[发明专利]用于确定作为用于轴流式涡轮机的旧叶片的替换件的替换叶片的轮廓的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定作为用于轴流式涡轮机的旧叶片的替换件的替换叶片的轮廓的方法，其中替换叶片是用于燃气轮机的转子叶片或定子叶片。

背景技术

燃气轮机、尤其非固定式燃气轮机通常具有大约30年的运行期限。在所述持续时间中，迄今尤其用于改进燃气轮机的热效率的技术创新是市场成熟的。值得期望的是，已经安装的燃气轮机至少部分地配设有这种技术创新，以便借此在燃气轮机中实现相应的效率提高。为了将技术创新实施到已经安装的燃气轮机中，通常提供设有技术创新并且改进的构件，所述构件连同其在燃气轮机中的较旧的配合件一起被更换。值得期望的是，更换燃气轮机中的尽可能少量的构件，以便将对此的成本和更新的耗费保持得尽可能小。

用于发电厂应用的固定式燃气轮机通常以轴流式结构方式实施。燃气轮机的压缩机通常具有多个在穿流方向上轴向地相继设置的级，其中每级包括与转子相关联并且形成转子叶片环的转子叶片以及形成导向叶片环的导向叶片。转子叶片连同转子相对于固定的导向叶片一起旋转，其中尤其地，转子叶片的和导向叶片的流体效率确定级的流体效率。通过在确定叶片轮廓时使用数字的流动解算器，在近年能够实现级效率的明显改进。因此，期望的是，尤其对于燃气轮机的压缩机将现存的叶片组移走并且用根据现代观点设计的叶片组进行替换。转子保持在燃气轮机中，由此转子和叶片组之间在叶片固定装置处的机械接口保持不变。

然而，如果确定新叶片组的轮廓引起叶身的重心的改变，那么叶片固定装置的机械应力发生改变。通常，这引起叶片固定装置的不利的负载，由此新叶片组的轮廓确定能够与叶片固定装置的最大允许的负载值相一致。通常，这引起在确定新叶片组的轮廓时受到限制，由此，不能够实现原则上可实现的效率提高。

尤其对于压缩机转子叶片已经示出，在确定轮廓时，在流动通道的下部半部中引入后掠部来提高压缩机转子叶片的空气动力学的性能。因此，当然伴随着叶片重心和叶片后缘朝向位于下游的导向叶片列的方向相应地移动。通过所述重心移动引起叶片固定装置在叶片槽之内的负荷的初始存在的对称性变差，使得在确定压缩机转子叶片的轮廓时，后掠的程度强烈受限。为了尽管如此压缩机转子叶片还是设有后掠部，新叶片组的轴向部段的串接线与旧叶片组的轴向部段的串接线相比的偏差限制在仍允许的区域之内。因此，实现了在燃气轮机运行时，在叶足中和在周向槽处的负载没有不允许地高。由此，当然大量的势能和效率改进保持为未加利用的。

补救方法能够实现缩短新叶片组的叶根上的弦长。所述措施当然关于新叶片组的空气动力学的负载能力和稳定性及其结构力学的整体性是不利的。

在US2003/012645A1中描述一种用于改装导向叶片的方法，其中用新的导向叶片来替换存在的导向叶片。

发明内容

本发明的目的是，实现一种用于确定作为用于轴流式涡轮机的旧叶片的替换件的替换叶片的轮廓的方法、用于燃气轮机的转子叶片和定子叶片以及具有转子叶片和/或定子叶片的燃气轮机，其中燃气轮机具有高的热力学的效率。

所述目的借助权利要求1、8至10的特征来实现。对此优选的设计方案在其他的权利要求中提出。

根据本发明的用于确定作为用于轴流式涡轮机的旧叶片的替换件的替换叶片的轮廓的方法，具有下述步骤：检测旧叶片的流动通道的壳体轮廓几何形状和毂轮廓几何形状，所述旧叶片在一侧在毂上或在壳体上夹紧，以及检测旧叶片的叶身的重心的轴向位置和/或可用的最大轴向结构空间；设计替换叶片的叶身的几何形状，其中替换叶片的叶身的夹紧部侧的部段基本上位于与旧叶片的叶身的夹紧部侧的部段相同的位置处并且替换叶片的叶身关于级效率的优化在叶身前缘上朝向夹紧部向上游倾斜，由此叶身具有后掠部；限定替换叶片的叶身的靠近夹紧部的区域，在所述区域中，后掠部对级效率的正面影响被归为小的；朝向上游轴向地移动替换叶片的设置在所述区域之外的叶身部段，直至替换叶片的叶身的重心的轴向位置基本上与旧叶片的叶身的重心的轴向位置重合和/或在利用旧叶片的可用的最大轴向结构空间的条件下实现替换叶片的机械整体性，其中在所述区域中从替换叶片的叶身的夹紧部侧的部段直至替换叶片的所移动的叶身部段，前缘朝向夹紧部向下游倾斜，由此叶身在该区域中具有过渡掠形部。

优选地，轴流式涡轮机是燃气轮机的涡轮和/或压缩机。根据本发明的用于燃气轮机的转子叶片是替换叶片，所述替换叶片借助根据本发明的方法来设计。此外，根据本发明的定子叶片是替换叶片，所述替换叶片借助根据本发明的方法来设计。根据本发明的燃气轮机具有转子叶片和/或定子叶片。