CN109098774A - J型悬臂式叶片及包括其的燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

提出了J型悬臂式叶片及包括其的燃气轮机。就根据本发明实施例的悬臂式叶片而言，多个悬臂式叶片沿着圆周方向以隔开一定距离的形式设置于燕尾槽，所述燕尾槽沿着圆周方向设置于燃气轮机转盘的外周面，悬臂式叶片设置有下部的根部附件(root attachment)及从根部附件以规定高度形成的翼面(airfoil)，悬臂式叶片(cantilevered vane)的构成的要旨在于，在距所述根部附件任意高度上的翼面的剖面结构形成具有前翼部和后翼部的J字形状。根据本发明，可以提供一种悬臂式叶片，所述悬臂式叶片包括能够提高叶片轮毂的振动稳定性的结构。

Description

J型悬臂式叶片及包括其的燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种悬臂式叶片及包括其的燃气轮机，更加详细地，涉及一种悬臂式叶片及包括其的燃气轮机，悬臂式叶片包括可以使得翼面的摩擦(rubbing)减少并提高叶片轮毂的振动稳定性的结构。
背景技术
通常，轮机作为利用如蒸汽、燃气一样的压缩性流体的流动并通过冲动力或反动力来获得旋转力的机械装置，若利用蒸汽，则称蒸汽轮机(Steam Turbine)，若利用燃烧气体，则称燃气轮机(Gas Turbine)。
燃气轮机的热力循环是勃朗登循环(Brayton Cycle)，所述燃气轮机包括：压缩机，其从大气吸入空气并使得空气上升后将用于燃烧的空气供给至燃烧器；燃烧器，其使得流入的压缩空气与燃料相混合并燃烧，从而制造高能量燃烧气体；透平，从燃烧器排出的高温、高压的燃烧气体膨胀的同时，向透平的旋转叶片提供冲动、反动力，并且转换为机械能。
如此，从透平获得的机械能被供给为在压缩机压缩空气所需要的能量(约为透平全部动力的60％)，剩余的被利用于驱动发电机从而生产电力。
所述燃气轮机的操作原理为，首先吸入大气中的空气并用压缩机压缩，之后送至燃烧器制作高温、高压气体，使得透平操作，将废气排放到大气中，即通过压缩、加热、膨胀、放热四个过程实现。
如上所述，在常用的燃气轮机的重要构成要素中，就透平叶片而言，如图1及图2所示，适用与叶片轮毂(vane hub)和顶端(tip)的锐角(acute angle)相同的C字型弓形叶片(bowed vane)。
就根据现有技术的C字型弓形叶片的情况而言，由于低阶固有频率变低，从而具有颤振(flutter)的危险性。
由此，实情是需要针对可以解决所述提到的根据现有技术的问题的燃气轮机叶片组装体的技术。
先行技术文献
专利文献
美国登记专利6,312,219(2001年11月06日登记)
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬臂式叶片及包括其的燃气轮机，悬臂式叶片包括如下结构：可以使得翼面的摩擦(rubbing)减少，并提高叶片轮毂的振动稳定性。
就根据用于实现所述目的的本发明的一个侧面的悬臂式叶片而言,多个悬臂式叶片沿着圆周方向以隔开一定距离的形式设置于燕尾槽，所述燕尾槽沿着圆周方向设置于燃气轮机转盘的外周面，悬臂式叶片(cantilevered vane)设置有下部的根部附件(rootattachment)及翼面(airfoil)，翼面从根部附件以规定高度形成，在距所述根部附件任意高度上的翼面的剖面结构可以是形成具有前翼部和后翼部的J字形状的结构。
在本发明的一个实施例中，倒圆角(rounding)结构可以以规定大小的曲率半径形成于所述根部附件和翼面相互邻接的部分。
在所述情况下，所述倒圆角结构的曲率半径可以是根部附件的宽度的10至35％的长度。
在本发明的一个实施例中，所述翼面可以是包括一直线部及曲线部的结构，一直线部从所述根部附件向上方竖直地延长规定高度而形成，曲线部的结构为从所述一直线部的上端部以一体式弯曲规定角度并向一侧方弯曲。
在所述情况下，所述曲线部的形成高度可以是一直线部的形成高度的20至30％的长度。
在本发明的一个实施例中，在所述一直线部的内部可以形成有第一流路，冷却流体能够在第一流路流动，在所述曲线部的内部可以形成有第二流路，冷却流体可以在第二流路流动。
此外，所述第一流路包括：前翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的前翼部流动；以及后翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的后翼部流动；并且所述第一流路可以是包括排出连接流路的构成，以便通过前翼流路流入的冷却流体通过第二流路及后翼流路排出。
在本发明的一个实施例中，所述第二流路包括向翼面的后翼方向延长的多个冷却流路，在第一流路和第二流路之间可以形成有两个以上的排出连接口，以便通过所述第一流路流动的冷却流体中的一部分通过第二流路流动。
在所述情况下，所述两个以上的排出连接口的内径可以是沿着冷却流体的流动方向渐渐变大的结构。
此外，所述前翼流路及后翼流路分别可以通过通道隔壁形成，通道隔壁引导从下部流入的冷却流体沿着上升后下降然后再一次上升的路径流动。
此外，在所述通道隔壁朝向前翼部及后翼部可以形成有两个以上的旁通贯通口。
在本发明的一个实施例中，在所述翼面的一端部可以形成有两个以上的排出口，所述两个以上的排出口与第二流路相连通，以便通过第二流路流动的冷却流体的一部分能够向翼面的一端部方向排出。
此外，所述两个以上的排出口的内径大小可以是沿着翼面的后翼部方向渐渐变大的结构。
在本发明的一个实施例中，在所述第二流路的内部可以形成有多个凸起结构，所述凸起结构以凸出规定高度的形式形成，以便能够在冷却流体的流动中形成乱流。
此外，本发明可以提供一种包括所述悬臂式叶片的燃气轮机，根据本发明的一个侧面的燃气轮机，其包括悬臂式叶片(cantilevered vane)，多个悬臂式叶片沿着圆周方向以隔开一定距离的形式设置于燕尾槽，所述燕尾槽沿着圆周方向设置于燃气轮机转盘的外周面，悬臂式叶片包括下部的根部附件(root attachment)以及从根部附件形成为规定高度的翼面(airfoil)，构成所述悬臂式叶片的翼面的剖面结构可以是形成具有前翼部和后翼部的J字形状的结构。
在本发明的一个实施例中，所述翼面可以是包括一直线部及曲线部的构成，一直线部从所述根部附件向上方竖直延长规定高度而形成，曲线部的结构为，从所述一直线部的上端部以一体式弯曲规定角度并向一侧方弯曲。
在本发明的一个实施例中，在所述一直线部的内部可以形成有第一流路，冷却流体能够在第一流路流动，在所述曲线部的内部可以形成有第二流路，冷却流体可以在第二流路流动。
在本发明的一个实施例中，所述第一流路包括：前翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的前翼部流动；以及后翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的后翼部流动，并且所述第一流路可以是包括排出连接流路的构成，以便通过所述前翼流路流入的冷却流体通过第二流路及后翼流路排出。
在本发明的一个实施例中，所述第二流路包括多个冷却流路，所述多个冷却流路向翼面的后翼方向延长，并且在第一流路和第二流路之间可以形成有两个以上的排出连接口，以便通过所述第一流路流动的冷却流体中的一部分通过第二流路流动。
在本发明的一个实施例中，在所述翼面的一端部可以形成有两个以上的排出口，排出口与第二流路相连通，以便能够使得通过第二流路流动的冷却流体的一部分向翼面的一端部方向排出。
如以上所说明的一样，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种包括如下结构的悬臂式叶片：省略围带结构而设置翼面结构，从而可以提高叶片轮毂的振动稳定性，翼面结构在剖面上形成具有前翼部和后翼部的J字形状。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，在根部附件和翼面相互邻接的部分形成有特定结构的倒圆角结构，由此，可以提供稳定结构的悬臂式叶片。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其设置有形成特定结构的第一流路及第二流路的一直线部和曲线部，由此，使得翼面的冷却性能显著提高。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其设置有包括特定结构的前翼流路和后翼流路的第一流路，由此，使得翼面的冷却性能显著提高。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其根据位置的不同设置内径相互不同的排出连接口及排出口，由此，能够进行引导，使得制冷流体的排出量相互类似，从而使得翼面的冷却性能显著提高。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其在第二流路的内部形成有多个凸起结构，多个凸起结构以凸出规定高度的形式形成，以便可以在冷却流体的流动中形成乱流，由此，使得翼面的冷却性能显著提高。
此外，根据本发明的燃气轮机，可以提供一种包括如下结构的燃气轮机：其设置有特定结构的悬臂式叶片，由此，可以提高叶片轮毂的振动稳定性。
附图说明
图1是表示根据现有技术的围带叶片的结构的立体图。
图2是表示根据图1所示的围带叶片的形成高度的翼面结构的模式图。
图3是表示根据本发明的一个实施例的悬臂式叶片的立体图。
图4是表示根据本发明的又另一个实施例的悬臂式叶片的立体图。
图5是图4所示的悬臂式叶片的正面方向剖面图。
图6是表示根据本发明的一个实施例的悬臂式叶片的内部结构的侧面方向剖面图。
图7是表示图6所示的悬臂式叶片的横剖面的一部分的部分放大图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。在此之前，本说明书及权利要求书中所使用的术语或单词并非限定解释为通常的或者词典上的意思，应该解释为符合本发明的技术思想的意义和概念。
在整个该说明书中，当表述为某个部件位于另一个部件“上”时，这不仅包括某个部件与另一个部件相接触的情况，而且也包括在两个部件之间存在又另一个部件的情况。在整个该说明书中，当表述为某一部分“包括”某一构成要素时，只要没有特别相反的记载，这就意味着并非排除其他构成要素，而是还可以包括其他构成要素。
图3示出了表示根据本发明的一个实施例的悬臂式叶片的立体图，图4示出了表示根据本发明的又另一个实施例的悬臂式叶片的立体图。
参照图3和图4，就根据本实施例的悬臂式叶片100而言，多个悬臂式叶片100沿着圆周方向以隔开一定距离的形式设置于燕尾槽11，燕尾槽11沿着圆周方向设置于燃气轮机转盘10的外周面，并且悬臂式叶片100包括下部的根部附件110及翼面120，所述翼面120从根部附件110以规定高度形成。
此外，翼面120构成根据本实施例的悬臂式叶片100，其剖面结构可以是形成具有前翼部121和后翼部122的J字形状的结构。此时，优选地，剖面结构在距根部附件110任意高度上都是相同的形状。
由此，根据本发明，如图3所示，可以提供一种包括如下结构的悬臂式叶片：其省略围带结构而设置翼面结构，由此，能够提高叶片轮毂的振动稳定性，所述翼面结构在剖面上形成具有前翼部121和后翼部122的J字形状。
以下，参照附图，对构成根据本实施例的悬臂式叶片100的各个构成进行详细说明。
图5示出了图4所示的悬臂式叶片的正面方向剖面图。
参照图5和图4，倒圆角结构111能够以规定大小的曲率半径形成于根据本实施例的悬臂式叶片100的根部附件110和翼面120相互邻接的部分。
在所述情况下，就倒圆角结构111的曲率半径R而言，若是能够在根部附件110上部稳定地支撑翼面120的大小的结构，则没有特别地限制，优选地，倒圆角结构111的曲率半径r可以是根部附件110的宽度w的10至35％的长度。
当然，倒圆角结构111的曲率半径R能够根据使用环境及设计者的意图而适当地变更。
如图3至图5所示，根据本实施例的翼面120可以是包括一直线部123及曲线部124的构成。
具体地，一直线部123可以是从根部附件110向上方竖直延长规定高度而形成的结构。
此外，曲线部124可以是从一直线部123的上端部以一体式弯曲规定角度并向一侧方弯曲的结构。
此时，曲线部124的形成高度h2能够根据使用环境及设计者的意图适当地变更，优选地，可以是一直线部的形成高度h1的20至30％的长度。
图6示出了表示根据本发明一个实施例的悬臂式叶片的内部结构的侧面方向剖面图，图7示出了表示图6所示的悬臂式叶片的横剖面的一部分的部分放大图。
参照图6、图7与图4及图5，在根据本实施例的一直线部123的内部可以形成有第一流路125，冷却流体能够在第一流路125流动。此时，如图6所示，第一流路125可以是包括前翼流路127及后翼流路128的构成。
此外，如图6所示，在曲线部124的内部可以形成有第二流路126，冷却流体能够在第二流路126流动。
具体地，第一流路125可以是包括前翼流路127及后翼流路128的构成，所述前翼流路127引导冷却流体朝向翼面120的前翼部121流动，所述后翼流路128引导冷却流体朝向翼面120的后翼部122流动。
在所述情况下，第一流路125可以是包括排出连接流路129的构成，以便通过前翼流路127流入的冷却流体通过第二流路126及后翼流路128排出。
具体地，优选地，排出连接流路129的结构为，使得前翼流路127、后翼流路128及第二流路126相互连通。
另外，如图6所示，第二流路126可以是包括多个冷却流路131的构成，所述多个冷却流路131向翼面120的后翼方向延长。
此外，在第一流路125和第二流路126之间可以形成有两个以上的排出连接口132，以便通过第一流路125进行流动的冷却流体中的一部分通过第二流路126进行流动。
此时，两个以上的排出连接口132的内径以沿着冷却流体的流动方向渐渐变大的形式构成，由此，可以将冷却流体的流量调节为一定。
如图6所示，根据本实施例的悬臂式叶片100可以是还包括通道隔壁133的构成，所述通道隔壁133引导冷却流体的流动。
具体地，根据本实施例的通道隔壁133能够以如下形式进行引导：使得分别从下部流入前翼流路127及后翼流路128的冷却流体沿着上升后下降然后再一次上升的路径流动。
根据不同的情况，如图6所示，在通道隔壁133可以朝向前翼部121及后翼部122形成有两个以上的旁通贯通口134。
此外，在翼面120的一端部可以形成有两个以上的排出口135，所述排出口135与第二流路126相连通，以便通过第二流路126进行流动的冷却流体的一部分能够向翼面120的一端部方向排出。
此时，两个以上的排出口135的内径大小以沿着翼面120的后翼部方向渐渐变大的形式构成，由此，可以将冷却流体的流量调节为一定。
根据不同的情况，如图7所示，在后翼流路128的内部可以形成有多个凸起结构136，所述凸起结构136以凸出规定高度的形式形成，以便能够在冷却流体的流动中形成乱流。
如以上所说明的一样，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种包括如下结构的悬臂式叶片，其省略围带结构，设置有翼面结构，从而能够提高叶片轮毂的振动稳定性，翼面结构在剖面上形成具有前翼部和后翼部的J字形状。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，在根部附件和翼面相互邻接的部分形成有特定结构的倒圆角结构，由此，可以提供一种稳定结构的悬臂式叶片。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其设置有一直线部和曲线部，由此，使得翼面的冷却性能显著提高，一直线部和曲线部形成有特定结构的第一流路及第二流路。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其设置有第一流路，由此，使得翼面的冷却性能显著提高，所述第一流路包括特定结构的前翼流路、后翼流路。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其设置有根据位置的不同内径相互不同的排出连接口及排出口，由此，能够进行引导，使得制冷流体的排出量相互类似，从而使得翼面的冷却性能显著提高。
此外，根据本发明的悬臂式叶片，可以提供一种悬臂式叶片，其为了能够在冷却流体的流动中形成乱流，在第二流路的内部形成有以凸出规定高度的形式形成的多个凸起结构，由此，使得翼面的冷却性能显著提高。
此外，本发明可以提供一种燃气轮机，其包括根据所述本发明的悬臂式叶片100。
由此，根据本发明的燃气轮机，可以提供一种燃气轮机，其设置有特定结构的悬臂式叶轮，由此能够提高叶片轮毂的振动稳定性。
在以上的本发明的详细说明中，只描述了根据本发明的特别实施例。但是，应当理解为，本发明并非限定于详细说明中所提及的特别形态，而将在附加的权利要求书定义的本发明的精神和范围内的所有变形物和均等物及代替物包含在内。
换句话说，本发明并非限定于上述特定的实施例及说明，并且，在没有脱离权利要求书所请求的本发明的要旨的状态下，若是本发明所属技术领域具有一般知识的技术人员，则任何人都能够进行多种的变形实施，并且与之相同的变形在本发明的保护范围之内。
标号说明
10：转盘
11：燕尾槽
100：悬臂式叶片
110：根部附件
111：倒圆角结构
120：翼面
121：前翼部
122：后翼部
123：一直线部
124：曲线部
125：第一流路
126：第二流路
127：前翼流路
128：后翼流路
129：排出连接流路
131：冷却流路
132：排出连接口
133：通道隔壁
134：旁通贯通口
135：排出口
136：凸起结构
d1：排出连接口的内径
d2：排出连接口的内径
d3：排出连接口的内径
d4：排出口的内径
d5：排出口的内径
d6：排出口的内径
h1：一直线部的形成高度
h2：曲线部的形成高度

Claims (20)

1.一种悬臂式叶片，多个悬臂式叶片沿着圆周方向以隔开一定距离的形式设置于燕尾槽，所述燕尾槽沿着圆周方向设置于燃气轮机转盘的外周面，并且悬臂式叶片设置有下部的根部附件以及从所述根部附件以规定高度形成的翼面，悬臂式叶片的特征在于，
在距所述根部附件任意高度上的所述翼面的剖面结构形成具有前翼部和后翼部的J字形状。
2.根据权利要求书1所述的悬臂式叶片，其特征在于，
所述倒圆角结构以规定大小的曲率半径形成于所述根部附件和翼面相互邻接的部分。
3.根据权利要求书2所述的悬臂式叶片，其特征在于，
所述倒圆角结构的曲率半径为根部附件的宽度的10至35％的长度。
4.根据权利要求书1所述的悬臂式叶片，其特征在于，所述翼面包括：
一直线部，其从所述根部附件向上方竖直延长规定高度而形成；以及
曲线部，其结构为从所述一直线部的上端部以一体式向一侧方弯曲规定角度。
5.根据权利要求书4所述的悬臂式叶片，其特征在于，
所述曲线部的形成高度为一直线部的形成高度的20至30％的长度。
6.根据权利要求书4所述的悬臂式叶片，其特征在于，
第一流路形成于所述一直线部的内部，冷却流体能够在第一流路流动；
第二流路形成于所述曲线部的内部，冷却流体能够在第二流路流动。
7.根据权利要求书6所述的悬臂式叶片，其特征在于，
所述第一流路包括：
前翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的前翼部流动；以及
后翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的后翼部流动；
所述第一流路包括排出连接流路，以便通过前翼流路流入的冷却流体通过第二流路及后翼流路排出。
8.根据权利要求书6所述的悬臂式叶片，其特征在于，所述第二流路包括：
多个冷却流路，其向翼面的后翼方向延长，
在第一流路和第二流路之间形成有两个以上的排出连接口，以便通过所述第一流路流动的冷却流体中的一部分通过第二流路进行流动。
9.根据权利要求书8所述的悬臂式叶片，其特征在于，
所述两个以上的排出连接口的内径沿着冷却流体的流动方向渐渐变大。
10.根据权利要求书7所述的悬臂式叶片，其特征在于，
所述前翼流路及后翼流路分别通过通道隔壁形成，通道隔壁引导从下部流入的冷却流体沿着上升后下降然后再一次上升的路径流动。
11.根据权利要求书10所述的悬臂式叶片，其特征在于，
在所述通道隔壁朝向前翼部及后翼部形成有两个以上的旁通贯通口。
12.根据权利要求书6所述的悬臂式叶片，其特征在于，
在所述翼面的一端部形成有两个以上的排出口，所述排出口与第二流路相连通，以便通过第二流路进行流动的冷却流体的一部分能够向翼面一端部方向排出。
13.根据权利要求书12所述的悬臂式叶片，其特征在于，
所述两个以上的排出口的内径大小沿着翼面的后翼部方向渐渐变大。
14.根据权利要求书7所述的悬臂式叶片，其特征在于，
在所述后翼流路的内部形成有多个凸起结构，所述凸起结构以凸出规定高度的形式形成，以便能够在冷却流体的流动中形成乱流。
15.一种燃气轮机，其包括悬臂式叶片，多个悬臂式叶片沿着圆周方向以隔开一定距离的形式设置于燕尾槽，燕尾槽沿着圆周方向设置于燃气轮机转盘的外周面，悬臂式叶片设置有下部的根部附件以及从根部附件以规定高度形成的翼面，所述燃气轮机的特征在于，
构成所述悬臂式叶片的所述翼面的剖面结构形成具有前翼部和后翼部的J字形状。
16.根据权利要求书15所述的燃气轮机，其特征在于，
所述翼面包括：
一直线部，其从所述根部附件向上方竖直延长规定高度而形成；以及
曲线部，其结构为从所述一直线部的上端部以一体式弯曲规定角度并向一侧方弯曲。
17.根据权利要求书16所述的燃气轮机，其特征在于，
第一流路形成于所述一直线部的内部，冷却流体能够在第一流路流动；
第二流路形成于所述曲线部的内部，冷却流体能够在第二流路流动。
18.根据权利要求书17所述的燃气轮机，其特征在于，
所述第一流路包括：
前翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的前翼部流动；以及
后翼流路，其引导冷却流体朝向翼面的后翼部流动；
所述第一流路包括排出连接流路，以便通过所述前翼流路流入的冷却流体通过第二流路及后翼流路排出。
19.根据权利要求书17所述的燃气轮机，其特征在于，所述第二流路包括：
多个冷却流路，其向翼面的后翼方向延长，
在第一流路和第二流路之间形成有两个以上的排出连接口，以便通过所述第一流路流动的冷却流体中的一部分通过第二流路进行流动。
20.根据权利要求书17所述的燃气轮机，其特征在于，
在所述翼面的一端部形成有两个以上的排出口，所述排出口与第二流路相连通，以便通过第二流路进行流动的冷却流体的一部分能够向翼面一端部方向排出。
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