專利名稱：渦輪機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的渦輪機(jī)葉片。另外， 本發(fā)明還涉及一種渦輪機(jī)的、尤其是汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子以及包括這種葉 片的渦輪機(jī)本身。
背景技術(shù)：
在一個(gè)葉柵、例如在渦輪機(jī)的導(dǎo)向葉片排或者工作葉片排中，流動(dòng)損失通過所謂的"柵距比(TdlungsverMltois)"決定性地被影響。柵距比被 定義為一個(gè)葉片排的兩個(gè)相鄰葉片之間的距離，與葉片的弦長有關(guān)。在此， 該距離通常在柵的中部區(qū)段內(nèi)被確定，并且從而由在中部區(qū)段半徑上確定 的周長得出，與該葉片排的葉片數(shù)有關(guān)。在此，較大的柵距比首先導(dǎo)致較 小的型面損失，因?yàn)闈櫇竦谋砻娌⑶覐亩谌~片臨界層中產(chǎn)生的摩擦損失 減小。另一方面，在外部的通道邊界壁上(在該通道邊界壁中流動(dòng)通道由 輪轂或者殼體限定)，在那兒產(chǎn)生的所謂的二次渦流隨著柵距比的升高而 在其膨脹和強(qiáng)度方面增大，使得從確定的柵距比起由二次渦流導(dǎo)致的損失 過度補(bǔ)償摩擦損失的減少。與此對(duì)應(yīng)地得到導(dǎo)致最小損失的最佳柵距比。 葉柵經(jīng)常以這種柵距比或者一種與該最佳柵距比非常接近的柵距比進(jìn)行設(shè) 計(jì)。在葉片頂端上由工作流體的過流導(dǎo)致的損失同樣隨著柵距比上升。發(fā)明內(nèi)容除了大量的其它目的之外，本發(fā)明的一個(gè)目的是給出一種新的渦輪機(jī) 葉片，它基于按開頭所述類型的渦輪機(jī)葉片。特別地應(yīng)該給出一種按開頭 所述類型的渦輪機(jī)葉片，它允許葉柵總損耗的進(jìn)一步減少。在權(quán)利要求1中給出的渦輪機(jī)葉片滿足這一點(diǎn)，還具有一些其它的優(yōu) 點(diǎn)，在那兒描述的結(jié)構(gòu)方式帶來這些其他的優(yōu)點(diǎn)。葉片具有在葉身縱向延 伸上可變的弦長。從而疑惑參數(shù)(Zweifel-Parameter)在葉身的縱向延伸上 被可變地調(diào)節(jié)出，使得所屬葉柵的損失被最小化，該疑惑參數(shù)的定義和意 義對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟悉的。在此，疑惑參數(shù)被這樣調(diào)節(jié)出，使得其在葉身中部區(qū)域內(nèi)比在頂部側(cè)的或者根部側(cè)的端部上更大。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式中，弦長分布力求使得無量綱的疑惑參數(shù)在中部區(qū)域內(nèi)達(dá) 到約0.9的值，以便理想地在葉身的頂部側(cè)或者根部側(cè)的端部上下降到約 0.7的值；實(shí)際上通常不能達(dá)到這種理想化的分布并且取而代之的是力求一 種實(shí)用的近似。在這里所述的渦輪機(jī)葉片中，有意地偏離按傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的最佳的、 恒定的柵距比并且考慮型面損失的提高，這令人意想不到地導(dǎo)致總損失的 進(jìn)一步減小。葉身的根部側(cè)的區(qū)域在此理解成葉身的這樣的端部，葉身用該端部連 接到葉根上，葉身用該葉根固定在轉(zhuǎn)子或者定子中。葉身的頂部側(cè)的區(qū)域 相應(yīng)于與葉身的與根部側(cè)的區(qū)域相反地設(shè)置的端部。在導(dǎo)向葉片中，頂部 側(cè)的端部相應(yīng)于葉身的輪轂側(cè)的端部、即葉身的在安裝狀態(tài)下靠觸在渦輪 機(jī)的輪轂上的端部。導(dǎo)向葉片葉身的根部側(cè)的端部因此也是殼體側(cè)的端部。 在工作葉片的葉身中，根部側(cè)的端部是徑向內(nèi)部的輪轂側(cè)的端部并且頂部 側(cè)的端部是徑向外部的殼體側(cè)的端部。所述的葉片特征尤其在于，葉身在 根部側(cè)的端部上具有一個(gè)根部側(cè)的弦長，在頂部側(cè)的端部上具有一個(gè)頂部 側(cè)的弦長，并且在所述縱向延伸的中部區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)弦長，該中部區(qū)域 內(nèi)的弦長不僅小于根部側(cè)的弦長而且小于頂部側(cè)的弦長。葉身具有一個(gè)最 大弦長，該最大弦長在一種實(shí)施形式中出現(xiàn)在葉身的頂部側(cè)的端部上、出 現(xiàn)在葉身根部側(cè)的端部上，或者不僅出現(xiàn)在葉身的頂部側(cè)的端部上而且出 現(xiàn)在根部側(cè)的端部上。在本發(fā)明一種實(shí)施形式中，在所述縱向延伸的中部區(qū)域內(nèi)的弦長在最小弦長的位置上具有小于最大弦長的90°/。、尤其是小于85%或者小于82% 的值。在一種進(jìn)一步方案中，在所述縱向延伸的中部區(qū)域的弦長在最小弦 長的位置上具有大于最大弦長的70%、尤其是大于75%或者大于78%的值。在作為渦輪機(jī)工作葉片、尤其是作為用于無圍帶的工作葉片排的渦輪 機(jī)工作葉片的這里所述的渦輪機(jī)葉片的一種進(jìn)一步方案中，根部側(cè)的弦長 小于頂部側(cè)的弦長；例如根部側(cè)的弦長小于頂部側(cè)弦長的95%并且在一種 進(jìn)一步方案中大于頂部側(cè)弦長的90%。由于強(qiáng)度原因必要的是，葉身的根 部側(cè)的弦長必須選擇成等于或者甚至大于頂部側(cè)的弦長；后述情況尤其是 出現(xiàn)在具有圍帶元件的工作葉片中。在渦輪機(jī)導(dǎo)向葉片中，根部側(cè)的弦長選擇成大于頂部側(cè)的弦長，使得根部側(cè)的弦長是最大的弦長。在根部側(cè)的弦長是最大的弦長的葉片中，特別的實(shí)施形式選擇成頂部 側(cè)的弦長小于根部側(cè)的弦長的95%和/或大于根部側(cè)的弦長的卯％。在渦輪機(jī)葉片的一個(gè)實(shí)施形式中，葉身被這樣實(shí)現(xiàn)，使得葉身的流出 角在整個(gè)葉身縱向延伸上基本上是恒定的。也就是說，在沿所述葉身縱向 延伸的方向的每個(gè)位置上在葉身后緣上的葉身型面(Profil)的骨架線基本 上彼此平行地延伸；在所述葉身縱向延伸的不同位置上的偏差最大為10° 并且尤其是最大為6°并且在另一實(shí)施形式中甚至最大為4°或者5° 。在此，在一種實(shí)施形式中，在葉身的中部區(qū)域中的斷面曲率大于在頂部側(cè)或 者根部側(cè)的區(qū)域內(nèi)的斷面曲率，因?yàn)橛捎谳^小的弦長空氣動(dòng)力學(xué)的載荷是 較大的。本發(fā)明主要適合于構(gòu)造成汽輪機(jī)葉片。上述類型的渦輪機(jī)葉片例如適合作為用于設(shè)置在渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的工作葉 片排中的工作葉片。另外，它們還適合于作為用于設(shè)置在渦輪機(jī)定子的導(dǎo) 向葉片排中的導(dǎo)向葉片。本發(fā)明也包括一種渦輪機(jī)，尤其是一種汽輪機(jī)，該包括一個(gè)具有至少 一個(gè)葉片排的轉(zhuǎn)子，該葉片排具有上述結(jié)構(gòu)方式的葉片，和/或它包括一個(gè) 具有至少一個(gè)導(dǎo)向葉片排的定子，該導(dǎo)向葉片排具有上述結(jié)構(gòu)方式的葉片。


下面借助于在附圖中所示的實(shí)施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。其中 圖l是一個(gè)渦輪機(jī)的示意圖，圖2示出在權(quán)利要求中表征類型的不扭曲的導(dǎo)向葉片的第一示例， 圖3示出在權(quán)利要求中表征類型的不扭曲的導(dǎo)向葉片的第二示例， 圖4示出在權(quán)利要求中表征類型的扭曲的導(dǎo)向葉片的第一示例， 圖5示出在權(quán)利要求中表征類型的扭曲的導(dǎo)向葉片的第二示例， 圖6示出在權(quán)利要求中表征類型的工作葉片的第一示例， 圖7示出在權(quán)利要求中表征類型的工作葉片的第二示例。
具體實(shí)施方式
省略掉對(duì)于理解本發(fā)明不必需的元件。這些實(shí)施例僅應(yīng)被理解為是純 啟發(fā)性的，并且不應(yīng)該視為對(duì)權(quán)利要求中表征的本發(fā)明的限制。在圖1中示意性示出一個(gè)渦輪機(jī)1、例如一個(gè)高壓汽輪機(jī)。示例表示的 渦輪機(jī)被工作流體從左到右流過。該渦輪機(jī)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子。轉(zhuǎn)子主要包括軸2以及工作葉片21。定子主要包括一個(gè)殼體3和導(dǎo)向葉片31。一個(gè)渦輪機(jī)的一個(gè)級(jí)分別包括一個(gè)導(dǎo)向葉片環(huán)和一個(gè)設(shè)置在該導(dǎo)向葉片環(huán) 下游的工作葉片環(huán)。在圖2中示出一個(gè)示例的導(dǎo)向葉片31。該導(dǎo)向葉片包括一個(gè)葉根32、 一個(gè)葉片平臺(tái)33以及一個(gè)設(shè)置在該平臺(tái)上的葉身34。沒有示出葉片的圍帶; 這不表示任何限制。本發(fā)明也能以類似的方式在具有圍帶元件的葉片上實(shí) 現(xiàn)。所示葉片的特征在于，葉身的弦長沿著葉身縱向延伸變化。在此，葉 身中部區(qū)域內(nèi)的弦長Sm小于葉根區(qū)域內(nèi)的弦長so并且小于葉片頂端35區(qū) 域內(nèi)的弦長81。另外，葉根區(qū)域內(nèi)的弦長So大于葉片頂端區(qū)域內(nèi)的弦長^。后者不是必需的，但是在部分情況下被證實(shí)是有利的，因?yàn)樵趯?dǎo)向葉片環(huán) 的情況下兩個(gè)葉片之間在葉根區(qū)域中的距離大于在葉片頂部區(qū)域中的距 離；首要地，葉身中部區(qū)域內(nèi)的弦長縮短是決定性的，以便在那兒得到相 對(duì)于頂部區(qū)域和根部區(qū)域的疑惑參數(shù)的增大。在葉身的縱向延伸中示例地 表示三個(gè)葉身型面340、 341、 342。它們的特征分別在于其骨架線350、 351 和352以及其輪廓。骨架線在葉片前緣上或者在葉片后緣上的切線基本上 與葉身型面的符合設(shè)計(jì)規(guī)定的入流方向和流出方向相同。在所有在此所示 的型面中，這些方向是相同的，因?yàn)樯婕暗氖遣慌で娜~片。另外，這些 型面特征在于最大的葉型厚度，所述葉型厚度在不同的型面中用d。、山和 4表示。在本發(fā)明的一種實(shí)施形式中，弦長越小，最大的葉型厚度就越大， 因?yàn)殡S著弦長變小空氣動(dòng)力學(xué)的載荷增大。例如在本發(fā)明的一種實(shí)施形式 中，具有最短弦長的型面342的最大葉型厚度cU是最大的。在圖2的實(shí)施例中，弦長的縮短通過畫出葉片后緣的輪廓得到。圖3 清楚地示出，弦長的期望的變化也可以通過畫出葉片前緣的輪廓獲得。在 另一未詳細(xì)示出的實(shí)施形式中不僅畫出前緣的輪廓而且畫出后緣的輪廓； 這種可能性當(dāng)然也存在本發(fā)明的所有下面描述的進(jìn)一步方案中并且經(jīng)常應(yīng) 用在實(shí)際中。在圖4和5中示出一個(gè)具有扭曲的葉身的、示例的導(dǎo)向葉片。再次在 葉身34的縱向延伸中以橫截面圖示出葉身型面340、 341和342。在所有葉 身型面中，流出方向基本上是相同的。相反，流體轉(zhuǎn)向由葉根32向著葉片 頂端35減少。也就是說，在葉身縱向延伸中，名義上的流入方向從葉根朝葉片頂部觀察越來越接近流出方向。葉身中部內(nèi)的弦長Sm小于葉根上的弦 長S0并且小于葉片頂瑞上的弦長Si。此外，葉根上的弦長So大于在葉片頂 端上的弦長Si;上述的注釋在此也適用。圖5又示出，弦長的變化也可以 通過畫出葉片前緣的輪廓實(shí)現(xiàn)，或者也通過不僅畫出葉身前緣的輪廓而且 畫出葉身后緣的輪廓實(shí)現(xiàn)。在圖6中示出本發(fā)明在工作葉片21上的轉(zhuǎn)用。該工作葉片包括一個(gè)葉 根22、 一個(gè)葉片平臺(tái)23、 一個(gè)葉身24以及葉片頂端25。又示例地示出葉 身的三個(gè)位置的橫截面。在此240表示在葉根區(qū)域中的葉身型面，241表示 在葉片頂端處的葉身型面，并且242表示在葉身中部的葉身型面。在前緣 和后緣上的葉身型面的骨架線的方向和切線分別基本上相等，也就是說， 涉及的是不扭曲的葉身。在葉身中部的葉身型面242的弦長Sm比位于葉根 區(qū)域中的型面240的弦長s。和位于葉片頂端上的型面241的弦長&短。從 流動(dòng)技術(shù)的角度來說在此可能又期望的是，葉根區(qū)域中的弦長s。小于葉身 頂端25區(qū)域中的弦長s,，如示例地示出的那樣。另一方面，在工作葉片的 情況下，葉根區(qū)域中的葉身橫截面必需承載整個(gè)葉身的離心力載荷。當(dāng)在 葉身上在頂部區(qū)域中設(shè)置一個(gè)圍帶元件的情況下，這一點(diǎn)更加突出。因此 在工作葉片的情況下，在本發(fā)明的一個(gè)未示出的實(shí)施形式中，葉根區(qū)域中 的弦長sQ根據(jù)需要被選擇得等于或者甚至大于葉片頂端25區(qū)域中的弦長 Sl。葉身中部的葉身型面242由于較短的弦長具有一個(gè)比葉根上的型面240 的葉型厚度do和葉身頂端上的型面241的葉型厚度山大的葉型厚度dm。在圖6的實(shí)施例中畫出葉身后緣的輪廓，而在圖7的實(shí)施例中畫出葉 身前緣的輪廓。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在未詳細(xì)示出的 實(shí)施形式中不僅可畫出前緣的輪廓而且可畫出后緣的輪廓。在這些實(shí)施形式的啟示下對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說隨便就能實(shí)現(xiàn)在權(quán) 利要求書中表征的本發(fā)明的、在實(shí)施例中未詳細(xì)描述的其它實(shí)施形式。本 發(fā)明特別是也可以應(yīng)用在具有其它幾何特征(例如葉身的傾斜或彎曲)或 者具有所謂的"扭轉(zhuǎn)"或者"彎掠"的葉片中，其中，上述概念對(duì)于本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說是常見的。參考標(biāo)號(hào)表1渦輪機(jī)、汽輪機(jī) 2軸83殼體21 工作葉片22 工作葉片葉根23 工作葉片平臺(tái)24 葉身25 葉片頂端31 導(dǎo)向葉片32 導(dǎo)向葉片葉根33 導(dǎo)向葉片平臺(tái)34 葉身35 葉片頂端240 葉身型面241 葉身型面242 葉身型面 250骨架線 251骨架線 252骨架線340 葉身型面341 葉身型面342 葉身型面 350骨架線 351 骨架線 352骨架線d0 —個(gè)葉身型面的最大葉型厚度山 一個(gè)葉身型面的最大葉型厚度dm —個(gè)葉身型面的最大葉型厚度 So弦長 Sl弦長Sm弓玄長
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)葉片(21、31)，其包括一個(gè)葉身(24、34)，該葉身以一個(gè)葉身縱向延伸從根部側(cè)的端部(23、33)延伸至頂部側(cè)的端部(25、35)，并且該葉身具有一個(gè)葉身前緣和一個(gè)葉身后緣，其中，在該縱向延伸的一位置上確定了一個(gè)從葉身前緣至葉身后緣的弦長(s0、s1、sm)，其特征在于該葉身在根部側(cè)的端部上具有一個(gè)根部側(cè)的弦長(s0)、在頂部側(cè)的端部(25、35)上具有一個(gè)頂部側(cè)的弦長(s1)并且在該縱向延伸的中部區(qū)域中具有一個(gè)弦長(sm)，該中部區(qū)域內(nèi)的所述弦長不僅小于根部側(cè)的弦長而且小于頂部側(cè)的弦長。
2. 按權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于該葉輪機(jī)葉片在所 述葉身的至少一個(gè)部位上具有一個(gè)最大弦長，其中，該葉身的最大弦長出現(xiàn)在頂部側(cè)的端部上或根部側(cè)的端部上，或者不僅出現(xiàn)在頂部側(cè)的端部 上而且出現(xiàn)在根部側(cè)的端部上。
3. 按權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于在所述縱向延伸的中部區(qū)域內(nèi)的弦長作為最小的弦長，其值小于葉身的最大弦長的90%、尤 其是小于85%或者小于82%。
4. 按權(quán)利要求2或3之一所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于在所述縱 向延伸的中部區(qū)域內(nèi)的所述弦長(sm)作為最小的弦長，其值大于葉身的最 大弦長的70%、尤其是大于75%或者大于78%。
5. 按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片，其作為渦輪機(jī)工作葉 片(21)，其特征在于頂部側(cè)的弦長(Sl)是最大的弦長，其中，根部側(cè) 的弦長小于或者最多等于頂部側(cè)的弦長。
6. 按權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于該渦輪機(jī)葉片是一 種用于無圍帶的工作葉片排的工作葉片。
7. 按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片，其作為具有圍帶元件的工作葉片，其特征在于根部側(cè)的弦長(Sq)是最大的弦長，其中，頂 部側(cè)的弦長(s》小于或者基本上等于根部側(cè)的弦長。
8. 按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片，其作為渦輪機(jī)導(dǎo)向 葉片(31),其特征在于根部側(cè)的弦長(Sq)是最大的弦長。
9. 按權(quán)利要求5或6所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于根部側(cè)的弦長小于頂部側(cè)的弦長的95%。
10. 按權(quán)利要求5、 6或9中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于 根部側(cè)的弦長大于頂部側(cè)的弦長的90%。
11. 按權(quán)利要求7或8所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于頂部側(cè)的弦 長小于根部側(cè)的弦長的95%。
12. 按權(quán)利要求7、 8或11中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于 頂部側(cè)的弦長大于根部側(cè)的弦長的90%。
13. 按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片，其特征在于在葉片后緣上的葉片型面的局部骨架線的方向在葉身的沿葉身縱向延伸的方向測(cè)量的每個(gè)位置上彼此偏離最大10° ，并且特別是彼此偏離最大5。。
14. 按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片，其作為汽輪機(jī)葉片。
15. —種渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，其包括至少一個(gè)工作葉片排，該工作葉片排 的工作葉片是按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片。
16. —種渦輪機(jī)的定子，其包括至少一個(gè)導(dǎo)向葉片排，該導(dǎo)向葉片排 的導(dǎo)向葉片是按權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)葉片。
17. —種渦輪機(jī)，尤其是汽輪機(jī)，其包括一個(gè)按權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn) 子和/或一個(gè)按權(quán)利要求16所述的定子。
全文摘要
一種渦輪機(jī)、特別是汽輪機(jī)的葉片(31)，其特征在于在葉身(34)的中部區(qū)域內(nèi)的弦長(s_m)小于在葉身的頂部側(cè)(35)或者根部側(cè)(33)的區(qū)域內(nèi)的弦長(s₀，s₁)。由此實(shí)現(xiàn)了疑惑參數(shù)在葉身縱向延伸上的分布，該分布使得所提出的葉片的葉柵的損失最小化。
文檔編號(hào)F01D9/02GK101326342SQ200680046478
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者I·麥克貝恩, R·格賴姆, S·哈瓦克基安, S-P·莫內(nèi)特 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司