CN1026019C - 用于低压汽轮机的自由固定叶片 - Google Patents

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Abstract

设计的透平叶片避免了为将最后叶片装入叶列所要对它进行的机加工。叶根回转中心的位置仔细地选择为在垂直方向靠近平台的进汽边。

Description

本发明一般地涉及到汽轮机叶片，尤其涉及到一种新的汽轮机叶片设计，这种设计能简化叶片在一指定的叶列中的组装。
在对用于一台汽轮中的任何叶片设计时，必须认真地考虑一些参考。在设计用于一台新汽轮机的叶片时，给予叶型开发者一定的叶片工作的流场情况。该流场决定对应的一叶列的入口和进口角（蒸汽在一列动叶片的相邻叶片间流过），其中还包括截距（gauging）和速比。“截距”是喉部尺寸和节距的比率，“喉部”是某一动叶的出汽边和相邻叶片的负压侧表面之间的直线距离，而“节距”是相邻动叶两出汽边之间的距离。该专业一般技术人员都熟悉这些参数，且在设计每种新的动叶和静叶中这些参数起着重要作用。
叶型设计者总是寻求那些会改善和提高透平效率的结构特性。美国专利第4，585，395公开了一种汽轮机发动机叶片。对于一台低压汽轮机，使效率降低的一个主要根源可归结于叶栅性能。曲率半径的任何突然变化会导致沿叶片表面的边界层厚度增大。在叶片喉部下游的反向压力梯度的部位，流体有从叶片表面脱离的趋势。
尽管叶片的几何形状对透平效率至关重要，但经过仔细计算过的叶片外形在将叶片组装到叶列中时往往会有变化，尤其在最后一个叶片被装进叶列时。通常在相邻叶型或平台之间产生一种过盈，因为过盈，常常要切削叶列的最后一个叶片以便装进叶列中。这将使最后一个叶片和第一个叶片构成的喉部开口和这一叶列中其余叶片相比较时有差别。当喉部做得较大时，最后叶片的通道中的流体会没有足够的导向通道，且流体容易从它的凸形表面脱离开。
切削最后一个叶片使它装进叶列带来的另一个问题是，由于改变叶片的几何形状和质量，叶片将具有一个与其他已经调谐，其固有共振频率已安全地落到转速的谐波之间的叶片不相同的固有共振频率。如果变更后的固有频率过于接近转速的谐波，就会对叶片机械完整产生不利的影响。
本发明的主要目的是为低压汽轮机提供一种自由固定叶片，在这种叶片中，沿着叶片凸形表面保持小的边界层厚度，从而提高叶栅的性能，并且在组装转子的叶片时不需要对最后叶片机加工而将叶片装进叶列中。
根据这个目的，本发明在于提供一种用于低压汽轮机的自由固定叶片，包括一个具有进汽边、出汽边、凸形表面、凹形表面、和下端部的叶型段;一个具有进汽边、且在叶型段的端头构成的平台段;一个由平台段延伸并有叶根中心线、叶根回转中心和叶根中心线半径的叶根段;其特征在于叶根回转中心垂直地定位在拥有平台段的进 汽边的平面附近。
更可取的是，凸形表面的曲率半径从进汽边到出汽边恒定地增大。
从以下仅作为举例在附图中示出的较佳实施例的叙述，本发明将变得更容易理解，其中：
图1是已知的透平叶片的端视图，示出它的一般特征;
图2是图1所示的透平叶片的局部侧视图;
图3是剖视图，示出了根据本发明的一个透平叶片的一个剖面，并示出X-X和Y-Y轴;及
图4是一张根据本发明的透平叶片的基部截面处的剖视图，并对基准发明点作了图解。
参考图1和图2，一个已知的透平叶片一般用数字10表示，该透平叶片包括一个叶型段12、平台段14和一个叶根段16。叶根段16一般称为具有多个缩颈的尖塔型叶根。
叶根段16按常规方法装进汽轮机的侧进槽。
现在参考图3，根据本发明的一个透平叶片的叶型段的六个基本截面中的一个，示于它的X-X和Y-Y轴上。叶型段包括进汽边18，出汽边20、凸形负压侧表面22和一个凹形压力侧表面24。凸形表面22的曲率半径从进汽边18到出汽边20恒定地增大，这可以使流体加速一直到叶片喉部，并在喉部的下游部位保持恒定。这确保在叶片的凸形表面上薄的边界层。正如前述，叶片由六个基本截面组 成，从基部到顶部的所有基本截面包含这样的结构特征，即曲率半径恒定地增大。于是，从进汽边沿着凸形表面流动加速。随着流动加速，边界层就会保持小的厚度且叶栅损失也小。
所有叶片截面重心是重叠的，以消除叶型偏心应力。此外叶根段的重心定位在X-X和Y-Y轴上。
叶片本身是锻制而成，以保护叶片出汽边的机械整体性。在出汽边厚度基部截面处开始为0.11英寸（2.794毫米），并在叶高1.25英寸（31.75毫米）处减少到0.075英寸（1.905毫米）。此后出汽边厚度是0.07英寸（1.77毫米）。
为了知道在组装叶列的最后叶片时如何消除叶片过盈，过去为了组装需要切削最后叶片，现在的做法参考图4，图4中叶型的最底部截面示出在平台14上。平台14具有一个进汽边或进汽面26和一个出汽边28以及弧形的半径相同的侧边30和32，其半径最好为4.15英寸（105.41毫米）。
本发明揭示了叶根回转中心的位置决定了叶列的最后叶片为装入叶列必须机加工到什么程度，还确定了正确选择叶根回转中心以及叶根中心线和叶根中心线半径，就可以避免进行最后的机加工而将最后叶片组装进叶列中。
于是，揭示出如果叶根回转中心定位在点A或点A附近，就可以不要求切削最后叶片就装入叶列中。点A的位置在包含有平台的进汽边26的平面附近，具体地说，点A的位置的X-X方向离开进 汽边0.079英寸（2.006毫米）点处。此距离大体上与叶型段的入口18和平台段的进汽边26之间的距离相一致。用数字34表示的叶根中心线通过平台的进汽边26、离X-X轴0.4027英寸（10.8458毫米）处。虽然这一点是在平台的进汽边的中间点，但是，叶根中心线34却在X-X轴下方较大距离处通过出汽边28，因此，叶根中心线34相对平台的进汽边26和出汽边28有些不对称。
从回转中心A引出的叶根中心线半径R1为5.25英寸（133.35毫米），侧边30半径R2具有与叶根中心线相同的回转中心，而其长度为4.15英寸（105.41毫米）。相对的侧边32具有同样长度的半径R3，但它的回转中心比相对的侧边30的回转中心高2.273英寸（57.7342毫米），当然侧边30和32是平行的。
叶根回转中心A在X-X轴下方4.823英寸（122.5042毫米），且离开Y-Y轴1.75英寸（44.45毫米）。因此，叶根回转中心离Y-Y轴的距离与离X-X轴的距离之比约为0.36。

Claims (5)

1、一种用于低压汽轮机的自由固定叶片，包括一个具有一个进汽边(18)、一个出汽边(20)、一个凸形表面(22)、一个凹形表面(24)和一个下端部的叶型段(12)；一个具有一个进汽边并在叶型段(12)的一端构成的平台段(14)；一个从平台段伸出并且有叶根中心线、叶根回转中心和叶根中心线半径的叶根段(16)，其特征在于：叶根回转中心的位置在垂直方向靠近包含有平台段进汽边的平面。
2、如权利要求1所述的自由固定叶片，其特征在于：叶型段凸形表面的曲率半径从进汽边到出汽边恒定地增大。
3、如权利要求1所述的自由固定叶片，其特征在于：叶型段具有许多截面，每个截面具有一个重心，其中所有截面的重心是重叠的。
4、如权利要求1所述的自由固定叶片，其特征在于：相对于x-x和y-y轴，叶根回转中心的位置用离开y-y轴的距离和离开x-x的距离之比确定，该距离之比约为0.36。
5、如权利要求1所述的一个自由固定叶片，其特征在于：叶根中心线半径为13.335厘米，平台段有一个对着叶型段的进汽边和出汽边的侧边，其半径为10.541厘米。
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