[发明专利]一种带有子母动叶片结构的可直接倒车涡轮

说明书

本发明的目的在于提供一种带有子母动叶片结构的可直接倒车涡轮，包括轮毂、倒车涡轮母叶片和倒车涡轮子叶片，机匣和轮毂之间沿圆周方向交错均匀安装倒车涡轮母叶片和倒车涡轮子叶片，轮毂为正车涡轮末级动叶片叶顶连接环，倒车涡轮子叶片尾缘点与倒车涡轮母叶片尾缘点在同一轴向位置；倒车涡轮子叶片根据流动工况改变前缘点与倒车涡轮母叶片前缘额线的距离b2，且b2不超过倒车涡轮母叶片轴向弦长b1的65％。本发明在轴流涡轮动叶栅中交错布置子母叶片，提高倒车涡轮叶栅对气流的束缚能力，减少大尺度分离，提高涡轮功率与效率，并且具有良好的工作可靠性。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是船用燃气轮机的涡轮。

背景技术

在船舶动力领域，燃气轮机作为理想的动力装备，却无法直接倒转来实现船舶的倒车。为了弥补这一弊端，人们尝试在常规动力涡轮末级外侧附加一级倒车涡轮来实现燃气轮机中动力涡轮的反转，即一体化可直接倒车涡轮，其由正车涡轮和倒车涡轮两部分组成，倒车涡轮只有一级且位于正车涡轮末级叶栅上方；倒车涡轮动叶片与正车涡轮末级动叶片通过中间环连接构成双层叶片，倒车涡轮动叶片与正车涡轮动叶片的叶型相反从而实现涡轮正反转的目的。可直接倒车涡轮示意图如图1所示，包括内涵道正车涡轮1、外涵道倒车涡轮2、双层叶片3，叶片中间的连接环可视为上层叶片的轮毂。由于船用燃气轮机尺寸较大，尤其在动力涡轮末级，出口机匣半径接近1m，附加在正车涡轮上部的倒车涡轮的轮毂半径过大，导致倒车涡轮动叶片的稠度极低，从而使得倒车涡轮动叶栅对气流的束缚能力偏低，在动叶吸力面的最大曲率处产生大尺度的气流分离，从而导致倒车涡轮效率偏低。由于双层叶片需要考虑下层叶片的强度，上层倒车涡轮动叶栅受重量限制，无法拥有正常稠度。故希望有一种能在不大幅度提高倒车涡轮的动叶片质量、不破坏正车涡轮动叶片强度的前提下，能有效减少叶背流动分离的倒车涡轮，但倒车涡轮研究较少，低分离高效率的倒车涡轮更鲜有人进行研究探索。故为降低气流分离导致的能量损失，提高倒车涡轮效率和输出功率成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供能克服可直接倒车涡轮中倒车涡轮级动叶片的大尺度气流分离问题的一种带有子母动叶片结构的可直接倒车涡轮。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种带有子母动叶片结构的可直接倒车涡轮，其特征是：包括轮毂、倒车涡轮母叶片和倒车涡轮子叶片，机匣和轮毂之间沿圆周方向交错均匀安装倒车涡轮母叶片和倒车涡轮子叶片，轮毂为正车涡轮末级动叶片叶顶连接环，倒车涡轮子叶片尾缘点与倒车涡轮母叶片尾缘点在同一轴向位置；倒车涡轮子叶片根据流动工况改变前缘点与倒车涡轮母叶片前缘额线的距离b₂，且b₂不超过倒车涡轮母叶片轴向弦长b1的65％。

本发明还可以包括：

1、倒车涡轮子叶片前缘点与倒车涡轮母叶片前缘额线的距离b₂是倒车涡轮母叶片轴向弦长b₁的50％～65％。

2、倒车涡轮子叶片与倒车涡轮母叶片的栅距为倒车涡轮母叶片之间栅距的40％～60％。

3、倒车涡轮子叶片与倒车涡轮母叶片的栅距为倒车涡轮母叶片栅距的20％～50％。

4、倒车涡轮子叶片前缘圆弧直径是同等轴向位置倒车涡轮母叶片厚度的10％～100％。

5、倒车涡轮子叶片的高度为倒车涡轮母叶片高度的15％～100％。

本发明的优势在于：从涡轮进口至出口，压力逐渐降低，通常不会发生流动分离。随着运行工况的改变，气流进气角发生变化，可能会有分离产生，这种分离可以通过叶型的调整得到控制甚至消失。在现有技术中，倒车涡轮动叶片安装在正车涡轮动叶片顶端，倒车涡轮的动叶栅稠度较低，叶片对气流的束缚能力较弱，叶背处容易发生大尺度的气流分离，在保证功率与效率不下降太多的前提下无法通过叶型的调整来消除大尺度的气流分离，因此会造成巨大的叶型损失，倒车涡轮效率和输出功率偏低。