[发明专利]一种具有台阶型球面端壁的大子午扩张变几何涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机的涡轮。

背景技术

燃气轮机经常会在非设计工况下工作，此时涡轮效率会大幅度降低。变几何涡轮技术可有效地改善燃气涡轮变工况效率，而调节涡轮静叶的安装角度则是一种行之有效的变几何方法。现有技术的可调静叶结构，为了保证涡轮静叶可以转动，静叶上下端壁要留有间隙，从而引起了静叶的泄漏损失，严重影响涡轮效率；并且对于大子午扩张变几何涡轮，大子午扩张角易使得端壁附近流动减速，附面层增厚，流体抵抗横向压力梯度的能力减弱，进而较容易形成二次流，这些都会进一步增加变几何涡轮端区流动损失。此外，涡轮静叶转动时端区间隙高度会发生改变，尤其在大子午扩张变几何涡轮中间隙高度的变化速度更为明显，进一步影响了变几何涡轮的工作性能。

为了减小叶顶间隙泄漏的不利影响，现代燃气轮机主要采用主动和被动间隙控制。被动间隙控制方法主要采用叶顶和机匣处理，比如凹槽叶顶、机匣端壁造型等，这种方法虽然可以改善涡轮设计点性能，但却无法对间隙高度变化进行有效反馈。主动间隙控制方法主要通过将压气机气流引出对机匣或者叶片表面进行加热或者冷却，使其相应膨胀或收缩，从而对间隙高度变化进行反馈控制，但该方法存在热惯性、结构布置复杂等问题。为了解决大子午扩张流道所带来的流动问题，现有研究大多关注于子午流道端壁型线的优化上。截止到目前，对于大子午扩张变几何涡轮所存在的不利问题，现有技术并没有考虑把对叶顶间隙泄漏的控制与对大子午扩张端区流动的重组结合起来，更没有考虑改善大子午扩张变几何涡轮的变工况特性。

发明内容

本发明的目的在于提供既能重组间隙端区复杂流动，减少端区间隙泄漏损失，进而提高设计点涡轮效率，又能保持静叶转动时端区间隙高度不变，从而改善变工况特性的一种具有台阶型球面端壁的大子午扩张变几何涡轮。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种具有台阶型球面端壁的大子午扩张变几何涡轮，包括机匣、动叶轮毂、动叶片，动叶轮毂位于机匣里，动叶片与动叶片之间沿轮毂圆周方向均匀布置并固定在动叶轮毂上，其特征是：还包括静叶轮毂，静叶轮毂设置在动叶轮毂旁，沿气体流动方向，在每个动叶片前方均设置可调静叶片，可调静叶片安装在静叶轮毂上，可调静叶片的上端面设置上旋转轴，可调静叶片的下端面设置下旋转轴，每个可调静叶片的外侧均通过其上旋转轴与机匣相连，静叶轮毂上设置静叶片槽，下旋转轴均设置在静叶片槽里，上旋转轴上安装调节可调静叶片角度的调整杆，调整杆伸出至机匣外。

本发明还可以包括：

1、上旋转轴和下旋转轴的轴线位于同一直线上，上旋转轴轴径大于下旋转轴。

2、机匣内侧的剖面线包括依次相连的第一进口平直段、第一台阶型线、第一球面型线、第二台阶型线、第二球面型线、第二出口平直段，其中第一球面型线对应可调静叶片上端面所在位置，第二球面型线对应动叶片端部的位置，第一球面型线和可调静叶片上端面的剖面均为圆弧型，且其共圆心。

3、静叶轮毂外侧的剖面线包括依次相连的第二进口平直段、第三台阶型线、第三球面型线，动叶轮毂外侧的剖面线包括依次相连的第四球面型线、第二出口平直段，其中第三球面型线对应可调静叶片下端面所在位置，第四球面型线对应动叶片根部的位置，第三球面型线和可调静叶片下端面的剖面均为圆弧形，且其共圆心。

4、静叶轮毂外侧的剖面线包括依次相连的第二进口平直段、第三台阶型线、第三球面型线，动叶轮毂外侧的剖面线包括依次相连的第四球面型线、第二出口平直段，其中第三球面型线对应可调静叶片下端面所在位置，第四球面型线对应动叶片根部的位置，第三球面型线和可调静叶片下端面的剖面均为圆弧形，且第一球面型线、第三球面型线、可调静叶片上端面的剖面、可调静叶片下端面的剖面共圆心。