本發(fā)明涉及熱渦輪機技術。其涉及根據(jù)權利要求1的前序的一種用于熱渦輪機械的機械構件。

背景技術：

越來越多地使用可再生能源來產生電力要求化石燃料蒸汽和燃氣渦輪具有額外的操作靈活性。為了補償電網中的可再生能量波動，燃氣渦輪(GT)發(fā)動機需要更靈活，在峰值和部分負載模式以及基本負載操作模式下運行。在渦輪系的恒定轉速Ω下，這些靈活的發(fā)動機操作條件引起冷卻流/金屬溫度、質量流量和壓力的變化。這些變化可產生作用在旋轉和非旋轉的機械構件上的意外異步激勵。

一般來說，GT功率直接取決于質量流量，質量流量在可變的靈活操作條件下變化。質量流量是流動速率U及其密度ρ的函數(shù)。流動速率U對雷諾數(shù)Re＝(ρU d)/μ_f有直接的影響，其中μ_f表示流體的自由流動力粘度，且d表示通過流動介質而流線化的流線型物體或構件的特性直徑。

基于在文獻中給出的實驗數(shù)據(jù)，流體流在于30和5000之間變化的雷諾數(shù)范圍內激勵流線型構件。所以，作為振蕩流的規(guī)則渦旋脫落在構件的下游發(fā)生，其被用激勵函數(shù)f_e激勵。該激勵頻率是通過無量綱斯特勞哈爾數(shù)St確定的，其中St＝(d fe)/U。當垂直于接近流方向作用在流線構件上時，則通過以下等式確定激勵力F(t)。

其中t是時間，c_w表示在手冊中給出的取決于流線構件形狀的無量綱曳力系數(shù)，且A表示流線型物體的垂直于接近流方向地投影的輪廓面積。在該等式中，(ρU²)/2項對應于動態(tài)壓力，該動態(tài)壓力在GT發(fā)動機的不同操作模式下也改變。

因此，對于恒定轉速Ω下的GT發(fā)動機的變化的操作條件而言，可發(fā)生構件的大量的異步f_e和同步kΩ(其中k＝1，2，3，…，∞)諧振，這在主要關注發(fā)動機的所謂“符合設計點”的普通設計過程中可能是未知的。

燃氣渦輪的機械構件通常針對涉及在-15℃和45℃之間變化的ISO溫度的基礎負載名義操作條件來設計的。這稱為“符合設計模式操作”。在GT發(fā)動機的從基礎負載到部分負載的靈活操作條件下，構件基礎負載溫度T_b下降甚至高達120K，這一般取決于燃氣渦輪的類型。該溫度變化δT改變了類似楊氏模量的材料性質，這對GT構件的自然頻率變化具有直接影響，通過以下來表達

在此ω_Tb表示在基礎負載操作溫度T_b下的構件的基準本征頻率，ω_Tb±δT是取決于相對于基礎負載溫度T_b改變溫度δT的部分負載操作的構件本征頻率，E_Tb是在參照GT發(fā)動機基礎負載的溫度T_b下的楊氏(彈性)模量，且E_Tb±δT是在參照GT發(fā)動機的部分負載的溫度Tb±δT下的楊氏模量。

在以往的GTSC(燃氣渦輪單一循環(huán))和GTCC(燃氣渦輪聯(lián)合循環(huán))中，安裝基礎主要是針對在構件溫度T_b下的基礎負載發(fā)動機操作(通常稱為符合設計點)而設計的。一般來說，存在部分負載GT操作條件可導致GT構件的意外諧振ω_Tb±δT的技術風險，這導致HCF(高周期疲勞)損傷。對于操作靈活性條件而言，構件頻率變化和異步激勵這兩種現(xiàn)象在新的和安裝的基礎發(fā)動機的設計過程中都應當考慮。

100多年以來，坎貝爾圖已用作防止構件諧振的最佳工程手段(見圖1和例如文獻US 2009/0301055A1)。該圖根據(jù)渦輪系的轉速Ω來控制旋轉葉片“B”和靜止導葉“V”的頻率變化。

在圖1所示的旋轉葉片“B”和非旋轉導葉“V”的坎貝爾圖中，本征頻率ω_{B，N，Tb}和ω_{V，N，Tb}取決于從0增長到名義速度Ω_N的離心負載的加強效應和從環(huán)境溫度T_a增大到基礎負載溫度T_b的溫度的軟化效應，其中kΩ(其中k＝1，2，…，∞)表示因流動介質在渦輪內的不均勻周向壓力分布所導致的諧振激勵。

由于流體介質沿渦輪殼體周向方向的不均質壓力分布，葉片ω_B頻率和導葉ω_V頻率可通過以kΩ(其中k＝1，2，…，∞)確定的諧振激勵刺激并在圖1中以虛線例示。所以，尤其是在名義轉速Ω_N下(見圖1中的豎直虛線)，導葉和葉片頻率一定不同于kΩ_N。在名義轉速kΩ_N下，這些葉片ω_B，N，Tb和導葉ω_{V，N，Tb}頻率對應于符合設計操作條件的基礎負載溫度T_b和質量流量。

然而，基礎負載溫度T_b不能在常規(guī)坎貝爾圖中明確地示出。所以，在溫度下降δT的部分負載操作的情況下，葉片和導葉的諧振風險必須利用等式(1)來確定，以示出它們的頻率的沿名義速度Ω_N的豎直線的位移(見圖2)。因為葉片ω_{B，N，Tb-δT}和導葉ω_{V，N，Tb-δT}頻率與諧振激勵kΩ_N一致，所以有葉片盤或導葉組件將經歷HCF損傷。

關于等式(1)的近似意義，常規(guī)坎貝爾圖的對渦輪葉片裝置的部分負載分析的調整看起來不夠可靠。另一方面，需要一種新的工程程序，以用于根據(jù)在渦輪系的名義速度Ω_N下的溫度變化T_b±δT確定葉片、導葉以及其他構件的部分負載GT操作的安全機制。

對于部分負載操作條件(一般對應于發(fā)動機功率降低)而言，溫度和質量流量成為評估HCF風險的關鍵工程參數(shù)。圖2中所示的常規(guī)坎貝爾圖在設計過程中不提供足夠的技術細節(jié)，因為旋轉葉片或靜止導葉的金屬溫度變化δT未明確示出。

所以，提出由溫度變化δT觸發(fā)的部分負載諧振圖，如圖3中例示的(右側圖)。針對旋轉葉片“B”和靜止導葉“V”，圖3的部分負載諧振圖示出在渦輪系的名義轉速Ω_N下在部分負載GT操作條件下關于從基礎負載溫度T_b的溫度降低δT的本征頻率變化ω(δT)_B，N和ω(δT)_V，N，其中較深色區(qū)對應于與GTCC操作的最小T_TAT需要有關的所關心的可允許溫度范圍。

實際上，該圖在細節(jié)上擴展了常規(guī)坎貝爾圖，并測量了根據(jù)在渦輪系的恒定轉速Ω_N下的基礎負載溫度Tb的溫度變化δT(其對應于部分負載操作條件)的構件的本征頻率變化。

在部分負載諧振圖中，通常關心具體的溫度變化范圍(見圖3中的較深色區(qū))，該溫度變化范圍確保用于聯(lián)合循環(huán)電站中的穩(wěn)定蒸汽渦輪操作的足夠高的T_TAT。該圖允許由流體介質的降低的質量流量觸發(fā)的異步激勵的風險檢查。那些異步激勵頻率可以或者利用時間推進CFD途徑來計算，或者在發(fā)動機中測量。對于實際的工程判斷而言，基于卡門渦街和斯特勞哈爾數(shù)St的一種已知的閉型可用于評估圖3中的這些異步激勵。

因此，各GT構件的本征頻率曲線ω(δT)必須避開與水平激勵線的重合點，水平激勵線表示名義轉速下的諧振和異步激勵。在名義轉速Ω_N的±5％的典型擺動效應對旋轉葉片的本征頻率的變化沒有明顯的影響，且該現(xiàn)象在分析中可忽略而不降低可靠性。在轉速Ω明顯變化的情況下，則必須如圖3中關于轉速Ω_N示范的那樣在該關心的速度下形成額外的部分負載諧振圖。對于靜止構件而言，轉速對分析沒有影響。

在現(xiàn)有技術中，已提出操縱熱渦輪機械中的構件的振動行為的若干方案。

文獻US 6,290,037B1公開了一種振動吸收器，其中，吸收器端質量通過懸臂梁裝置而聯(lián)接于主質量，其中，梁的至少一部分包括形狀記憶合金(SMA)。優(yōu)選地，端質量利用可被單獨加熱的多個離散的SMA絲聯(lián)接于主質量。當SMA絲中的各個被加熱到高于預定溫度時，SMA材料經歷相變，該相變導致SMA絲的剛度變化。以各種組合方式對各種絲加熱允許主動地調諧吸收器的操作頻率。因此，可調諧吸收器的頻率，以緊密地匹配主質量的當前振動頻率，從而允許將吸收器以一種簡單且易懂的方式適應性地調諧到主質量的頻率。

文獻US 6,796,408B2公開了一種用于在渦輪中阻尼振動的方法。該方法包括在渦輪上執(zhí)行結構動態(tài)分析，以確定渦輪上的至少一個高振動應力區(qū)域，且執(zhí)行渦輪的熱分析，以在該高振動應力區(qū)域處確定至少接近最大的操作溫度。另外，該方法包括利用滯后阻尼來阻尼操作振動。滯后阻尼包括選擇具有與在該高振動應力區(qū)域處的構件的近似最大操作溫度基本上類似的馬氏體到奧氏體轉換溫度的形狀記憶合金(SMA)，且將所選的SMA在渦輪上配置在相關高振動應力區(qū)域上。

文獻US 7,300,256B1公開了用于軸流式渦輪(尤其是燃氣渦輪)的葉片的阻尼布置，該阻尼布置包括阻尼元件，該阻尼元件布置在葉片的葉片翼型件中的凹坑中內并摩擦地阻尼葉片的振動。在此種阻尼布置中，通過將凹坑構造為沿徑向方向延伸穿過葉片翼型件內側的腔，將阻尼元件沿徑向方向插入該腔中，實現(xiàn)了簡化的制造和組裝以及可靠且有效的功能。

在文獻DE 10 2010 003 594A1中，渦輪葉片具有由形狀記憶合金(SMA)元件形成的阻尼元件。該阻尼元件與周圍區(qū)域聯(lián)接，使得從圍繞一個葉片流動的熱流體傳遞到SMA元件的熱量基于葉片的振動狀態(tài)而變化。SMA元件由SMA絲形成。SMA元件在蓋或支撐翼的端表面中延伸。SMA元件將葉片與橫向于葉片縱軸線的周圍區(qū)域聯(lián)接。

文獻US 2012/0183718A1公開了一種零件，它包括結構和至少一個形狀記憶合金元件，該形狀記憶合金元件被預加應力且至少部分地埋入所述結構內。形狀記憶合金適合于當所述結構在給定的頻帶中振動時耗散所述結構的機械能。

然而，在這些現(xiàn)有技術參考文獻中的任一者中都沒有討論或解決部分負載下的情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標是提供一種用于熱渦輪機械的具有對抗高周疲勞(HCF)的增強保護的機械構件，它考慮了部分負載操作下的影響。

該目標通過根據(jù)權利要求1的機械構件來實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，用于熱渦輪機械(尤其是蒸汽或燃氣渦輪)的機械構件包括一種部件(尤其是基礎部件)和至少一個額外裝置，該至少一個額外裝置機械地聯(lián)接于所述部件，以便在渦輪機的操作期間影響所述部件的振動特性。

其特征在于，所述部件與所述至少一個額外裝置之間的機械連接隨所述至少一個額外裝置的溫度而改變。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述至少一個額外裝置是如下裝置，該裝置隨溫度改變其形式和相對于所述部件的位置，以便在預定溫度范圍內在所述部件和所述至少一個額外裝置之間建立額外機械接觸。

具體而言，所述至少一個額外裝置是雙金屬裝置。

備選地，所述至少一個額外裝置是形狀記憶合金裝置。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述額外機械接觸是機械地加強所述部件的加強接觸。

備選地或額外地，所述額外機械接觸是阻尼所述部件中振動的摩擦接觸。

根據(jù)本發(fā)明的又一種實施例，所述至少一個額外裝置具有縱向梁或彎曲板的形式，其在兩端處固定地連接于所述部件，使得當其隨著溫度改變其形式和相對于所述部件的位置時，其在兩端之間的區(qū)域中建立所述額外機械接觸。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述至少一個額外裝置具有縱向懸臂或彎曲板的形式，其在一端處固定地連接于所述部件，使得當其隨溫度改變其形式和相對于所述部件的位置時，其利用其另一個自由端建立所述額外機械接觸。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，額外的子部件在所述額外機械接觸的區(qū)域中設在所述至少一個額外裝置上，以便影響所述額外機械接觸的特性。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供加熱或冷卻器件，以用于主動地改變所述至少一個額外裝置的溫度。

具體而言，所述部件是燃氣渦輪的葉片或導葉。

具體而言，所述部件是燃氣渦輪的排氣殼體。

其也可為燃燒器、壓縮機、或操作溫度變化足以用于明顯地改變等式(1)中給出的楊氏模量E的任意其他系統(tǒng)的一部分。

附圖說明

現(xiàn)在借助于不同的實施例并參考附圖來更嚴密地說明本發(fā)明。

圖1示出旋轉葉片“B”和非旋轉導葉“V”的坎貝爾圖，它們的本征頻率ω_B，N，Tb和ω_{V，N，Tb}取決于從0增長到名義速度Ω_N的離心負載的加強效應和從環(huán)境溫度T_a增大到基礎負載溫度T_b的溫度的軟化效應，其中kΩ(其中k＝1，2，…，∞)表示因渦輪內的流動介質的不均勻周向壓力分布所導致的諧振激勵；

圖2示出旋轉葉片“B”和靜止導葉“V”的常規(guī)坎貝爾圖，該圖關注它們的由于在渦輪系的未變化的名義轉速Ω_N下在部分負載GT操作條件下的溫度下降δT而導致的到值ω_{B，N，Tb-δT}和ω_{V，N，Tb-δT}的本征頻率增大；

圖3示出旋轉葉片“B”和靜止導葉“V”的部分負載諧振圖(右側圖)，它記錄了在渦輪系名義轉速Ω_N下在部分負載GT操作條件下相對于從基礎負載溫度T_b的溫度下降δT的本征頻率變化ω(δT)_B，N和ω(δT)_V，N，其中較深色區(qū)對應于與用于GTCC操作的最小T_TAT(渦輪出口溫度)的需要的所關心的可允許溫度范圍；

圖4例示旋轉帶護罩渦輪葉片(作為任意示例)的對抗HCF的四種設計策略，即(1)質量策略(MS)：構件質量變化，(2)剛度策略(SS)：構件剛度增大，(3)阻尼策略(DS)：構件阻尼增大，(4)失調策略(MTS)：根據(jù)激勵而失調的構件；

圖5示出具有雙金屬構造(虛線曲線)或由形狀記憶合金制成(實線)的系統(tǒng)的關于溫度T的典型變形曲線，其中T_a、T_TAT-min、T_b分別表示環(huán)境溫度、用于GTCC操作的最小渦輪出口溫度、和GT發(fā)動機的基礎負載溫度，且q_C，min表示高于溫度T_TAT-min的與所關心的GT構件的接觸的系統(tǒng)的閾值變形；

圖6-8示出本發(fā)明的實施例，其通過對GT的靜止排氣殼體應用雙金屬TMD以用于實現(xiàn)加強效應，以使原始系統(tǒng)的本征頻率因雙金屬系統(tǒng)的額外彎曲剛度而位移δω，其中T_T表示所關心的閾值溫度；

圖9示出相對于基線部分的振型的多觸點放大加強效應和/或摩擦阻尼性能的TMD構造，其中圖9(a)示出用于生成不同接觸特性的薄壁、厚壁和實心子部件的例子，且圖9(b)例示為了加強和阻尼效應而布置的子部件的在諧振響應功能中的結果；

圖10例示TMD的與基礎部件機械接觸的再設計自由度，其中“α”和“β”對應于取決于基礎部件的振動幅度的與一個子部件(參見圖9)的加強或阻尼構思；

圖11示出裝備有所提出的TMD的旋轉葉片“B”和靜止導葉“V”的部分負載諧振圖，該TMD使原始本征頻率ω(δT)_B，N和ω(δT)_V，N位移所要求的值δω_B(δT)和δω_V(δT)(如利用兩個長虛線曲線例示的)，以避免在部分負載條件的操作區(qū)內出現(xiàn)的諧振，或者其根據(jù)變化的質量流量增大整個系統(tǒng)的阻尼性能，這可產生基線構件的異步激勵。

具體實施方式

本發(fā)明的總體概念是將額外裝置引入在熱渦輪機(尤其是燃氣或蒸汽渦輪)的基線構件或部件的新的或已有的設計中，這通過與構件的機械聯(lián)接而依據(jù)發(fā)動機的操作溫度的變化來被動地改變基線構件的機械特性。

該額外裝置(此后稱為“熱記憶裝置”(TMD))提高了基線構件的基準剛度，且還增大在基線構件與額外裝置之間的機械接點上的摩擦阻尼。具有TMD的基線構件的這些額外地形成的機械特性相對于高溫操作下的(如在燃氣渦輪中)高周疲勞保護發(fā)動機。通過在基線構件上形成的機械接點，TMD在熱邊界條件的快速變化期間不引起任何熱應力，因為基線構件和額外裝置在它們的熱膨脹期間可相對于彼此滑動而不產生任何熱應力集中。發(fā)動機的空氣動力性能不因在基線構件(例如受冷卻的渦輪葉片或導葉)內側應用該TMD而受影響。

在符合設計點處，根據(jù)坎貝爾圖，GTCC系統(tǒng)的各構件一定沒有諧振(參見圖1和2)。例如GT發(fā)動機的部分負載條件產生以下兩種效應：(1)構件的金屬溫度降低，和/或(2)通常根據(jù)測試發(fā)動機或現(xiàn)場經驗知道的意外異步激勵的產生。

在部分負載操作下的意外諧振的情況下，存在4種標準諧振消除策略，諸如質量策略(MS)、剛度策略(SS)、阻尼策略(DS)、和失調策略(MTS)，如圖4中例示的。

根據(jù)質量策略(MS)，局部地改變大型構件(例如排氣殼體)的振動區(qū)域的質量。這不是一種有效的解決方案，因為2-3Hz的頻率位移要求明顯地改變大型基線構件的幾何形狀。

阻尼策略(DS)基于摩擦或沖擊消散機制，且不涉及簡單明了的工程解決方案。而且，失調策略(MTS)是工程實踐的創(chuàng)造性解決方案，其通常對應于用于其驗證的高成本。

因此，增大構件總體剛度的剛度策略(SS)用作最簡單且有效的緩解措施。通常，額外的聯(lián)接件(如例如栓(bolt)或柱(stab)被焊接在構件或者構件部件之間，這增大所關心的系統(tǒng)頻率。然而，設置在渦輪的流道中的該加強解決方案產生了空氣動力損失，或者可容易導致新的TMF(熱機械疲勞)損傷。對于高于高溫地操作的構件而言，栓導致的額外剛度不允許整個系統(tǒng)的熱膨脹，且TMF裂紋可出現(xiàn)在由可變的部分負載操作條件引起的熱應力區(qū)上。

在GT技術中，被熱加載的構件通常被針對內部冷卻設計，并包括薄殼結構，以在發(fā)動機快速起動或停機期間避免過高的熱應力集中。換言之，典型的GT導葉包括用于內部冷卻的中空空間，該中空空間可用于引入加強基線構件的額外結構元件，以用于使其本征頻率位移到高于所關心的諧振。

為了根據(jù)溫度控制該加強過程，內部(額外)構件或元件由雙金屬材料(BM)或形狀記憶合金(SMA)制成，它們的特性在圖5中示出。雙金屬系統(tǒng)(BM)的變形是與溫度T相關的基本上線性的函數(shù)。形狀記憶合金(SMA)展示出帶有典型的偽彈性-塑性滯后的“二元(binary)”變形行為，如圖5中例示的。

圖6-8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的標準基線構件可如何裝備由常規(guī)雙金屬系統(tǒng)制成的內部系統(tǒng)的例子。基線構件在該情況下是燃氣渦輪的靜止排氣殼體10(參見示例文獻US 8,915,707B2)。排氣殼體10包括兩個同心環(huán)，即外環(huán)11和內環(huán)12。兩個環(huán)11和12都通過多個徑向支柱13而連接。各支柱13具有翼狀空氣動力截面輪廓和中空的內部14(圖7，8)。

如示出沿平面A-A的截面的圖7，8可見，雙金屬熱記憶裝置(TMD)15與支柱的縱軸線21平行地布置在所述支柱內。熱記憶裝置15定位在支柱13的壁附近，延伸穿過支柱13的中空內部14，且借助于合適的固定器件16a和16b在兩端處剛性地固定于外環(huán)11和內環(huán)12。熱記憶裝置15自身沿縱向方向被分成由具有不同熱行為的金屬構成兩個分界的金屬部件或梁15a和15b，以建立必要的雙金屬效應。

對于低于閾值T_T的溫度而言，在基線構件10的內表面與雙金屬系統(tǒng)15的外部表面之間沒有機械接點，如圖7中例示的。高于所關心的閾值溫度T_T，雙金屬構件15與基線部件10接觸(圖8中的接觸區(qū)域17)，這使內部聯(lián)接的系統(tǒng)11，12，13，15的總體本征頻率增大所要求的頻率范圍δω。頻率位移δω可通過應用由雙金屬或形狀記憶材料制成的具有熱記憶的額外構件增強。同樣，作為在其兩端處被夾緊的單個梁15的代替，各具有一個自由端的兩個懸臂22，23(圖8)可用于與基線部件10獲得兩個接點。

為了在相對于基線部件10的振型的振動節(jié)點和反節(jié)點的不同位置處布置觸點(參見圖8)，可考慮具有不同長度的懸臂梁22，23。

另外，如圖9(a)所示，熱記憶裝置15的外部表面可裝備額外子部件18，19，20，它們的形狀更好地匹配基線部件的內部輪廓(在示例支柱13中)。另外，這些形狀可布置成用于在整個系統(tǒng)的振動期間產生最佳摩擦阻尼性能。具體而言，子部件18是中空厚壁部件，子部件19是中空薄壁部件，且子部件20是完全實心部件。這些不同的子部件18，19和20各自產生不同的接觸法向和切向剛度。

因此，與基線部件接觸的熱記憶裝置TMD具有兩種功能：

1)用于使所關心的本征頻率位移的加強效應，和

2)通過接點上的摩擦消散對受迫振動的阻尼。

所以，在圖9(a)的結構中實現(xiàn)兩種S剛度和D阻尼設計策略SS和DS，如圖9(b)中例示的。如之前解釋的，各子部件可設計為薄壁、厚壁和/或實心結構，以用于根據(jù)彈性-摩擦消散機制或公開文獻中已知的其他方案在不同半徑r1、r2和r3處的接點上實現(xiàn)阻尼性能。因為熱記憶裝置15始終將子部件18，19和20壓靠基線部件13，所以接觸磨損不會對阻尼性能和整個無故障操作產生影響。無論如何，所述接點處的磨損可通過特殊的涂層而最小化。

對于靜止的基線構件而言，即使具有大尺寸，如EGH(排氣殼體)，加強效應和/或阻尼性能可通過使用用于測量評估溫度下的振動的標準系統(tǒng)而在典型的退火爐中驗證。

取決于設計保護的需要，系統(tǒng)的加強或是阻尼性能可如圖10中例示的那樣增強。作為重新設計的開始點(kick-off point)考慮通過測量和/或計算獲知的基線構件的振動。

在基線構件的所關心區(qū)域處，熱記憶裝置TMD在基線構件內進行所需的技術(平面)或赫茲接觸。與裝置的截面相關，在所關心的操作溫度下接觸后，總體基線構件剛度可增大或減小。然后，整個系統(tǒng)的總剛度依照比率“α”從基線的基準剛度增大，如圖10中的深色區(qū)域(“剛度增大”)所示。

關于基線構件的相對接觸振動的幅度，阻尼性能能增大或減小。這些阻尼性能也可通過應用特殊接觸形式、接觸應力強度、或接觸面積、以及利用增大或減小摩擦系數(shù)的特定涂層而在重新設計中受到影響。設計者可選擇增加額外的接觸面積，如在圖9(a)中利用實心或中空子部件示意地解釋的那樣。然后，關于基線構件的振動，可通過使用一個或更多個中空和實心子部件依照比率“β”來控制處于接觸中的整個系統(tǒng)的阻尼性能(圖10中的明亮上半?yún)^(qū)“阻尼增大”)。

通過具有熱記憶的構件裝備的旋轉葉片或靜止導葉的最終結果在圖11中用長的虛線曲線示出(圖的右上部分)。葉片和導葉的初始本征頻率ω(δT)_B，N和ω(δT)_V，N位移了所要求的值δω_B(δT)和δω_V(δT)，以避免在部分負載條件的操作區(qū)內出現(xiàn)的諧振(參見圖11的兩條長的虛線曲線)。通過使用具有熱記憶的構件，如在上面結合圖6-9解釋的，存在用于使該效應減輕的選項，使得例如部件的新本征頻率低于原始的本征頻率。該機制也在本發(fā)明的范圍內。

如前所述，針對部分負載操作增加或安裝熱記憶裝置(TMD)的技術可應用于具有不同尺寸的旋轉構件或靜止部件。因此，如圖6中所示的完整的排氣殼體或單個葉片或導葉可裝備合適的TMD。

所提出的雙金屬系統(tǒng)(圖8中的15或22，23)可由可在市場上獲得的任意金屬制成或者根據(jù)具體設計理由來研發(fā)。同樣，任意形狀的記憶合金(SMA)可由已知元素制成，或可以為了實現(xiàn)所需的設計目標而研發(fā)。換言之，所有已知的或新研發(fā)的具有各種形狀和固定器件的雙金屬和/或形狀記憶合金都是本發(fā)明的一部分。這也適用于任意形式的TMD。另外，TMD裝置的用于摩擦阻尼的子部件(如圖9中所示)可由不同材料制成，或者被設計為刷子或用于設置軟性或硬性接觸剛度的其他物件。

若干TMD可串聯(lián)或并聯(lián)地布置，以用于弱化或強化整個系統(tǒng)的總體剛度和/或阻尼結果。同樣，雙金屬和形狀記憶合金可組合在一起，以用于作為線性和二元變形的結果來限定雙線性剛度效應。此外，為了連續(xù)地或臨時地改變剛度結果，該系統(tǒng)的局部或整體冷卻或加熱效應可認為可通過不同的源來布置，如電加熱器(圖8中的24)等。

一般來說，熱記憶裝置TMD也可在增大基線構件的剛度的意圖內設計，基線構件的原始頻率在高于閾值溫度的情況下開始變得更大。為了此設計目標，在裝置和基線構件之間產生的機械接觸不產生任何熱應力集中，熱應力集中出現(xiàn)在焊接、硬焊、機械連結中的每一種常規(guī)連結技術中，和熱發(fā)動機操作中的其他技術中。這類應用主要對應于如在圖4中例示的基于剛度策略(SS)的設計構思，且可用于熱發(fā)動機的任意操作條件。換言之，本發(fā)明不僅僅限于發(fā)動機的靈活操作。

本發(fā)明是關于GTSC和GTCC系統(tǒng)的需求而描述的。當然，本發(fā)明的范圍可應用于針對符合設計點設計但需要額外地在各種部分負載操作條件下操作的其他發(fā)動機和機器。TMD可通過熱負載和機械負載變化而被觸發(fā)，或者可利用主動控制系統(tǒng)(例如，如圖8中所示的加熱器24)來驅動。本發(fā)明可用于在恒定和可變的轉速下操作的發(fā)動機。

附圖標記清單

10 排氣殼體(靜止)

11 外環(huán)

12 內環(huán)

13 支柱

14 中空內部

15 熱記憶裝置(TMD)

15a，b 金屬部件

16a，b 固定器件

17 接觸區(qū)域

18，19，20 子部件

21 縱軸線(支柱)

22，23 懸臂

24 加熱器(例如電的)