采用拉筋或類似物連接葉片專利技術綜述

劉玲++劉京

摘 要：本文從全球專利申請量、原創國申請量分布等多方面進行分析，闡述了采用拉筋或類似物連接葉片技術領域的專利申請發展趨勢，追蹤了其發展脈絡，重點針對布置位置、布置型式、連接工藝這三大主要研究方向進行了梳理。

關鍵詞：拉筋；連接；葉片；阻尼；振動

中圖分類號：TK263 文獻標識碼：A

一、葉片間連接技術概述

燃氣輪機或蒸汽輪機所使用的渦輪葉片，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，為設計高可靠性的葉片，一般將相鄰的葉片彼此連接的構造，以避免共振。

近年來，為了增加大功率汽輪機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代燃氣輪機、電站蒸汽輪機、航空發動機等高速葉輪機的設計中。

二、采用拉筋或類似物連接葉片專利技術分析

1.全球專利申請量

采用拉筋或類似物連接葉片的專利申請出現于20世紀初，其發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，屬于發展期；1995年之后，每年的申請量在整體波動中趨穩發展，屬于成熟期。

2.原創國申請量分布

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國排行榜的前5位，足以說明他們在本領域的領先及核心地位。同時，在該領域出現高達21個國家積極參與研發設計，為其發展做出了不少貢獻。

3.專利申請目標國分布

日本是最為重要的目標市場，美國、德國、法國、英國位列第二至四位，上述5個國家也是原創技術實力較強的國家；此外歐洲、瑞士、荷蘭、中國、加拿大、比利時的目標市場份額緊隨其后，這6個國家是該領域高度關注的競爭市場，是該技術的主要生產應用國家，具有較好的市場前景，這可能直接導致了未來市場的激烈競爭。

4.發展脈絡

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

關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構進行葉片的連接。1925年，西屋公司提出了采用類似三角形的拉筋結構對葉片進行連接，以最小化葉片中的振動應力，并在同一年中又提出了采用橢圓、菱形拉筋結構對葉片進行連接，以在流體流經葉片時以最小的應力獲得最大的剛性。1928年，西屋公司提出了在葉片發生最大角度的偏斜彎曲時，將具有相對高彎曲應力的拉筋設置在葉片的偏斜曲線切點處，可在葉片頂部設置一個拉筋或同時設置多個，以獲得拉筋的雙重彎曲，利用其最大彈性范圍。1929年， ABB集團提出了采用多層、分段、直線型、弧線型相結合的拉筋結構進行葉片連接。1980年，東芝提出了采用雙層拉筋結構進行葉片連接。2008年，通用電氣采用在翼型葉片的底端護罩凹槽中設置彈性保持環以使葉片沿徑向向內方向偏斜。2011年，西門子提出了在線外面設置一同軸可相對滑動的套，這種形式的拉筋結構可防止阻尼線的斷裂，增加蒸汽輪機的運行可靠性。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構，為蒸汽輪機中流經的水蒸氣提供浮力，獲得優化的動力學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置穿有線的紗管套頭護罩增強渦輪葉片環，它們通過銅焊或焊接，并在定位后膨脹，長葉片還設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，在轉子運轉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套的中部以在直徑方向緊固連接渦輪葉片組的拉筋，增強應對蒸汽流帶來的振動力的剛度，降低渦輪葉片在旋轉方向的振動，減少拉筋的損壞。1991年，SCAL-N提出了通過肝連接相鄰的葉片，兩后部與相應的層構造，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度的金屬薄片被設置于套的內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的研發集中在通用電氣，日本、德國、法國和英國的申請量也占相當大的比重，其他國家申請數量偏少；從目標市場申請量方面分析可以看出，中國在該領域的市場還有發展潛力，中國申請人也應多研究和借鑒通用電氣等公司或個人在該領域的前沿技術，增強我國該方面技術的競爭實力。

通過對采用拉筋或類似物連接葉片領域的專利技術綜述，了解到其發展路線，從而有利于審查員更好把握該領域的技術實質，提高檢索效率，提高審查質量。

參考文獻

[1]王仲博.汽輪機松拉金整圈連接葉片組振動特性的試驗研究[J].中國電力，1985（7）：8-13，25.

[2]黃文俊，等.汽輪機自帶圍帶葉片整圈連接的接觸分析[J].汽輪機技術，2009，51（5）：346-348.endprint