包括多個前緣凹痕的末級渦輪葉片、對應(yīng)的轉(zhuǎn)子組件和蒸汽渦輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及渦輪機(jī)，例如蒸汽渦輪，且更具體地，涉及包括前緣處的多個凹痕的蒸汽渦輪末級葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]在蒸汽渦輪的正常運(yùn)行條件下，通流沿著末級蒸汽渦輪葉片的整個長度延伸。然而，在具有低流量和/或高排氣壓力的極端調(diào)低條件下，通流只流過末級蒸汽渦輪葉片的末梢部分。
[0003]當(dāng)通流只流過的末級蒸汽渦輪葉片的末梢部分時，葉片經(jīng)歷超音速入口條件，并且沖擊波將在葉片排入口處形成?？邕^沖擊，壓力突然降低。由超音速入口條件導(dǎo)致的空氣動力學(xué)力和沖擊波瞬態(tài)效應(yīng)由于潛在的破壞性振動而可負(fù)面地影響末級葉片的可靠性。通流流過的末級蒸汽渦輪葉片的末梢部分也經(jīng)歷溫度的升高和流動的方向上的壓力升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的方面提供一種蒸汽渦輪的末級葉片。在一個實施方式中，蒸汽渦輪的末級葉片包括:用于接收通流的葉片前緣，該葉片前緣包括蒸汽渦輪葉片的頂部部分處的多個凹痕；和用于排出通流的葉片后緣。
[0005]本發(fā)明的第一方面提供了一種蒸汽渦輪葉片，包括:用于接收通流的葉片前緣，該葉片前緣包括蒸汽渦輪葉片的頂部部分處的多個凹痕；和用于排出通流的葉片后緣。
[0006]本發(fā)明的第二方面提供了一種轉(zhuǎn)子組件，包括:轉(zhuǎn)子本體，其包括多個凹槽；轉(zhuǎn)子本體的多個凹槽內(nèi)的多個蒸汽渦輪葉片，其中，蒸汽渦輪葉片中的至少一個包括:用于接收通流的葉片前緣，該葉片前緣包括蒸汽渦輪葉片的頂部部分處的多個凹痕；和用于排出通流的葉片后緣。
[0007]本發(fā)明的第三方面提供了一種蒸汽渦輪，包括:定子；和圍繞定子的多個轉(zhuǎn)子葉輪，各轉(zhuǎn)子葉輪包括:多個蒸汽渦輪葉片，其中，至少一個轉(zhuǎn)子葉輪的蒸汽渦輪葉片包括:用于接收通流的葉片前緣，該葉片前緣包括蒸汽渦輪葉片的頂部部分處的多個凹痕；和用于排出通流的葉片后緣。
[0008]本發(fā)明的這些和其它方面、優(yōu)點(diǎn)和顯著特征將從結(jié)合所附附圖作出的以下詳細(xì)說明變得明顯，其中貫穿附圖相同的部件由相同的參考標(biāo)號標(biāo)注，公開本發(fā)明的實施方式。
【附圖說明】
[0009]圖1表示蒸汽渦輪的低壓區(qū)段的部分剖視圖。
[0010]圖2表示根據(jù)本發(fā)明實施方式的蒸汽渦輪葉片的透視圖。
[0011]應(yīng)當(dāng)注意，本公開的附圖不一定按比例繪制。附圖意圖僅描述本公開的典型方面，且因此不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制本公開的范圍。在附圖中，相同的編號表示附圖之間相同的元件。
【具體實施方式】
[0012]如上所述，本發(fā)明大體涉及渦輪機(jī)，例如蒸汽渦輪，且更具體地，涉及包括前緣處的多個凹痕的蒸汽渦輪末級葉片。
[0013]在蒸汽渦輪的正常運(yùn)行的條件下，通流沿著末級蒸汽渦輪葉片的整個長度延伸。然而，在具有低流量和/或高排氣壓力的極端調(diào)低條件下，通流只流過末級蒸汽渦輪葉片的末梢部分。
[0014]當(dāng)通流只流過的末級蒸汽渦輪葉片的末梢部分時，葉片經(jīng)歷超音速入口條件，且沖擊波將在葉片排入口形成。跨過沖擊，壓力突然降低。由超音速入口條件導(dǎo)致的空氣動力學(xué)力和沖擊波瞬態(tài)效應(yīng)由于潛在的破壞性振動而可負(fù)面地影響末級葉片的可靠性。由超音速入口條件導(dǎo)致的空氣動力學(xué)力和沖擊波瞬態(tài)效應(yīng)由于潛在的破壞性振動而可負(fù)面地影響末級葉片的可靠性。通流流過的末級蒸汽渦輪葉片的末梢部分也經(jīng)歷溫度的升高，和流動的方向上的壓力升高。
[0015]參照附圖，圖1表示蒸汽渦輪10的局部剖視圖。蒸汽渦輪10包括轉(zhuǎn)子12，轉(zhuǎn)子12包括軸14和多個軸向地間隔開的轉(zhuǎn)子葉輪18。在一些實施方式中，各轉(zhuǎn)子葉輪18可由金屬制成，例如鋼。多個旋轉(zhuǎn)葉片20機(jī)械地聯(lián)接到各轉(zhuǎn)子葉輪18。更具體地，葉片20布置在圍繞各轉(zhuǎn)子葉輪18周向地延伸的排中。多個固定導(dǎo)葉22圍繞軸14周向地延伸并且軸向地定位在葉片20的相鄰排之間。固定導(dǎo)葉22與葉片20協(xié)作，以形成渦輪級并且限定穿過渦輪10的蒸汽流動路徑的一部分。
[0016]在操作中，工作流體24進(jìn)入蒸汽渦輪10的進(jìn)口 26，并被引導(dǎo)通過固定導(dǎo)葉22。導(dǎo)葉22迎著葉片20向下游引導(dǎo)流體24。流體24行進(jìn)穿過剩余的級，從而在葉片20上施加力，從而導(dǎo)致剛性地連接到轉(zhuǎn)子12的軸14旋轉(zhuǎn)。蒸汽渦輪10的至少一端可遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子12軸向地延伸，并且可附連到負(fù)載或機(jī)器(未示出)，例如但不限于，發(fā)電機(jī)，和/或另一個渦輪。因此，大的渦輪單元可實際上包括全部同軸地聯(lián)接到相同軸14的若干渦輪。這樣的單元可例如包括連接到中壓渦輪的高壓渦輪，該中壓渦輪機(jī)又聯(lián)接到低壓渦輪。
[0017]如圖1所示，渦輪10包括稱為L0，L1，L2，L3和L4的五個級。L4級是第一級并且是五個級中最小的(在徑向方向上)。L3級為第二級并且是軸向方向上的下一級。L2級為第三級并且顯示在五個級的中間。LI級是第四級并且是倒數(shù)第二級。LO級是末級并且是最大的(在徑向方向上)。應(yīng)當(dāng)理解的是，五個級僅作為一個示例示出；一些渦輪實施方式可具有多于或少于五個級。正如所指出的，各級是由轉(zhuǎn)子葉輪18、聯(lián)接到該轉(zhuǎn)子葉輪18的葉片20、以及對應(yīng)的導(dǎo)葉22組成的。
[0018]本文所述的發(fā)明的方面適用于蒸汽渦輪10的末級L0。在一個實施方式中，蒸汽渦輪的末級葉片包括:用于接收通流的葉片前緣，該葉片前緣包括在蒸汽渦輪葉片的頂部部分處的多個凹痕；和用于排出通流的葉片后緣。由于超音速入口條件和沖擊波瞬態(tài)效應(yīng)，蒸汽渦輪葉片頂部部分的該多個凹痕將降低到空氣動力學(xué)力的水平。
[0019]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，表示用于根據(jù)本發(fā)明實施方式的蒸汽渦輪10(圖1)的末級葉片100的透視圖。盡管圖2中僅示出單個末級葉片100，但可以理解的是，末級LO(圖1)處的轉(zhuǎn)子葉輪18包括圍繞轉(zhuǎn)子主體12(圖1)圓周的多個末級葉片100。
[0020]葉片100包括用于接收通流的前緣110和用于排出通流的后緣120。如上所述，在極端調(diào)低條件下，當(dāng)存在低通流和/或高排氣壓力時(這是高的環(huán)境溫度和輕負(fù)載需求所必要的)，通流只流過葉片