CN1086579A

CN1086579A - 轴流式涡轮机

Info

Publication number: CN1086579A
Application number: CN93117057A
Authority: CN
Inventors: P·艾尔韦基耶; W·施赖伯
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1992-08-29
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1994-05-11
Also published as: GB2270348B; CH688867A5; US5342170A; JPH06173605A; CZ285003B6; PL299621A1; GB2270348A; KR940005867A; DE4228879A1; RU2109961C1; GB9314613D0; CZ170593A3

Abstract

一种轴流式涡轮机和具有至少一组弯曲的导叶 (7)和至少一组转子叶片。沿叶片高度，以精确的角度选择导叶相对于其弦的弯曲，沿圆周方向朝向相应邻近导叶的压力侧。该导叶在其径向范围内是渐缩的。借助于这一措施，可减少由于导叶上边界层的偏移而产生的附加损失。

Description

本发明涉及一种具有至少一组弯曲导叶和至少一组转子叶片的轴流式涡轮机。

尤其是，采用了弯曲导叶，以降低由于导叶上边界层的偏移而产生的附加损失。

具有弯曲导叶的涡轮机，例如按照DE-A-3743738是公知的。在该出版物中，表示和描述这样一种叶片，它沿叶片高度的弯曲在圆周方向上朝向相应邻近导叶的压力侧。从该出版物中，还公开了这样一种叶片，它沿叶片高度的弯曲在圆周方向上朝向相应邻近导叶的负压侧。意图是以一种有效的方式来减小经向边界层压力梯度和沿圆园方向延伸的边界层压力梯度，从而减少叶栅空气动力损失。这种已知叶片不管弯向相邻叶片的哪一侧，每种情况下，它都沿圆周方向精确地延伸。这意味着在所表示的柱面叶片的情况下，它们的前缘沿叶片高度至少是处于同一径向平面内。

因此，本发明的一个目的是提供一种措施，在一开始提到的轴流式涡轮机中，借助于它，能使所述的损失进一步减小。

按照本发明，这是通过沿叶片高度以精确的角度选择导叶相对于其弦的弯曲并通过在其径向范围内使导叶渐缩来达到的。同时，这种弯曲在圆周方向上应朝向相应邻近导叶的压力侧。

本发明的优点从这一事实中可明显看到;由于以精确的角度相对于叶片弦弯曲，叶片的径向投影面积比沿圆周方向在公知的弯曲情况中的要大。这就增加了对工质的径向力;后者施压于流道壁上，因此边界层厚度减小。

在具有一个在导叶根区内至少大致呈圆柱形的叶片支座和一个在导叶尖区内呈锥形扩张的轮毂，例如在废气涡轮增压器的单级燃气涡轮机中所采用的那样的轴流式涡轮机中，这些导叶沿其高度被扭曲是有利的。弯曲就扭曲结合允许反动度沿叶片高度最优化，而在工艺过程中无需很大改变转子叶片进口角的配置。因此在这一事实中还可看到另一个优点：在涡轮级的设计中，原先的转子叶片可以按原来的样子保存下来。

通过连同附图一起参看下列详细说明，可以对本发明有更加完整的理解，并且获知许多伴随的优点。所述附图表示了采用具有轴向/径向出口的单级废气涡轮增压器的本发明的示例性实施例，其中：

图1表示该涡轮机的局部纵剖面;

图2表示图1中所示流道外径上的柱体断面的局部改进结构;

图3以透视图表示一弯曲导叶的轮廓;

图4表示弯曲导叶的一些叶型截面;

图5表示在轴向剖面内的子午线流线;

图6表示沿流道高度对比燃气出口角和叶片出口角的示意图;

图7表示一根曲线，给出损失随涡轮机压比增大而减少。

现在参照各附图，其中在不同图中相同的标号指示相同的或相应的部件，而且，仅表示出那些对于理解本发明所必须的另件。例如，该装置的压气机部分，壳体，转子，连同轴承都没有表示。工作介质的流向以箭头表示。

在图1图示的燃气涡轮机中，作为流道1边界的壁面一方面是轮内毂2，而另一方面是叶片外支座。后者以适当方式被支承于壳体内（未表示）。在转子叶片4的区域内，流道1在内侧以转子盘5为界，在外侧以盖6为界。轮毂2具有圆锥形状，具体地说，沿整个叶栅区该锥体是扩张的，因为膨胀工质的容积增加。

在转子叶栅的上游配置一静正导叶叶栅。其叶片7就其数目及其弦S和叶距T之比（图2），按流体力学相对于全负荷是最优化了的。它们提供了带有为进入转子叶栅所必需的涡流的流动。和图示的有所不同，该导叶叶栅通常被制成为整体，例如包括其内、外边界壁面，被成为一个铸成一体的喷嘴环。因此，实际上不可能叫作叶尖或叶根。

从图1和3中可以看到，由于叶片弯成弧形，因此，不管是导叶的进口缘9还是其出口缘8都不处在同一轴向平面内。

叶片相对于弦的弯曲以精确的角度延伸，这是通过沿圆周方向的轴向转移叶型断面达到的。

这种弯曲按一连续的弧线形成，该弧线跟叶片支座3构成一锐角αz，跟轮毂2构成锐角αn。在外径处的αz角小于内径处的αn角。在图1中所表示的角度，不要认为是处于轴向平面内，而是和叶片的弦平面成一精确的角度。

导叶径向向内渐缩。其渐缩是这样选择的，使导叶成形为自叶片外径至大约一半高度处，其弦和叶距之比增加，自叶片的一半高度至内径处，其弦和叶距之比大致不变。其叶型沿叶片高度基本保持不变。

从图4中，可以看到弯曲量，渐缩以及一些叶型。其中在一个径向视图内可以看到5个叶片，它们沿叶片高度至少大致是等距离的。Z代表在外径处即在柱面处的叶型;N代表在内径处，即在轮毂处的叶型;V代表在叶片的一半高度处的叶型，而U和W分别代表在1/4和3/4叶片高度处的其它两个叶型。

这些措施有助于所希望的边界区的卸载。

除了弯曲和渐缩之外，沿导叶翼面的高度上还进行了叶片翼型的扭曲，以允许沿流道高度改变转子叶片圆周速度，转子叶片处于导叶的后面。在图4中，分别以不同的安装角βn和βw的形式表示了这种扭曲，该安装角是由相应叶型N和W的弦跟圆周方向构成的。如果没有导叶的扭曲，就必须使转子叶片的进口角跟导叶的出口角匹配。这又会使涡轮的临界流量产生不希望望有的改变。

在图2中的柱体断面表示涡轮区域内叶栅图，比例尺已放大。在全负荷时，排气通常以大约15℃至20℃的角度离开导叶。尤其是，由于边界层的效应，可以看到在流道外壁处燃气出口角偏离叶片后缘出口角。在图6的曲线中说明了边界区卸载的事实。在该图中，出口角在横坐标上以“度”标出，导叶后缘区内的流道高度在纵坐标上以“%”标出。

沿普通圆柱导叶的流道高度的燃气出口角6_G和叶片出口角6_S跟本发明的三向扭曲叶片的燃气出口角与叶片出口角作了比较。虚线表示的值适于圆柱叶片，沿不变叶片出口角6_S的叶片高度上，可以清晰看到燃气出口角6_G的极不规则的分布。在叶片间距小的轮毂区，该曲线的转折可能是由于在那里存在超音速流动。适用于扭曲叶片的实线表示沿叶片高度燃气出口角6_G较恒定。虽然这些叶片在外壳和轮毂处被扭曲，即具有较小的叶片出口角6_S，然而在边界区内的重要的燃气出口角6_G大于叶片中心处的燃气出口角。上面已提到，当采取新措施时，在轮毂处不会出现附加速度。

边界区的这种卸载使子午线流线朝叶片支座径向向外移动和朝轮毂壁径向向内移动，如图5中所示。

因此，作用于该气流上的径向分量具有将主流压向轮毂和圆柱体的预计效果。

由于导叶的出口缘8不处于同一轴向平面内，该涡区也并不径向扩展。这对配置于下游的转子叶片的激振可能具有有益的影响。

在图7曲线中，在横坐标上以“巴”标出涡轮压比而在纵坐标上以“%”标出压力损失减少。该曲线表明随着压比增加，该措施为何具有有益的影响。

显然，按照上述教导，本发明可能有许多变型和变化。因此，可以理解，除了具体叙述的以外，在所附权利要求书的范围内，可以实施本发明。作为这种叙述的偏离，导叶的弯曲也可朝向相应邻近导叶的负压侧。如所述解决方案-在圆柱面和轮毂上的边界层被加速-相反，此时该边界层不受影响，而这种弯曲对中心气流是有积极的效果。

Claims

1、一种具有至少一组弯曲导叶就至少一组转子叶片的轴流式涡轮机，其中沿叶片高度上以精确的角度选择导叶相对于其弦的弯曲，并且导叶在其径向范围内是渐缩的。

2、按权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于导叶的弯曲沿圆周方向朝向相应邻近导叶的压力侧。

3、按权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于所述渐缩是以这样方式选取的，使导叶成形为自叶片外径至大约一半高度处，其弦和叶距之比增加，自叶片的一半高度至内径处，其弦和叶距之比大致不变。

4、按权利要求1所述的在导叶端区内具有锥形扩张轮毂部的轴流式涡轮机，其特征在于沿叶片高度导叶是扭曲的。