CN102003218A - 非轴对称翼型件平台成形 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非轴对称翼型件平台成形。具体而言，涡轮机的涡轮叶片组件包括安装在底座(45)上的翼型件(40)。底座的前缘(47)和/或尾缘(49)设置有弯曲部分。同样地，可将弯曲部分设置在涡轮叶片组件的天使翼(32/33/34/35)的前缘和/或尾缘上。并且，可将弯曲部分设置在涡轮机的喷嘴组件的前缘(57)和/或尾缘(59)上。

Description

非轴对称翼型件平台成形
技术领域
本发明涉及包括涡轮叶片和喷嘴的涡轮机，涡轮叶片连接到涡轮机的旋转轴上，喷嘴将蒸气或燃烧气体引向叶片。
背景技术
在发电工业中使用的典型的涡轮机中，燃料在燃烧区域中燃烧，然后将热燃烧气体引至涡轮部。在涡轮部中，如图1所图示，多个叶片组件安装在旋转轴16上。叶片组件附接在旋转轴16的外周界周围。各排叶片组件定位在相邻对的喷嘴或导叶18、20的排之间。如图1中所示，第一排涡轮叶片22定位在相邻对的喷嘴18和20之间。
当热燃烧气体冲击涡轮叶片22时，第一排喷嘴18在期望的方向上引导热燃烧气体。燃烧气体在涡轮叶片上的通过在叶片上施加力，导致附接的轴16旋转。图2图示了将被附接到涡轮机上的旋转轴的典型的叶片组件。该叶片组件包括安装部分10，安装部分10物理地将叶片组件联接到旋转轴上。底座45附接到安装部分10的顶部上。叶片40从底座45的顶面向上延伸。
典型地将位于喷嘴和叶片内的空间(接近涡轮机的中心)称为叶轮空间15。如上所指出的，如图1中所示，热燃烧气体通过箭头38的方向。在叶片中跨越喷嘴的气体流通道中的压力趋向于比在叶轮空间15中的压力低。因此，叶轮空间15中的任何气体趋向于向外移动且进入热气体通道38。
在热气体流通道中的环境压力存在局部变化。例如，在各个叶片40的前缘处的压力趋向于比在叶片40的任一侧上的压力高。在某些情况中，这可导致在涡轮叶片的前缘附近的压力变得比在叶轮空间15中的压力大。当这种情况发生时，来自气体流通道38的热燃烧气体可向下渗入叶轮空间15。这实质上代表了热燃烧气体进入叶轮空间的损失，该损失降低了涡轮机的整体效率。
防止热燃烧气体向下渗入叶轮空间的一种尝试是将天使翼(angelwing)32、33、34、35添加至叶片组件的底座的前缘和尾缘。对应的突出部36形成在喷嘴组件的前缘和尾缘上。叶片组件上的天使翼和喷嘴组件上的对应的突出部帮助防止热燃烧气体向下渗入叶轮空间。不过，仍然有代表了涡轮机的不期望的低效率的热燃烧气体的损失的问题。
发明内容
在一个方面，本发明可以以用于涡轮机的叶片组件实施，叶片组件包括安装部分、底座和叶片，安装部分构造成联接到涡轮机的旋转轴上，底座形成在安装部分的顶部上，其中，底座的前缘和尾缘中的至少一个包括弯曲部分，叶片从底座的顶部向上延伸。
在另一个方面，本发明可以以固定的喷嘴组件实施，该固定的喷嘴组件包括第一安装部分、喷嘴叶片、第二安装部分，第一安装部分构造成附接在涡轮机外壳的内部上，喷嘴叶片具有附接在第一安装部分上的第一端，第二安装部分附接到喷嘴叶片的第二端上，其中，第二安装部分包括喷嘴底座，喷嘴底座具有前缘和尾缘，并且其中，喷嘴底座的前缘和尾缘中的至少一个包括弯曲部分。
附图说明
图1是涡轮机的一部分的横截面图；
图2是涡轮叶片组件的透视图；
图3是显示定位在相邻两排喷嘴之间的一排涡轮叶片的局部横截面图；
图4是显示定位在相邻两排喷嘴之间的一排涡轮叶片的局部横截面图；
图5是显示定位在相邻两排喷嘴之间的一排涡轮叶片的局部横截面图；
图6是显示定位在相邻两排喷嘴之间的一排涡轮叶片的局部横截面图；
图7是显示定位在相邻两排喷嘴之间的一排涡轮叶片的局部横截面图；
图8是显示定位在相邻两排喷嘴之间的一排涡轮叶片的局部横截面图；
图9是显示定位在相邻两排喷嘴之间的一排涡轮叶片的局部横截面图；
图10是叶片组件的顶视图；
图11是叶片组件的顶视图，其中，底座以及天使翼的前缘和尾缘包括弯曲部分；
图12是叶片组件的顶视图，其中，底座的前缘和尾缘是平直的，而天使翼的前缘和尾缘具有弯曲部分；
图13是叶片组件的顶视图，其中，底座以及天使翼的前缘和尾缘具有彼此偏移的弯曲部分；
图14是叶片组件的顶视图，其中，底座的前缘和尾缘具有弯曲部分。
具体实施方式
如上所说明的，如图2中所示，已经将天使翼添加至涡轮叶片组件，以帮助防止来自热气体流通道的热燃烧气体向下渗入涡轮机的叶轮空间。在图2中所图示的叶片组件中，在叶片组件的前侧上形成两个天使翼32和33，并且在叶片组件的后侧上形成两个天使翼34和35。另外，在其上安装了叶片的底座包括前缘47和尾缘49。叶片40从底座45向上延伸，并且叶片40也包括前缘42和尾缘46。帽罩43形成在叶片40的顶部上。
图3是沿着图1中的线III-III所取的局部横截面图。横截面剖开了附接到涡轮机的旋转轴上的三个相邻的涡轮叶片。该排涡轮叶片定位在相邻的两排喷嘴之间。在图3中，左排的喷嘴将对应于涡轮叶片的上游侧，而右排的喷嘴将对应于涡轮叶片的下游侧。箭头38显示了热燃烧气体的流的方向。如还在图3中所示，当热燃烧气体流动穿过热气体流通道时，燃烧气体将导致涡轮叶片22在指示箭头的方向上旋转。
如图3中所图示，需要存在位于上游喷嘴的底座的尾缘59和涡轮叶片组件的底座上的前缘47之间的非常小的间隙。同样地，在涡轮叶片组件的尾缘49和下游喷嘴上的底座的前缘57之间存在小的间隙。在相邻的喷嘴和涡轮叶片组件之间的间隙提供了如上所说明的热气体能够逸入的流通道。还如上所说明的，在叶片组件的前侧和尾侧上的天使翼和对应的在喷嘴组件上的突出部意在降低热燃烧气体进入这些空间的逸出。
还如上所说明的，在涡轮叶片和喷嘴两者的前缘的前方产生的高压区域是能够引起或导致热燃烧气体降入叶轮空间的其中一个因素。因此，发明人认为在热燃烧气体向下渗入叶轮空间的意义上，渗入可能在涡轮叶片和喷嘴叶片的前缘附近发生。
为了帮助防止热燃烧气体向下渗入叶轮空间，发明人提出将弯曲部分添加至涡轮叶片组件的底座的前缘和/或尾缘。图4显示了弯曲部分60形成在各个涡轮叶片组件的底座的前缘47上的一个实施例。在图4中所示的实施例中，在涡轮叶片组件的前缘47上的弯曲部分60位于涡轮叶片40本身的前缘附近。
在涡轮叶片组件的前缘47上的弯曲部分60可帮助防止热气体流通道中的热燃烧气体向下渗入叶轮空间。这将因弯曲部分朝远离涡轮叶片40的前缘42的向前方向延伸了涡轮叶片组件的底座的顶面而发生。另外，当涡轮叶片在涡轮机内旋转时，弯曲部分60将实际上穿过位于涡轮叶片组件的前缘和上游喷嘴组件的尾缘之间的气体。该弯曲部分将实质上充当翼型件，从而降低在弯曲部分位置处的压力。由于弯曲部分正好位于涡轮叶片40的前缘42的前方(其恰好是热燃烧气体可能渗入叶轮空间的位置)，弯曲部分60在这些位置处的存在将进一步用来防止热燃烧气体渗入叶轮空间。
在图4中图示的实施例还包括位于涡轮叶片组件的底座的尾缘49上的弯曲部分62。如图4中所图示，弯曲部分62位于涡轮叶片40的尾缘46附近。热燃烧气体还可趋向于在涡轮叶片40的尾缘46的附近的位置处渗入叶轮空间。因此，在涡轮叶片组件的底座的尾缘49上设置弯曲部分62也可帮助防止热燃烧气体渗入叶轮空间。
由于与如上所述相同的原因，位于喷嘴的前缘25的前方的压力也可能比通常高，这可导致热燃烧气体在喷嘴组件的前缘57附近向下渗入叶轮空间。因此，在喷嘴组件的前缘57上设置弯曲部分70可能是有益的。如在图4中所示，在某些实施例中，弯曲部分70将正好位于喷嘴叶片的前缘25的前方。同样地，弯曲部分72还将在喷嘴组件的尾缘59上形成在对应于喷嘴的尾缘27的位置处。
图5图示了另一个备选的实施例，其中，弯曲部分仅形成在涡轮叶片组件的前缘和尾缘上。如在图5中所示，弯曲部分60在涡轮叶片组件的前缘47上形成在对应于涡轮叶片的前缘的位置处。同样地，弯曲部分62在涡轮叶片组件的尾缘49上形成在对应于涡轮叶片的尾缘的位置处。
图6图示了另一个备选的实施例，其中，弯曲部分60仅在涡轮叶片组件的前缘47上形成且在对应于涡轮叶片的前缘的位置处。
图7图示了又一个备选实施例，其中，弯曲部分仅形成在涡轮叶片组件和喷嘴组件两者的前缘上。如图7中所示，弯曲部分60形成在涡轮叶片组件的前缘47上，且位置对应于涡轮叶片的前缘。并且，弯曲部分70在喷嘴组件的前缘上形成在对应于喷嘴叶片的前缘的位置处。
图8图示了再一个备选实施例，其中，形成在涡轮叶片组件的前缘47上的弯曲部分60相对于涡轮叶片的前缘偏移。如在图8中所图示，将弯曲部分60位于涡轮叶片的如下的侧，该侧位于当涡轮叶片在涡轮机内旋转时涡轮叶片将移动的方向。在其它备选的实施例中，弯曲部分可在喷嘴组件的前缘上形成在也从喷嘴的前缘偏移的位置处。同样地，形成在涡轮叶片组件或喷嘴组件中的任一者的尾缘上的弯曲部分也可从对应的涡轮叶片和喷嘴的尾缘偏移。可用实验来确定对于弯曲部分在涡轮叶片和喷嘴组件的前缘和/或尾缘上的最佳位置。因此，本发明的各种实施例包括将弯曲部分定位在涡轮叶片组件和喷嘴组件的前缘和尾缘上的任何位置。
另外，在各个单独的涡轮叶片组件或喷嘴叶片组件上包括多个弯曲部分可能是有利的。图9图示了一个实施例，在其中，两个弯曲部分60位于涡轮叶片组件的前缘上。在其它备选的实施例中，可在各个单独的涡轮叶片组件的前缘上形成多于两个弯曲部分。同样地，在其它备选的实施例中，两个或更多的弯曲部分可形成在涡轮叶片组件的尾缘上。另外，两个或更多的弯曲部分可形成在单独的喷嘴组件的前缘和尾缘上。
图10图示了背景技术的涡轮叶片组件的顶视图，与在图2中图示的那个类似。如在图10中所示，涡轮叶片40安装在涡轮叶片组件的底座45的顶部上。底座45包括前缘47和尾缘49。在图2和图10中所示的实施例中，底座45的前缘47和尾缘49是平直的。另外，在涡轮叶片组件的前侧上的天使翼32、33的前缘也是平直的。同样地，在涡轮叶片组件的尾侧上的天使翼34、35的尾缘也是平直的。
由于与以上所述类似的原因，发明人认为在天使翼的前缘和尾缘上设置弯曲也可能是有利的。图11图示了一个实施例，其中，在涡轮叶片组件的前侧上的天使翼32、33的前缘包括弯曲，该弯曲对应于在涡轮叶片组件的底座45的前缘47上的弯曲。同样地，在涡轮叶片组件的尾侧上的天使翼34、35的尾缘也包括弯曲，该弯曲对应于涡轮叶片组件的底座45的尾缘49上的弯曲。
图12图示了另一个备选的实施例。在图12中，涡轮叶片组件的底座45的前缘47和尾缘49两者都是平直的。然而，将弯曲部分设置在涡轮叶片组件的前缘侧上的天使翼32、33的前缘上。同样地，将弯曲设置在涡轮叶片组件的尾侧上的天使翼34、35的尾缘上。
图13图示了另一个备选的实施例，其中，将弯曲设置在涡轮叶片组件的底座45的前缘47和尾缘49上。还将弯曲设置在涡轮叶片组件的前缘侧的天使翼32、33的前缘上，并且将弯曲设置在涡轮叶片组件的尾缘侧的天使翼34、35上。然而，设置在这些位置的每一个上的弯曲相对于彼此是交错的。
图14图示了又另一个备选的实施例，其中，仅将弯曲设置在涡轮叶片组件的底座45的前缘47和尾缘49上。未将弯曲设置在涡轮叶片组件的前缘侧或尾缘侧上的天使翼中。
图11-14意在图示设置在涡轮叶片组件的底座和天使翼的前缘和尾缘上的弯曲的各种不同组合。弯曲的任何组合，无论它们是彼此对齐或是彼此偏移，也都将落入本发明的范围内。
在以上所述的实施例中，可将弯曲表面添加至涡轮叶片组件和喷嘴叶片组件的前缘和尾缘。在以上图示的实施例中，弯曲是基本地弓形的。在备选的实施例中，弯曲部分可包括各种不同的形状，包括贝塞尔曲线(bezier curve)、突变和/或非线性形状，以改进它们的性能。另外，由于涡轮叶片组件和喷嘴组件靠近彼此定位，两个单独的涡轮叶片组件或两个单独的喷嘴组件的邻接部分可合作以在前缘和尾缘上形成整个弯曲表面。
此外，在喷嘴叶片组件和涡轮组件的前缘和尾缘上的弯曲部分可具有复杂的三维形状。此处又可进行实验以确定弯曲表面的形状和构造。然而，在前缘和尾缘上提供这些弯曲表面可用来降低渗入叶轮空间的热燃烧气体的量，从而增加涡轮机的整体效率。
尽管已经联系了目前被认为是最可行且最优选的实施例对本发明进行描述，但应该理解的是本发明并不限于所公开的实施例，相反，本发明意图覆盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等同装置。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的叶片组件，包括：
安装部分，其构造成联接至涡轮机的旋转轴；
底座，其形成在所述安装部分的顶部上，其中，所述底座的前缘和尾缘中的至少一个包括弯曲部分；以及
叶片，其从所述底座的所述顶部向上延伸。
2.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述底座的所述前缘和所述尾缘均包括弯曲部分。
3.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，弯曲部分形成在所述底座的所述前缘上，并且其中，所述弯曲部分包括从所述底座的所述前缘向前延伸的凸出部分。
4.根据权利要求3所述的叶片组件，其特征在于，所述凸出部分位于所述底座上的所述叶片的前缘附近。
5.根据权利要求3所述的叶片组件，其特征在于，所述凸出部分位于所述底座上的所述叶片的前缘的一侧。
6.根据权利要求5所述的叶片组件，其特征在于，所述凸出部分位于所述叶片的所述前缘的所述侧，所述侧在当所述叶片组件在涡轮机中旋转时所述叶片组件将移动的方向上。
7.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述弯曲部分包括多个凸出部分或凹入部分。
8.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述底座还包括：
前天使翼，其形成在所述底座的所述前侧上；以及
尾天使翼，其形成在所述底座的所述尾侧上，其中，所述前天使翼和所述尾天使翼中的至少一个的外缘包括弯曲部分。
9.根据权利要求8所述的叶片组件，其特征在于，所述前天使翼和所述尾天使翼两者的所述外缘均包括弯曲部分。
10.根据权利要求9所述的叶片组件，其特征在于，弯曲部分形成在所述底座的所述前缘和所述尾缘的两者上，弯曲部分形成在所述前天使翼和所述尾天使翼两者的所述外缘上，在所述底座的所述前缘和所述前天使翼上的所述弯曲部分具有相似形状和对应的位置，并且在所述底座的所述尾缘和所述尾天使翼上的所述弯曲部分具有相似形状和对应的位置。
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