CN106050318A - 一种适应大变工况范围的柔性静叶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应大变工况范围的柔性静叶装置，该静叶叶型可调，包含2段及其以上静叶型线段，每段静叶型线包含独立转轴，通过旋转转轴调整各段静叶型线段的角度，形成不同的静叶型线，各段静叶型线设计良好，可以保持组成的静叶型线流道光顺。本发明通过改变静叶型线控制静叶通流面积，同时能够根据不同负荷要求有效调整透平机械通流流量；静叶为多段控制，头段转动适应不同来流攻角，中段及尾段转动可以减小静叶斜切部分，同时改变出口气流角。本发明结构适应于大变工况范围内的运行，避免了传统配气方式的弊端，如喷嘴配气较强气流激振力及节流配气较低效率等，拓宽了传统可调静叶应用范围，改善了流动状态，提高了变工况性能。

Description

一种适应大变工况范围的柔性静叶装置
技术领域：
本发明涉及透平机械叶片，具体涉及一种适应大变工况范围的柔性静叶装置。
背景技术：
透平机组在实际运行当中，需要根据外界负荷需求而调整输出功率，其传统的调节方式有节流配气、喷嘴配气、滑压配气。节流配气调节灵活，气流相对稳定，但是调节阀产生节流压损，同时叶栅通道叶片短小，导致二次流损失较大，严重降低透平级效率；喷嘴配气同样可以灵活调节，并且叶片较高，能有效降低二次流损失，不存在节流损失，因此效率较高，但是喷嘴配气只允许透平级部分区域进气，由此产生弧段损失及鼓风损失，且部分进气机组承受的不平衡扭矩及气流激振力较大，机组振动明显，不利于机组的减振降噪；滑压配气能够保证气流稳定，但是负荷调整需要通过锅炉调整，反应迟缓，且效率不高。传统配气方式存在很强的局限性。
传统的静叶型线均为整段结构，通过可调静叶控制流量时，流量较小会导致静叶转角过大，加剧了流动分离现象，并且对不同来流角度很难适应，变工况下的静叶通道流动状态较差。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种适应大变工况范围的柔性静叶装置，能够避免传统调节结构的弊端，拓宽目前可调静叶应用范围，改善透平变工况性能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种适应大变工况范围的柔性静叶装置，柔性静叶装置由多段静叶型线段组成，相邻两段静叶型线段之间通过面接触活动连接。
本发明进一步的改进在于，相邻两段静叶型线段之间的配合面为过渡圆弧面，过渡圆弧面的一端为凹面，另一端为凸面，过渡圆弧面同心且半径相同。
本发明进一步的改进在于，相邻两段静叶型线段之间的配合方式为紧密配合。
本发明进一步的改进在于，每段静叶型线段均存在一个旋转轴，该静叶型线段能够绕旋转轴转动。
本发明进一步的改进在于，柔性静叶装置由三段静叶型线段组成，分别为依次设置的头段、中段和尾段，头段与中段之间的配合面以及中段与尾段之间的配合面均为过渡圆弧面，其中，中段的两端均为凸面，与中段圆弧面过渡的头段和尾段均为凹面。
本发明进一步的改进在于，头段的端面上设置有头段固定轴，中段的一端设置有贯穿两端面的中段旋转轴，另一端设置有尾段旋转轴，尾段的端面上设置有尾段固定轴，其中，中段旋转轴的中心开设有通孔，与头段固定轴平行设置的头段旋转轴一端设置在中段旋转轴中心处的通孔内，头段旋转轴另一端与头段固定轴固定相连，且中段旋转轴与头段旋转轴能够相对转动，与尾段固定轴平行设置的尾段旋转轴一端固定在中段上，尾段旋转轴的另一端与尾段固定轴活动相连。
本发明进一步的改进在于，尾段旋转轴上还设置有锁紧螺母。
相对于现有技术，本发明提出的一种适应大变工况范围的柔性静叶装置，其通过改变静叶型线控制静叶通流面积，同时能够根据不同负荷要求有效调整透平机械通流流量。多段静叶型线，具有明显优势，头段位置调整可以适应多进气角度，保证进气攻角较小；每段静叶型线通过圆弧段配合，圆弧段同心，方便旋转调整角度；中段及尾段调整，可以在变工况下，降低斜切部分扩压段，调整出口角，改善变工况流动状态。
附图说明：
图1为柔性静叶装置三维示意图。
图2为柔性静叶装置俯视图。
图3为柔性静叶装置仰视图。
图4为柔性静叶装置微调节原理示意图。
图5为柔性静叶装置提高通流能力示意图。
图6为柔性静叶装置降低通流能力示意图。
图中：1-头段，2-中段，3-尾段，4-尾段固定轴，5-锁紧螺母，6-尾段旋转轴，7-中段旋转轴，8-头段旋转轴，9-头段固定轴。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明一种适应大变工况范围的柔性静叶装置，该静叶为柔性静叶，由多段静叶型线段组成。图1以3段结构示意，分别为头段1、中段2及尾段3。多段静叶型线段之间采用圆弧面过渡配合，配合区域一段为凹面，另一段为凸面，过渡圆弧面同心且半径相同，从而保证在旋转过程中紧密配合；每段静叶型线段均存在一个旋转轴，头段旋转轴8及中段旋转轴7下端固定在隔板上，且头段旋转轴8与中段旋转轴7同心，尾段旋转轴6固定在中段2上。在大幅度调整流量时，尾段旋转轴6通过锁紧螺母5固定自由度，因此中段及尾段可通过尾段固定轴4刚性连接，然后通过头段旋转轴8及中段旋转轴7调整静叶型线段，控制流量；进一步的，当流动参数需要精确调整时，松开锁紧螺母5，此时各静叶型线段可绕各自旋转轴精细调整角度，从而获得最佳流动状态。
参照图2，为柔性静叶装置俯视图，从叶顶视角俯视静叶装置。
参照图3，为柔性静叶装置仰视图，从叶根视角仰视静叶装置，可以看到头段旋转轴与中段旋转轴同心布置。
参照图4，为柔性静叶装置微调节原理示意图，通过头段旋转轴调整头段角度适应进口攻角，通过尾段旋转轴可以减小静叶斜切部分，同时改变出口气流角。
参照图5，通过静叶型线段沿旋转轴向压力面方向旋转，降低静叶通流能力。
参照图6，通过静叶型线段沿旋转轴向吸力面方向旋转，提升静叶通流能力。
为了对本发明进一步了解，现对其具体原理做一说明：
1)传统配气方式，如喷嘴配气，节流配气，滑压配气存在明显弊端，而目前可调静叶均为整段结构，当透平变工况时，有以下两个局限性：第一，不能灵活根据来流角度，改变静叶进口几何角，因此静叶进口会存在较大的正攻角或负攻角，引起流动分离，流动恶化；第二，透平处于大变工况时，目前可调静叶难以进行较好的调整，当负荷较大程度减小时，导致静叶转折角增大，扩压区增大，静叶中后部吸力面会承受较大的逆压梯度，流动分离严重，流动恶化。
2)本发明改变传统整段静叶结构，设计为2段及其以上静叶型线段。头段绕转轴旋转，从而适应不同来流角度，减小进口攻角，改善进口流动状态。
3)通过中后部静叶型线段旋转，在一定程度减小斜切部分，即降低中后部流动分离区域，改善下游流动。
本发明提出一种适应大变工况范围的柔性静叶装置，静叶为多段型线段，以上具体实施方式为本发明的具体示例，凡在本发明的精神与原则之内，所做的任何修改，改进均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适应大变工况范围的柔性静叶装置，其特征在于，柔性静叶装置由多段静叶型线段组成，相邻两段静叶型线段之间通过面接触活动连接。
2.根据权利要求1所述的适应大变工况范围的柔性静叶装置，其特征在于，相邻两段静叶型线段之间的配合面为过渡圆弧面，过渡圆弧面的一端为凹面，另一端为凸面，过渡圆弧面同心且半径相同。
3.根据权利要求1所述的适应大变工况范围的柔性静叶装置，其特征在于，相邻两段静叶型线段之间的配合方式为紧密配合。
4.根据权利要求1所述的适应大变工况范围的柔性静叶装置，其特征在于，每段静叶型线段均存在一个旋转轴，该静叶型线段能够绕旋转轴转动。
5.根据权利要求1所述的适应大变工况范围的柔性静叶装置，其特征在于，柔性静叶装置由三段静叶型线段组成，分别为依次设置的头段(1)、中段(2)和尾段(3)，头段(1)与中段(2)之间的配合面以及中段(2)与尾段(3)之间的配合面均为过渡圆弧面，其中，中段(2)的两端均为凸面，与中段(2)圆弧面过渡的头段(1)和尾段(3)均为凹面。
6.根据权利要求5所述的适应大变工况范围的柔性静叶装置，其特征在于，头段(1)的端面上设置有头段固定轴(9)，中段(2)的一端设置有贯穿两端面的中段旋转轴(7)，另一端设置有尾段旋转轴(6)，尾段(3)的端面上设置有尾段固定轴(4)，其中，中段旋转轴(7)的中心开设有通孔，与头段固定轴(9)平行设置的头段旋转轴(8)一端设置在中段旋转轴(7)中心处的通孔内，头段旋转轴(8)另一端与头段固定轴(9)固定相连，且中段旋转轴(7)与头段旋转轴(8)能够相对转动，与尾段固定轴(4)平行设置的尾段旋转轴(6)一端固定在中段(2)上，尾段旋转轴(6)的另一端与尾段固定轴(4)活动相连。
7.根据权利要求6所述的适应大变工况范围的柔性静叶装置，其特征在于，尾段旋转轴(6)上还设置有锁紧螺母(5)。
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