專利名稱：用于燃氣輪機的第二相的高效定子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于燃氣輪機的第二相的定子。
更具體的，本發(fā)明涉及用于低壓燃氣輪機的第二相的高空氣動力學效率的定子。
背景技術：
燃氣輪機涉及旋轉熱力發(fā)動機，其使用來自燃燒的氣體將氣體的焓轉化為有用功，且其提供機械功率到旋轉軸上。
因此，渦輪通常包括壓縮器或者渦輪壓縮器，來自外部的空氣在壓力下進入壓縮器或者渦輪壓縮器內(nèi)部。
各種噴射器供給燃料，該燃料與空氣混合，以形成空氣-燃料點火混合物。
渦輪，或者更精確的渦輪膨脹器攜帶軸向壓縮器，其將機械能供給到使用者，轉換在燃燒室中燃燒的氣體的焓。
在產(chǎn)生機械能的應用中，膨脹跳躍細分為兩個部分跳躍，每一個部分跳躍發(fā)生在渦輪中。高壓渦輪在燃燒室的下游攜帶壓縮器。收集來自高壓渦輪的氣體的低壓渦輪然后連接到使用者。
渦輪膨脹器、渦輪壓縮器、燃燒室(或者加熱器)、出口軸、調(diào)節(jié)系統(tǒng)和點火系統(tǒng)形成了燃氣輪機設備的主要部分。
至于所關心的燃氣輪機的功能，已知流體通過一系列入口導管進入壓縮器。
在這些導管系統(tǒng)中，氣體具有低壓和低溫的特性，而當其通過壓縮器時，氣體被壓縮，且其溫度增加。
氣體然后進入燃燒(或者加熱)室，其中，其經(jīng)歷進一步較大的溫度增加。
氣體的溫度增加所必須的熱量由通過噴射器引入加熱室的氣體燃料的燃燒提供。
當啟動機器時，通過火花塞實現(xiàn)燃燒的觸發(fā)。
在燃燒室的出口處，高溫高壓氣體通過特殊的導管到達渦輪，其中，高溫高壓氣體放出在壓縮器和加熱室(燃燒室)中積累的部分能量，然后通過排放通道流到外部。
由于由氣體給予渦輪的功大于在壓縮器中吸收的，所以一定量的能量保持可用，在機器的軸上，其去除由附件以及移動機械機構的被動阻力吸收的功，表現(xiàn)設備的有用功。
由于高比率能量可用，實際的渦輪，更精確的渦輪膨脹器，通常是多相的，以優(yōu)化由氣體轉化為有用功的能量轉換收益。
因此，相為渦輪的每個部分的構成元素，且包括定子和轉子，每個裝備有一系列葉片。
然而，所有渦輪共同的主要必需要求之一為高效率，其必須通過在渦輪的所有部件上開發(fā)來獲得。
近年來，技術上超前的渦輪已經(jīng)通過升高諸如燃燒溫度、壓力變化、冷卻系統(tǒng)和渦輪的其它部件的效率之類的熱動力學循環(huán)參數(shù)來進一步改進。
現(xiàn)在，為了進一步提高效率，必須在輪廓的空氣動力學條件上開發(fā)。
葉片系統(tǒng)的幾何構造極大地影響空氣動力學效率。這依賴于這樣的事實，即，葉片的幾何特性確定相對流體速率的分布，因此影響沿著壁的限制層的分布，以及最后的但不是最小的摩擦損耗。
在低壓渦輪中，觀察到，旋轉速率工作條件可以從額定速率的50％變化到105％，因此，渦輪的葉片系統(tǒng)必須將高的空氣動力學效率維持在很寬的范圍內(nèi)。
特別是在低壓渦輪的第二相的定子葉片的情況下，需要特別高的效率，同時維持合適的空氣動力學和機械載荷。
燃氣輪機的總功率不僅與渦輪本身的效率有關，而且還與其可以處理的氣體流速有關。
因此，通過增加其能夠處理的氣體流速可以獲得功率增加。
缺點之一在于，這明顯產(chǎn)生效率降低，效率降低大大減小了功率增加。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一是提供用于低壓渦輪的第二相的定子，其與渦輪的尺寸相同，增加了渦輪本身的功率。
本發(fā)明的另一個目的是提供用于低壓渦輪的第二級的定子，其允許高空氣動力學效率，同時能夠獲得渦輪的高流速，結果增加具有相同渦輪尺寸的渦輪本身的功率。
本發(fā)明的還有的目的是提供用于低壓渦輪的第二相的定子，其允許高空氣動力學效率。
本發(fā)明的還有一個目的是提供用于低壓渦輪的第二相的定子，其通過自動過程在寬的范圍生產(chǎn)。
本發(fā)明的還有的目的是提供用于低壓渦輪的第二相的定子，其通過三維建模能夠通過有限系列的起始元素限定。
通過根據(jù)在權利要求1中指定的用于低壓渦輪的第二相的定子實現(xiàn)了本發(fā)明的這些和其它目的。
根據(jù)本發(fā)明的定子的還有的特性是從屬權利要求的目的。
參考包括的附圖，從下面的示例性的和非限制性的描述可以更明白根據(jù)本發(fā)明的用于低壓渦輪的第二相的定子的特性和優(yōu)點，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)有空氣動力學輪廓的渦輪的定子的葉片的凸起視圖；圖2是圖1的葉片的相對側的凸起視圖；圖3和4是根據(jù)本發(fā)明的多個葉片從排放側的凸起的示意圖；圖5是氣流在壓力下從側部的入口方向上的凸起視圖；圖6是在葉片的不同高度處的、從根據(jù)本發(fā)明的空氣動力學輪廓的跡線上面的示意圖。
具體實施例方式
參考附圖，定子設置為用于燃氣輪機的第二相，其包括外部側面和分布在定子本身的外部側表面上的一系列葉片1。
所述葉片1均勻地分布在所述外部側表面上。
每個葉片1通過點的離散組合在笛卡兒參考系X、Y、Z中的坐標來限定，其中，軸線Z是與渦輪的中心軸線相交的徑向軸線。
每個葉片1的輪廓通過在輪廓本身和位于離開中心軸線距離Z的平面X、Y之間一系列閉合相交曲線20來確定。
每個葉片1的輪廓包括壓力下的第一凹面3，處于低壓下且與第一凹面相對的第二凸面5。
兩個面3、5是連續(xù)的且共同地形成每個葉片1的輪廓。
在端部處，根據(jù)已知技術，在每個葉片1及定子本身之間有連接器。
每個閉合的曲線20具有喉角，其由在相應于離開閉合曲線20本身的中心軸線距離Z的半徑處求值的喉部的長度和圓周節(jié)距之間的比例的余弦弧度限定。
每個葉片1與相鄰的葉片一起限定氣體的通道部分，分別有第一入口部分和喉部部分，氣體順序通過它們。
觀察到，通過增加喉部部分，在單位時間內(nèi)，較大量的氣體能夠流過渦輪。
因此，可以通過相同數(shù)量的葉片且維持相同尺寸特性來增加燃氣輪機的流速。
通過合適地改變每個閉合曲線20的喉角來實現(xiàn)定子的每個喉部部分的增加。
每個葉片1具有在葉片1本身的中間高度處求值的平均喉角。
所述平均喉角最好范圍為從57.8°到60.8°。
所述平均喉角最好為59.3°。
每個葉片1具有沿著葉片1本身的高度變化的喉角分布。
相對于平均喉角的值，所述喉角分布具有最好范圍從+1.5°到-1.5°的改變，使得將第二壓降減小到最小。
這樣，通過合適地成形渦輪的第二相的定子葉片的輪廓，可以獲得滿意的效率和使用壽命。
實際上，喉部部分和通過相對于喉部部分本身的傾斜變成形葉片獲得的渦輪葉片的諸如效率和使用壽命之類的特性之間有聯(lián)系。
每個葉片1的輪廓合適地成形，以允許效率維持在高水平。
這是特別重要的，因為通常在流速增加時，由于空氣動力學下降的增加出現(xiàn)效率的必然下降，這大大限制了渦輪本身功率的總體增加，因為功率由這兩個因素成比例的影響，即，流速和轉換效率。
此外，每個葉片1的使用壽命也直接受所述平均喉角影響。
這是因為，根據(jù)平均喉角，空氣動力學載荷在每個葉片上變化，且引起其上的機械應力，連同在渦輪本身運行期間產(chǎn)生的熱應力，該機械應力隨著時間產(chǎn)生每個葉片功能性的損耗，導致其替換。
根據(jù)本發(fā)明，一旦平均喉角固定，且沿著葉片1的高度Z的喉角分布的改變也固定，那么可以成形每個葉片1的輪廓，使得維持高效率和足夠的使用壽命。
燃氣輪機的第二相的定子最好包括一系列成形的葉片1，其每個具有成形的空氣動力學輪廓。
用于燃氣輪機的第二低壓相的定子的每個葉片1的空氣動力學輪廓通過一系列閉合曲線20限定，這些閉合曲線的坐標相對于笛卡兒參考系X、Y、Z限定，其中，軸線Z是與渦輪的中心軸線相交的徑向軸線，且位于離開中心軸線距離Z處的所述閉合曲線20根據(jù)表格I限定，表格I的值涉及室溫輪廓，且除以以毫米表示的軸向弦的值，該軸向弦的值涉及葉片1的最內(nèi)部距離Z，在表格I中表示為CHX。
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而且，根據(jù)本發(fā)明的葉片的空氣動力學輪廓由表格I的值通過將閉合曲線20的系列堆疊在一起且連接它們來獲得，使得獲得連續(xù)的空氣動力學輪廓。
考慮每個葉片1的尺寸可變性，最好通過熔煉過程獲得，每個葉片1的輪廓在垂直于葉片1本身的輪廓的方向上可以具有+/-0.3mm的公差。
每個葉片1的輪廓也可以包括隨后涂覆的涂層，使得改變輪廓本身。
所述抗磨損的涂層具有在垂直于每個葉片表面方向上限定的厚度，其范圍從0到0.5mm。
而且，很明顯，表格I的坐標的值可以乘以或者除以校正常數(shù)，以獲得更大或者更小比例的輪廓，同時維持相同的形式。
根據(jù)本發(fā)明，相對于具有相同尺寸特性的渦輪，獲得了流動功能的相當大的增加，其直接與流速相關聯(lián)，更具體的，使用根據(jù)本發(fā)明的定子，相對于具有同樣尺寸的渦輪，相當大地增加了流動功能，同時維持了高轉換效率。
同時，每個葉片因此具有允許維持高轉換效率和高使用壽命的空氣動力學輪廓。
權利要求
1.一種用于低壓渦輪的第二相的定子，其具有一系列葉片(1)，每個葉片由點的離散組合在笛卡兒參考系(X、Y、Z)中的坐標來限定，其中，軸線(Z)是與渦輪的中心軸線相交的徑向軸線，每個葉片(1)的輪廓通過在輪廓本身和位于離開中心軸線距離(Z)的平面(X、Y)之間一系列閉合相交曲線(20)來確定，每個葉片(1)具有由在平均喉部點的半徑處求值的在葉片的中間高度處的平均喉部長度和圓周節(jié)距之間的比例的余弦弧度限定的平均喉角，其特征在于，所述平均喉角范圍為從57.8°到60.8°。
2.根據(jù)前面的權利要求所述的用于低壓渦輪的第二相的定子，其特征在于，所述平均喉角為59.3°。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述的用于低壓渦輪的第二相的定子，其特征在于，每個閉合的曲線(20)具有喉角，其由在相應于離開閉合曲線(20)本身的中心軸線距離(Z)的半徑處求值的喉部的長度和圓周節(jié)距之間的比例的余弦弧度限定，以及特征在于，每個葉片(1)具有沿著葉片(1)的高度(Z)的喉角分布，相對于所述平均喉角，所述喉角分布具有范圍從+1.5°到-1.5°的改變。
4.根據(jù)前面的權利要求中任何一項所述的用于低壓渦輪的第二相的定子，其特征在于，所述閉合曲線(20)根據(jù)表格I限定，表格I的值涉及室溫輪廓，且除以以毫米表示的軸向弦的值，該軸向弦的值涉及葉片(1)的最外部距離(Z)。
5.根據(jù)前面的權利要求中任何一項所述的用于低壓渦輪的第二相的定子，其特征在于，每個葉片(1)的輪廓在垂直于葉片(1)本身的輪廓的方向上具有+/-0.3mm的公差。
6.根據(jù)前面的權利要求中任何一項所述的用于低壓渦輪的第二相的定子，其特征在于，每個葉片(1)的輪廓包括抗磨損的涂層。
7.根據(jù)前面的權利要求中任何一項所述的用于低壓渦輪的第二相的定子，其特征在于，所述涂層具有的厚度范圍從0到0.5mm。
全文摘要
用于低壓渦輪的第二相的定子具有一系列葉片(1)，每個葉片由點的離散組合在笛卡兒參考系(X、Y、Z)中的坐標來限定，其中，軸線(Z)是與渦輪的中心軸線相交的徑向軸線。每個葉片(1)的輪廓通過在輪廓本身和位于離開中心軸線距離(Z)的平面(X、Y)之間一系列閉合相交曲線(20)來確定。每個葉片(1)具有由在平均喉部點的半徑處求值的在葉片的中間高度處的平均喉部長度和圓周節(jié)距之間的比例的余弦弧度限定的平均喉角；所述平均喉角范圍為從57.8°到60.8°。
文檔編號F01D5/14GK1769647SQ20051006412
公開日2006年5月10日 申請日期2005年4月11日 優(yōu)先權日2004年4月9日
發(fā)明者S·弗蘭茨尼 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司