用于軸流式渦輪的靜止導(dǎo)葉組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于軸流式渦輪的靜止導(dǎo)葉組件。描述了一種軸流式渦輪，其具有：外殼，其限定用于其中的工作流體的流動通路；轉(zhuǎn)子，其與外殼同軸；多個級，每個級包括沿周向安裝在外殼上的靜止導(dǎo)葉排、沿周向安裝在轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)葉片排，其中在級內(nèi)，n個導(dǎo)葉具有延伸部，使得n個導(dǎo)葉中的每個的后緣的至少一部分到達由其余N-n個導(dǎo)葉的后緣與同級的旋轉(zhuǎn)葉片的前緣限定的環(huán)形空間中。
【專利說明】用于軸流式渦輪的靜止導(dǎo)葉組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及一種用于軸流式(axial flow)渦輪，特別是用于低壓蒸汽渦輪的靜止導(dǎo)葉的組件。
【背景技術(shù)】
[0002]如美國專利第4，165，616號中所述，在所有渦輪葉片上獲得最大可能的級效率和避免負反力需要將軸向速度保持在特定范圍內(nèi)。離開可旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片的蒸汽的軸向速度為用于確定級負載、負反力的概率和渦輪級作負功的概率的最重要的參數(shù)中的一個。渦輪中的末級葉片或排氣葉片是最難最佳地設(shè)計的葉片，因為它們由于部分負載和過載操作而經(jīng)歷廣泛變化的壓力比。
[0003]當(dāng)排氣級下游的排氣壓力變化時，末級葉片優(yōu)化變得甚至更難，且常常導(dǎo)致其峰效率可為相當(dāng)?shù)偷娜~片。排氣壓力方面的相對較小的變化可對渦輪性能具有顯著的影響。當(dāng)在啟動期間或在停機期間，渦輪在部分負載下操作時，該效果尤其明顯，其中對于任何給定的質(zhì)量流速的在背壓力方面的變化可導(dǎo)致排氣級的操作模式從零功變?yōu)樽枞?，或反之亦然。渦輪的正常操作點通常設(shè)計成落在兩個上述極限之間。阻塞流區(qū)域中的操作將不產(chǎn)生附加渦輪功率輸出，但將增大循環(huán)的熱耗率，而零功區(qū)域外的操作將引起由其余渦輪葉片生成的功的消耗而非產(chǎn)生。
[0004]在零功點外操作的另外的缺點為末級將最終經(jīng)歷非穩(wěn)定流動現(xiàn)象，這可引起特別大的葉片振動。避免在阻塞點外操作的另外的原因為在阻塞點的上游和下游產(chǎn)生的非連續(xù)流型。此類非連續(xù)且非穩(wěn)定流矢量地加至由外力引起的葉片上的任何刺激性振動力。
[0005]公知對旋轉(zhuǎn)葉片在末梢處提供護罩并且/或者在中間高度點處提供減振器，以防止振動。美國專利第3，751，182號描述了一種形式的導(dǎo)葉，其在葉片的末梢附近緊固到相鄰旋轉(zhuǎn)葉片上，以連接葉片，以便減小振動。
[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)，看作是本發(fā)明的目的的是提供一種靜止導(dǎo)葉布置，特別是低壓蒸汽渦輪的末級葉片中的靜止導(dǎo)葉的布置。該布置優(yōu)選設(shè)計為減小葉片振動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種軸流式渦輪，其具有:外殼，其限定用于其中的工作流體的流動通路；轉(zhuǎn)子，其與外殼同軸；多個級，每個級包括沿周向安裝在外殼上的靜止導(dǎo)葉排、沿周向安裝在轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)葉片排，其中在級內(nèi)，η個導(dǎo)葉具有延伸部，使得η個導(dǎo)葉中的每個的后緣的至少一部分到達由其余Ν-η個導(dǎo)葉的后緣與同級的旋轉(zhuǎn)葉片的前緣限定的環(huán)形空間中。
[0008]延伸導(dǎo)葉的數(shù)目η大于零，但小于級中的導(dǎo)葉的總數(shù)N的一半。
[0009]優(yōu)選地，導(dǎo)葉的延伸部分位于更靠近外殼的導(dǎo)葉的三分之二內(nèi)。
[0010]從以下詳細描述和如下面所列的附圖中，本發(fā)明的以上方面和其他方面將是顯而易見的?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的示范實施例，在附圖中:
圖1A為渦輪的示意性軸向截面；
圖1B示出圖1A中的渦輪的末級的放大視圖；
圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的實例的渦輪的末級的放大視圖；并且 圖2B為根據(jù)本發(fā)明的實例的穿過渦輪的末級的導(dǎo)葉的、恒定徑向高度處的水平截面。
[0012]參考標記和數(shù)字清單 10軸流式渦輪
11外殼 12靜止導(dǎo)葉 121上/延伸導(dǎo)葉 122長度
123下/非延伸導(dǎo)葉 13旋轉(zhuǎn)葉片 14轉(zhuǎn)子 15環(huán)形空間。
【具體實施方式】
[0013]在以下的描述中將更詳細地描述本發(fā)明的實例的方面和細節(jié)。將參照附圖來描述本發(fā)明的示范實施例，其中，相似參考數(shù)字用于表示各處的相似元件。在以下描述中，為了闡釋的目的，提出了許多具體細節(jié)以提供本發(fā)明的徹底理解。然而，本發(fā)明可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實施，且不限于在本文中公開的示范實施例。
[0014]圖1A示出示范多級軸流式潤輪10。潤輪10包括外殼11,外殼11包圍沿周向安裝于其上的靜止導(dǎo)葉12和沿周向安裝在轉(zhuǎn)子14上的旋轉(zhuǎn)葉片13，其中轉(zhuǎn)子放置在軸承(未示出)中。外殼11、導(dǎo)葉12和葉片13限定用于其中的工作流體(諸如蒸汽)的流動通路。每個葉片12具有從轉(zhuǎn)子14至末梢區(qū)域延伸到流動通路中的翼型件。葉片13可由金屬(包括金屬合金)、復(fù)合材料(包括層狀復(fù)合材料，其包括由樹脂接合的層狀碳纖維)，或金屬和復(fù)合材料二者的混合物制成。渦輪10的多個級限定為成對的靜止導(dǎo)葉和移動葉片排，其中，渦輪10的末級朝渦輪10的下游端定位，渦輪10的下游端如由穿過渦輪10的正常流動方向(如由箭頭指出)限定。渦輪10可為蒸汽渦輪，且具體是低壓(LP)蒸汽渦輪。作為LP渦輪，其后面通常接著冷凝器單元(未示出)，蒸汽在冷凝器單元中冷凝。
[0015]圖1B中放大地示出具有末排導(dǎo)葉12和葉片13的常規(guī)渦輪10的末級。在常規(guī)渦輪中，形成末級或事實上任何其他級的周向組件的導(dǎo)葉或引導(dǎo)葉片在形狀和尺寸方面是基本一致的。導(dǎo)葉12的后緣和葉片13的前緣形成圍繞轉(zhuǎn)子14的環(huán)形空間15的邊界。蒸汽在其穿過末級且進入冷凝器(未示出)的路線上行進穿過該空間。
[0016]在如圖2A和圖2B所示的本發(fā)明的實例中，末級的若干導(dǎo)葉12具有延伸的弦長，且因此進一步延伸到末級的導(dǎo)葉12與葉片13之間的空間中。其他元件等同于或類似于圖1B的元件，且以相同數(shù)字表示。[0017]在圖2A中，上導(dǎo)葉121示為具有延伸的弦長。正常導(dǎo)葉的長度以虛線122指出。同樣，出于說明本發(fā)明的該實例的目的，下導(dǎo)葉123示為正常弦長的導(dǎo)葉。然而，優(yōu)選具有延伸的弦長的若干導(dǎo)葉圍繞級的圓周均勻或?qū)ΨQ地分配。具有延伸的弦長的導(dǎo)葉可圍繞級的圓周不規(guī)則或均勻地或?qū)ΨQ地分配。
[0018]優(yōu)選將具有延伸的弦長的導(dǎo)葉的部分限制在總導(dǎo)葉高度的下方2/3，保持導(dǎo)葉的末梢不變。通常，導(dǎo)葉與旋轉(zhuǎn)葉片之間的軸向間隙需要朝外殼增大以減小侵蝕，而在導(dǎo)葉的轂(hub)或末梢處，該間隙最小。較大的軸向間隙允許微滴在它們在較長距離上沿切向方向加速時更好地從主流分離。其次，更多微滴離心出且收集在外殼處，在此，它們不可損害旋轉(zhuǎn)葉片。通過僅增大僅少許導(dǎo)葉的弦，發(fā)現(xiàn)侵蝕僅略微增大，但導(dǎo)葉與旋轉(zhuǎn)葉片之間的通風(fēng)狀態(tài)下的高度周向引導(dǎo)(highly circumferentially directed)流受到干擾,從而導(dǎo)致較低的葉片振動。
[0019]周向布置的一部分在圖2B中示為在固定徑向距離處穿過導(dǎo)葉12的水平截面。在所示的五個導(dǎo)葉12中，導(dǎo)葉121具有延伸的弦長。因此，導(dǎo)葉121的后緣的至少一部分朝后面的葉片13(未示出)進一步到達空間中。虛線圓指示導(dǎo)葉之間的最窄通道或喉部。盡管引入延伸導(dǎo)葉121，但對于級的所有導(dǎo)葉都維持喉部和喉部角度或計量角度。沿導(dǎo)葉121兩側(cè)的流類似于穿過其他導(dǎo)葉的流，從而減小由延伸導(dǎo)葉121的引入引起的損耗。
[0020]值得注意的是，一個或多個延伸的導(dǎo)葉的引入相當(dāng)于純流動參數(shù)方面的級的亞最佳設(shè)計。本發(fā)明可看作是基于以下假定:在某些情況下，有利的是減小純流動效率以得到克服流動不穩(wěn)定性的抵抗力，從而增大渦輪及其葉片的操作包線和/或壽命。
[0021]將障礙物插入導(dǎo)葉12與葉片13之間的空間中可減小可能由一個因素2或更多因素引起的葉片振動。級的環(huán)中的延伸導(dǎo)葉的數(shù)目最佳的是在兩個至三個的范圍中。發(fā)現(xiàn)相對較少數(shù)目的延伸導(dǎo)葉在許多情況下足以中斷引起級之間的流型的葉片激振。
[0022]本發(fā)明已經(jīng)單純地經(jīng)由實例而在上文中描述，且可在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出改型，特別是如關(guān)于延伸導(dǎo)葉與具有正常弦長的導(dǎo)葉的比率和它們沿導(dǎo)葉環(huán)或隔板的圓周的空間分布。
[0023]本發(fā)明還包括在本文中描述或隱含的或在附圖中示出或隱含的任何獨立特征，或任何此類特征的任何組合，或延伸至其等同物的任何此類特征或組合的任何歸納。本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)由上述示范實施例中的任何一個限制。
[0024]在說明書(包括附圖)中公開的每個特征可由服務(wù)于相同、等同或類似目的的備選特征替換，除非另外明確指出。
[0025]除非在本文中明確指出，否則說明書各處的現(xiàn)有技術(shù)的任何論述都未承認此類現(xiàn)有技術(shù)是公知的，或形成該領(lǐng)域中的公共常識的一部分。
【權(quán)利要求】
1.一種軸流式渦輪(10)，包括: 外殼(11)，其限定用于其中的工作流體的流動通路； 轉(zhuǎn)子(14)，其與所述外殼(11)同軸； 多個級，每個所述級包括: 沿周向安裝在所述外殼(11)上的成排的N個靜止導(dǎo)葉(12);以及 沿周向安裝在所述轉(zhuǎn)子(14)上的成排的旋轉(zhuǎn)葉片(13)， 其中，在級內(nèi)，η個導(dǎo)葉(121)具有延伸部，使得所述η個導(dǎo)葉(12)中的每個的后緣的至少一部分進入由所述轉(zhuǎn)子(14)和所述外殼(11)以及其余Ν-η個導(dǎo)葉(12)的后緣和同級的旋轉(zhuǎn)葉片(13)的前緣限制的環(huán)形空間(15)中， 其中，延伸導(dǎo)葉(121)的數(shù)目η大于零，但小于所述級中的導(dǎo)葉(12)的總數(shù)N的一半。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪(10)，其特征在于，所述級為低壓蒸汽渦輪(10)的末級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪(10)，其特征在于，所述數(shù)目η選擇為O< η < Ν/4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪(10)，其特征在于，所述數(shù)目η選擇為O< η < 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪(10)，其特征在于，所述延伸部限制為導(dǎo)葉(12、121)的徑向高度的最初2/3。
【文檔編號】F01D9/02GK103541775SQ201310290716
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月11日
【發(fā)明者】B.梅格勒, I.W.麥貝安, T.S.里塞, S.哈瓦科奇安 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司