[发明专利]轴流压缩机的叶瓣或叶片

说明书

技术领域

本发明涉及轴流压缩机的压缩机叶瓣或叶片并且涉及轴流压缩机。

背景技术

减少三维损失和提高轴流压缩机的效率和失速裕度仍然是设计压缩机叶片和叶瓣时的技术问题。三维损失限制了压缩机的升压能力。这样的损失例如是由于吸力面、端壁转角、尖端周围的泄漏以及次级流动区域中的流动分离造成的。优化效率和失速裕度总是需要妥协，因为增加效率通常减少失速裕度并且增加失速裕度通常降低效率。

已经有大量的文献描述了减少三维损失和/或提高效率和失速裕度的方法。

Robinson等人在ASME 89-GT-6中、D. Wisler在1985年4月ASME journal of engineering for gas turbine and power第107卷中以及R. F. Behlke在ASME 85-IGT-9中已经提出具有端部弯曲的轴向压缩机，以便改进轴流压缩机的性能。H. Weingold等人在ASME 95-GT-380中已经提出弓形定子叶瓣以便减少压缩机定子端壁损失。S. Gallimore等人在ASME GT-2002-30328以及S. Gallimore等人在GT-2002-30329中已经提出在多级轴流压缩机中使用翼面扫掠和二面角以便解决上述问题。

EP 0 441 097 B1描述了具有弓形前缘和后缘的压缩机翼面以便减少空气动力学损失。

EP 098092 A2中公开了一种压缩机定子叶瓣，在其根部和其尖端之间具有狭窄区段。叶瓣在其后缘处也可以是与狭窄腰部结合的弓形。

EP 0 704 602 B1和EP 1 259 711 B1描述了具有带扫掠区的前缘和笔直后缘的翼面。

EP 0 833 060 B1描述了轴流机器的叶片，其中前缘是弓形且具有圆齿的，后缘是弓形的。

EP 1 505 302 A1描述了具有至少弓形前缘的压缩机翼面。

US 6,299,412 B1描述了弓形压缩机翼面。

发明内容

参考上述现有技术，本发明的第一目标是提供改进的压缩机叶片或叶瓣。本发明的第二目标是提供改进的轴流压缩机。

该第一目标通过权利要求1所要求的压缩机叶瓣或压缩机叶片来实现。该第二目标通过权利要求7所要求的轴流压缩机来实现。从属权利要求包含本发明的进一步改进。

一种用于轴流压缩机的本发明的压缩机叶瓣或压缩机叶片，所述轴流压缩机具有轴向、径向、压缩机毂和压缩机壳体，所述叶瓣或叶片包括翼面，该翼面具有带跨度的翼面区段、弧线和前缘以及后缘，其中在所述前缘处所述弧线与所述压缩机的所述轴向形成前缘叶片角，在所述后缘处所述弧线与所述压缩机的所述轴向形成后缘叶片角。所述翼面区段在所述前缘处被堆叠在沿所述压缩机的径向从所述压缩机毂向压缩机壳体延伸的直线上。此外，所述翼面区段的前缘角沿所述跨度变化，并且靠近所述毂（0%跨度）和靠近所述壳体（100%跨度）的翼面区段的前缘角比中间跨度翼面区段的前缘角大。具体而言，与中间跨度翼面区段的前缘叶片角相比，所述前缘叶片角在靠近毂的翼面区段处可以大高达10度，并且在靠近壳体壁的翼面区段处可以大高达18度。

在本发明中，3D CFD编码已经用于设定前缘和后缘叶片角。编码也已经用于定制翼面轮廓形状和翼面区段的堆叠。因此，已经最小化了损失并且改进了流动范围。增加靠近毂处和靠近压缩机壳体处的前缘叶片角有助于减小在这些区域中由于粘滞三维流动导致的大的正攻角，并且因此有助于减小叶片表面边界层的厚度以及朝向后缘的流动分离。增加叶片角和减小攻角也有助于减小转子叶片的壳体区域内以及悬臂式定子叶瓣的毂区域内的尖端泄漏流动。减少中间跨度区域内的前缘叶片角有助于保持适度的节流裕度。此外，在径向直线上堆叠前缘有助于朝向后缘产生更加复合（弯曲）的倾斜且同时压力面面向毂和壳体。这有助于减轻端壁区域内的叶片负载并且因此减少存在尖端间隙的尖端泄漏流动并且减少吸力面端壁转角的流动分离，并且因此有助于减少三维损失并提高失速裕度。

本发明叶瓣也可以包括后缘，其中翼面区段的后缘角变化，并且靠近毂和/或靠近壳体的翼面区段的后缘角大于中间跨度翼面区段的后缘角。翼面区段的后缘角的变化可以小于翼面区段的前缘角的变化。具体而言，靠近毂的翼面区段的后缘叶片角可以比中间跨度翼面区段的后缘叶片角大高达5度，且靠近壳体的翼面区段的后缘叶片角可以比中间跨度翼面区段的后缘叶片角大高达10度。