CN1019596B

CN1019596B - 轴流式机械的动叶

Info

Publication number: CN1019596B
Application number: CN90108596.0A
Authority: CN
Inventors: 山口信行; 后藤充成; 三桥庸良
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-10-24
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1992-12-23
Also published as: DE69012275D1; EP0425889B1; CN1051232A; DE69012275T2; JPH03138491A; ES2058718T3; AU615851B2; AU6468590A; EP0425889A1; US5131815A; JP2665005B2

Abstract

一种轴流式机械的动叶，其顶端的前缘在向上游侧前倾的同时还朝旋转方向前进，从该端面起至长度为叶片弦长1/2处的居中部位的断面之间，这段前缘形状为，使此叶片顶端的前缘向旋转方向前进的倾斜方向角度S，以及此叶片顶端部的前缘向上游侧前倾的有效倾斜量θseff落在下述A、B、C、D所围范围内，即

A范围，S为90°，θseff为4°；

B范围，S为50°，θseff为12°；

C范围，S为50°，θseff为21°；

D范围，S为90°，θseff为27°。

Description

本发明涉及对轴流式机械的动叶的改进。在本说明书中，将轴流式鼓风机、轴流式压缩机、轴流泵和燃气轮机等向流体提供能量或从流体获得能量的一类机械，统称为轴流式机械。

以往，对轴流式压缩机的动叶施以倾斜加工的例子，如日本专利申请特愿昭61-107742号公报所述，现根据图6说明其结构。在图6（a）中，1是动叶的叶片，2是平台（凸肩），3是螺纹部分，动叶可由平台2和螺纹部分3固定（图中未示出），也可以采用由燕尾形榫头等代替螺纹部分进行固定的方法。叶片1沿轮毂半径方向的断面A～F上的各截面曲线如图6（b）所示。在图6（a）中，5是各截面曲线的图形中心轨迹，从叶片根部到叶片的顶端，开始从叶片轴中心线偏向下游侧，继而转向上游侧，而且叶片顶端及其附近各叶片截面的图心位于叶片轴中心线上游侧。

采用这样的结构，可使离心力产生的力矩相对于叶片轴中心线取得平衡。

而且，由于形成前进的叶片形状，可以减少二维流在叶片顶端部分上停滞，提高效能。如上所述，例如对先有技术的轴流式压缩机的动叶来说，其动叶的结构仅是从强度的观点出发来进行设计的，而且，有关倾斜叶片的叙述，也仅限于定性地说明使其前倾有益。

在叶片1的顶端部分、即接近机壳内表面的部分上，由于机壳内面的边界层及叶片表面的边界层在离心力的作用下产生偏离，或者因各动叶间的二维流等汇集而形成杂乱、复杂的流体流动，就容易使能量低的流体停滞，减弱叶片1的作用，使流体压力的损失大于叶片1的中部（即主流部分），因此降低动叶的效率。

为了改善这样状况，需要选取叶片顶端部分的、能够达到各种效果的、最适宜的形状参数。

另外，如果倾斜的程度过大，反而会降低效能，因此，定量地选取最佳数据是非常必要的。

本发明是于现有技术的轴流式机械动叶所存在的问题而提出的，其目的在于确定轴流式机械动叶形状的最佳数据范围，提供高效率的轴流式机械动叶。

本发明的目的是按下述这样实现的，即，动叶的叶片顶端部分的前缘向上游侧前倾的同时，还向旋转方向前进，在上述顶端部分的顶端面与从该顶端面开始朝中部取长度为1/2叶片弦长处的截面之间的上述顶端部分的前缘形状是，上述顶端部分的前缘向旋转方向前进的倾斜方向的角度S和上述顶端部分的前缘向上游侧前倾的有效倾斜量θseff包括在由下述A、B、C、D四点所包围的范围内。

A B C D

S 90° 50° 50° 90°

θseff 4° 12° 21° 27℃

本发明提供的轴流式机械的动叶，为了减少叶片的顶端部分的严重压力损失，提高动叶的效率，通过实验求得叶片的顶端部分的形状，使叶片顶端部分的前缘形状处于上述的范围之内，在使叶片顶端部分的前缘向上游侧前倾斜的同时，还向旋转方向前进，这样就可以把容易滞留在叶片顶端部分的低能量流体推到下游，而不使其发生停滞。

本发明所取得的效果是，按上述构成的轴流式机械的叶片，可以将容易停滞在叶片顶端部分的低能量流体推向下游，不产生停滞，因而可以提高动叶的效率。

对附图简单说明如下：

图1的（a）是本发明一实施例的轴流式压缩机动叶的侧面图;图1的（b）是其俯视图;图1的（c）是其断面图。

图2的（a）是该动叶的工作模式图。

图2的（b）是先有技术的轴流式压缩机动叶的工作模式图。

图3是上述实施例及先有技术的轴流式压缩机动叶的外观图。

图4是对上述实施例的轴流式压缩机动叶所起的作用的说明图。

图5是本发明另一实施例的轴流式压缩机动叶的侧视图。

图6的（a）是先有技术的轴流式压缩机动叶的侧视图;图6的（b）是其俯视图;图6的（c）是其断面图。

对附图中的符号说明如下：

1.11-叶片;

21.24-等压线;

32.33-叶片的顶端面;

34-倾斜方向线;

36.37-表示前缘位置的点;

38-有效倾斜线;

39-通过表示动叶前缘顶端位置的点36且向主轴中心线下垂的垂线;

40-前缘线。

图1-图3是本发明一实施例的轴流式压缩机动叶的结构说明图。图4是这些动叶所起作用的说明图。图5是本发明另一实施例的轴流式压缩机械动叶的结构说明图。对于图1所示的本施实例的轴流式压缩机动叶来说，特别是为了减少叶片11的顶端部分的严重的压力损失，提高动叶的效率，使容易在叶片11的顶端部分滞留的低能量流体不发生停滞，将其推向下游，将叶片的形状设计成如图所示，即在使叶片11的顶端部分的前缘向轴流式压缩机的主轴方向的前方（即气流Y的上游侧）前倾的同时，还向叶片11的旋转方向R前进的形状。在同一图的（a）中，2是叶片11的平台（凸肩部分），3是将动叶往叶轮轴上固定用的螺纹部分。此外，如同一图的（b）、（c）所示，叶片11的顶端部分从中部开始逐渐向前方边扭转边突出。而且，叶片11的下部也向前方突出，但这是为了平衡叶片11各截面曲线的离心力对叶片轴X-X产生的力矩，并非特别为了提高该叶片的效率。

图2是动叶的工作模式图。在该图中，11是该动叶的叶片，21、24是叶片表面上的静压的等高线，虚线的箭头表示静压升高的方向，粗线条的箭头表示由离心力将附着在叶片表面的附面层向外侧推动的方向，虽然说附面层是朝着半径方向向外被推动的，但是先有技术的动叶的情况如图2的（b）所示，等压线21大体上是沿半径方向的，这种附面层并不阻碍被推出的二维流的流动，其结果是，二维流移向叶片1的顶端部分，而容易积累附面层。与此相反，本发明提出的动叶是，使叶片11的顶端部分前进，等压线24的分布呈向叶片11的顶端部分前倾的状态。因此，附着于叶片表面的附面层因离心力的作用而推出的二维流，受到朝半径方向外侧增加的静压的阻碍，而转向下游方向，因此低能量的流体不发生停滞，并被推向下游，从而改善了叶片11的顶端部分的工作环境，提高动叶的效率。

图3是动叶的外观图，箭头标记表示旋转方向。33表示本发明的动叶顶端面的位置，是本发明的动叶的平面图。与现有技术的动叶的顶端面32相比，本发明的动叶顶端面33在旋转方向上向轴流式压缩机主轴的方向偏移一个角度S。这就是倾斜方向，角度S是叶片11的顶端部分的前缘向旋转方向前进的角度，34是倾斜方向线，倾斜参照面是指通过倾斜方向线34的平面，它大体上是沿叶片11的高度方向的面，1′、11′是各动叶在该倾斜参照面上的投影，没有前进量的先有技术的叶片1用实线表示，本发明的动叶叶片11用双点划线表示。

Lt表示本发明的动叶顶端面33的叶弦长度。为了规定倾斜量，作为与二维流有关的影响范围，以叶片的顶端面与此端面算起朝向中部取长度为Lt/2处的截面35之间这段叶片的顶端部分作为考虑的范围。点37是在倾斜参照面上本发明的动叶的截面35的截面曲线的前缘位置。点36表示在此倾斜参照面上本发明的动叶顶端面33的前缘位置。在倾斜参照面上。将表示前缘位置的两点36、37连接成直线，即有效倾斜线38，有效倾斜线38与倾斜参照面上的通过表示动叶前缘顶端位置的点36且向轴流式压缩机主轴中心线下垂的垂线39形成夹角，这里称其为有效倾斜量θseff。实际上，连接各截面曲线前缘的前缘线40不一定成直线，但是，被如此定义的有效倾斜量θseff是，叶片11的顶端部分前缘向上游侧前斜的平均角度，用倾斜参照面上的按上述定义的倾斜方向的角度S和倾斜量θseff这两个参数，大体上能够研究二维流的影响程度。

图4是对本发明的动叶进行实验所得的实验数据。在图中，取倾斜方向的角度S为横轴，有效倾斜量θseff为纵轴，将各点上的分级峰值效率的提高量以%的形式标入图中，把总的倾向用效率提高量的等高线来描绘该曲线图。在图中，效率提高量大于0%的区域是本发明的动叶11的效率得到改善的范围，将该提高量为0%的等高线用直线近似地绘出，则形成由下列A、B、C、D四点所包围的范围。

A B C D

S 90° 50° 50° 90°

θseff 4° 12° 21° 27°

因此，为了提高本发明的动叶的效率，在设计本发明的动叶的顶端面与从此端面起至朝向中部取长度为Lt/2处的截面之间这段顶端部分的前缘形状时，就要在上述A、B、C、D四个点所包围的范围内，取上述倾斜方向的角度S和有效倾斜量θseff的值。此外，在从大于Lt/2的中部起至轮毂这段范围内的叶片11的前缘和后缘形状，也可以将此影响范围的形状平滑地延续下去，例如可以使其成为图5的（a）所示的直立型，或者图5的（b）所示的反转型，或如图5的（c）所示的倾斜型等。再者，因为轴流式压缩机的分级效率η一般都超过90%，所以本发明的动叶的效率提高量△η＝0.8%是有改变可能性的量的（0.8/10）×100＝8%，也就是说，等于把仅有的损失之中的8%给降低了，降低的幅度是很大的。

本发明的轴流式机械的动叶不只局限于上述的实施例，在轴流式压缩机之外，诸如轴流式鼓风机、轴流泵以及燃气轮机等机械上也均能适用。

在本发明中，从轮毂到由动叶顶端面向中部取长度为叶片弦长处这段范围内的叶片，可形成其前缘和后缘大体上沿主轴成直角的方向延伸的直立型，或是其前缘和后缘向下游侧后倾之后再向上游侧前倾的反转型，或是其前缘和后缘向上游侧前倾的倾斜型。

Claims

1、轴流式机械的动叶，该动叶顶端部分的前缘向上游侧前倾的同时，还向旋转方向前进，其特征在于：该动叶具有下述的叶片，即在上述顶端部分的顶端面与从该顶端面起朝向中部取长度为1/2叶片弦长的截面之间的上述顶端部分的前缘形状是，上述顶端部分的前缘向旋转方向前进的倾斜方向的角度S和上述顶端部分的前缘向上游侧前倾的有效倾斜量θseff包括在下述的A、B、C、D四点所包围的范围内，

2、如权利要求1所述的轴流式机械的动叶，其特征在于：在从轮毂到由动叶端面向中部取长度1/2叶片弦长处这段范围内的叶片是，其前缘和后缘大体上沿与主轴成直角的方向延伸的直立型。

3、如权利要求1所述的轴流式机械的动叶，其特征在于：在从轮毂到由动叶顶端面朝向中部取长度为1/2叶片弦长处的这段范围内的叶片是，其前缘和后缘向下游侧后倾后，向上游侧前倾而构成的反转型。

4、如权利要求1所述的轴流式机械的动叶，其特征在于：在从轮毂到由动叶顶端面朝向中部取长度为1/2叶片弦长处的这段范围内的叶片是，其前缘和后缘向上游侧前倾的倾斜型。

5、如权利要求1所述的轴流式机械的动叶，它是用作燃气轮机的动叶。