[发明专利]涡轮机叶片和涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及用于蒸汽轮机、燃气轮机等的动叶片。

背景技术

通过消除涡轮机叶片中出现的叶片翼型(blade profile)损失和二次流损失可以节省能源并减少二氧化碳等的排放，从而增加涡轮级的内效率。

减少这样的一种涡轮机动叶片的损失的现有技术中已经公开，例如在JPA61-232302、JPA05-187202和JPA2000-345801中。

上述JPA61-232302公开了涉及用于喷射发动机或燃气轮机的涡轮级的一种叶片翼型，其具有所谓“前负荷”型速度分布(压力分布)，该叶片翼型为钝头型，以增大每一个叶片上的负荷，并作为减小空气动力损失的措施，速度分布的叶片抽吸侧最大速度点和叶片压力侧最小速度点位于SX/SO从0.2至0.3的范围内的一预定的位置上。其中的SX/SO为叶片表面沿着相应的叶片抽吸侧和叶片压力侧的叶片表面离开前缘滞点的距离SX与沿着相应的叶片抽吸侧和叶片压力侧表面从前缘滞点到尾缘的整个叶片表面长度SO之比。

上述JPA第05-187202号公开了一种亚音速涡轮机的叶片，该叶片翼型的尾缘部凹入，以抑制尾缘部的动量损失厚度，并减小叶片翼型损失。

上述JPA第2000-345801号公开了一种涡轮机动叶片，其内环侧为前负荷或中负荷型，而外环侧为后负荷型。

发明内容

一般来说，涡轮级可以根据叶根反作用度分为脉冲级和反作用级。一个涡轮级中的动叶片的热降(热函的变化)与总热降的比称为反作用度，脉冲级的叶根反作用度为0％，反作用级的叶根反作用度为50％。然而，很难以这种方式严格地划分实际的涡轮级。因此，在下面的描述中，叶根反作用度为5％至10％的涡轮级称为脉冲级，叶根反作用度几乎为50％的涡轮级称为反作用级，叶根反作用度大于10％而小于50％的称为低反作用型或低反作用级(后面称为“低反作用级”)。

当在叶根处的反作用度接近0％时，涡轮动叶片翼型的转向角就增加。结果，必须增大叶片抽吸侧的曲率。而且，在最大叶片负荷位于导边侧(前负荷)的叶片翼型中，从叶片抽吸侧速度分布的最大速度点(最小压力点)向尾缘延伸的减速流(反压梯度)区域变得相对较长。这使得边界层增大，增加了尾缘端部边界层厚度，这样就造成了摩擦损失。如果将这样的一个叶片级专门用于一个动叶片的一个脉冲级或一个低作用级，气(汽)流就不能跟上叶片抽吸侧的大曲率，这会导致气(汽)流被分开，并引起过多的损失。

而且，由于二次流是由叶片抽吸侧与叶片压力侧之间的压差导致的，所以，最大叶片负荷位置在导边侧上越靠外处，二次流涡流出现得就越早，这导致二次流损失的增大。

叶片的形状与涡轮级的反作用度有密切的关系。具体地，反作用度对叶片最大转向角(弯曲度)有很大的影响。使叶片翼型损失最小化的最佳叶片负荷分布形状取决于叶片最大转向角。通常公知的是，具有最大叶片负荷位于尾缘侧(后负荷)而不是前缘侧的叶片翼型损失较小，这是因为抽吸侧叶片表面的加速流动区域被加大，从而抑制了边界层的增长。进而，从二次流抑制方面看，采用最大叶片负荷位于尾缘侧的叶片减小了二次流的损失，这样，既可以降低叶片翼型损失，也可以降低二次流损失。

然而，在设计这样一种叶片翼型时，使损失减至最小的叶片表面压力分布、叶片负荷分布形状以及叶片负荷的划分率都是未知的。上述现有技术中并没有考虑这几点。具体地说，在蒸汽涡轮机的一脉冲级和一低反作用级中的动叶片根部的叶片翼型转向角大致设置为110度或更大。这约大于80度，即，反作用级中的动叶片的转向角。结果，不仅叶片翼型损失消失，而且二次流损失也消失，因为这是涡轮级损失中的主要损失。

鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种涡轮机动叶片，其能够减小空气动力损失，例如叶片翼型损失和二次流损失。

为了实现上述目的，本发明提供一种由工作流体运行的涡轮机动叶片，其中的叶片翼型使得由动叶片抽吸侧表面压力限定的压力分布在从前缘到最小压力点的区域内的两阶段中降低。

附图说明

图1为示出本实施例的一涡轮机动叶片的一横截面的一简图。

图2是一本实施例的一涡轮级的一横截面图。

图3是按照本实施例的和一通常的实施例的叶片表面压力分布的示意图。

图4是根据本实施例的叶片的表面压力分布示意图。

图5是根据本实施例和一通常的实施例的叶片负荷分布示意图。