專利名稱：渦輪導(dǎo)向器葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪導(dǎo)向器，具體地講，涉及這樣一種渦輪導(dǎo)向器，其包括一排沿圓周方向布置在由導(dǎo)流隔板內(nèi)外環(huán)之間確定的環(huán)形通道中并且固定在導(dǎo)流隔板內(nèi)外環(huán)上的導(dǎo)向器葉片。
背景技術(shù)：
最近幾年已經(jīng)認識到，為了在發(fā)電站中改進機械運轉(zhuǎn)的能耗或提高發(fā)電效率，提高渦輪的性能是很重要的。
為了提高渦輪性能，需要降低每個渦輪級中的內(nèi)壓損失，包括葉片輪廓損失、二次流損失和泄漏損失。
在縱橫比(葉片高度/葉片弦長)較小且葉片高度較小的渦輪級中，二次流損失所占的比例較大。因此，降低二次流損失對于提高渦輪性能而言是有效的。
下面將描述二次流的產(chǎn)生機理。
如附圖中的

圖15所示，在導(dǎo)向器葉片1之間流動的氣流G要受到從每個導(dǎo)向器葉片1的壓力面F至吸力面B的壓力梯度所產(chǎn)生的力的作用。在一股從渦輪端壁流出的主氣流中，因壓力梯度引起的力和氣流旋轉(zhuǎn)引起的離心力相互平衡。然而，鄰近于渦輪端壁的邊界層中的氣流動能量級較低，因此會被箭頭J所示的壓力梯度產(chǎn)生的力從壓力面F輸送到吸力面B。在流道的后半部分，氣流將與吸力面B碰撞并向上滾動，從而形成流道渦流W。流道渦流W在端壁邊界層中聚集起一股低能量氣流，從而在導(dǎo)向器葉片下游產(chǎn)生不均勻能量分布。盡管這種能量不均勻分布會在導(dǎo)向器葉片下游均勻化，但會在均勻化過程中導(dǎo)致大量能量損失。在圖15中，E表示徑向軸線，L表示一個輪轂端壁。
此前曾有各種嘗試以抑制上述二次流。
例如，如附圖中的圖16所示，葉片1相對于徑向軸線E傾斜一個角度θ，用以減弱葉片的輪轂端壁附近的葉片至葉片間壓力梯度。在圖16中，附圖標記2表示外環(huán)，附圖標記3表示內(nèi)環(huán)。此外，如附圖中的圖17和18所示，導(dǎo)向器葉片1在它們的相反端部彎曲，以使壓力面F指向端壁。在圖17中，U表示外徑表面。在圖18中，θt表示葉片疊層線1在葉尖端壁處的切線與徑向軸線E之間的夾角，θr表示葉片疊層線1在輪轂端壁處的切線與徑向軸線E之間的夾角，h表示葉片高度。根據(jù)這種傳統(tǒng)嘗試方法，雖然采用了相同的葉片輪廓，但葉片層疊線是沿輪轂端壁附近的葉片至葉片間壓力梯度減弱的方向彎曲或傾斜的，從而控制二次流以降低損失。
另一種傳統(tǒng)技術(shù)涉及橫跨導(dǎo)向器葉片的整個高度形成傾斜或彎曲表面，從而控制二次流，如日本專利公開文獻No.10-77801中所公開。
為了控制上述傳統(tǒng)構(gòu)造中的壓力梯度，導(dǎo)向器葉片需要強烈傾斜或彎曲，而為滿足這種要求所作努力可能導(dǎo)致導(dǎo)向器葉片的制造工藝或機械強度方面的問題。
此外，根據(jù)這種彎曲或傾斜葉片，葉片出口處的氣流分布很可能與既不彎曲也不傾斜的葉片上的氣流分布顯著不同。
例如，附圖中的圖19示出了一個曲線圖，其中水平軸線表示沿葉片高度方向的位置，該位置以相對于高度h的無量綱比例表示，豎直軸線表示圓周速度Vt和子午線方向速度Vm，二者表示為相對于絕對速度V(＝(Vt2+Vm2)0.5)的無量綱比例。圖19中的曲線圖顯示出，在葉片相反端，普通導(dǎo)向器葉片的流速分布(以實曲線表示)與彎曲葉片的流速分布(以虛曲線表示)不同。
如果導(dǎo)向器葉片是彎曲形狀的并且與位于導(dǎo)向器葉片下游的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片組合，則來自導(dǎo)向器葉片的氣流不能與轉(zhuǎn)子葉片相匹配，彎曲導(dǎo)向器葉片可能效率不高。在這種情況下，需要采用能夠與彎曲導(dǎo)向器葉片的出口氣流相匹配的新型轉(zhuǎn)子葉片，因此這種構(gòu)造不能滿足大范圍的用途。
本發(fā)明概述因此本發(fā)明的一個目的是提供一種渦輪導(dǎo)向器，其能夠減小二次流損失并產(chǎn)生與普通導(dǎo)向器葉片相同的出口氣流，因而不會對位于渦輪導(dǎo)向器下游的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生負面影響。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種渦輪導(dǎo)向器，其包括一排導(dǎo)向器葉片(1)，它們沿圓周方向布置在由導(dǎo)流隔板內(nèi)外環(huán)之間確定的環(huán)形通道(4)中并且固定在導(dǎo)流隔板的內(nèi)外環(huán)上；以及一個流道，其確定在相鄰導(dǎo)向器葉片的壓力面(F)和吸力面(B)之間，流道的橫截面包括從內(nèi)外徑表面(輪轂端壁和葉尖端壁)開始沿葉片高度h延伸并由曲線確定的預(yù)定區(qū)域以及另一個由大致直線確定的區(qū)域。
由于位于壓力面和吸力面上預(yù)定區(qū)域內(nèi)的流道橫截面包括一個由曲線確定的區(qū)域和一個由大致直線確定的區(qū)域，因此根據(jù)本發(fā)明的渦輪導(dǎo)向器在結(jié)構(gòu)上明顯不同于日本專利公開文獻No.10-77801中公開的導(dǎo)向器葉片。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種渦輪導(dǎo)向器，其包括一排導(dǎo)向器葉片(1)，它們沿圓周方向布置在由導(dǎo)流隔板的內(nèi)外環(huán)之間確定的環(huán)形通道(4)中并且固定在導(dǎo)流隔板的內(nèi)外環(huán)上；每個導(dǎo)向器葉片上的一個壓力面(F)在一個沿導(dǎo)向器葉片的子午線方向的預(yù)定區(qū)域內(nèi)并且在一個位于葉尖端壁與葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著導(dǎo)流隔板的葉尖端壁，而且壓力面在一個位于輪轂端壁與葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著導(dǎo)流隔板的輪轂端壁；每個導(dǎo)向器葉片上的一個吸力面(B)在一個沿導(dǎo)向器葉片的子午線方向的預(yù)定區(qū)域內(nèi)并且在一個位于葉尖端壁與葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著導(dǎo)流隔板的輪轂端壁，而且吸力面在一個位于輪轂端壁與葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著導(dǎo)流隔板的葉尖端壁。
這里，預(yù)定區(qū)域可以包括沿子午線方向(x)從導(dǎo)向器葉片的前緣(1f)至導(dǎo)向器葉片子午線寬度(Cx)的至少30％所對應(yīng)的區(qū)域。預(yù)定區(qū)域可以包括從導(dǎo)向器葉片(1)的輪轂端壁(L)至葉片高度(h)的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域和從導(dǎo)向器葉片(1)的葉尖端壁(U)至葉片高度(h)的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域。
在上述各預(yù)定區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)向器葉片(1)的壓力面(F)被布置得在葉尖端壁側(cè)面對著葉尖端壁，即彎曲而面對著葉尖端壁，并且被布置得在輪轂端壁側(cè)面對著輪轂端壁，即彎曲而面對著輪轂端壁，而導(dǎo)向器葉片(1)的吸力面(B)被布置得在葉尖端壁側(cè)面對著輪轂端壁，即彎曲而面對著輪轂端壁，并且被布置得在輪轂端壁側(cè)面對著葉尖端壁，即彎曲而面對著葉尖端壁。
壓力面上的一條線(1p)和吸力面上的一條線(1s)沿著導(dǎo)向器葉片(1)的高度具有中央部分(S)，中央部分優(yōu)選由大致直線確定，并且不包括從導(dǎo)向器葉片(1)的輪轂端壁(L)至葉片高度(h)的20至40％所對應(yīng)的區(qū)域(C1)和從導(dǎo)向器葉片(1)的葉尖端壁(U)至葉片高度(h)的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域(C2)。具體地講，在從導(dǎo)向器葉片前緣(1f)至導(dǎo)向器葉片子午線寬度(Cx)的至少30％這一區(qū)域內(nèi)的任意子午線位置上，流道橫截面的壓力面(F)上的一條線和吸力面(B)上的一條線具有中央部分，中央部分優(yōu)選由大致直線確定，并且不包括從導(dǎo)向器葉片(1)的輪轂端壁(L)至葉片高度(h)的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域(C1)和從導(dǎo)向器葉片(1)的葉尖端壁(U)至葉片高度(h)的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域(C2)。
在從導(dǎo)向器葉片(1)的前緣(1f)至導(dǎo)向器葉片(1)的子午線寬度(Cx)的至少30％所對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)的一個子午線位置上，流道橫截面由壓力面(F)上的一條線和吸力面(B)上的一條線確定，每條線分別包括一條位于導(dǎo)向器葉片中央?yún)^(qū)域中的大致直線。
從壓力面或吸力面上的線(C1)與輪轂端壁(L)的交點(Pt1)至由大致直線確定的壓力面或吸力面中央部分(S)的延長線(SE1)與輪轂端壁(L)的交點(Pc1)的距離(Sh)以及從壓力面或吸力面上的線(C2)與葉尖端壁(U)的交點(Pt2)至中央部分(S)的延長線(SE2)與葉尖端壁(U)的交點(Pc2)的距離(St)在導(dǎo)向器葉片的前緣(1f)處具有最大值，而且在距導(dǎo)向器葉片前緣30％子午線寬度處至少為葉片高度(h)的4％。
在導(dǎo)向器葉片(1)的前緣(1f)處該距離(Sh，St)的最大值應(yīng)當優(yōu)選位于葉片高度(h)的5％至15％范圍內(nèi)。
從導(dǎo)向器葉片前緣(1f)至55-65％子午線寬度處，如果交點間的距離以Sh或St表示，導(dǎo)向器高度以h表示，從導(dǎo)向器葉片前緣(1f)至葉片寬度(Cx)的子午線距離以Λ表示，則優(yōu)選滿足下面的方程St/h，Sh/h＝∑An·Λn其中An表示一個系數(shù)，n為0或以上的整數(shù)。
在上述方程中，接近于零的高階項可以略去。換言之，n為0或以上的整數(shù)，該整數(shù)是一個數(shù)值，包括所有未小到可忽略的高階項。
通過下面結(jié)合附圖所作詳細描述，可以使本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點更加清楚，附圖中以示例的方式顯示了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。
附圖簡述圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的渦輪導(dǎo)向器葉片的透視圖；圖2是圖1所示渦輪導(dǎo)向器中的流道的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片的距離Sh、St在子午線方向的分布圖；圖4A至4D是傳統(tǒng)渦輪導(dǎo)向器中的導(dǎo)向器葉片的流道橫截面沿子午線方向的變化圖；圖5A至5D是根據(jù)本發(fā)明實施例的渦輪導(dǎo)向器中的導(dǎo)向器葉片的流道橫截面沿子午線方向的變化圖；圖6是在x/Cx＝0.3處的距離Sh、St與損失之間的關(guān)系圖；圖7是高度Lh、Lt與損失之間的關(guān)系圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的導(dǎo)向器葉片的距離Sh、St在子午線方向的分布圖；圖9是前緣處的距離Sh、St與損失之間的關(guān)系圖；圖10是傳統(tǒng)葉片與根據(jù)本發(fā)明的葉片在出口處的壓力損失分布比較圖；圖11是葉片中跨處的葉片表面靜壓分布圖；圖12是渦輪導(dǎo)流隔板的輪轂端壁處的葉片表面靜壓分布圖；圖13是葉片出口處的速度分布圖；圖14A和14B分別是傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片和根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片的流道橫截面上的靜壓等高線分布比較圖；圖15是傳統(tǒng)渦輪導(dǎo)向器中的氣流的局部透視圖；圖16是傳統(tǒng)導(dǎo)向器的局部前視圖，導(dǎo)向器中帶有用于降低二次流損失的傾斜葉片；圖17是傳統(tǒng)導(dǎo)向器的局部透視圖，導(dǎo)向器中帶有用于降低二次流損失的彎曲葉片；圖18是圖17所示導(dǎo)向器的局部前視圖；圖19是普通葉片與彎曲葉片的流速分布比較圖。
本發(fā)明的最佳實施模式下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個實施例的渦輪導(dǎo)向器。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的渦輪導(dǎo)向器包括一排導(dǎo)向器葉片1，它們沿圓周方向(y)位于由一個導(dǎo)流隔板的內(nèi)環(huán)3和外環(huán)2之間確定的環(huán)形通道4中。導(dǎo)向器葉片1在它們的相反端具有輪轂端壁L和葉尖端壁U，它們分別固定在內(nèi)環(huán)3的外徑表面(葉尖端壁)和外環(huán)2的內(nèi)徑表面上(輪轂端壁)。渦輪導(dǎo)向器在圖1中的透視圖是從位于渦輪導(dǎo)向器上游的位置上看的。每個導(dǎo)向器葉片1分別具有一個葉片輪廓斷面或一個翼面，并且具有一個壓力面F和一個吸力面B。
在相鄰導(dǎo)向器葉片1的壓力面F和吸力面B之間確定出的流道在任意子午線位置上具有橫截面4a。橫截面4a具有一個由壓力面F上的線1p確定的側(cè)邊緣和由吸力面B上的線1s確定的相反側(cè)邊緣。每個導(dǎo)向器葉片1沿子午線方向(x)具有寬度Cx。在圖1中，z表示徑向。
在每個導(dǎo)向器葉片1上，在沿子午線方向(x)從前緣1f至寬度Cx的至少30％的位置之間的區(qū)域內(nèi)，并且在從輪轂端壁L和葉尖端壁U開始向內(nèi)(即沿著從輪轂端壁L至葉尖端壁U的方向和從葉尖端壁U至輪轂端壁L的方向)至葉片高度h的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域Lh、Lt內(nèi)(見圖2)，構(gòu)成橫截面4a的線，即壓力面F上的線1p和吸力面B上的線1s分別由面對著輪轂端壁L和葉尖端壁U的直線或曲線C1、C2構(gòu)成。線1p、1s上除區(qū)域Lh、Lt之外的部分，即線1p、1s的中央部分由直線S構(gòu)成。
因此，如圖2所示，在相鄰導(dǎo)向器葉片1的壓力面F和吸力面B之間的流道4a中，從輪轂端壁L和葉尖端壁U開始向內(nèi)至20％至40％葉片高度h所對應(yīng)的區(qū)域Lh、Lt分別由面對著端壁L、U從壓力面F向吸力面B傾斜的直線或曲線C(C1、C2圖示實施例中為拋物線)構(gòu)成。
在輪轂端壁L和葉尖端壁U上從直線部分S開始的偏移距離，即從斜線C1與輪轂端壁L的交點Pt1至直線部分S的延長線SE1(圖2中以虛線表示)與輪轂端壁L的交點Pc1的距離Sh以及從斜線C2與葉尖端壁U的交點Pt2至直線部分S的延長線SE2(圖2中以虛線表示)與葉尖端壁U的交點Pc2的距離St在導(dǎo)向器葉片前緣1f處具有最大值，并且向著導(dǎo)向器葉片后緣逐漸減小。
下面將描述添加了傾斜部分C1、C2后子午線區(qū)域的作用。
在圖3中，距離St、Sh相對于子午線方向(x)的變化以特性曲線(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)表示。在圖3中，水平軸線表示x/Cx，豎直軸線表示Sh/h、St/h。這里，x/Cx定義為距前緣的子午線距離被葉片子午線寬度Cx無量綱化處理后的值。在這些特性曲線(a)-(f)所示的例子中，除了特性曲線(a)所示的例子以外，其余例子在前緣1f處的距離Sh(＝St)與葉片高度h之比均選擇為Sh/h＝0.09。區(qū)域Lh、Lt與葉片高度h之比選擇為Lh/h＝Lt/h＝0.25。
對于特性曲線(a)，距離Sh、St在整個導(dǎo)向器葉片內(nèi)為Sh＝0，St＝0，這表示傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片輪廓。
傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片(以特性曲線(a)表示)中的流道橫截面沿子午線方向的變化顯示于圖4A至4D中。本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片(以特性曲線(e)表示)中的流道橫截面沿子午線方向的變化顯示于圖5A至5D中。
作為比較，圖6示出了通過粘滯流動分析得出的由特性曲線(a)-(f)表示的導(dǎo)向器葉片總體壓力損失與子午線距離x/Cx＝0.3處的距離Sh之間的關(guān)系。
圖6中的分析顯示出，在x/Cx＝0.3處隨著距離Sh的增加損失將減小，直至Sh/h＝0.046，而對于Sh/h＞0.046的特性曲線(d)、(e)和(f)，損失基本上保持不變。
如果考慮到需要制造簡便和容易，則如圖3所示由特性曲線(d)、(e)表示的在x/Cx＝0.6處距離Sh減小到大致為零的導(dǎo)向器葉片優(yōu)于由特性曲線(f)表示的在整個縱向?qū)挾壬暇嚯xSh保持恒定而且傾斜部分C1、C2呈現(xiàn)在整個子午線寬度上的導(dǎo)向器葉片，這是因為流道的形狀簡單。
下面將描述添加了傾斜部分C1、C2后葉片高度中的區(qū)域Lh、Lt的作用。
圖7示出了導(dǎo)向器葉片在添加了傾斜部分C1、C2后葉片高度中的區(qū)域Lh、Lt相對于損失的效果，其中距離Sh、St的分布在x/Cx＝0.6處減小到大致為零，而且在導(dǎo)向器葉片前緣處Sh/h等于0.09，如圖3中的特性曲線(b)、(c)、(d)、(e)所示。
從圖7中可以理解，不論區(qū)域Lh、Lt的大小如何，根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片受到的損失均小于傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片，特別是在0.2＜Lh/h，Lt/h＜0.4的區(qū)域內(nèi)損失最小。
下面將描述導(dǎo)向器葉片前緣處的距離Sh、St的作用。
圖8示出了由特性曲線(a)-(e)表示的在前緣具有不同距離Sh、St的導(dǎo)向器葉片，圖9示出了通過粘滯流動分析得出的這些導(dǎo)向器葉片的總體壓力損失。圖9中的水平軸線表示導(dǎo)向器葉片入口處的Sh/h(＝St/h)。
從圖8中可以看到，由特性曲線(b)-(e)表示的各個導(dǎo)向器葉片的距離Sh、St沿子午線方向的分布在x/Cx＝0.6處減小到大致為零。
從圖9中可以看到，由特性曲線(b)-(e)表示的導(dǎo)向器葉片在前緣處的Sh/h在高達大約0.16時所受的損失均比傳統(tǒng)的導(dǎo)向器葉片小。由特性曲線(b)-(d)表示的導(dǎo)向器葉片更優(yōu)選采用，因為損失最小，特別是在0.05＜Sh/h＜0.15的范圍內(nèi)。
圖10至13示出了傳統(tǒng)普通導(dǎo)向器葉片與根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片的分析計算詳細結(jié)果。
作為比較，圖10示出了通過粘滯流動分析得出的傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片與根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片在葉片出口橫截面上的損失分布，其中在前緣處Sh/h＝0.09，St/h＝0.106，Lh/h＝Lt/h＝0.25，距離Sh、St沿子午線方向的分布在x/Cx＝0.6處減小到大致為零。在圖10中，水平軸線表示z/h，豎直軸線表示總體壓力損失。
從圖10中可以理解，普通導(dǎo)向器葉片(以實曲線表示)因二次流導(dǎo)致的損失峰值呈現(xiàn)在輪轂端壁和葉尖端壁附近，這將產(chǎn)生不均勻氣氣流，當這些氣流在葉片下游混合和擴散時，將導(dǎo)致大量損失，而在本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片中(以虛曲線表示)，在輪轂端壁附近因二次流導(dǎo)致的損失峰值比普通導(dǎo)向器葉片低30％左右。
圖11示出了在葉片中跨處的葉片表面靜壓分布，圖12示出了在渦輪導(dǎo)流隔板的輪轂端壁處的葉片表面靜壓分布。在圖11和12中，水平軸線表示x/Cx，豎直軸線表示P/PsO(表面壓力被導(dǎo)向器入口處的靜壓無量綱化處理)。從圖11和12中可以看到，在葉片中跨處本發(fā)明的葉片上的靜壓(以虛曲線表示)與普通葉片的靜壓(以實曲線表示)相同，而在葉片進口側(cè)本發(fā)明的葉片在輪轂端壁上的葉片負載(壓力面與吸力面的壓差)更小。
下面將通過導(dǎo)向器流道的橫截面4a上的靜壓分布變化而描述葉片負載分布的這種變化，即在葉片進口側(cè)本發(fā)明的葉片負載小于傳統(tǒng)葉片這一事實。
傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片和本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片的流道橫截面4a上的靜壓等高線顯示于圖14A和14B中。在傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片中，靜壓等高線的分布基本上平行于壓力面F上的線1p和吸力面B上的線1s。在吸力面B上的線1s附近，位于葉片高度中心的靜壓和位于輪轂端壁L和葉尖端壁U處的靜壓基本相等。
在本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片中，在吸力面B上的線1s附近跨過葉片高度的靜壓分布比在輪轂端壁L和葉尖端壁U附近的葉片高度中心處(圖2中的直線部分S的區(qū)域)高Sh、St。這樣，由于吸力面B上的線1s附近的靜壓會在臨近輪轂端壁L和葉尖端壁U處升高，因此葉片負載會降低。
在圖14A和14B中，虛線箭頭SF1、SF2表示在流道橫截面4a中兩個端壁附近的從壓力面F上的線1p向吸力面B上的線1s流動的二次流。
二次流SF1、SF2是由壓力表面F和吸力表面B在輪轂端壁L和葉尖端壁U附近的壓差(葉片負載)引起的，而且二次流SF1、SF2的強度與葉片負載的大小成正比。因此，在本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片中輪轂端壁L和葉尖端壁U附近的葉片負載小于傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片，二次流被抑制得好于傳統(tǒng)導(dǎo)向器葉片，因而二次流導(dǎo)致的損失可以減小。
此外，對于圖15至18所示的傳統(tǒng)二次流控制導(dǎo)向器，導(dǎo)向器出口處的速度分布變化很大，如圖19所示。
然而，對于根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片，葉片出口處的速度分布(圓周速度Vt和子午線方向速度Vm，二者表示為相對于絕對速度V＝(Vt2+Vm2)0.5的無量綱比例)基本上保持與普通葉片一致，如圖13所示。
因此，即使在傳統(tǒng)渦輪級中只將導(dǎo)向器葉片換成根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)向器葉片，渦輪導(dǎo)向器也不會對位于渦輪級下游的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生負面影響。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的渦輪導(dǎo)向器能夠抑制導(dǎo)向器葉片端部的二次流，從而降低因二次流造成的損失。此外，根據(jù)本發(fā)明的渦輪導(dǎo)向器在導(dǎo)向器出口處提供的速度分布幾乎與普通導(dǎo)向器葉片相同，因而不會對位于渦輪級下游的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生負面影響。
盡管前面顯示和描述了本發(fā)明的一個特定的優(yōu)選實施例，但應(yīng)當理解，在不脫離所附權(quán)利要求中的范圍的前提下，可以作出各種改變和修改。
工業(yè)適用性本發(fā)明適合用在用于驅(qū)動諸如發(fā)電站中的發(fā)電機等各種機器的渦輪機中。
權(quán)利要求
1.一種渦輪導(dǎo)向器，其包括一排導(dǎo)向器葉片，它們沿圓周方向布置在由一個導(dǎo)流隔板的內(nèi)外環(huán)之間確定的環(huán)形通道中并且固定在上述導(dǎo)流隔板的內(nèi)外徑表面(輪轂端壁和葉尖端壁)上；以及一個流道，其確定在上述相鄰導(dǎo)向器葉片的壓力面和吸力面之間，上述流道的橫截面包括從上述輪轂端壁和葉尖端壁開始沿葉片高度延伸并由曲線確定的預(yù)定區(qū)域以及另一個由大致直線確定的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述預(yù)定區(qū)域包括一個從上述輪轂端壁和葉尖端壁至上述葉片高度的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述預(yù)定區(qū)域包括一個從上述導(dǎo)向器葉片的前緣至上述導(dǎo)向器葉片子午線寬度的至少30％所對應(yīng)的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，在從上述導(dǎo)向器葉片的前緣至上述導(dǎo)向器葉片子午線寬度的至少30％所對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)的一個子午線位置上，上述流道的上述橫截面由上述壓力面上的一條線和上述吸力面上的一條線確定，每條上述線分別包括一條位于上述導(dǎo)向器葉片中央?yún)^(qū)域中的大致直線，該中央?yún)^(qū)域不包括從上述輪轂端壁和葉尖端壁至上述葉片高度的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，從壓力面或吸力面上的線與上述輪轂端壁的交點至上述大致直線的延長線與上述輪轂端壁的交點的距離以及從壓力面或吸力面上的線與上述葉尖端壁的交點至上述大致直線的延長線與上述葉尖端壁的交點的距離在上述導(dǎo)向器的前緣處具有最大值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述最大值在上述葉片高度的5％至15％范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述距離在上述導(dǎo)向器葉片的前緣處位于上述葉片高度的5％至15％范圍內(nèi)，而且在上述導(dǎo)向器葉片的30％子午線寬度處至少為上述葉片高度的5％。
8.一種渦輪導(dǎo)向器，其包括一排導(dǎo)向器葉片，它們沿圓周方向布置在由一個導(dǎo)流隔板的內(nèi)外環(huán)之間確定的環(huán)形通道中并且固定在上述導(dǎo)流隔板的內(nèi)外環(huán)上；在一個沿上述導(dǎo)向器葉片的子午線方向的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，每個上述導(dǎo)向器葉片上的一個壓力面在一個位于上述葉尖端壁與葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著上述導(dǎo)流隔板的上述葉尖端壁，而且上述壓力面在一個位于上述輪轂端壁與上述葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著上述導(dǎo)流隔板的輪轂端壁；在一個沿上述導(dǎo)向器葉片的子午線方向的預(yù)定區(qū)域內(nèi)，每個上述導(dǎo)向器葉片上的一個吸力面在一個位于上述葉尖端壁與上述葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著導(dǎo)流隔板的上述輪轂端壁，而且上述吸力面在一個位于上述輪轂端壁與上述葉片中跨之間的預(yù)定區(qū)域內(nèi)面對著上述導(dǎo)流隔板的葉尖端壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述預(yù)定區(qū)域包括一個從上述輪轂端壁和葉尖端壁至上述葉片高度的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述預(yù)定區(qū)域包括一個從上述導(dǎo)向器葉片的前緣至上述導(dǎo)向器葉片子午線寬度的至少30％所對應(yīng)的區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，在從上述導(dǎo)向器葉片的前緣至上述導(dǎo)向器葉片縱向?qū)挾鹊闹辽?0％所對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)的一個子午線位置上，上述流道的上述橫截面由上述壓力面上的一條線和上述吸力面上的一條線確定，每條上述線分別包括一條位于上述導(dǎo)向器葉片中央?yún)^(qū)域中的大致直線，該中央?yún)^(qū)域不包括從上述輪轂端壁和葉尖端壁至上述葉片高度的20％至40％所對應(yīng)的區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，從壓力面或吸力面上的線與上述輪轂端壁的交點至上述大致直線的延長線與上述輪轂端壁的交點的距離以及從壓力面或吸力面上的線與上述葉尖端壁的交點至上述大致直線的延長線與上述葉尖端壁的交點的距離在上述導(dǎo)向器的前緣處具有最大值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述最大值在上述葉片高度的5％至15％范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪導(dǎo)向器，其特征在于，上述距離在上述導(dǎo)向器葉片的前緣處位于上述葉片高度的5％至15％范圍內(nèi)，而且在上述導(dǎo)向器葉片的30％子午線寬度處至少為上述葉片高度的4％。
全文摘要
一種渦輪導(dǎo)向器包括一排導(dǎo)向器葉片(1),它們沿圓周方向布置在由導(dǎo)流隔板內(nèi)外環(huán)之間確定的環(huán)形通道(4)中并且固定在導(dǎo)流隔板的內(nèi)外環(huán)上。流道確定在相鄰導(dǎo)向器葉片的壓力面(F)和吸力面(B)之間,流道的橫截面包括從內(nèi)外徑表面(輪轂端壁和葉尖端壁)開始沿葉片高度(h)延伸并由曲線確定的預(yù)定區(qū)域以及另一個由大致直線確定的區(qū)域。
文檔編號F01D5/14GK1308706SQ99808485
公開日2001年8月15日 申請日期1999年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月12日
發(fā)明者渡邊啟悅, 原田英臣 申請人:株式會社荏原制作所