[发明专利]一种汽轮机叶片

说明书

本发明一般地涉及到汽轮机动叶片，尤其涉及到一种新的汽轮机叶片的设计，它具有在空气动力学方面更有效的叶型。

汽轮机效率可以通过降低叶片装置的损失来改善，汽轮机效率与几个参量，诸如蒸汽条件、循环结构和叶栅内效率有关。由于性能和叶片效率含义是相同的，所以这些参量中，内效率可能是最重要的一个参量。

在设计新的调节级和反动级叶栅时要考虑的其中两个主要参量是：（1）控制径向汽流分布，使损失减到最小，和（2）改善静叶栅和动叶栅的空气动力学特性。

调节级叶片必须在一个压力比从1.2到1.5的宽的工况范围内工作，这主要是由于这级叶片运行工况是从部分进汽到全周进汽，而照这样在全周进汽时离开喷嘴的蒸汽速度将为亚音速，在部分进汽处为超音速。在部分进汽时，喷嘴出口的马赫数可以达到1.3水平。

通常，与冲动式叶片一样，调节级叶片高宽比小而越过动叶片的汽流偏转角大。越过动叶片的汽流偏转角可以高达140°，这取决于部分进汽度。

低的高宽比和大偏转角导致二次损失大，其损失常常可以与叶型损失量相同，且在许多情况下可以起主导作用。改善调节级叶栅特性的基本目的是使二次流动的影响减到最小程度，以便降低叶型损失。

汽轮机叶片设计中有一种情况，给定叶栅的叶片有着扭曲的型面，其几何形状沿其长度而渐变，此时调整叶片的频率就成了关键，以便在条种振型下叶片的共振频率能安全地落在与汽轮机相关的运转速度的谐振频率之间，从而不致诱发破坏性振动。

其他的叶片具有不变的叶型，即沿叶片长度不扭曲。这些叶片由于较厚因此强度较大，所以不需要调频。特别是当这些叶片用作动叶片时，它们必须有足够强度，以便运行通过临界转速区。然而，即使用这种型式的叶片，也希望保持尽可能小的宽度，因为宽度小性能较好。如果宽度降到太小，叶片就不能承受负荷或可能引起叶片破坏的应力。

正如在美国专利U.S.4，773，825中可明显看到的那样，在设计包括那些用于汽轮机的任何叶片时，对许多参量必须认真考虑。当设计一台新汽轮机用的叶片时，叶型设计者要靠给定的流动场下工作。该流动场由进汽角和出汽角（对通过同列相邻二叶片间的蒸汽而言）特征尺寸（gaging）尤其是透率，来确定。特征尺寸栅距是喉部宽和节距之比，“喉宽”是指一个动叶的出汽边和相邻叶片的负压侧表面之间的直线距离。而节距是指相邻两动叶出汽边之间的距离。这些参量对于具有普通技术水平的人员均是熟知的，这些参量在每个新的动叶或静叶设计中起着重要的作用。

其他一般叶片设计包括以下几个考虑因素：具有铆钉头的叶片必须让叶片铆钉头的位置尽可能靠近叶片的重心;叶片的出汽边必须非常接近平台的边缘，和叶翼剖面的重心必须尽可能靠近平台重心，以使叶根上的离心应力减到最小程度。

本发明的主要目的是提供一种汽轮机叶片新的设计，这种设计使叶栅可靠性提高，且改善热力性能。

为此目的，本发明用于汽轮机叶片，该叶片包括：一进汽边;一出汽边;一个在进汽和出汽边之间延伸并有某一曲率半径的凹形压力侧表面;一个凸形、在进汽和出汽边之间延伸并具有某一曲率半径的负压侧表面。上述进汽边、出汽边和凹形、凸形表面构成了一个叶面，其特征在于沿着凸形负压侧表面的曲率半径从进边到出汽边不断增大，而沿着凹形压力侧表面的曲率半径实际上是不变的。

通过以下对仅作为举例而表示在附图中的具体方案的说明，本发明将变得较容易明了。附图中，

图1是某一给定叶栅的两相邻汽轮机动叶片的叶面部分的横截面视图;

图2是图1中所示的凸形和凹形表面曲率半径的特征比较图;

图3是本发明给出的在顶部带有铆钉头的叶片叶形部分的顶视图，并表示出叶片铆钉头重心和叶片截面重心的相对位置。

众所周知，通常汽轮机动叶包括叶面部分、平台部分和叶根部分。其叶根部分用于将叶片安装到转子上（对于“动”叶）或安装到汽缸上（对于“静”叶）。叶根的设计和考虑的问题不是本发明的内容，所以省略了对叶根和叶片平台部分的详述。

由于本发明涉及到一个专门叶片型式，在这种叶片中从平台到叶顶叶型是不变的，图1示出的相邻两叶片的横截面图足以表示叶片的整个叶面部分。具有扭曲叶型的其他型式叶片，不同位置的横截面视图具有不同的形状。本发明着重介绍具有固定叶型的叶片形状。

参考图1，用符号12和14表示两个相邻动叶，由于两叶片形状相同，所以下面将详细叙述叶片14。

叶片14用于某一台汽轮机，且包括一个进汽边16、出汽边18，一个凹形压力侧表面20和一个凸形负压侧表面22。