CN1237258C - 涡轮叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是实现涡轮叶片效率的进一步改善，该涡轮叶片具有一个设置在叶片顶端部位的伸出叶片轮廓的拱台。为此，拱台(10)仅在压力侧(8)的表面区域(13)的一部分区域内构成，该表面区域是由一条不仅在入口边(5)而且在出口边(6)部位与叶片(4)的压力侧(8)接触的假想的弦(12)围出。

Description

涡轮叶片
技术领域
本发明涉及一种涡轮叶片，其带有一个设置在叶片顶端部位伸出叶片轮廓的拱台。
背景技术
尤其在小型涡轮机中，在涡轮叶片的顶端部位也就是在叶片顶端和叶片封板之间出现的间隙损失达到相当显著的程度，从而导致明显的效率损失。这种间隙损失的原因是在叶片顶端部位的压力侧和抽吸侧之间的压力差，由此出现工作流体的溢流。这种溢流可以通过提高叶片顶端和叶片封板之间的摩擦损失来减少，从而降低间隙损失，导致效率提高。
已知的旨在减少间隙损失和提高涡轮叶片可靠性的措施，是在叶片顶端部位设置一个侧面伸出于叶片轮廓的肋片或拱台(所谓的微型覆环或小翼)(.O kapuu，在“von Karman Institute for FluidDynamics”演讲系列1987-07到论文“Small High Pressure RatioTurbines”1987年6月15-18日，第1-4页，图1-4中的报告“Aerodynamic design of first stage turbines for small aeroengines”)。GB-A-2 153 447和GB-A-2 050 530中也公开了带有伸出抽吸侧和压力侧的拱台的叶片。此外GB-A-2 050 530还示出了一种带有布置在抽吸侧的拱台，该拱台在所有面都从叶片伸出。
但这些解决方案增大了叶片的入口楔形角和出口楔形角，从而相应地增大了效率损失。
发明内容
本发明试图避免上述所有缺点。发明目的在于进一步改善涡轮叶片的效率，该涡轮叶片带有一个设置在叶片顶端部位的伸出叶片轮廓的拱台。
根据本发明，上述目的是这样实现的，即拱台在叶片压力侧上并仅在压力侧的一定表面部位的部分区域形成。这里，该确定区域是由一条假想的弦围出的压力侧的部位，该弦不仅邻近叶片压力侧的入口边缘处而且邻近其出口边缘处。
压力侧的支撑拱台的部分区域位于两个在叶片压力侧的点之间并与之间隔一定距离，其中第一个点布置在入口边部位，第二个点布置在出口边部位，假想的弦与这两个点毗连。特别有利的是，在第一个点和拱台之间以及第二个点和拱台之间形成一个间距a1，a2，其分别对应于叶片相应部位的叶片厚度d1，d2。
因为拱台仅在压力侧的一部分上延伸，所以两个楔形角即入口角和出口角可以保持较小。由此产生了一种尖锐的叶片几何形状，其本身可避免叶片入口边缘部位的高马赫数(Machzahlen)和叶片出口边缘部位的死水区。最后，在进一步保证降低间隙损失的情况下实现对效率的进一步改善。
从入口边起，拱台在叶片的弦长度I的30-40％的区域内具有高出压力侧的最大高度hmax。这里，拱台的该高度不仅向叶片入口边方向而且向出口边方向都是连续降低的。拱台的最大高度hmax大致对应于叶片厚度d3，该厚度d3如在叶片邻近拱台的并背向叶片顶端的部位所形成的。另外优选拱台设计成波状。
附图说明
附图中借助一涡轮增压机的废气涡轮工作叶片示出了本发明的一个实施例。
图1工作叶片压力侧的侧视图；
图2工作叶片沿图1中II-II线的截面图；
图3工作叶片沿图1中III-III线的截面图。
图中仅示出了对理解本发明来说重要的零件。例如包括叶片封板在内的废气涡轮其它构件没有示出。
具体实施方式
图1中示出的作为工作叶片的涡轮叶片由一个叶片根部2、平台3和一个叶片4构成。未示出涡轮的与平台相邻的涡轮叶片直接紧挨着，并这样构成流动通道的内部界限，该内部通道向外被一个同样未示出的叶片封板封闭。叶片4有一个入口边5、一个出口边6、一个抽吸侧7、一个压力侧8以及一个叶片顶端9(图2)。
叶片顶端9部位处，在叶片4的压力侧8上设置一个拱台10，该拱台仅在整个压力侧8的部分区域11延伸。该部分区域11是压力侧8的由一假想弦包围的表面区域13的组成部分。为此，弦12在叶片4的入口边5部位与第一个点14毗连，在叶片4的出口边6部位与第二个点15毗连。接纳拱台10的部分区域在两个点14，15之间形成并与之间隔一定距离。该部分区域小于由弦12包围的表面区域13(图3)。
在第一个点14和拱台10之间构成一个间距a1，该间距大致相当于叶片4该部位处的叶片厚度d1。同样，在第二个点15和拱台10之间构成一个间距a2，该间距大致相当于叶片4该部位处的叶片厚度d2。
拱台10具有一个高出压力侧8的最大高度hmax，其大致相当于叶片厚度d3，该厚度d3在叶片4的邻近拱台10但背向叶片顶端9的部位构成(图2)。该最大高度hmax位于距离入口边5一定间距b处，该间距b在叶片4的弦长度I的30-40％处(图3)。从该最大高度hmax起，拱台10的高度不仅向叶片4的入口边5方向而且向出口边6方向连续降低。这里，拱台10的高度在两个方向上这样降低，即沿弦的长度I产生一种波状外轮廓。
因为拱台10仅在压力侧8的部分区域11内构成并相对弦12的在压力侧8上的接触点向内偏置，还因为其高度在两个叶片边缘方向上都连续降低，所以涡轮叶片1的两个楔形角即入口角ω1和出口角ω2与现有技术中已知的方案相比可保持较小。
在运转中，这种尖锐的叶片几何形状改善了叶片4的入口边5部位的流动，并由此降低了马赫数。同样由于这种尖锐的叶片几何形状，在叶片4的出口边6部位避免了产生死水区。以此方式实现进一步改善效率，同时保证了间隙损失的必要减少。此外通过拱台10的波状外轮廓可以获得最佳的流动导向。
除了在叶片4的压力侧8上的拱台外，还可以在抽吸侧7上设置一个拱台(未示出)，由此可进一步减少溢流的危险，并可在相应的结构形式下改善该部位的流动导向。当然，这样一种拱台10不仅可用在工作叶片，也可用在导向叶片。
附图标记清单
16涡轮叶片，工作叶片
17叶片根部
18平台
19叶片
20入口边
21出口边
22抽吸侧
23压力侧
24叶片顶端
25拱台
26部分区域
27弦
28表面区域
29第一个点
30第二个点
a1间距
a2间距
b间距
d1间距
d2间距
d3间距
hmax10的最大高度
I 4的弦长
ω1 4的入口角
ω2 4的出口角

Claims (4)

1.带有一个叶片(4)的涡轮叶片，其中叶片(4)有一个入口边(5)、一个出口边(6)、一个叶片顶端(9)、一个抽吸侧(7)以及一个压力侧(8)，其中在叶片(4)的一侧上，在叶片顶端(9)部位设置有一个拱台(10)，其与入口边(5)和出口边(6)间隔一定距离并在这两者之间在表面的部分区域上延伸，其特征在于，拱台(10)设置在叶片(4)的压力侧(8)的一个表面区域(13)内，拱台(10)和入口边(5)之间的间距(a1)或者拱台(10)与出口边(6)之间的间距(a2)借助一条假想的弦(12)确定，该弦在入口边(5)部位与叶片(4)的压力侧(8)的第一点(14)相连，在出口边(6)部位与第二点(15)相连，其中在第一个点(14)和拱台(10)之间以及在第二点(15)和拱台(10)之间分别构成一个间距(a1，a2)，该间距大致相当于叶片(4)的相应部位的叶片厚度(d1，d2)。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其特征在于，拱台(10)从入口边(5)起，在叶片(4)的弦长(I)的30-40％区域内具有一个高出压力侧(8)的最大高度(hmax)，其中拱台(10)的高度不仅向叶片(4)的入口边(5)方向而且向出口边(6)方向连续降低。
3.根据权利要求2所述的涡轮叶片，其特征在于，拱台(10)的最大高度(hmax)大致相当于叶片厚度(d3)，该叶片厚度(d3)是在叶片(4)的与拱台(10)邻近的并背向叶片顶端(9)的部位的厚度。
4.根据权利要求3所述的涡轮叶片，其特征在于，拱台(10)设计成波状。
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