[发明专利]涡轮机转子叶片

说明书

本发明涉及涡轮机转子叶片的领域并且显著地涉及包括叶片根部和叶片梢端和至少一个中间段(112a)以及远侧段(112b)的涡轮机转子叶片，叶片根部和叶片梢端由叶片高度(h)隔开，该至少一个中间段具有负切向斜率，而该远侧段位于中间段(112a)和叶片梢端之间、具有正切向斜率，其中，远侧段(112b)延伸超过所述叶片高度(h)的至多30％。

技术领域

本发明涉及涡轮机叶片或翼片的领域，并且具体涉及涡轮机转子叶片的领域。

背景技术

在本上下文中使用术语“涡轮机”以表示其中能量可在流体流和至少一组叶片之间传递的任何机器，诸如例如：压缩机、泵、涡轮机或实际上是其中至少两个的组合。在以下描述中，术语“上游”和“下游”是相对于经过该涡轮机的流体的正常流动方向定义的。

这种涡轮机可包括多级，每级通常包括两组叶片和翼片，具体是一组运动叶片和一组引导翼片。每组叶片或翼片包括沿横向方向从彼此偏移的多个叶片或翼片。通常，这种叶片或翼片设置为径向围绕中心轴线A。因此，当它是一组运动叶片时，这组形成转子，或当它是一组引导翼片时形成定子。每个叶片或翼片相对于中心轴线A的近端通常被称作它的根部，而远端通常被称作它的梢端。根部与梢端之间的距离被称作“高度”。在它的根部与梢端之间，叶片或翼片由基本上垂直于径向轴线Z的空气动力学型面的堆叠构成。在本上下文中使用术语“基本上垂直”以表示每个型面的平面可具有相对于径向轴线Z近似90°的角度、例如位于60°至120°的范围中。

叶片的几何形状是主要设计工作的目标，从而优化叶片的空气动力学性能，由此提升旋转组件的效率，旋转组件形成诸如压缩机、风机或涡轮机的一部分。因此，空气动力学工程师提出从空气动力学角度来看优化了的用于堆叠空气动力学型面的关系。

然而，从机械角度来看这种堆叠关系不一定是优化的，甚至是不可接受的。例如，在已经提出的从空气动力学角度来看特别有效的堆叠关系中，大部分叶片相对于其余叶片悬臂伸出。这种大的悬臂伸出质量于是对于由转子的转动产生的离心力高度敏感，并且导致翼面(airfoil)的高部显著的弯曲，由此导致翼面中部中大的机械应力，其中在“红线”飞行点、即紧急飞行点处静态应力过高。在这种情况下，这种叶片仅具有非常小的动态裕度，并且在冲击的情况下或在旋转组件涌振的情况下它们承受疲劳很差。

相反地，机械工程师已提出了从机械角度来看优化的其它堆叠关系，但它们由于其空气动力学性能不足而未被接受。

因此，存在对于从良好的空气动力学特性和良好的机械特性两方面获益的叶片的真实需要。

发明内容

本说明书涉及包括由叶片高度隔开的叶片根部和叶片梢端和至少一个中间段以及远侧段的涡轮机转子叶片，该至少一个中间段具有负切向斜率，而该远侧段位于中间段与叶片头部之间并且当远侧段延伸超过所述叶片高度的至多30％时具有正切向斜率。

这种构造使得能够极大地减小叶片悬臂伸出的质量，并且由此减小叶片的高部的弯曲和同时减小静态应力的水平，而保持良好的空气动力学特性。

此外，如以这种方式实现的机械强度的提高使得能够减轻叶片的结构，并且具体是减小它的厚度，由此提高它的空气动力学性能。

同样，该堆叠关系留下了关于叶片沿轴向方向的几何形状的设计自由，由此使得能够沿该方向自由地优化叶片，从而根据具体要求优化其空气动力学和/或机械特性。

在某些实施例中，所述远侧段直接与所述叶片梢端相邻。

在某些实施例中，所述远侧段直接与所述中间段相邻。

在某些实施例中，所述中间段与所述远侧段的结合部位于距叶片根部75％至80％的叶片高度的范围中的高度。

在某些实施例中，所述远侧段延伸超过至多25％的叶片高度。这进一步减小了悬臂伸出的质量。