劉玲++劉京

摘 要：本文從全球?qū)＠暾埩?、原?chuàng)國申請量分布等多方面進(jìn)行分析，闡述了采用拉筋或類似物連接葉片技術(shù)領(lǐng)域的專利申請發(fā)展趨勢，追蹤了其發(fā)展脈絡(luò)，重點(diǎn)針對布置位置、布置型式、連接工藝這三大主要研究方向進(jìn)行了梳理。

關(guān)鍵詞：拉筋；連接；葉片；阻尼；振動

中圖分類號：TK263 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、葉片間連接技術(shù)概述

燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)所使用的渦輪葉片，因工作流體的紊流成分在較寬的頻率范圍內(nèi)不斷被激振。葉片振動造成的葉片失效是葉片的主要事故形式之一，為設(shè)計高可靠性的葉片，一般將相鄰的葉片彼此連接的構(gòu)造，以避免共振。

近年來，為了增加大功率汽輪機(jī)低壓級長葉片的抗震性能，制造廠都傾向于在中長葉片上采用自帶圍帶或各種拉筋形式等連接件將整級葉片連接成整圈葉片組的形式廣泛存在于現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)、電站蒸汽輪機(jī)、航空發(fā)動機(jī)等高速葉輪機(jī)的設(shè)計中。

二、采用拉筋或類似物連接葉片專利技術(shù)分析

1.全球?qū)＠暾埩?/p>

采用拉筋或類似物連接葉片的專利申請出現(xiàn)于20世紀(jì)初，其發(fā)展過程大致分如下幾個時期：1927年以前，每年的申請量大多在5個以下，屬于萌芽期；1927年～1932年，每年的申請量有所提升，屬于探索期；1933年～1952年，每年的申請量出現(xiàn)了低位趨勢，屬于瓶頸期；1953年～1994年，每年的申請量在不斷波動中保持相對增長，屬于發(fā)展期；1995年之后，每年的申請量在整體波動中趨穩(wěn)發(fā)展，屬于成熟期。

2.原創(chuàng)國申請量分布

日本、美國、德國、法國和英國的申請量占總申請量的比例分別以25.7%、17.34%、16.47%、10.40%、8.96%的較高百分比位列原創(chuàng)國排行榜的前5位，足以說明他們在本領(lǐng)域的領(lǐng)先及核心地位。同時，在該領(lǐng)域出現(xiàn)高達(dá)21個國家積極參與研發(fā)設(shè)計，為其發(fā)展做出了不少貢獻(xiàn)。

3.專利申請目標(biāo)國分布

日本是最為重要的目標(biāo)市場，美國、德國、法國、英國位列第二至四位，上述5個國家也是原創(chuàng)技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的國家；此外歐洲、瑞士、荷蘭、中國、加拿大、比利時的目標(biāo)市場份額緊隨其后，這6個國家是該領(lǐng)域高度關(guān)注的競爭市場，是該技術(shù)的主要生產(chǎn)應(yīng)用國家，具有較好的市場前景，這可能直接導(dǎo)致了未來市場的激烈競爭。

4.發(fā)展脈絡(luò)

在布置位置方面，1904年，THOMSON HOUSTON ATELIERS提出在葉片頂部設(shè)置拉筋用于連接葉片。1926年，CHARLES ALGERNON PARSONS和ALFRED QUINTIN CARNEGIE提出了在旋轉(zhuǎn)渦輪環(huán)狀葉片組的中上部位置布置拉筋用于固定葉片。1987年，阿爾斯湯姆有限公司提出了在葉片頂部圍帶上的槽內(nèi)插入一個扁平金屬絲構(gòu)成一個填片元件以對抗離心力作用下的葉片彎曲和產(chǎn)生摩擦力。1980年， ISHI提出了在葉片根部轉(zhuǎn)子面附近設(shè)置的穿孔中設(shè)有線，在軸向渦輪運(yùn)行中，線與穿孔摩擦接觸，達(dá)到降低葉片振動的目的。1991年，富士電機(jī)有限公司提出在護(hù)罩環(huán)的槽內(nèi)壁與置于槽中的線的有角度的側(cè)面間通過摩擦起到阻尼效應(yīng)，以降低運(yùn)動葉片的振動。1998年，東芝提出在葉片中間位置設(shè)置中間連接裝置，與葉片端部連接裝置一起提供有效的防振對策。2012年，航空技術(shù)空間股份有限公司提出了在葉片底部穿過轉(zhuǎn)子葉片排上若干相鄰葉片平臺的孔的扣環(huán)或相應(yīng)形狀的鎖桿能夠與之配合，從而確保葉片在轉(zhuǎn)子上的保持。2013年，西門子提出了在葉片頂端護(hù)罩間的凹槽中設(shè)置阻尼線，用于降低葉片振動。

關(guān)于布置形式方面的申請， 1913年，ANTIEBOLAGET LJUNGSTROEMS AANG提出了采用折線型、X型、平行斜線型等形式的拉筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行葉片的連接。1925年，西屋公司提出了采用類似三角形的拉筋結(jié)構(gòu)對葉片進(jìn)行連接，以最小化葉片中的振動應(yīng)力，并在同一年中又提出了采用橢圓、菱形拉筋結(jié)構(gòu)對葉片進(jìn)行連接，以在流體流經(jīng)葉片時以最小的應(yīng)力獲得最大的剛性。1928年，西屋公司提出了在葉片發(fā)生最大角度的偏斜彎曲時，將具有相對高彎曲應(yīng)力的拉筋設(shè)置在葉片的偏斜曲線切點(diǎn)處，可在葉片頂部設(shè)置一個拉筋或同時設(shè)置多個，以獲得拉筋的雙重彎曲，利用其最大彈性范圍。1929年， ABB集團(tuán)提出了采用多層、分段、直線型、弧線型相結(jié)合的拉筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行葉片連接。1980年，東芝提出了采用雙層拉筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行葉片連接。2008年，通用電氣采用在翼型葉片的底端護(hù)罩凹槽中設(shè)置彈性保持環(huán)以使葉片沿徑向向內(nèi)方向偏斜。2011年，西門子提出了在線外面設(shè)置一同軸可相對滑動的套，這種形式的拉筋結(jié)構(gòu)可防止阻尼線的斷裂，增加蒸汽輪機(jī)的運(yùn)行可靠性。2013年，西門子提出了連接葉片的連接件采用空氣動力型翼型結(jié)構(gòu)，為蒸汽輪機(jī)中流經(jīng)的水蒸氣提供浮力，獲得優(yōu)化的動力學(xué)性能及較好的阻尼特性。

對于連接工藝的研究，1908年，REED STANLEY JOHN提出了通過在葉片頂端設(shè)置穿有線的紗管套頭護(hù)罩增強(qiáng)渦輪葉片環(huán)，它們通過銅焊或焊接，并在定位后膨脹，長葉片還設(shè)置中間幾排紗管套頭。1928年，西屋公司提出了通過焊接、銅焊、熔接或類似工藝固定管狀部件，并將其拉筋通過鉚釘固定，以這種方式形成的拉筋簡易，制造成本低。1984年，ORTO-I提出了拉筋通過套管連接，套管中裝有填充物，在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時填充口通過噴丸密封，填充物在熱漲與離心力作用下提供彈性。1988年，東芝提出了將鉚釘穿過加強(qiáng)套的中部以在直徑方向緊固連接渦輪葉片組的拉筋，增強(qiáng)應(yīng)對蒸汽流帶來的振動力的剛度，降低渦輪葉片在旋轉(zhuǎn)方向的振動，減少拉筋的損壞。1991年，SCAL-N提出了通過肝連接相鄰的葉片，兩后部與相應(yīng)的層構(gòu)造，填料焊接部位連接在一起。1993年，日立通過一套管將第一級和第二級連接線的端部大概地彼此連接在一起。2000年，日立提出了拉筋的端部穿過套，插入相鄰葉片的孔中，具有相比拉筋擁有更高耐磨損疲勞強(qiáng)度的金屬薄片被設(shè)置于套的內(nèi)表面或拉筋的外表面，用于提高葉片連接的可靠性，避免拉筋的損壞。2003年，日立提出了在兩端具有中空部的每根拉筋插入渦輪葉片的孔中，具有相對彎曲表面的每個連接件插入相鄰拉筋的中空部分，中空部分的端面用于接收彎曲表面，這種布置能降低連接件與拉筋連接部分的應(yīng)力，改善拉筋與連接件的耐磨損、抗疲勞性能。2009年，西門子提出了偶聯(lián)元件可通過旋擰、鉚接或通過焊接與相鄰葉片固定地連接。

結(jié)語

通過以上分析可以看出，采用拉筋或類似物連接葉片技術(shù)的研發(fā)集中在通用電氣，日本、德國、法國和英國的申請量也占相當(dāng)大的比重，其他國家申請數(shù)量偏少；從目標(biāo)市場申請量方面分析可以看出，中國在該領(lǐng)域的市場還有發(fā)展?jié)摿?，中國申請人也?yīng)多研究和借鑒通用電氣等公司或個人在該領(lǐng)域的前沿技術(shù)，增強(qiáng)我國該方面技術(shù)的競爭實(shí)力。

通過對采用拉筋或類似物連接葉片領(lǐng)域的專利技術(shù)綜述，了解到其發(fā)展路線，從而有利于審查員更好把握該領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)質(zhì)，提高檢索效率，提高審查質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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