專利名稱：用于反動式汽輪機葉柵的葉片裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及到汽輪機動葉片，尤其涉及到一種新的汽輪機葉片的設計，它具有在空氣動力學方面更有效的葉型。
汽輪機效率可以通過降低葉片裝置的損失來改善，汽輪機效率與幾個參量，諸如蒸汽條件、循環(huán)結構和葉柵內效率有關。由于性能和葉片效率含義是相同的，所以這些參量中，內效率可能是最重要的一個參量。
在設計新的調節(jié)級和反動級葉柵時要考慮的其中兩個主要參量是(1)控制徑向汽流分布，使損失減到最小，和(2)改善靜葉柵和動葉柵的空氣動力學特性。
調節(jié)級葉片必須在一個壓力比從1.2到1.5的寬的工況范圍內工作，這主要是由于這級葉片運行工況是從部分進汽到全周進汽，而照這樣在全周進汽時離開噴咀的蒸汽速度將為亞音速，在部分進汽處為超音速。在部分進汽時，噴咀出口的馬赫數可以達到1.3水平。
通常，與沖動式葉片一樣，調節(jié)級葉片高寬比小而越過動葉片的汽流偏轉角大。越過動葉片的汽流偏轉角可以高達140°，這取決于部分進汽度。
低的高寬比和大偏轉角導致二次損失大，其損失常?？梢耘c葉型損失量相同，且在許多情況下可以起主導作用。改善調節(jié)級葉柵特性的基本目的是使二次流動的影響減到最小程度，以便降低葉型損失。
汽輪機葉片設計中有一種情況，給定葉柵的葉片有著扭曲的型面，其幾何形狀沿其長度而漸變，此時調整葉片的頻率就成了關鍵，以便在各種振型下葉片的共振頻率能安全地落在與汽輪機相關的運轉速度的諧振頻率之間，從而不致誘發(fā)破壞性振動。
其他的葉片具有不變的葉型，即沿葉片長度不扭曲。這些葉片由于較厚因此強度較大，所以不需要調頻。特別是當這些葉片用作動葉片時，它們必須有足夠強度，以便運行通過臨界轉速區(qū)。然而，即使用這種型式的葉片，也希望保持盡可能小的寬度，因為寬度小性能較好。如果寬度降到太小，葉片就不能承受負荷或可能引起葉片破壞的應力。
在設計用于汽輪機的任何葉片時，對許多參量必須認真考慮。當設計一臺新汽輪機用的葉片時，葉型設計者要靠給定的流動場下工作。該流動場由進汽角和出汽角(對通過同列相鄰二葉片間的蒸汽而言)特征尺寸(gaging)尤其是透率，來確定。特征尺寸柵距是喉部寬和節(jié)距之比，“喉寬”是指一個動葉的出汽邊和相鄰葉片的負壓側表面之間的直線距離。而節(jié)距是指相鄰兩動葉出汽邊之間的距離。這些參量對于具有普通技術水平的人員均是熟知的，這些參量在每個新的動葉或靜葉設計中起著重要的作用。
其他一般葉片設計包括以下幾個考慮因素具有鉚釘頭的葉片必須讓葉片鉚釘頭的位置盡可能靠近葉片的重心;葉片的出汽邊必須非常接近平臺的邊緣，和葉翼剖面的重心必須盡可能靠近平臺的重心，以使葉根上的離心應力減到最小程度。
本發(fā)明的主要目的是提供一種汽輪機葉片新的設計，這種設計使葉柵可靠性提高，且改善熱力性能。
為此目的，本發(fā)明用于汽輪機葉片，該葉片包括一進汽邊;一出汽邊;一個在進汽和出汽邊之間延伸并有某一曲率半徑的凹形壓力側表面;一個凸形、在進汽和出汽邊之間延伸并具有某一曲率半徑的負壓側表面。上述進汽邊、出汽邊和凹形、凸形表面構成了一個葉面，其特征在于沿著凸形負壓側表面的曲率半徑從進邊到出汽邊不斷增大，而沿著凹形壓力側表面的曲率半徑實際上是不變的。
通過以下對僅作為舉例而表示在附圖中的具體方案的說明，本發(fā)明將變得較容易明了。附圖中，

圖1是某一給定葉柵的兩相鄰汽輪機動葉片的葉面部分的橫截面視圖;
圖2是圖1中所示的凸形和凹形表面曲率半徑的特征比較圖;
圖3是本發(fā)明給出的頂部帶有鉚釘頭的葉片葉形部分的頂視圖，并表示出葉片鉚釘頭重心和葉片截面重心的相對位置。
眾所周知，通常汽輪機動葉包括葉面部份、平臺部分和葉根部分。其葉根部分用于將葉片安裝到轉子上(對于“動”葉)或安裝到汽缸上(對于“靜”葉)。葉根的設計和考慮的問題不是本發(fā)明的內容，所以省略了對葉根和葉片平臺部分的詳述。
由于本發(fā)明涉及到一個專門葉片型式，在這種葉片中從平臺到葉頂葉型是不變的，圖1示出的相鄰兩葉片的橫截面圖足以表示葉片的整個葉面部分。具有扭曲葉型的其他型式葉片，不同位置的橫截面視圖具有不同的形狀。本發(fā)明著重介紹具有固定葉型的葉片形狀。
參考圖1，用符號12和14表示兩個相鄰動葉，由于兩葉片形狀相同，所以下面將詳細敘述葉片14。
葉片14用于某一臺汽輪機，且包括一個進汽邊16、出汽邊18，一個凹形壓力側表面20和一個凸形負壓側表面22。
根據本發(fā)明，由駐點開始(駐點處速度為零)從進汽邊16到出汽邊18，沿著凸形負壓側表面22的曲率半徑連續(xù)增大，而沿著凹形壓力側表面20的曲率半徑是不變的。
曲率不斷增大和曲率不變的結構尤其適用于這樣一種結構，這種結構的葉片特征尺寸在27～33%范圍內，且這些葉片適用于高壓、中壓和低壓汽輪機的前幾級。特征尺寸安義為喉部寬和節(jié)距之比。在圖1中“喉部”用字母“O”表示，它是動葉12的出汽邊和葉片14的負壓側表面之間的距離?！肮?jié)距”用“S”表示，它代表的相鄰葉片12和14的出汽邊之間的直線距離。
葉片的寬度用距離Wm′表示，而葉片進汽角用α表示。
根據圖1所敘述的葉片被設計成與葉片表面型線相關的空氣動力學損失為最小。如果沿著葉片表面汽流能加速，從而保證較小的邊界層厚度。其空氣動力學損失即可以減到最小程度。為了達到這目的，沿著凸形表面的曲率半徑連續(xù)增大，而沿著凹形表面曲率半徑保持不變，以便于加工，這已在圖2中示出。
由于葉片必須在進汽角變化范圍很寬的條件下工作，所以選擇了包含一個大進汽邊的流動角(β)。
借助變化葉片方位(γ)可以獲得不同的葉片特征尺寸。對于這種葉片截面，選擇的葉片方位角大約為46°±3°，以獲得最佳性能。
本發(fā)明的另一種樣式，該新葉片葉型可以用作一種改變，在這種改型中，現有的動葉用新設計的葉片替代，在此情況中，現有鉚釘頭設計可以用新葉片設計，根據本發(fā)明，設計新的葉片截面，以使現有鉚釘頭可以裝配到葉面上而不增大葉片上的彎曲應力。
參考圖3，葉片鉚釘頭置疊在葉片頂上，使鉚釘頭的重心(O′)沿著YY軸、且在葉面重心(O)的上方定位。用這種結構，在運轉工況下鉚釘頭將產生一力矩，該力矩抵消由切向(Y-Y)的蒸汽力旋加到到葉片上的力矩，從而降低蒸汽彎曲應力，而提高葉片可靠性。
新葉片葉型也可以應用到具有整體圍帶，而稍有變形引起了彎曲應力的葉片上。
圖3中示出的尺寸表示該模型葉片寬度，該寬度在圖1中用Wm表示。新葉片截面設計可以直接用于不同的葉片寬度，只需按著W/Wm之比調整模型葉片的座標，這里W表示推薦的葉片寬度，而Wm是模型葉片寬度。
該鉚釘頭24具有重心O′，其位置是設Y-Y軸并在葉面重心O的上方。更尤其，鉚釘頭24的最小主轉動力矩軸在相對于葉片X-X軸65°處，以圖3中所示的尺寸、鉚釘頭24的重心的位置在離Y-Y軸0.305mm，葉片X-X軸上方4.0386mm處。
權利要求
1.汽輪機用的葉片包括一個進汽邊(16)；一個出汽邊(18)；一個凹形壓力側表面(20)，它在進汽邊和出汽邊之間延伸并具有某一曲率半徑；和一個凸形負壓側表面(22)，它在進汽邊和出汽邊之間延伸并具有一曲率半徑，上述進汽邊(16)、出汽邊(18)、凸面和凹面構成葉面；其特征在于沿著凸形負壓側表面(22)的曲率半徑從進汽邊(16)到出汽邊(18)逐漸增大，而沿著凹形壓力側表面(20)的曲率半徑基本不變。
2.如權利要求1講述的用于汽輪機的葉片，其特征在于在葉面頂上構成一個鉚釘頭(24)，它具有一個重心，該重心偏離葉片(12)的重心。
3.如權利要求2講述的用于汽輪機的葉片，其中葉片(12)的重心是在X和Y軸的交叉點處，其特征在于鉚釘頭(24)重心沿Y軸和徑向方向偏離葉面重心。
4.如權利要求3講述的用于汽輪機的葉片，其特征在于鉚釘頭(24)的最小主轉動力矩是在相對于葉片(22)的重心約65°角處。
全文摘要
在一個用于汽輪機的葉片(12)中，帶有一凹形的、具有恒定曲率半徑的壓力側表面(20)、和一個凸形的、具有逐漸增大的曲率半徑的負壓側表面(22)，流體在曲率半徑逐漸增大的凸形負壓側表面(22)處流動可以加速，因而保證了薄的邊界層。
文檔編號F01D5/14GK1051069SQ90108430
公開日1991年5月1日 申請日期1990年10月15日 優(yōu)先權日1989年10月16日
發(fā)明者曼克·?！ぬ囟?申請人:西屋電氣公司