CN1547642A - 轴流式涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种轴流式涡轮机，其喷嘴叶片(1)和/或动叶片(5)具有下述形状，即假定喉部宽度s是一个喷嘴叶片(动叶片)的后端边缘与紧邻它的另一喷嘴叶片(动叶片)的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各喷嘴叶片(动叶片)之间的距离，则喉部宽度－间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大。利用这种结构构造的轴流式涡轮机，能够控制涡轮喷嘴单元和/或涡轮动叶片单元的叶片间的流路中的工作流体在叶片高度方向上的流量分布，并且降低工作流体在叶根部分的叶片轮廓损失和二次流损失，从而进一步提高涡轮级效率。

Description

轴流式涡轮机
技术领域
本发明涉及一种轴流式涡轮机，特别是这样一种涡轮机，其具有分别由涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元组合形成的多个涡轮级，并且能够显著提高涡轮级的级效率。
背景技术
在应用于发电厂等场合的蒸汽轮机或燃气轮机等轴流式涡轮机中，近来人们非常重视它们的热效率，特别是提高涡轮机的内部效率，以实现经济性运转。
目前有人正在研究将包含发生在涡轮叶片上的叶片轮廓损失和工作流体的二次流损失(二次损失)在内的各项损失，特别是涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中的工作蒸汽或工作燃气等工作流体的二次流所造成的二次流损失，抑制为尽可能低，以显著提高涡轮机的内部效率，这种研究已经成为一项重要的研究课题。
图10示出了通常适用于轴流式涡轮机中的一种涡轮喷嘴单元的结构，该涡轮喷嘴单元被称作“直叶片型”的。多个喷嘴叶片1(所谓的“静叶片”)沿着涡轮轴(未示出)的圆周方向呈列状设置在由外环2和内环3限定的环形流路4中。
多个涡轮动叶片5沿圆周方向设置在喷嘴叶片1的下游侧，从而对应于喷嘴叶片1的列状配置，如图8所示。涡轮动叶片5沿周向嵌装在转子盘6中，并分别在它们的外周端设有叶冠7，用于防止工作蒸汽或工作燃气(以下称作工作流体主流，或简称为主流)泄漏。
下面参照图10详细描述具有前述结构的轴流式涡轮中的工作流体产生于喷嘴叶片1上的二次流(以下仅称作二次流)的机理，图10是从喷嘴叶片1的出口侧所作的涡轮喷嘴单元的透视图。
工作流体主流流经叶片之间的弯曲形状的流路。在此阶段，从喷嘴叶片1的背侧(脊侧)B向着前侧(腹侧)F产生离心力。离心力被静压力平衡，因此前侧F的静压力增大。
另一方面，主流在背侧B的流速较高，从而导致静压力低。着会导致在压片之间的流路中从前侧F向背侧B产生压力梯度。形成在外环2和内环3的周壁面上的边界区域中也会类似地出现压力梯度。
然而，在叶片之间的流路的边界区域中，流速低而离心力变小，结果导致因此不能维持对从前侧F向背侧B的压力梯度的抵抗力，因此会产生从前侧F指向背侧B的工作流体二次流8。
二次流8冲撞在喷嘴叶片1的背侧B上并转而向上，从而在喷嘴叶片1与外环2和内环3相连以便支撑喷嘴叶片1的连接部分处产生二次流涡旋9a、9b。
通过上述方式，在二次流涡旋9a、9b的扩大或扩散以及因二次流导致的壁面摩擦等影响的作用下，工作流主流所拥有的能量受到部分损失，从而构成涡轮机内部效率显著下降的一个因素。通过与涡轮喷嘴单元中相同的方式，二次流损失也会出现在涡轮动叶片单元中。
现已公开了很多研究结果和提案，用以降低因产生在叶片之间的流路中的二次流涡旋9a、9b所造成的二次流损失。
作为示例，有一种涡轮喷嘴叶片被公开，其具有这样的轮廓，即其喉部宽度(スロ一ト)-间距比s/t在叶片的高度方向中部最大，另一方面，喉部宽度-间距比s/t在叶根部分和叶尖部分减小，如图9所示(见日本特开平6-272504号公报)，其中喉部宽度-间距比指的是喉部宽度s即前一喷嘴叶片1的后端边缘与紧邻所述前一喷嘴叶片1的另一喷嘴叶片1的背侧B之间的最短距离与呈环形排列的各叶片1之间的间距t之间的比值。
同传统应用在蒸汽轮机等中并被称作直叶片型(即叶片沿着穿过涡轮轴的中心且笔直径向延伸的径向直线设置)的涡轮喷嘴单元或涡轮动叶片单元相比，上述涡轮喷嘴单元具有下面所述的优点。在所谓直叶片型涡轮喷嘴单元中，发生在叶片高度方向中部的损失较小，另一方面，发生在叶根部分和叶尖部分的损失相对较大，如图5A所示。此外，在所谓直叶片型涡轮动叶片单元中，发生在叶片高度方向中部的损失较小，另一方面，发生在叶根部分和叶尖部分的损失相对较大，如图5B所示。在下面的描述中，除非特别定义，否则“损失”即指工作流体的二次流损失。
相反，对于具有前述轮廓的涡轮喷嘴单元，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部最大，但在叶根部分和叶尖部分减小，如图4A中的虚线所示，在损失较大的叶根部分和叶尖部分，主流的流率减小，另一方面，在损失较大的叶片高度方向中部，主流流率增大。因此，同所谓直叶片型涡轮喷嘴单元相比，发生在涡轮喷嘴单元的整个流路中的损失减小。
此外，对于具有前述轮廓的涡轮动叶片单元，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部最大，但在叶根部分和叶尖部分减小，如图4B中的虚线所示，同所谓直叶片型涡轮动叶片单元相比，发生在涡轮动叶片单元的整个流路中的损失减小，这一点与前述涡轮喷嘴单元中的情况类似。
另外，有关其它研究结果，曾经公开了一种被称作复合偏斜型的涡轮喷嘴单元，其中喷嘴叶片1向着穿过涡轮轴中心的径向直线(图10中以附图标记E表示)弯曲(见日本特开平1-106903号公报)。
前述所谓复合偏斜型的涡轮喷嘴单元具有图7A所示结构，其中叶片的后端边缘呈弯曲轮廓从叶尖部分和叶根部分向叶片高度方向中部突出，以产生分别从叶尖部分和叶根部分向外环2和内环3施加的压力。因此，前述所谓复合偏斜型的涡轮喷嘴单元可以在外环2和内环3所形成的边界区域中产生小的压力梯度。
涡轮动叶片单元也可以具有图7B所示的形状，其中叶片的后端边缘呈弯曲轮廓从叶尖部分和叶根部分向叶片高度方向中部突出，从而以类似于前述涡轮喷嘴单元的方式产生分别从叶尖部分和叶根部分向叶冠7和转子盘6施加的压力，从而可以在叶冠7和转子盘6形成的边界区域中产生小的压力梯度(见日本特开平3-189303号公报)。
所谓复合偏斜型的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元具有这样的轮廓，即可以获得从叶尖部分向外环2施加的压力和从叶根部分向内环3施加的压力，而且外环2和内环3所形成的每个边界区域中产生的压力梯度保持较小，从而导致主流的流量较大。
然而，叶尖部分与外环2之间的连接部分和叶根部分与内环3之间的连接部分是作为工作流体的二次流损失大的区域而原始存在的。因此，即使能够导致大量的工作流体主流流动，但在进一步提高性能方面仍存在限制。
考虑到这一事实，在通过将喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部增大以确保流路面积增大的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中，可以使主流在叶片高度方向中部的区域中流过较大的量，在该区域中二次流损失较小。因此，可以相信，这种结构可以被构造成进一步提高性能，以提供出各种优点(见日本特开平8-109803号公报)。
然而，在具有上述轮廓的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中，喉部宽度-间距比s/t在叶根部分和叶尖部分较小，由喉部宽度-间距比s/t计算出的几何流出角α＝sin-1(s/t)也较小，而转向角变大。
公知的是，如果轴流式涡轮机的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元大致上具有小几何流出角或大转向角的话，边界区域会在叶片表面上扩张，从而导致叶片轮廓损失增大。
在主流的流动方向在叶片间的流路内显著改变时，在叶片间的流路内从前侧F向背侧B的压力梯度会变大，二次流8也会变大。
此外，形成于叶根部分和叶尖部分附近的叶片表面边界区域中的具有低能量的流体，以及形成于叶片之间的流路的周壁面上的边界区域中的具有低能量的流体，是与二次流8一起流动的，因而构成了二次流损失显著增大的一项因素。
特别地讲，叶根部分的小喉部宽度-间距比s/t使得环向间距t较小，并因此而导致喉部宽度s较小。由于从叶片的结构上考虑需要将后端边缘的厚度te保持在预定值，因此小的喉部宽度s导致后端边缘的厚度te与喉部宽度s的比值te/s变大。结果，如图11所示，叶片轮廓损失急剧增大。
作为最近的研究成果，其喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部增大的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元，以及所谓的所谓复合偏斜型的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元，分别具有前面描述的优点和缺点。因此，可以相信，只将它们能够带来优点的结构相组合，以形成所谓的组合型叶片，可以进一步提高涡轮级效率。
因此，考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种轴流式涡轮机，其能够控制涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的叶片间的流路中的主流在叶片高度方向上的流量分布，并且降低叶根部分的叶片轮廓损失和二次流损失，从而进一步提高涡轮级效率。
发明内容
为了实现上述目的，根据本发明的一种轴流式涡轮机包括沿着涡轮轴的轴向布置的多个涡轮级，所述多个涡轮级中的每个分别包括：一个涡轮喷嘴单元，其具有以预定间隔沿着由外环和内环限定的环形流路的圆周方向呈列状设置的喷嘴叶片，以及一个涡轮动叶片单元，其设置在涡轮喷嘴单元的下游侧，并且具有沿着涡轮轴的圆周方向呈列状嵌装在涡轮轴上的动叶片，其中，所述喷嘴叶片具有下述形状，即其喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个喷嘴叶片的后端边缘与紧邻该喷嘴叶片的另一喷嘴叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各喷嘴叶片之间的间距。
所述喷嘴叶片的所述喉部宽度-间距比s/t的极小值优选为全部喉部宽度-间距比中的最小值。
所述喷嘴叶片的叶根部分处的由喉部宽度-间距比s/t计算出的几何流出角α＝sin-1(s/t)优选设置在由喉部宽度-间距比s/t的最小值计算出的几何流出角的至少105％倍至115％倍的范围内。
所述喷嘴叶片的横截面可以沿圆周方向向着流体流出侧弯曲，以使叶片高度方向中部具有一个最突出部分。
所述喷嘴叶片可以在其后端边缘的一个位置上向着与流体的流动方向相反的上游侧或与流体的流动方向相同的下游侧倾斜或弯曲。
所述喷嘴叶片可以具有下述横截面，即叶片弦长在叶尖部分最大，在叶根部分最小。
另一方面，本发明的前述目的可以通过这样一种轴流式涡轮机而实现，该轴流式涡轮机包括沿着涡轮轴的轴向布置的多个涡轮级，所述多个涡轮级中的每个分别包括：一个涡轮喷嘴单元，其具有以预定间隔沿着由外环和内环限定的环形流路的圆周方向呈列状设置的喷嘴叶片，以及一个涡轮动叶片单元，其设置在涡轮喷嘴单元的下游侧，并且具有沿着涡轮轴的圆周方向呈列状嵌装在涡轮轴上的动叶片，其中，所述动叶片具有下述形状，即其喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个动叶片的后端边缘与紧邻该动叶片的另一动叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各动叶片之间的间距。
在本发明的这一方面，所述向着叶根部分从该极小值开始增大的喉部宽度-间距比s/t在叶根部分可以处达到全部喉部宽度-间距比中的最大值。
此外，所述动叶片的叶根部分处的由喉部宽度-间距比s/t计算出的几何流出角α＝sin-1(s/t)可以设置在由喉部宽度-间距比s/t的最小值计算出的几何流出角的至少105％倍至115％倍的范围内。
所述动叶片的横截面可以沿圆周方向向着流体流出侧弯曲，以使叶片高度方向中部具有一个最突出部分。
动叶片可以在其后端边缘的一个位置上向着与流体的流动方向相反的上游侧或与流体的流动方向相同的下游侧倾斜或弯曲。
另一方面，本发明的前述目的可以通过这样一种轴流式涡轮机而实现，该轴流式涡轮机包括沿着涡轮轴的轴向布置的多个涡轮级，所述多个涡轮级中的每个分别包括：一个涡轮喷嘴单元，其具有以预定间隔沿着由外环和内环限定的环形流路的圆周方向呈列状设置的喷嘴叶片，以及一个涡轮动叶片单元，其设置在涡轮喷嘴单元的下游侧，并且具有沿着涡轮轴的圆周方向呈列状嵌装在涡轮轴上的动叶片，其中，所述喷嘴叶片具有下述形状，即其喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个喷嘴叶片的后端边缘与紧邻该喷嘴叶片的另一喷嘴叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各喷嘴叶片之间的间距；所述动叶片具有下述形状，即其喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个动叶片的后端边缘与紧邻该动叶片的另一动叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各动叶片之间的间距。
附图说明
图1是应用在根据本发明的轴流式涡轮机中的涡轮喷嘴单元从工作流体主流的出口侧所作的透视图。
图2是应用在根据本发明的轴流式涡轮机中的涡轮动叶片单元从工作流体主流的出口侧所作的透视图。
图3是应用在根据本发明的轴流式涡轮机中的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的剖视图，用以解释它们的流动流路。
图4是在现有技术和本发明之间作比较的喉部宽度-间距比s/t分布图，其中图4A是涡轮喷嘴单元的喉部宽度-间距比s/t分布图，图4B是涡轮动叶片单元的喉部宽度-间距比s/t分布图。
图5是在现有技术和本发明的损失之间作比较的损失分布图，其中图5A是涡轮喷嘴单元的损失分布图，图5B是涡轮动叶片单元的损失分布图。
图6示出了应用在根据本发明的轴流式涡轮机中的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的几何流出角与损失变化量之间关系的损失变化量分布图。
图7示出了一种应用在传统轴流式涡轮机中的叶片从主流出口侧所作的透视图，其中图7A是涡轮喷嘴的透视图，图7B是涡轮动叶片的透视图。
图8是用于说明流经应用在根据本发明的轴流式涡轮机中的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的主流的流线的概念图。
图9示出了另一种应用在传统轴流式涡轮机中的叶片从主流出口侧所作的透视图。
图10是用于说明流经应用在传统轴流式涡轮机中的涡轮喷嘴单元的主流的流线的概念图。
图11是示出了应用在传统轴流式涡轮机中的涡轮喷嘴叶片的后端边缘处的损失的损失分布图。
图12是设有喷嘴隔板的轴流式涡轮机中的各级的例子的概念图。
具体实施方式
下面参照附图描述根据本发明的轴流式涡轮机的实施例。蒸汽轮机或燃气轮机可以作为下面描述的轴流式涡轮机，它们的一个例子显示于图12中。
具体地讲，图12中示出了设有喷嘴隔板的轴流式涡轮机100中的各涡轮级。在紧固于涡轮机壳101上的外环102和内环103上，固定着喷嘴叶片104，以形成喷嘴叶片流路。多个涡轮动叶片106布置在相应叶片流路的下游侧。动叶片106以预定的间隔呈列状嵌装在一个转子盘(轮)105的外周上。一个罩盖107连接在动叶片106的外周边缘上，以防止动叶片中的工作流体泄漏。
在图12中，工作流体即蒸汽S从图中所示的涡轮机的右侧(即上游侧)流向左侧(下游侧)。
图1是应用在根据本发明的轴流式涡轮机中的涡轮喷嘴单元从位于后端边缘处的出口侧所作的透视图。在图1中，多个喷嘴叶片1以预定间隔沿着由外环2和内环3限定的环形流路4的圆周方向呈列状设置，每个喷嘴叶片分别在其叶尖部分和叶根部分连接着外环2和内环3，从而构成一个涡轮喷嘴单元。
图2是相对于工作液的流动方向布置在涡轮喷嘴单元下游侧的动叶片5的透视图。叶尖部分由叶冠7支撑着，叶片嵌接部(叶根部分)嵌装在转子盘6中。
图3是喷嘴叶片1之间以及动叶片5之间的工作流体流路的剖视图。喉部宽度-间距比s/t被用作一个参数，用来确定工作流体从喷嘴单元或动叶片单元的出口流出的流动方向和流量，其中喉部宽度s指的是前一喷嘴叶片1或动叶片5的后端边缘与紧邻所述前一喷嘴叶片1或动叶片5的另一喷嘴叶片1或动叶片5的背侧之间的最短距离，即工作流体流路的最小流路宽度，环向间距(即呈列状布置的叶片之间的间距)t等于涡轮轴(未示出)的圆周方向长度除以喷嘴叶片或动叶片数量所得的值。图4A中的实线表示的是基于上述参数所作的喷嘴叶片1的喉部宽度-间距比s/t沿叶片高度的分布模式，图4B中的实线表示的是基于上述参数所作的动叶片5的喉部宽度-间距比s/t沿叶片高度的分布模式。
在根据本发明的轴流式涡轮机中，涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，如图4A和4B中的实线所示，这一点与图中虚线表示的传统单元中的方式相同。
此外，在根据本发明的轴流式涡轮机中，涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，而叶根部分的喉部宽度-间距比s/t大于虚线所示的传统单元。
在根据本发明的轴流式涡轮机中，涡轮喷嘴单元的喉部宽度-间距比s/t的所述极小值被设置成沿叶片高度的全部喉部宽度-间距比中的最小值；在涡轮动叶片单元中，叶根部分的喉部宽度-间距比s/t被设置成沿叶片高度的全部喉部宽度-间距比中的最大值。
通过扭曲叶片或改变叶片的横截面，可以容易地实现这样的叶片轮廓，以使涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比从该位置向着叶根部分逐渐加大。
一般而言，涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的损失分布会在叶片高度方向中部下降，并在叶根部分和叶尖部分升高，如图5A、5B中的虚线所示。结果，在传统涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中，一方面，工作流主流以大流量流经工作流体二次流损失(即二次损失)较小的叶片高度方向中部，另一方面，以小流量流经二次流损失较大的叶根部分和叶尖部分。
在本发明的这一实施例中，涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，如图4A和4B中的实线所示，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，因此，一方面，工作流主流以大流量流经二次流损失较小的叶片高度方向中部，另一方面，以小流量流经二次流损失较大的位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的部位，从而同传统单元相比可以提高涡轮级效率。特别地讲，喉部宽度-间距比在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后从该位置向着叶根部分逐渐加大，从而可以降低二次流损失等损失，以进一步提高涡轮级效率。
此外，根据本发明的这一实施例，叶根部分的几何流出角α＝sin-1(s/t)增大而转向角减小，因此同传统单元相比可以显著降低叶片轮廓损失和二次流损失。图5A中示出了涡轮喷嘴单元的损失分布图，图5B中示出了涡轮动叶片单元的损失分布图。
如图6所示，根据分析结果，以(叶根部分的几何流出角αroot-几何流出角的最小值αmin)/(几何流出角的最小值αmin)为基准，通过将涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的叶根部分的几何流出角α＝sin-1(s/t)限定在相对于其最小值的105％≤α≤115％的范围内，可以降低损失。
在本发明的这一实施例中，前面描述的喉部宽度-间距比s/t的分布模式，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，可以应用在图7A、7B所示的复合偏斜型的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中。这一点可以通过在涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的横截面上对叶片实施扭曲而容易地实现。
在涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中，叶片高度方向中部的横截面相对于径向直线E向着圆周方向偏移，具体地讲，叶片上存在一个最突出部分，该部分从喷嘴叶片1或动叶片5的高度方向中部向着毗邻该叶片1或5的前侧F设置的另一喷嘴叶片1或动叶片5的背侧B突出，从而使得所述最突出部分向着主流在圆周方向上的流出侧弯曲。该部分的偏移量(即突出量)是根据叶根部分和叶尖部分产生的二次流损失的大小来确定的。该偏移量的最适宜的值是，一方面，使喷嘴叶片1或动叶片5的叶片表面与径向直线E之间的夹角在叶根部分为10°，另一方面，在叶尖部分为5°。如果偏移量(即突出量)超出了上述适宜值，则会导致流线急剧变化，从而产生不好的效果。
因此，叶片横截面的偏移量(即突出量)的许用范围被这样设置，一方面，在从叶根部分指向叶片高度方向中部的区域内为10°±5°，另一方面，在从叶尖部分指向叶片高度方向中部的区域内为5°±5°。
通过在图7A、7B所示的复合偏斜型的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中采用前面描述的喉部宽度-间距比s/t的分布模式，以形成这样的叶片轮廓，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，可以产生下面的效果，即在首先流经喷嘴叶片1之间然后流经动叶片5之间的流线G1、G2、G3中，一方面，可以使流线G1流向叶根部分，另一方面，可以使流线G3流向叶尖部分，如图8所示，从而导致工作流体的二次流以低流率出现。
或者，前面描述的喉部宽度-间距比s/t的分布模式，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，也可以应用在所谓的楔形叶片型涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中。
在所谓的楔形叶片型涡轮喷嘴单元中，从径向直线E的方向看，叶片弦长C从叶根部分向着叶尖部分逐渐增大，如图9所示，而叶片弦长C与环向间距t之间的比值是为了降低相应叶片在叶片高度方向上的横截面中的叶片轮廓损失而确定的。
通过在所谓的楔形叶片型涡轮喷嘴单元中采用前面描述的喉部宽度-间距比s/t的分布模式，以形成这样的叶片轮廓，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，可以确保抑制二次流的产生。
在本发明的实施例中，如果在涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中均采用前面描述的喉部宽度-间距比s/t的分布模式，以形成这样的叶片轮廓，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，则还可以使每个涡轮喷嘴叶片和涡轮动叶片的后端边缘向着与主流的流动方向相反的上游侧或与主流的流动方向相同的下游侧倾斜或弯曲，从而确保抑制二次流的产生。
因此，如果在所谓复合偏斜型的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元或楔形叶片型的涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中采用采用前面描述的喉部宽度-间距比s/t的分布模式，以形成这样的叶片轮廓，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，从而构成涡轮级，可以显著降低涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元的损失，并提供出更高的功率，从而提高涡轮级效率。
工业实用性
根据本发明的轴流式涡轮机，可以在每个涡轮喷嘴单元和涡轮动叶片单元中分别采用前面描述的喉部宽度-间距比s/t的分布模式，以形成这样的叶片轮廓，即喉部宽度-间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，喉部宽度-间距比s/t在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的位置上出现极小值，然后喉部宽度-间距比s/t在叶根部分增大，从而构成涡轮级。因此，可以使工作流主流以大流量流经叶片高度方向中部，以提供出更高的功率，并且可以增大叶根部分的几何流出角α＝sin-1(s/t)，以显著降低叶片轮廓损失和二次流损失。
根据本发明的实施例，可以显著提高涡轮级的级效率，以增大每个涡轮级的功率。

Claims (12)

1.一种轴流式涡轮机，包括沿着涡轮轴的轴向布置的多个涡轮级，所述多个涡轮级中的每个分别包括：一个涡轮喷嘴单元，其具有以预定间隔沿着由外环和内环限定的环形流路的圆周方向呈列状设置的喷嘴叶片，以及一个涡轮动叶片单元，其设置在涡轮喷嘴单元的下游侧，并且具有沿着涡轮轴的圆周方向呈列状嵌装在涡轮轴上的动叶片，
其中，所述喷嘴叶片具有下述形状，即其喉部宽度一间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个喷嘴叶片的后端边缘与紧邻该喷嘴叶片的另一喷嘴叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各喷嘴叶片之间的间距。
2.如权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述喷嘴叶片的所述喉部宽度—间距比s/t的极小值是全部喉部宽度—间距比中的最小值。
3.如权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述喷嘴叶片的叶根部分处的由喉部宽度—间距比s/t计算出的几何流出角α＝sin-1(s/t)设置在由喉部宽度—间距比s/t的最小值计算出的几何流出角的至少105％倍至115％倍的范围内。
4.如权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述喷嘴叶片的横截面沿圆周方向向着流体流出侧弯曲，以使叶片高度方向中部具有一个最突出部分。
5.如权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述喷嘴叶片在其后端边缘的一个位置上向着与流体的流动方向相反的上游侧或与流体的流动方向相同的下游侧倾斜或弯曲。
6.如权利要求1所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述喷嘴叶片具有下述横截面，即叶片弦长在叶尖部分最大，在叶根部分最小。
7.一种轴流式涡轮机，包括沿着涡轮轴的轴向布置的多个涡轮级，所述多个涡轮级中的每个分别包括：一个涡轮喷嘴单元，其具有以预定间隔沿着由外环和内环限定的环形流路的圆周方向呈列状设置的喷嘴叶片，以及一个涡轮动叶片单元，其设置在涡轮喷嘴单元的下游侧，并且具有沿着涡轮轴的圆周方向呈列状嵌装在涡轮轴上的动叶片，
其中，所述动叶片具有下述形状，即其喉部宽度—间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个动叶片的后端边缘与紧邻该动叶片的另一动叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各动叶片之间的间距。
8.如权利要求7所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述向着叶根部分从该极小值开始增大的喉部宽度—间距比s/t在叶根部分处达到全部喉部宽度—间距比中的最大值。
9.如权利要求7所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述动叶片的叶根部分处的由喉部宽度—间距比s/t计算出的几何流出角α＝sin-1(s/t)设置在由喉部宽度—间距比s/t的最小值计算出的几何流出角的至少105％倍至115％倍的范围内。
10.如权利要求7所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述动叶片的横截面沿圆周方向向着流体流出侧弯曲，以使叶片高度方向中部具有一个最突出部分。
11.如权利要求7所述的轴流式涡轮机，其特征在于，所述动叶片在其后端边缘的一个位置上向着与流体的流动方向相反的上游侧或与流体的流动方向相同的下游侧倾斜或弯曲。
12.一种轴流式涡轮机，包括沿着涡轮轴的轴向布置的多个涡轮级，所述多个涡轮级中的每个分别包括：一个涡轮喷嘴单元，其具有以预定间隔沿着由外环和内环限定的环形流路的圆周方向呈列状设置的喷嘴叶片，以及一个涡轮动叶片单元，其设置在涡轮喷嘴单元的下游侧，并且具有沿着涡轮轴的圆周方向呈列状嵌装在涡轮轴上的动叶片，
其中，所述喷嘴叶片具有下述形状，即其喉部宽度—间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个喷嘴叶片的后端边缘与紧邻该喷嘴叶片的另一喷嘴叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各喷嘴叶片之间的间距；
所述动叶片具有下述形状，即其喉部宽度—间距比s/t在叶片高度方向中部出现极大值，在位于叶片高度方向中部与叶根部分之间的一个位置上出现极小值，并向着叶根部分从该极小值开始增大，其中喉部宽度s是一个动叶片的后端边缘与紧邻该动叶片的另一动叶片的背侧之间的最短距离，间距t是呈列状设置的各动叶片之间的间距。
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