CN105298546A - 一种透平叶片叶身结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透平叶片叶身结构，所述叶身的二维叶型是由内弧曲线、背弧曲线围成的月牙状封闭曲线，具有特征参数弦长CH、轴向宽度CX；所述叶身由若干二维叶型按一定规律扭转叠合成型，具有特征参数叶身高度H；所述二维叶型的弦长CH沿叶片高度方向从根部向顶部成抛物线分布规律，趋势为叶身根部、顶部弦长大，中部弦长小；二维叶型的轴向宽度CX基本保持不变。本发明可以使透平叶片同时兼顾根部区域、顶部区域和中部区域的不同的主要损失来源，以此有效、可靠地提高透平叶片的气动性能、降低气动损失。

Description

一种透平叶片叶身结构

技术领域

本发明涉及透平叶片，具体是一种透平叶片叶身结构。

背景技术

现有透平叶片的叶身造型主要局限于叶身二维叶型(二维叶型是指叶身横截面轮廓形状)的表面摩擦损失，也即型面损失，该型面损失主要考虑的是透平叶片叶身中部区域(即主流区域)，并没有考虑二次流动损失。然而，在透平叶片的结构中，造成透平叶片叶身型面损失的另一主要来源为叶身端部区域(即透平叶片叶身的根部区域和顶部区域)的二次流动损失。这种未考虑二次流动损失的透平叶片叶身结构，存在气动性能低、气动损失高的技术问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种能够有效提高气动性能、降低气动损失的透平叶片叶身结构。

本发明所采用的技术方法是，一种透平叶片叶身结构，所述叶身的二维叶型是由内弧曲线、背弧曲线围成的月牙状封闭曲线，具有特征参数弦长CH、轴向宽度CX；所述叶身由若干二维叶型按一定规律扭转叠合成型，具有特征参数叶身高度H；所述二维叶型的弦长CH沿叶片高度方向从根部向顶部成抛物线分布规律，趋势为叶身根部、顶部弦长大，中部弦长小；二维叶型的轴向宽度CX基本保持不变。

所述二维叶型的弦长CH分布规律满足如下关系式：

CH＝a·(x-H/2)²+CH_M……(1)

a＝4·(CH_R-CH_M)/H²……(2)

式中，CH为某叶高处二维叶型的弦长；

x为二维叶型所处截面的叶身高度；

H为叶身总高度；

CH_M为中间叶高处二维叶型的弦长；

CH_R为根部或顶部二维叶型的弦长。

所述二维叶型的轴向宽度CX满足如下关系式：

CX≈常数。

本发明的有益效果是：

1.本发明将叶身二维叶型的弦长沿叶片高度方向成抛物线状分布规律，且根、顶部的弦长分别大于中间弦长，以此可以使透平叶片同时兼顾根部区域、顶部区域和中部区域的不同的主要损失来源；具体的，透平叶片叶身的根部区域和顶部区域的大弦长，可以减小对应区域的叶片载荷水平，从而可以降低横向压力梯度，减小端部区域的二次流动损失；透平叶片叶身的中部区域的小弦长，可以减小该区域的型面损失大小；以此有效、可靠地提高透平叶片的气动性能、降低气动损失；

2.本发明将叶身在二维叶型的弦长抛物线状分布规律和等轴宽分布规律的同时约束下(即“变弦长、等轴宽”的造型特征)，不仅不会给透平叶片带来附加损失和结构布置的麻烦，而且能够使叶身二维叶型的安装角能够沿着叶片的高度方向呈现出有益于减小端部二次流动损失的几何特征，这进一步有效、可靠地提高了透平叶片的气动性能、降低了气动损失；本发明有利于大规模的应用和推广，可操作性强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为透平叶片的几何结构示意图。

图2为图1中二维叶型的几何尺寸示意图。

图3为图1、图2所示二维叶型的弦长CH沿叶片高度方向变化规律的示意图。

图4为图1、图2所示二维叶型的轴向宽度CX沿叶片高度方向变化规律的示意图。

具体实施方式

参见图1和图2所示，本发明为透平叶片的叶身结构，透平叶片1的叶身是由由下而上的根部区域2、中部区域3和顶部区域4构成，各区域均有与之匹配的二维叶型5，所述二维叶型是指叶身横截面轮廓形状。

透平叶片1叶身的二维叶型5是由内弧曲线和背弧曲线围成的月牙状封闭曲线，其具有特征参数弦长CH(处在二维叶型进、出气侧的小圆公切线方向上，二维叶型的最大宽度)、轴向宽度CX(二维叶型在进气方向上的最大宽度)、节距T(相邻二维叶型的距离)、喉部宽度TH(相邻二维叶型组成的流道中，最小的通道距离)、安装角AS(二维叶型进、出气侧的小圆公切线与进气方向之间的夹角)。透平叶片1的叶身是由若干二维叶型5按一定规律扭转叠合成型，具有特征参数叶身高度H，二维叶型5的弦长CH沿叶片高度方向从根部向顶部成抛物线分布规律，趋势为叶身根部弦长和顶部弦长分别大，中部弦长小，且二维叶型5的轴向宽度CX基本保持不变。

上述二维叶型的弦长CH分布规律满足如下关系式：

CH＝a·(x-H/2)²+CH_M……(1)

a＝4·(CH_R-CH_M)/H²……(2)

式中，CH为某叶高处二维叶型的弦长；x为二维叶型所处截面的叶身高度；H为叶身总高度；CH_M为中间叶高处二维叶型的弦长；CH_R为根部或顶部二维叶型的弦长。

上述二维叶型的轴向宽度CX满足如下关系式：

CX≈常数。

本发明是在透平叶片整圈叶片数、叶片高度一定的情况下，对透平叶片的叶身结构进行造型，具体造型过程是：

首先，选取透平叶片叶身的中部高度处的弦长CH_M，选取叶片中部高度处的弦长CH_M，主要是考虑该处的相对栅距RP大小是否合适；

其次，确定透平叶片叶身的根部或顶部高度处的弦长CH_R大小，一般而言，CH_R是CH_M的1.05～1.15倍左右，具体的取值取决于叶片总高度H的大小；

然后，按照抛物线分布规律确定叶片其它高度处的弦长大小，见图3所示，二维叶型的弦长CH沿叶片的高度方向呈抛物线状分布，分布趋势为叶片的根部和顶部的弦长CH分别大于中部的弦长CH，二维叶型的弦长CH沿叶片高度的分布规律满足如下关系式：

CH＝a·(x-H/2)²+CH_M；其中，a＝4·(CH_R-CH_M)/H²；

接着，选取透平叶片叶身中部高度处二维叶型的出口几何角αg大小，这样就可以反推其安装角，进而可以得到叶身中部高度处二维叶型的轴向宽度；叶身高度中其它截面高度处的二维叶型，则转动安装角AS，以保证其轴向宽度与叶身中部高度处二维叶型的轴向宽度相同，二维叶型的轴向宽度CX则沿着叶身的高度方向基本保持不变，见图4所示，二维叶型的轴向宽度CX沿叶片高度的分布规律满足如下关系式：

CX≈常数；

最后，根据设计需求，再整体微调透平叶片的摆放位置，以达到整个透平叶片的平均出口几何角满足设计要求。

以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (3)

1.一种透平叶片叶身结构，所述叶身的二维叶型是由内弧曲线、背弧曲线围成的月牙状封闭曲线，具有特征参数弦长CH、轴向宽度CX；所述叶身由若干二维叶型按一定规律扭转叠合成型，具有特征参数叶身高度H；其特征在于，所述二维叶型的弦长CH沿叶片高度方向从根部向顶部成抛物线分布规律，趋势为叶身根部、顶部弦长大，中部弦长小；二维叶型的轴向宽度CX基本保持不变。

2.如权利要求1所述透平叶片叶身结构，其特征在于，所述二维叶型的弦长CH分布规律满足如下关系式：

CH＝a·(x-H/2)²+CH_M……(1)

a＝4·(CH_R-CH_M)/H²……(2)

式中，CH为某叶高处二维叶型的弦长；

x为二维叶型所处截面的叶身高度；

H为叶身总高度；

CH_M为中间叶高处二维叶型的弦长；

CH_R为根部或顶部二维叶型的弦长。

3.如权利要求1所述透平叶片叶身结构，其特征在于，所述二维叶型的轴向宽度CX满足如下关系式：

CX≈常数。