[发明专利]蒸汽涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及旋转热工机械领域，特别是蒸汽涡轮机，其导向叶片具有在叶 片高度上符号变换的后掠角。

背景技术

在非常大的蒸汽涡轮机的最后一级的导向叶片上在出口侧主要存在超音速 流。通常通过导向叶片的迎角引起的对流动角的影响在这里很大程度上通过超 声波膨胀和振动前沿确定。此外设计者面对这种情况，即分级反作用度不希望 地承受径向强变化。存在影响这些参数的不同方案，例如通过使用在叶片高度 上扭转叶片型面(英语“twist”)、叶身在切向或者周向上倾斜(英语“lean”) 和使用特殊的超声波翼型。此外，叶身可以具有后掠或者在子午线平面上的倾 斜(英语“sweep”)以影响流动。最后所称的倾斜典型地通过子午线平面中的 后掠角(“sweep angle”)提供，该后掠角通过相对于转子轴线的半径和与处于 子午线平面中的叶身相切的切线包围，其中，重要的是角的符号从半径测量。 然而在此方面其他自身的相关的流动参数同样改变。此外，在大型蒸汽涡轮机 中，轮毂和外壳半径的巨大变化导致特殊的流动结构，它们很难采用叶片的局 部倾斜和定位来控制，以达到径向流动角和反作用度分布方面的设定目标。

在US-A-5,906,474中提出，为提高蒸汽涡轮机最后一级导向叶片中的效率， 在叶身与基面之间的过渡区域上设置倒圆的棱角。

相反，在WO-A1-2005/005784中提出，涡轮机叶片(无论是导向叶片还是 转子叶片)设有后掠，其在转子侧和定子侧的叶片边缘区域为负而在其之间的 中间区域内变为正。

发明内容

本发明的目的在于，对开头所述类型的蒸汽涡轮机进行如下优化，使分级 反作用度得到改善。

该目的通过权利要求1的特征的整体得以实现。对本发明重要的是，最后 一级导向叶片的后掠S形地构成，方法是后掠角既在外壳侧(也就是与定子相 邻接)也在轮毂侧(也就是与转子相邻接)为正，而在导向叶片的中间高度上 则为负。在此方面，正的后掠角通过从相对于转子轴线的半径到与子午线平面 中的导向叶片相切的切线沿顺时针的测量方向确定，负的后掠角相应地通过从 相对于转子轴线的半径到与导向叶片相切的切线沿逆时针的测量方向确定。

依据本发明的蒸汽涡轮机最后一级导向叶片的S形后掠特别适用于有效控 制叶片之间的压力和剩余的动能。主要的空气动力学作用在于，通过改变到转 子叶片的入流角，降低轮毂上的分级反作用和相反加大叶片尖上的分级反作用。 最后一级后续转子叶片出口处的输出功和压力分布在此方面跟随同一模式。动 能有利地得到降低。通过本发明在不增加二次流动的情况下达到改进叶片设计 的目的。

本发明的设计方案的特征在于，最后一级的导向叶片具有前缘、后缘和重 心线，其中，无论是前缘、后缘还是重心线各自均具有依据本发明S形的后掠。 特别是后掠角的依赖于相对叶片高度的S形分布对于前缘、后缘和重心线在后 掠角在叶片高度上从正向负和重新向正的分布的意义上相似。

本发明另一种设计方案的特征在于，最后一级的导向叶片具有前缘、后缘 和重心线，其中，这三条线条中的两条具有依据本发明的S形的后掠。在这种 情况下，三条线条中的两条线条的后掠的S形分布在上述意义上也相似。

本发明另一种设计方案的特征在于，最后一级的导向叶片具有前缘、后缘 和重心线，其中，要么沿后缘、前缘，要么重心线具有依据本发明S形的后掠。

在本发明的另一种设计方案中，导向叶片的后缘分别具有依据本发明S形 的后掠。这种设计方案的特别优点是，与分级反作用相关的作用最大。

在本发明的一种设计方案中，后掠角在轮毂侧也就是与转子相邻接以及在 外壳侧也就是与定子相邻接处于10°与25°之间的范围内，并且在中间高度上处 于0°与-15°之间的范围内。此外，后掠角优选在30％-80％的相对叶片高度的范 围内为负。

在本发明的一种设计方案中，后掠角在轮毂侧也就是与转子相邻接以及在 外壳侧也就是与定子相邻接处于13°与20°之间的范围内，并且在中间高度上处 于-6°与-10°之间的范围内。此外，后掠角优选在30％-80％的相对叶片高度的范 围内为负。