比不足1/2的阶次成分的方式来排列。
2.一种具有多个叶片的旋转体，其具有旋转体芯以及在该旋转
体芯的外周或内周上沿周向等间隔设置的多个叶片，并且所述多个叶
片形成为经由与所述旋转体芯分开另外设置的环状连接部在整周上
相连而成的组合的叶片结构，
所述旋转体的2节径数模式的共振频率为所述旋转体额定转速
的旋转2阶的谐振频率以下，
所述多个叶片在周向上的质量分布、刚性分布或固有频率分布的
阶次成分中，在将失谐的最大成分的阶次设为Nd时，所述多个叶片
以使Nd≧6的方式排列，并且以构成为用阶次Nd成分大小除所得到
的比不足1/2的阶次成分的方式来排列。
3.根据权利要求1或2所述的具有多个叶片的旋转体，其特征在
于，分别单独形成所述旋转体芯及多个叶片，所述叶片植设于所述旋
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中良造，玉井亮嗣，山本敏之，佐藤寿恭，坂野好伸，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP