涡轮翼型件制造技术

本发明专利技术为一种空气动力有效的涡轮翼型件，其包括第一端壁、第二端壁、叠层轴线、长宽比、百分比径向跨距、切向偏移和角；其中限定了长宽比、百分比径向跨距和角之间的关系。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术大体上涉及涡轮机，并且更具体地涉及空气动力有效的涡轮翼型件，其包括第一端壁、第二端壁、叠层轴线、长宽比、百分比径向跨距、切向偏移和角；其中限定了长宽比、百分比径向跨距和角之间的关系。

技术介绍

在汽轮机中，例如干加压蒸汽的工作流体经过一个或更多个膨胀区段，膨胀区段将来自蒸汽的热能和动能转换成作用于旋转轴或其它元件上的机械转矩，由此产生用于驱动例如发动机的外部负载的功。如本文中所使用的，用语\汽轮机\可包含静止或移动涡轮机，且可具有引起一个或更多个轴的旋转的任何适合的布置。
在轴流式再热汽轮机中，蒸汽首先经过高压区段，在该处，能量通过蒸汽的膨胀和冷却获取。蒸汽然后被引导至再热器，其升高蒸汽的温度。再热蒸汽然后经过中压区段，在该处，通过进一步膨胀和冷却获得附加能量。蒸汽然后被引导至低压区段，在该处，剩余能量的大部分在将蒸汽冷凝成水之前获得。
高压、中压和低压膨胀区段包含从蒸汽取得功的多个静止翼型件和旋转翼型件。翼型件的空气动力表面沿大体上垂直于旋转轴线的方向定向，且由环形端壁、平台、护罩或向翼型件提供结构支承且具有沿大体上平行于旋转轴线的方向定向的表面的任何其它工具(下文共同称为\端壁\)保持在适当位置。
翼型件的空气动力表面连结到端壁上的区域典型地特征为湍流和错误方向，其由边界层流和交叉通路压力梯度引起。该流动特征可引起空气动力效率的显著损失，也称为二次损失。二次损失的程度还涉及翼型件的长度与宽度之间的关系，也称为长宽比。
因此，期望修改空气动力表面连结到端壁上的区域中的翼型件的几何形状，以便使二次损失极小化且补偿翼型件长宽比的效果。

技术实现思路

本专利技术的实施例在下文中归纳。这些实施例不旨在限制提出的权利要求的范围，相反这些实施例仅旨在提供本专利技术的可能形式的简要概述。此外，本专利技术可包含可与权利要求的范围相当的类似于或不同于下文所述的实施例的多种形式。
根据本专利技术的第一实施例，一种涡轮翼型件包括凹面、凸面、前缘、后缘、第一端壁和第二端壁；其中有效长度由基本在径向方向上的第一端壁与第二端壁之间的距离限定，轴向宽度由有效长度的大约50%的径向距离处的基本轴向方向上的前缘与后缘之间的距离限定，且有效长度除以轴向宽度限定长宽比AR；且还具有多个沿径向堆叠的截面，其围绕叠层轴线设置在轴向-切向平面中，叠层轴线基本沿径向方向设置在第一端壁与第二端壁之间；各个截面均包括凹面、凸面、前缘和后缘的一部分；且还具有限定为设置在第一截面与第二截面之间的有效长度的百分比的第一距离Z''，其中第二截面位于基本相同的径向跨距下，且与第一端壁或第二端壁共面；第二距离Y'限定为基本沿切向方向设置在叠层轴线和第一截面之间的交点与叠层轴线和第二截面之间的交点之间的距离；以及角α，其中α的正切等于第二距离Y'除以第一距离Z'；以及其中AR等于或大于大约3，Z''大于大约3%且小于大约20%，并且α大于大约8度且小于大约35度；其中AR等于或大于大约2且小于大约3，Z''大于大约3%且小于大约27%，并且α大于大约8度且小于大约38度；或者其中AR等于或大于大约1且小于大约2，Z''大于大约5%且小于大约45%，并且α大于大约10度且小于大约48度。
根据本专利技术的第二实施例，一种汽轮机包括旋转轴线和由外侧边界和内侧边界限定的至少一个环形蒸汽通路，在外侧边界和内侧边界之间多个翼型件围绕旋转轴线切向地布置，且从外侧边界或内侧边界沿径向延伸；其中翼型件各自包括凹面、凸面、前缘、后缘、第一端壁和第二端壁；其中有效长度由基本在径向方向上的第一端壁与第二端壁之间的距离限定，轴向宽度由有效长度的大约50%的径向距离处的基本轴向方向上的前缘与后缘之间的距离限定，且有效长度除以轴向宽度限定长宽比AR；且还具有多个沿径向堆叠的截面，其围绕叠层轴线设置在轴向-切向平面中，叠层轴线基本沿径向方向设置在第一端壁与第二端壁之间；各个截面均包括凹面、凸面、前缘和后缘的一部分；且还具有限定为设置在第一截面与第二截面之间的有效长度的百分比的第一距离Z''，其中第二截面位于基本相同的径向跨距下，且与第一端壁或第二端壁共面；第二距离Y'限定为基本沿切向方向设置在叠层轴线和第一截面之间的交点与叠层轴线和第二截面之间的交点之间的距离；以及角α，其中α的正切等于第二距离Y'除以第一距离Z'；以及其中AR等于或大于大约3，Z''大于大约3%且小于大约20%，并且α大于大约8度且小于大约35度；其中AR等于或大于大约2且小于大约3，Z''大于大约3%且小于大约27%，并且α大于大约8度且小于大约38度；或者其中AR等于或大于大约1且小于大约2，Z''大于大约5%且小于大约45%，并且α大于大约10度且小于大约48度。
根据本专利技术的第三实施例，一种汽轮机系统包括至少一个蒸汽源、至少一个膨胀区段和至少一个冷凝区段；其中至少一个膨胀区段包括旋转轴线和由外侧边界和内侧边界限定的至少一个环形蒸汽通路，在外侧边界和内侧边界之间多个翼型件围绕旋转轴线切向地布置，且从外侧边界或内侧边界沿径向延伸；其中翼型件各自包括凹面、凸面、前缘、后缘、第一端壁和第二端壁；其中有效长度由基本在径向方向上的第一端壁与第二端壁之间的距离限定，轴向宽度由有效长度的大约50%的径向距离处的基本轴向方向上的前缘与后缘之间的距离限定，且有效长度除以轴向宽度限定长宽比AR；且还具有多个沿径向堆叠的截面，其围绕叠层轴线设置在轴向-切向平面中，叠层轴线基本沿径向方向设置在第一端壁与第二端壁之间；各个截面均包括凹面、凸面、前缘和后缘的一部分；且还具有限定为设置在第一截面与第二截面之间的有效长度的百分比的第一距离Z''，其中第二截面位于基本相同的径向跨距下，且与第一端壁或第二端壁共面；第二距离Y'限定为基本沿切向方向设置在叠层轴线和第一截面之间的交点与叠层轴线和第二截面之间的交点之间的距离；以及角α，其中α的正切等于第二距离Y'除以第一距离Z'；以及其中AR等于或大于大约3，Z''大于大约3%且小于大约20%，并且α大于大约8度且小于大约35度；其中AR等于或大于大约2且小于大约3，Z''大于大约3%且小于大约27%，并且α大于大约8度且小于大约38度；或者其中AR等于或大于大约1且小于大约2，Z''大于大约5%且小于大约45%，并且α大于大约10度且小于大约48度。
本专利技术的第一技术方案提供了一种涡轮翼型件，包括凹面、凸面、前缘、后缘、第一端壁和第二端壁；其中有效长度由基本在径向方向上的第一端壁与第二端壁之间的距离限定，轴向宽度由有效长度的大约50%的径向距离处的基本轴向方向上的前缘与后缘之间的距离限定，且有效长度除以轴向宽度限定长宽比AR；且还包括多个沿径向堆叠的截面，其围绕叠层轴线设置在轴向-切向平面中，叠层轴线基本沿径向方向设置在第一端壁与第二端壁之间；各个截面均包括凹面、凸面、前缘和后缘的一部分；且还包括限定为设置在第一截面与第二截面之间的有效长度的百分比的第一距离Z''，其中第二截面位于基本相同的径向跨距下，且与第一端壁或第二端壁共面；第二距离Y'限定为基本沿切向方向设置在叠层轴线和第一截面之间的交点与叠层轴线和第二截面之间的交点之间的距离；以及角α，其中α的正切等于第二距离Y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮翼型件，包括：凹面、凸面、前缘、后缘、第一端壁和第二端壁；其中：有效长度由基本在径向方向上的所述第一端壁与所述第二端壁之间的距离限定，轴向宽度由所述有效长度的大约50%的径向距离处的基本轴向方向上的所述前缘与所述后缘之间的距离限定，且所述有效长度除以所述轴向宽度限定长宽比AR；且还包括：多个沿径向堆叠的截面，其围绕叠层轴线设置在轴向‑切向平面中，所述叠层轴线基本沿所述径向方向设置在所述第一端壁与所述第二端壁之间；各个截面均包括所述凹面、凸面、前缘和后缘的一部分；且还包括：限定为设置在第一截面与第二截面之间的所述有效长度的百分比的第一距离Z''，其中所述第二截面位于基本相同的径向跨距下，且与所述第一端壁或所述第二端壁共面；第二距离Y'限定为基本沿切向方向设置在所述叠层轴线和所述第一截面之间的交点与所述叠层轴线和所述第二截面之间的交点之间的距离；以及角α，其中α的正切等于所述第二距离Y'除以所述第一距离Z'；以及：其中AR等于或大于大约3，Z''大于大约3%且小于大约20%，并且α大于大约8度且小于大约35度；其中AR等于或大于大约2且小于大约3，Z''大于大约3%且小于大约27%，并且α大于大约8度且小于大约38度；或者其中AR等于或大于大约1且小于大约2，Z''大于大约5%且小于大约45%，并且α大于大约10度且小于大约48度。...

【技术特征摘要】
2015.01.13 US 14/5953211.一种涡轮翼型件，包括：
凹面、凸面、前缘、后缘、第一端壁和第二端壁；其中：
有效长度由基本在径向方向上的所述第一端壁与所述第二端壁之间的距离限定，轴向宽度由所述有效长度的大约50%的径向距离处的基本轴向方向上的所述前缘与所述后缘之间的距离限定，且所述有效长度除以所述轴向宽度限定长宽比AR；且还包括：
多个沿径向堆叠的截面，其围绕叠层轴线设置在轴向-切向平面中，所述叠层轴线基本沿所述径向方向设置在所述第一端壁与所述第二端壁之间；各个截面均包括所述凹面、凸面、前缘和后缘的一部分；且还包括：
限定为设置在第一截面与第二截面之间的所述有效长度的百分比的第一距离Z''，其中所述第二截面位于基本相同的径向跨距下，且与所述第一端壁或所述第二端壁共面；第二距离Y'限定为基本沿切向方向设置在所述叠层轴线和所述第一截面之间的交点与所述叠层轴线和所述第二截面之间的交点之间的距离；以及角α，其中α的正切等于所述第二距离Y'除以所述第一距离Z'；以及：
其中AR等于或大于大约3，Z''大于大约3%且小于大约20%，并且α大于大约8度且小于大约35度；
其中AR等于或大于大约2且小于大约3，Z''大于大约3%且小于大约27%，并且α大于大约8度且小于大约38度；或者
其中AR等于或大于大约1且小于大约2，Z''大于大约5%且小于大约45%，并且α大于大约10度且小于大约48度。
2.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，
其中AR为大约5.0，Z''为大约5%且α为大约19度；
其中AR为大约4.3，Z''为大约6%且α为大约19度；
其中AR为大约3.0，Z''为大约10%且α为大约19度；或
其中AR为大约1.7，Z''为大约21%，且α为大约28度。
3.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件构造为旋转翼型件，并且所述切向偏移Y'的方向朝向所述凸面且远离所述凹面。
4.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件构造为旋转翼型件，并且所述第二截面位于基本相同的径向跨距处且与所述第二端壁共面。
5.根据权利要求1所述的翼型件，其特征在于，所述翼型件构造为静止翼型件，并且所述切向偏移Y'的方向朝向所述凸面且远离所述凹面。
6.一种汽轮机，包括旋转轴线和由外侧边界和内侧边界限定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：PM克里什南，JA科特罗内奥，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US