專利名稱：用于低壓汽輪機(jī)的自由固定葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及到汽輪機(jī)葉片，尤其涉及到一種新的汽輪機(jī)葉片設(shè)計，這種設(shè)計能簡化葉片在一指定的葉列中的組裝。
在對用于一臺汽輪機(jī)中的任何葉片設(shè)計時，必須認(rèn)真地考慮一些參數(shù)。在設(shè)計用于一臺新汽輪機(jī)的葉片時，給予葉型開發(fā)者一定的葉片工作的流場情況。該流場決定對應(yīng)的一葉列的入口和進(jìn)口角(蒸汽在一列動葉片的相鄰葉片間流過)，其中還包括截距(gauging)和速比?！敖鼐唷笔呛聿砍叽绾凸?jié)距的比率，“喉部”是某一動葉的出汽邊和相鄰葉片的負(fù)壓側(cè)表面之間的直線距離，而“節(jié)距”是相鄰動葉兩出汽邊之間的距離。該專業(yè)一般技術(shù)人員都熟悉這些參數(shù)，且在設(shè)計每種新的動葉和靜葉中這些參數(shù)起著重要作用。
葉型設(shè)計者總是尋求那些會改善和提高透平效率的結(jié)構(gòu)特性。對于一臺低壓汽輪機(jī)，使效率降低的一個主要根源可歸結(jié)于葉柵性能。曲率半徑的任何突然變化會導(dǎo)致沿葉片表面的邊界層厚度增大。在葉片喉部下游的反向壓力梯度的部位，流體有從葉片表面脫離的趨勢。
盡管葉片的幾何形狀對透平效率至關(guān)重要，但經(jīng)過仔細(xì)計算過的葉片外形在將葉片組裝到葉列中時往往會有變化，尤其在最后一個葉片被裝進(jìn)葉列時。通常在相鄰葉型或平臺之間產(chǎn)生一種過盈，因為過盈，常常要切削葉列的最后一個葉片以便裝進(jìn)葉列中。這將使最后一個葉片和第一個葉片構(gòu)成的喉部開口和這一葉列中其余葉片相比較時有差別。當(dāng)喉部做得較大時，最后葉片的通道中的流體會沒有足夠的導(dǎo)向通道，且流體容易從它的凸形表面脫離開。
切削最后一個葉片使它裝進(jìn)葉列帶來的另一個問題是，由于改變?nèi)~片的幾何形狀和質(zhì)量，葉片將具有一個與其他已經(jīng)調(diào)諧，其固有共振頻率已安全地落到轉(zhuǎn)速的諧波之間的葉片不相同的固有共振頻率。如果變更后的固有頻率過于接近轉(zhuǎn)速的諧波，就會對葉片機(jī)械完整產(chǎn)生不利的影響。
本發(fā)明的主要目的是為低壓透平提供一種自由固定葉片，在這種葉片中，沿著葉片凸形表面保持小的邊界層厚度，從而提高葉柵的性能，並且在組裝轉(zhuǎn)子的葉片時不需要對最后葉片機(jī)加工而將葉片裝進(jìn)葉列中。
根據(jù)這個目的，本發(fā)明在于一個透平葉片包括一個具有進(jìn)汽面、出汽邊、凸形表面、凹形表面、和下端部的葉型段;一個具有進(jìn)汽面、且在葉型段的端頭構(gòu)成的平臺段;一個由平臺段延伸並有葉根中心線、葉根回轉(zhuǎn)中心和葉根中心線半徑的葉根段;其特征在于葉根回轉(zhuǎn)中心垂直地定位在擁有平臺段的進(jìn)汽面的平面附近。
更可取的是，凸形表面的曲率半徑從進(jìn)汽面到出汽邊恒定地增大。
從以下僅作為舉例在附圖中示出的較佳實施例的敘述，本發(fā)明將變得更容易理解，其中

圖1是已知的透平葉片的端視圖，示出它的一般特征;
圖2是圖1所示的透平葉片的局部側(cè)視圖;
圖3是剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個透平葉片的一個剖面，並示出X-X和Y-Y軸;及圖4是一張根據(jù)本發(fā)明的透平葉片的基部截面處的剖視圖，並對基準(zhǔn)發(fā)明點(diǎn)作了圖解。
參考圖1和圖2，一個已知的透平葉片一般用數(shù)字10表示，該透平葉片包括一個葉型段12、平臺段14和一個葉根段16。葉根段16一般稱為具有多個縮頸的尖塔型葉根。
葉根段16按常規(guī)方法裝進(jìn)汽輪機(jī)的側(cè)進(jìn)槽。
現(xiàn)在參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個透平葉片的葉型段的六個基本截面中的一個，示于它的X-X和Y-Y軸上。葉型段包括進(jìn)汽邊18，出汽邊20、凸形負(fù)壓側(cè)表面22和一個凹形壓力側(cè)表面24。凸形表面22的曲率半徑從進(jìn)汽邊18到出汽邊20穩(wěn)定地增大，這可以使流體加速一直到葉片喉部，並在喉部的下游部位保持恒定。這確保在葉片的凸形表面上薄的邊界層。正如前述，葉片由六個基本截面組成，從基部到頂部的所有基本截面包含這樣的結(jié)構(gòu)特征，即曲率半徑恒定地增大。于是，從進(jìn)汽邊沿著凸形表面流動加速。隨著流動加速，邊界層就會保持小的厚度且葉柵損失也小。
所有葉片截面重心是重疊的，以消除葉型偏心應(yīng)力。此外葉根段的重心定位在X-X和y-y軸上。
葉片本身是鍛制而成，以保護(hù)葉片出汽邊的機(jī)械整體性。在出汽邊厚度基部截面處開始為0.11英寸(2.794毫米)，並在葉高1.25英寸(31.75毫米)處減少到0.075英寸(1.905毫米)。此后出汽邊厚度是0.07英寸(1.77毫米)。
為了知道在組裝葉列的最后葉片時如何消除葉片的過盈，過去為了組裝需要切削最后葉片，現(xiàn)在的做法參考圖4，圖4中葉型的最底部截面示出在平臺14上。平臺14具有一個進(jìn)汽邊或進(jìn)汽面26和一個出汽邊28以及弧形的半徑相同的側(cè)邊30和32，其半徑最好為4.15英寸(105.41毫米)。
本發(fā)明揭示了葉根回轉(zhuǎn)中心的位置決定了葉列的最后葉片為了裝入葉列必須機(jī)加工到什么程度，還確定了正確選擇葉根回轉(zhuǎn)中心以及葉根中心線和葉根中心線半徑，就可以避免進(jìn)行最后的機(jī)加工而將最后葉片組裝進(jìn)葉列中。
于是，揭示出如果葉根回轉(zhuǎn)中心定位在點(diǎn)A或點(diǎn)A附近，就可以不要求切削最后葉片就裝入葉列中。點(diǎn)A的位置在包含有平臺的進(jìn)汽面26的平面附近，具體地說，點(diǎn)A的位置在X-X方向離開進(jìn)汽面0.079英寸(2.006毫米)點(diǎn)處。此距離大體上與葉型段的入口18和平臺段的進(jìn)汽面26之間的距離相一致。用數(shù)字34表示的葉根中心線通過平臺的進(jìn)汽面26、離X-X軸0.4027英寸(10.8458毫米)處。雖然這幾個是在平臺的進(jìn)汽面的中間點(diǎn)，但是，葉根中心線34卻在X-X軸下方較大距離處通過出汽面28，固此，葉根中心線34相對于平臺的進(jìn)汽面26和出汽面28有些不對稱。
從回轉(zhuǎn)中心A引出的葉根中心線半徑R2為5.25英寸(133.35毫米)。側(cè)邊30半徑具有與葉根中心線相同的回轉(zhuǎn)中心，而其長度為4.15英寸(105.41毫米)。相對的側(cè)邊32具有同樣長度的半徑R3，但它的回轉(zhuǎn)中心比相對的側(cè)邊30的回轉(zhuǎn)中心高2.273英寸(57.7342毫米)，當(dāng)然側(cè)邊30和32是平行的。
葉根回轉(zhuǎn)中心A在X-X軸下方4.823英寸(122.5042毫米)，且離開y-y軸1.75英寸(44.45毫米)。因此，葉根回轉(zhuǎn)中心離y-y軸的距離與離X-X軸的距離之比大約為0.36。
權(quán)利要求
1.一個透平葉片包括一個具有一個進(jìn)汽面(18)、一個出汽邊(20)、一個凸形表面(22)、一個凹形表面(24)和一個下端部的葉型段(12)；一個具有一個進(jìn)汽面並在葉型段(12)的一端構(gòu)成的平臺段(14)；一個從平臺段伸出並且有葉根中心線葉根回轉(zhuǎn)中心和葉根中心線半徑的葉根段(16)，其特征在于葉根回轉(zhuǎn)中心的位置在垂直方向靠近包含有平臺段進(jìn)汽面的平面。
2.如權(quán)利要求1所述的透平葉片，其特征在于葉型段凸形表面的曲率半徑從進(jìn)汽面到出汽邊恒定地增大。
3.如權(quán)利要求1所述的透平葉片，其中葉型段具有許多截面，每個截面具有一個重心，其特征在于所有截面的重心在垂直方向是重疊的。
4.如權(quán)利要求1所述的透平葉片，其特征在于相對于X-X和y-y軸，葉根回轉(zhuǎn)中心的位置用離開y-y軸的距離和離開X-X的距離之比確定，那一點(diǎn)的比率大約為0.36。
5.如權(quán)利要求1所述的透平葉片，其特征在于平臺具有一個凹形側(cè)邊，而其中凹形側(cè)邊與葉根中心線平行，且有一個帶有回轉(zhuǎn)中心的曲率半徑，該回轉(zhuǎn)中心與葉根回轉(zhuǎn)中心共通。
6.如權(quán)利要求5所述的一個透平葉片，其特征在于葉根中心線半徑為5.25英寸，平臺段的側(cè)邊面對葉型段的進(jìn)汽面和出汽邊，其半徑為4.15英寸。
7.如權(quán)利要求4所述的一個透平葉片，其特征在于葉型段的進(jìn)汽面和葉根回轉(zhuǎn)中心離開y-y軸的距離大約相同。
8.如權(quán)利要求1所述的一個透平葉片，其特征在于葉根回轉(zhuǎn)中心的位置在離開透平葉片的y-y軸44.5毫米和離開透平葉片的X-X軸103.3毫米處。
全文摘要
設(shè)計的透平葉片避免了為將最后葉片裝入葉列所要對它進(jìn)行的機(jī)加工。葉根回轉(zhuǎn)中心的位置仔細(xì)地選擇為在垂直方向靠近平臺的進(jìn)汽邊。
文檔編號F01D5/32GK1054289SQ9110118
公開日1991年9月4日 申請日期1991年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月26日
發(fā)明者曼克·H·特蘭 申請人:西屋電氣公司