專利名稱：三維軸流透平級(jí)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸流透平，特別是涉及可大幅度提高透平效率的透平級(jí)。
近年來(lái)，用于發(fā)電廠的軸流透平，從環(huán)境問(wèn)題和節(jié)能的角度出發(fā)，確保其可靠性以及高效率化已成為重要課題。
一般地，軸流透平，例如蒸汽透平，如圖7所示，由固定設(shè)置在固定葉片外輪1與固定葉片內(nèi)輪2之間的多個(gè)固定葉片3以及固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸4上、頂部設(shè)有護(hù)罩5的多個(gè)動(dòng)葉片形成級(jí)，通過(guò)將這些級(jí)沿軸向組合成單級(jí)或多個(gè)級(jí)組構(gòu)成蒸汽透平。最近，對(duì)此，提出了以通過(guò)提高靜、動(dòng)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能從而提高透平的總效率為目的的三維葉片。
現(xiàn)有的三維葉片的效果是通過(guò)降低在葉片通路內(nèi)所產(chǎn)生的二元流動(dòng)損失獲得的?，F(xiàn)參考圖8對(duì)二元流動(dòng)進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)工作流體在鄰接的葉片3a、3b之間的葉片間流路流動(dòng)時(shí)，在端壁7附近作為流入的低能量流體的入口邊界層8a、8b與葉片3a、3b的前緣9a、9b碰撞分成背部馬蹄形渦流10a、10b和腹部馬蹄形渦流11a、11b。背部馬蹄形渦流10a、10b通過(guò)固定葉片3的背部12與端壁7的邊界層的發(fā)展，一面逐漸長(zhǎng)大一面向下游側(cè)流出。另一方面，腹部馬蹄形渦流1a、11b，以固定葉片3的腹部13與固定葉片3的背部12的壓力差作為驅(qū)動(dòng)力生成從固定葉片3的腹部13向固定葉片的背部12的流路渦流14。這些背部馬蹄形渦流10a、10b和流路渦流14稱為二元流動(dòng)渦流，由于形成這些渦流使工作流體所具有的能量分散，導(dǎo)致透平性能的下降。這稱之為二元流動(dòng)損失。特別是，一面將橫切葉片間端壁7上的作為低能量流體的邊界層卷起一面向葉片下游側(cè)流出的流路渦流14，占據(jù)二元流動(dòng)損失的大部分，從而，抑制這種流路渦流14對(duì)于降低二元流動(dòng)損失是必不可缺的。
現(xiàn)有的三維葉片，如特開(kāi)平6-212902號(hào)公報(bào)，特公平4-78803號(hào)公報(bào)所述，為抑制上述流路渦流，使葉片向內(nèi)外端壁7傾斜，通過(guò)降低作為流路渦流驅(qū)動(dòng)力的葉片面的壓力差(馬赫數(shù)差)來(lái)壓制流路渦流的發(fā)展，降低二元流動(dòng)損失，提高其性能。
現(xiàn)有的三維葉片，從降低固定葉片3、動(dòng)葉片6各自的二元流動(dòng)損失的角度出發(fā)提高葉片的性能，而為了進(jìn)一步提高透平級(jí)整體的性能，有必要考慮到固定葉片3、動(dòng)葉片6相互之間的干擾，來(lái)制成三維形狀。
現(xiàn)參照?qǐng)D9(a),(b)來(lái)說(shuō)明透平級(jí)內(nèi)所產(chǎn)生的損失。在透平級(jí)內(nèi)所產(chǎn)生的損失大致劃分為在圖9(b)中所示的固定葉片3、動(dòng)葉片6的葉片截面與工作流體之間所產(chǎn)生的摩擦損失(以后稱為葉片型損失)，發(fā)生在前述固定葉片3、動(dòng)葉片6各自端壁7部分的二元流動(dòng)損失，以及由于產(chǎn)生由固定葉片3和動(dòng)葉片6之間從設(shè)置在靜止部的翅15及護(hù)罩5之間的泄漏，未流入動(dòng)葉片6內(nèi)，從而不能進(jìn)行有效的工作的工作流體16(圖中用箭頭表示)所造成的泄漏損失。
這里，利用

圖10來(lái)說(shuō)明在中間級(jí)，固定葉片3、動(dòng)葉片6通路內(nèi)的葉片損失(葉片型損失和二元流動(dòng)損失之和)對(duì)透平級(jí)性能所造成的影響的程度。圖10是表示在透平級(jí)內(nèi)的工作流體膨脹狀態(tài)的線圖，縱軸表示焓h(能量)，橫軸表示熵S。圖中的符號(hào)p表示壓力。點(diǎn)01、02、03、02rel、03rel分別表示固定葉片3的入口、固定葉片3的出口、動(dòng)葉片6的出口在靜止坐標(biāo)系中堵塞的狀態(tài)以及固定葉片3的出口、動(dòng)葉片6的出口在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中堵塞的狀態(tài)。點(diǎn)1、2、3表示靜態(tài)狀態(tài)。透平級(jí)中的輸出相當(dāng)于圖中所示的熱講A，理論輸出相當(dāng)于熱降B。從熱降B中扣除熱降A(chǔ)的部分成為損失熱降C。該損失熱降C等于在固定葉片3和動(dòng)葉片6處所產(chǎn)生的葉片損失熱降之和，如果令固定葉片3和動(dòng)葉片6的葉片損失熱降分別為Hn、Hb時(shí)，則該損失熱降C用下式表示C=Cn×Hn+Cb×Hb其中，Cn和Cb為表示固定葉片3、動(dòng)葉片6的葉片損失影響程度的系數(shù)(以后稱之為影響系數(shù))，這些影響系數(shù)可作為在固定葉片3和動(dòng)葉片6處的熱降A(chǔ)與由動(dòng)葉片6所產(chǎn)生的熱降D之比(D/A)的函數(shù)來(lái)處理。反應(yīng)度越大(由動(dòng)葉片6產(chǎn)生的熱降越大)，動(dòng)葉片6的影響系數(shù)Cb越大，固定葉片3的影響系數(shù)Cn越小。反之，反應(yīng)度越小(在動(dòng)葉片6處的熱降越小)，動(dòng)葉片6的影響系數(shù)Cb越小，固定葉片3的影響系數(shù)Cn越大。此外，圖11中表示出一般的軸流透平級(jí)的葉片沿高度方向的固定葉片3和動(dòng)葉片6的各自的影響系數(shù)。反應(yīng)度的分布，葉片高度的位置越低，反應(yīng)度越小，葉片高度的位置越高，反應(yīng)度越大，從而如圖所示，在動(dòng)葉片6中，動(dòng)葉片6的前端部的影響系數(shù)比動(dòng)葉片葉片6根部的影響系數(shù)大，為降低整個(gè)級(jí)的損失，通過(guò)降低動(dòng)葉片6的前端部的葉片損失是更加有效的，另一方面，對(duì)于固定葉片，固定葉片3的根部的影響系數(shù)比固定葉片3的前端部大，為降低整個(gè)級(jí)的損失，降低固定葉片3的根部的葉片損失更加有效。
特開(kāi)平6-212902號(hào)公報(bào)所示的現(xiàn)有三維動(dòng)葉片6的效果示于圖12。圖中的縱軸表示采用使葉片傾斜的三維動(dòng)葉片6的透平級(jí)與采用不使葉片傾斜的動(dòng)葉片6時(shí)的透平級(jí)的級(jí)效率比。橫軸表示動(dòng)葉片6的前端部、動(dòng)葉片6的根部處的傾斜角θbt、θbr(角度的定義為將葉片的重心線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心輻射狀地延伸的徑向線向葉片腹部?jī)A斜的角度)。如圖所示，全葉片前端部?jī)A斜角θbt、根部?jī)A斜角θbr為同一角度。并通過(guò)將其設(shè)定在某一角度范圍(2度至22度)，可提高級(jí)效率。即，葉片表面的壓力差與葉片傾斜角有一定的比例關(guān)系，傾斜角越大，葉片表面壓力差越小，可降低二元流動(dòng)損失，但當(dāng)增加到某一角度以上時(shí)，葉片中央部的流量減少，端壁7部分的流量增大，從而使級(jí)的總體性能降低。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的例子中，設(shè)定一定的角度范圍。
然而，如上面所說(shuō)明的，對(duì)于動(dòng)葉片6，降低動(dòng)葉片6的前端部的葉片損失更為有效，從而，不把傾斜角θbt、θbr設(shè)定為同一個(gè)角度可提高效率更高的透平級(jí)，此外，對(duì)于固定葉片3，如特開(kāi)平4-78803號(hào)公報(bào)所述，也通過(guò)設(shè)定某一角度范圍(2.5度至25度)來(lái)提高級(jí)效率，但是，和動(dòng)葉片6一樣，當(dāng)不將固定葉片3前端部的傾斜角θnt與固定葉片3的根部的傾斜角θnr不設(shè)定為同一角度時(shí)，可提供效率更高的透平級(jí)。也就是說(shuō)，使固定葉片3、動(dòng)葉片6的葉片根部的傾斜角和葉片前端部的傾斜角的設(shè)定變化，進(jìn)而通過(guò)將它們組合起來(lái)的協(xié)同效應(yīng)可形成高效率的透平級(jí)。
進(jìn)而，在透平級(jí)內(nèi)工作的固定葉片3、動(dòng)葉片6，由于在葉片根部、葉片前端部其反應(yīng)度不同，沿葉片高度方向的流體壓力不同，由于損失發(fā)生的情況的變化，固定葉片3、動(dòng)葉片6的三維形狀會(huì)相互影響。在圖13中，用實(shí)踐表示一般的軸流透平級(jí)的固定葉片3、動(dòng)葉片6的高度方向的入口、出口壓力分布?？v軸為葉片高度，橫軸為壓力。在圖中所示的固定葉片3的入口處，沿葉片高度方向壓力恒定，固定葉片3的出口壓力(動(dòng)葉片6的入口壓力)，葉片的高度位置越低，壓力越低，葉片高度位置越高，壓力也越高。另一方面，動(dòng)葉片6的出口壓力，即使動(dòng)葉片6的高度位置發(fā)生變化，也保持基本上相同的壓力。因此，在動(dòng)葉片6的根部，動(dòng)葉片6的入口。出口部的壓力差小，在前端部壓力差大。對(duì)于固定葉片3、動(dòng)葉片6采用使葉片傾斜的三維葉片的情況下，在葉片高度方向上的壓力分布用圖中的虛線表示。在使用三維葉片的情況下，葉片前端部、葉片根部的固定葉片出口壓力、動(dòng)葉片出口壓力與一般的級(jí)相比上升。這是由于通過(guò)使葉片傾斜，不僅降低了葉片面的壓力差而且葉片出口的壓力也上升的緣故。圖14表示葉片傾斜角與壓力上升量的關(guān)系。
如圖14所示，隨著葉片傾斜角的增加，壓力上升量也變大。在葉片根部的固定葉片出口壓力、動(dòng)葉片出口壓力的上升會(huì)對(duì)動(dòng)葉片6的葉片性能產(chǎn)生影響。在動(dòng)葉片6根部的葉片傾斜角與葉片損失的關(guān)系由圖15表示。圖15的縱軸表示動(dòng)葉片根部損失，橫軸表示傾斜角θbr(傾斜角θbr如圖中所示，為將動(dòng)葉片6的葉片重心線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)中心輻射狀地延伸的徑向線向葉片腹部?jī)A斜的角度)。如圖所示，由于動(dòng)葉片6的傾斜角θbr越大葉片間的壓力差越小，二元流動(dòng)損失變小，葉片損失也變小，所以當(dāng)動(dòng)葉片6的根部?jī)A斜角θbr增加到一定角度以上時(shí)，在葉片內(nèi)的工作流體減速，產(chǎn)生葉片分離，葉片損失增加。從而在動(dòng)葉片6的根部的傾斜角存在著使葉片損失成為最小的最佳值。由于對(duì)固定葉片采用三維葉片時(shí)，固定葉片出口壓力(動(dòng)葉片入口壓力)也上升，所以使動(dòng)葉片根部損失最小的最佳傾斜角度也發(fā)生變化。在圖中，與一般固定葉片3(固定葉片3根部?jī)A斜角θnr=0度)組合時(shí)(實(shí)線)的三維動(dòng)葉片6根部最佳傾斜角用a表示，與三維固定葉片組合時(shí)(虛線)的三維動(dòng)葉片根部的最佳傾斜角用b表示。當(dāng)對(duì)和一般的固定葉片組合的三維動(dòng)葉片根部最佳傾斜角a與采用和三維固定葉片組合的三維動(dòng)葉片根部最佳傾斜角b進(jìn)行比較時(shí)，在與三維固定葉片組合時(shí)，由于固定葉片出口壓力上升，工作流體分離時(shí)的動(dòng)葉片傾斜角度變大，可將動(dòng)葉片根部?jī)A斜角度設(shè)定得的更大。這意味著，由于可將動(dòng)葉片傾斜角度設(shè)定得更大，從而可進(jìn)一步降低二元流動(dòng)損失。然而，由于與三維固定葉片組合的最佳葉片根部?jī)A斜角b隨三維固定葉片的傾斜角θnr的大小而變化，所以固定葉片根部?jī)A斜角和動(dòng)葉片根部?jī)A斜角與使葉片損失最小的傾斜降低具有相關(guān)關(guān)系。
另一方面，在動(dòng)葉片6的前端部，工作流體由固定葉片3和動(dòng)葉片6之間從設(shè)在靜止部上的翅15和護(hù)罩5之間泄漏，不流入動(dòng)葉片6內(nèi)，不進(jìn)行有效的工作，產(chǎn)生泄漏損失。由于動(dòng)葉片6出口處的壓力差越大其泄漏流量越增加，從而這種損失加大。在采用三維固定葉片和三維動(dòng)葉片透平級(jí)的情況下，因各種葉片形狀所引起的效應(yīng)，如圖13所示，與一般的級(jí)相比，固定葉片3的出口、動(dòng)葉片6的出口處的壓力上升。這種壓力上升量與葉片前端部的固定葉片傾斜角和動(dòng)葉片傾斜角的大小有關(guān)，通過(guò)動(dòng)葉片6、靜喲3的傾斜角的相互設(shè)定，固定葉片出口、動(dòng)葉片出口的壓力差變大，泄漏損失增加，存在著使透平級(jí)效率降低的問(wèn)題。例如，當(dāng)設(shè)定動(dòng)葉片前端傾斜角θbr小于固定葉片前端傾斜角θnt時(shí)，由固定葉片前端傾斜角造成的壓力上升量超過(guò)動(dòng)葉片前端傾斜角造成的壓力上升量，動(dòng)葉片前端部的壓力差變大，泄漏損失增加。
如上所述，透平級(jí)中三維葉片的形狀(葉片的傾斜角)，與固定葉片3、動(dòng)葉片6相關(guān)，僅通過(guò)分別降低固定葉片3、動(dòng)葉片6的二元流動(dòng)損失，不能充分提高透平級(jí)的性能。本發(fā)明以這一背景為基礎(chǔ)，其目的是提供一種降低固定葉片3、動(dòng)葉片6相互干擾所引起的性能下降、具有高性能的透平級(jí)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式1＜θnr/θnt1＜θbt/θbr。
軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt,θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式1＜θnr/θbr＜3。
軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)睿?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式0.3＜θnt/θbt＜1。
軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)睿?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式1＜θnr/θbr＜30.3＜θnt/θbt＜1。
一種軸流透平，其特征為，它采用如權(quán)利要求1之4中任一項(xiàng)所述的軸流透平級(jí)。
根據(jù)所述的本發(fā)明，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片3的葉片后緣線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心輻射式地延伸的徑向線在腹部側(cè)形成凸?fàn)畹耐瑫r(shí)，使前述動(dòng)葉片的葉片重心線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)中心輻射上地延伸的徑向線在腹部形成凸?fàn)?，?dāng)令上述葉片的葉片后緣線前端部與葉片后緣的根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線及葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，有1＜θnr/θnt1＜θbt/θbr。
此外，根據(jù)所述的本發(fā)明，其特征為，1＜θnr/θbr＜3。
根據(jù)所述的本發(fā)明，其特征為，0.3＜θnt/θbt＜1。
進(jìn)而根據(jù)所述的本發(fā)明，其特征為，1＜θnr/θbr＜30.3＜θnt/θbt＜1。
本發(fā)明的積極效果如以上所說(shuō)明的，根據(jù)本發(fā)明的三維透平級(jí)，通過(guò)根據(jù)相互關(guān)系形成固定葉片、動(dòng)葉片的傾斜角，可提高透平機(jī)的效率。
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是從軸向觀察時(shí)所看到的根據(jù)本發(fā)明的三維軸流透平級(jí)的固定葉片的簡(jiǎn)圖。
圖2是從軸向方向觀察時(shí)所看到的根據(jù)本發(fā)明的三維軸流透平級(jí)的固定葉片的簡(jiǎn)圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的三維透平機(jī)的第一個(gè)實(shí)施例的作用的說(shuō)明圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的三維透平機(jī)的第一個(gè)實(shí)施例的作用的說(shuō)明圖。
圖5是表示相對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的三維軸流透平級(jí)的θnr/θbr的級(jí)效率比的圖示。
圖6是表示相對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的三維軸流透平級(jí)的θnt/θbt的級(jí)效率比的圖示。
圖7是表示軸流透平級(jí)的簡(jiǎn)圖。
圖8是二元流動(dòng)的說(shuō)明圖。
圖9(a)是表示軸流級(jí)的簡(jiǎn)圖，(b)是沿(a)的A-A線的向視圖。
圖10是工作流體的膨脹線圖。
圖11(a)、(b)是軸流透平級(jí)的影響系數(shù)圖。
圖12為表示相對(duì)于葉片的級(jí)效率比的圖示。
圖13為軸流透平級(jí)的壓力分布圖。
圖14為傾斜角與壓力上升量的關(guān)系圖。
圖15(a)、(b)為傾斜角的說(shuō)明圖及傾斜角與葉片損失的關(guān)系圖。
下面參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的軸流透平的有關(guān)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1和圖2是從軸向方向觀察時(shí)所看到的根據(jù)本發(fā)明的固定葉片3和動(dòng)葉片6的第一個(gè)實(shí)施例。如圖1所示，固定設(shè)置在外輪1及內(nèi)輪2上的多個(gè)固定葉片3，使葉片后緣線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心輻射狀地延伸的徑向線向腹部形成凸?fàn)?，固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸4上、于頂部設(shè)置護(hù)罩5的多個(gè)動(dòng)葉片6，如圖2所示，令動(dòng)葉片6的葉片重心線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線在腹部形成凸?fàn)?。同時(shí)，當(dāng)令上述固定葉片3的葉片后緣前端部及葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片6的前端部截面重心線與葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，有1＜θnr/θnt1＜θbt/θbr。
圖3表示固定葉片3的傾斜較與作為固定葉片3的葉片損失熱降Hn和固定葉片3所影響系數(shù)Cn之積的固定葉片損失之間的關(guān)系。實(shí)線為在固定葉片根部的固定葉片損失，虛線為在固定葉片前端部的固定葉片損失。在固定葉片前端部的固定葉片損失(Hn×Cn)與固定葉片根部的固定葉片損失相比較，由于在前端部反應(yīng)度大，所以如圖3所示，影響系數(shù)低，固定葉片損失小。這里，當(dāng)固定葉片前端部?jī)A斜角θnt與固定葉片根部?jī)A斜角θnr為同一個(gè)角度θ1的場(chǎng)合，與固定葉片根部的傾斜角θnr為θ1，固定葉片前端部?jī)A斜角θnt為θ2的產(chǎn)相比較，當(dāng)損失之和為(r1+t1)和(r1+t2)時(shí)，有(r1+t1)＞(r1+t2)的關(guān)系，如果固定葉片前端部?jī)A斜角θnt大于固定葉片根部?jī)A斜角θnr，損失之和小于傾斜角相同的場(chǎng)合，提高透平級(jí)的性能。
此外，在固定葉片前端部?jī)A斜角θnt與固定葉片根部?jī)A斜角θnr為同一個(gè)角度θ1的場(chǎng)合與固定葉片根部?jī)A斜角θnr為θ2，固定葉片傾斜角θnt為θ1時(shí)，令損失為(r1+t1)與(r2+t1)，具有(r1+t1)＞(r2+t1)的關(guān)系，如果令固定葉片前端部?jī)A斜角θnt小于固定葉片根部?jī)A斜角θnr，損失之和也比傾斜角相同時(shí)小。然而，對(duì)于固定葉片的根部，由于相對(duì)于傾斜角的變化，靜壓損失的變化量大(Δr＞Δt)，從而可以理解，通過(guò)設(shè)定固定葉片前端部?jī)A斜角θnt小于固定葉片根部?jī)A斜角θnr，即，令θnt＜θnr，可更加有效地提高透平級(jí)的性能。在固定葉片3根部，與前端部相比，相對(duì)于傾斜角的變化，靜壓損失的變化量大的原因是，由于根部相對(duì)于前端部，其反應(yīng)度低，所以固定葉片的入口、出口之間的壓力差大，二元流動(dòng)損失也大，因此，相對(duì)于傾斜角的變化，二元流動(dòng)損失達(dá)到變化量加大。從而，如前面所述，可通過(guò)令1＜θnr/θnt提高透平級(jí)的性能。
圖4表示動(dòng)葉片6的傾斜角與作為動(dòng)葉片的葉片所述熱降Hb與動(dòng)葉片影響系數(shù)Cb之間的動(dòng)葉片損失之間的關(guān)系。實(shí)線為動(dòng)葉片根部的動(dòng)葉片損失，虛線為動(dòng)葉片根部的動(dòng)葉片損失。在動(dòng)葉片前端部的動(dòng)葉片損失(Hb×Cb)與動(dòng)葉片根部的動(dòng)葉片損失相比較，由于在前端部反應(yīng)度大，所以如圖13所示，影響系數(shù)變高，動(dòng)葉片所示也變大。動(dòng)葉片的情況與圖3所示的固定葉片具有相反的作用，可以看出，當(dāng)設(shè)定動(dòng)葉片前端部?jī)A斜角θbt大于動(dòng)葉片根部?jī)A斜角θbr，即，θbr＜θbt時(shí)，可更有效地提高透平級(jí)的性能。
圖5是表示三維透平級(jí)效率的圖示，橫軸表示固定葉片根部?jī)A斜角θnr與動(dòng)葉片根部?jī)A斜角θbr之比，縱軸表示θnr=θbr時(shí)的級(jí)效率η0r與令根部?jī)A斜角之比θnr/θbr變化時(shí)的級(jí)效率η1r之比。如圖所示，相對(duì)于θnr=θbr時(shí)的級(jí)效率η0r，在1＜θnr/θbr＜3的范圍內(nèi)，級(jí)效率上升。這是因?yàn)?，?dāng)使動(dòng)葉片的根部?jī)A斜角θbr大于固定葉片根部?jī)A斜角θnr時(shí)，與動(dòng)葉片6及固定葉片3的根部?jī)A斜角相同的情況相比，動(dòng)葉片入口、出口的壓力差變小，在動(dòng)葉片6內(nèi)引起分離，動(dòng)葉片的葉片損失增加，級(jí)效率下降，當(dāng)使動(dòng)葉片傾斜角θbr過(guò)分小時(shí)，由動(dòng)葉片6的三維形狀引起的二元流動(dòng)損失降低的效果變小造成的。
從而，通過(guò)使1＜θnr/θbr＜3可提高級(jí)效率。
此外，圖6是表示相對(duì)于固定葉片前端部?jī)A斜角θnt和動(dòng)葉片前端部?jī)A斜角θbt，級(jí)效率變化的圖示，橫軸表示固定葉片前端部?jī)A斜角θnt與動(dòng)葉片前端部?jī)A斜角θbt的比值，縱軸表示當(dāng)令θnt=θbt時(shí)的級(jí)效率η0t與使前端部?jī)A斜角之比θnt/θbt變化使級(jí)效率η1t的比值。如圖所示，相對(duì)于θnt=θbt時(shí)的級(jí)效率η0t，在0.3＜θnt/θbt＜1.0的范圍內(nèi)，級(jí)效率上升。當(dāng)使動(dòng)葉片根部?jī)A斜角θbt過(guò)分大于固定葉片根部?jī)A斜角θnt時(shí)，與動(dòng)葉片6、固定葉片3的根部?jī)A斜角相同的情況相比，動(dòng)葉片入口、出口之間的壓力差加大，動(dòng)葉片前端部的翅與護(hù)罩之間的泄漏損失增加，超過(guò)由葉片三維形狀所造成的二元流動(dòng)損失的降低，從而使級(jí)泄漏下降。此外，當(dāng)使動(dòng)葉片傾斜角θbr過(guò)分小時(shí)，會(huì)降低由動(dòng)葉片6的三維形狀所造成的二元流動(dòng)損失下降的效果。
從而優(yōu)選地，令θnt/θbt大于0.3小于1.0。
另外，在使1＜θnr/θbr＜3且0.3＜θnt/θbt＜1.0的情況下，進(jìn)而使相互效果協(xié)同作用，提高透平級(jí)的性能。
本發(fā)明的積極效果如以上所說(shuō)明的，根據(jù)本發(fā)明的三維透平級(jí)，通過(guò)根據(jù)相互關(guān)系形成固定葉片、動(dòng)葉片的傾斜角，可提高透平機(jī)的效率。
權(quán)利要求
1.軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)睿?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式1＜θnr/θnt1＜θbt/θbr。
2.軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)睿?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt,θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式1＜θnr/θbr＜3。
3.軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式0.3＜θnt/θbt＜1。
4.軸流透平級(jí)，在固定葉片和動(dòng)葉片組合的軸流透平級(jí)中，其特征為，將前述固定葉片的葉片后緣線，相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，并且將前述?dòng)葉片5的重心線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線，在腹部形成凸?fàn)?，?dāng)令上述固定葉片的葉片后緣前端部和葉片后緣根部與上述徑向線的夾角為θnt、θnr，上述動(dòng)葉片的葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與上述徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí)，滿足下述關(guān)系式1＜θnr/θbr＜30.3＜θnt/θbt＜1。
5.一種軸流透平，其特征為，它采用如權(quán)利要求1之4中任一項(xiàng)所述的軸流透平級(jí)。
全文摘要
一種軸流透平級(jí),其可減少因固定葉片、動(dòng)葉片的相互干擾所造成的性能下降。在使固定葉片的葉片后緣線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線,在腹部形成凸?fàn)?且令該葉片重心線相對(duì)于從旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀延伸的徑向線,在腹部形成凸?fàn)?當(dāng)令該葉片后緣前端部和其后緣根部與徑向線的夾角為θnt、θnr,令該葉片前端部截面重心線和葉片根部截面重心線與徑向線的夾角為θbt、θbr時(shí),令1<θnr/θnt、1<θbt/θbr。
文檔編號(hào)F01D9/02GK1309230SQ0110380
公開(kāi)日2001年8月22日 申請(qǐng)日期2001年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月9日
發(fā)明者川崎榮 申請(qǐng)人:東芝株式會(huì)社