專利名稱：軸流式渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸流式渦輪機(jī)(axial flow turbine)，特別地講，該軸流式渦輪機(jī)能夠提高安置在流道中的渦輪級(jí)(即壓力級(jí))中的渦輪噴嘴的葉片效率，所述流道在沿著渦輪軸(渦輪轉(zhuǎn)子)的軸向形成于渦輪殼體中并且具有逐漸擴(kuò)展的直徑。
背景技術(shù)：
最近，在發(fā)電廠等所用的電機(jī)中，汽輪機(jī)單元或系統(tǒng)包括由高壓渦輪機(jī)、中壓渦輪機(jī)和低壓渦輪機(jī)構(gòu)成的多個(gè)渦輪級(jí)，以提高輸出。各個(gè)壓力級(jí)別的渦輪機(jī)使得從蒸汽源供應(yīng)的蒸汽作膨脹功，以獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。為了提高發(fā)電效率，重要的是要發(fā)現(xiàn)如何在各渦輪級(jí)中提高獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力所需的膨脹功。具體地講，同中壓和低壓渦輪機(jī)相比，高壓渦輪機(jī)預(yù)期承擔(dān)更多的負(fù)載，以提高用于提供膨脹功的蒸汽壓力。
由于供應(yīng)給高壓渦輪機(jī)的功在整個(gè)汽輪中所占比例較大，因此提高高壓渦輪級(jí)的輸出可以顯著提高整個(gè)渦輪單元的輸出。
在通常采用的高壓渦輪機(jī)中，多個(gè)渦輪級(jí)被布置成一列，以使蒸汽沿渦輪軸的軸向流動(dòng)而提供膨脹功。這種高壓渦輪機(jī)被稱作軸流式渦輪機(jī)。
渦輪級(jí)是通過沿渦輪軸的周向組合渦輪噴嘴葉柵以及與渦輪噴嘴葉柵對(duì)應(yīng)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片而形成的。
圖2中示出了在由渦輪噴嘴和渦輪轉(zhuǎn)子葉片形成的渦輪機(jī)中的一種普遍采用的軸流式渦輪機(jī)的噴嘴葉柵。參看圖2，多個(gè)噴嘴葉片10沿渦輪軸(未示出)的周向被支撐就位于內(nèi)(隔膜)環(huán)11與外(隔膜)環(huán)12之間。在高壓渦輪機(jī)中，在葉片高度相對(duì)較小的情況下，二次流損失是渦輪機(jī)內(nèi)部效率降低的一個(gè)主要原因。在圖2所示的渦輪機(jī)的環(huán)形流道中，由流體動(dòng)力學(xué)負(fù)載15產(chǎn)生了二次流旋渦16，從而引起流體在噴嘴葉片10的徑向內(nèi)側(cè)壁面13和徑向外側(cè)壁面14附近從處于高壓片表面壓力的前側(cè)流向處于低壓的后側(cè)。二次流損失被認(rèn)為是由二次流旋渦16引起的。圖3中顯示了沿噴嘴葉片10的高度方向的能量損失分布，其中大的能量損失通常分別分布在徑向內(nèi)外側(cè)壁面13和14附近。此外，盡管葉片高度增加但相應(yīng)區(qū)域的高度方向范圍幾乎沒有變化，因此隨著葉片高度增加，因二次流損失導(dǎo)致的效率下降是減小的。
具有向著外側(cè)彎曲的噴嘴葉片10的渦輪噴嘴(以下稱作彎曲噴嘴)被廣泛用于降低二次流損失的目的。
圖4中示出了一種廣泛采用的彎曲噴嘴的結(jié)構(gòu)。表示彎曲結(jié)構(gòu)的參考值之一是葉片高度方向上的彎曲范圍。此外，有多種方法用于表示彎曲范圍，包括一種典型方法，其中葉片高度中心的曲率被設(shè)置為最大值，以使得噴嘴葉片在葉片高度的整個(gè)范圍內(nèi)完全彎曲，并且隨著葉片高度增加，以類似的方式擴(kuò)展。在這種情況下，隨著葉片高度的變化，彎曲范圍的絕對(duì)值改變。
同時(shí)，使用彎曲噴嘴可能導(dǎo)致一項(xiàng)負(fù)面作用，即在高度中心噴嘴葉片性能(效率)降低，從而會(huì)抵消因降低二次流損失所實(shí)現(xiàn)的性能提高。在這種情況下，彎曲結(jié)構(gòu)用于將流體推壓在內(nèi)外環(huán)11和12的徑向內(nèi)外側(cè)壁面13和14上，以抑制二次流損失。另一方面，在被認(rèn)為不會(huì)受到二次流影響并且因此而會(huì)呈現(xiàn)出優(yōu)異性能的噴嘴葉片高度方向中心附近，流體以降低的流速流動(dòng)。
圖5中示出了彎曲噴嘴以及沒有彎曲的常規(guī)噴嘴的損失分布。
在葉片高度處于低級(jí)別的情況下，二次流的作用可被抑制。噴嘴葉片的性能預(yù)期可以在整個(gè)高度上提高。然而，在通常構(gòu)造的噴嘴葉片中，隨著葉片高度增加，彎曲范圍增大，在噴嘴葉片高度中心處因流體流速降低而帶來的負(fù)面作用會(huì)進(jìn)一步惡化。這會(huì)影響到彎曲葉片的整體性能的提高。
日本特表2002-517666號(hào)公報(bào)中提出了一種解決上述問題的方法，該方法在內(nèi)外環(huán)11和12的徑向內(nèi)外側(cè)壁面13和14附近的極限區(qū)域內(nèi)相對(duì)于由相鄰渦輪噴嘴限定的流道的橫截面構(gòu)造而形成彎曲噴嘴。
在上述公開的方法中，噴嘴葉片高度中心沒有彎曲區(qū)域，從而同噴嘴葉片在整個(gè)高度上彎曲的情況相比，預(yù)期可以抑制因噴嘴葉片高度中心附近流速降低而引起的性能下降。在所公開的方法中，彎曲范圍定義為與葉片高度成比例。彎曲范圍可以隨著葉片高度增加而增大，因此，由于葉片高度中心處的流速降低而導(dǎo)致性能的提高受到影響。
相反地，在葉片高度處于低級(jí)別的情況下，彎曲范圍降低。然而，由于不論葉片高度如何，二次流區(qū)域均位于幾乎恒定的范圍內(nèi)，因此，會(huì)因彎曲范圍不足而導(dǎo)致二次流的抑制不充分。
如前所述，由渦輪噴嘴的葉根部和葉端部附近的二次流旋渦引起的損失被認(rèn)為是導(dǎo)致具有相對(duì)較小葉片高度的高壓渦輪機(jī)內(nèi)部效率減小的主要原因。
眾所周知，彎曲葉片被廣泛使用，以降低二次流損失。在葉片高度方向上的彎曲范圍是表示結(jié)構(gòu)的參考值之一，而且多種方法被提出以確定彎曲范圍。在一種方法中，噴嘴葉片在整個(gè)高度上彎曲，以便隨著葉片高度增加而以類似的方式擴(kuò)展。
利用如此構(gòu)成的彎曲葉片，流體被推壓在上下壁面附近的壁面上，以抑制二次流損失。然而，在葉片高度中心處流體的流速減小，從而會(huì)使未受二次流影響的中心區(qū)域的優(yōu)異性能下降，因此整體性能的提高受到影響。
在彎曲范圍的絕對(duì)值隨著葉片高度而改變的一般方法中，雖然不論葉片高度如何，受二次流損失影響的范圍都幾乎沒有變化，但是已發(fā)現(xiàn)在渦輪噴嘴出口處，隨著葉片高度增加，流速分布在內(nèi)外環(huán)11和12的壁面附近的特別區(qū)域中不成比例。這可能會(huì)使得前述彎曲葉片的負(fù)面影響進(jìn)一步惡化。
前面所述的日本特表2002-517666號(hào)公報(bào)中提出一種方法，其只在內(nèi)外環(huán)11和12的上下壁面附近的部位使由相鄰渦輪噴嘴限定的流道的結(jié)構(gòu)彎曲，以解決前述問題。采用這種結(jié)構(gòu)，即彎曲范圍被沿葉片高度方向局限在內(nèi)外環(huán)11和12的上下壁面附近的部位，被認(rèn)為可以抑制葉片高度中心處的流體流速下降，同時(shí)能夠抑制二次流損失。因此，噴嘴葉片在整個(gè)高度上彎曲帶來的缺點(diǎn)可以得到補(bǔ)償。在這種方法中，彎曲范圍定義為與葉片高度成比例。
在葉片高度處于較高級(jí)別的情況下，彎曲范圍擴(kuò)展。這樣就不能完全消除葉片高度中心處的流體流速下降帶來的負(fù)面影響。在葉片高度處于較低級(jí)別的情況下，彎曲范圍減小。在這種情況下，由于受到二次流影響的區(qū)域分布在幾乎恒定的高度處，因此彎曲范圍不足，從而抑制二次流損失的效果不充分。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是基本上消除前面提到的現(xiàn)有技術(shù)中遇到的問題和缺陷，并且提供一種軸流式渦輪機(jī)，其使用的渦輪噴嘴能夠抑制因支撐在內(nèi)外環(huán)之間的噴嘴葉片的徑向內(nèi)外側(cè)壁面附近所產(chǎn)生的二次流旋渦引起的二次流損失，并且能夠使得流體以更高流速流至噴嘴葉片高度中心，從而進(jìn)一步提高性能。
為實(shí)現(xiàn)上述以及其他目的，本發(fā)明在其一個(gè)方面提供了一種軸流式渦輪機(jī)，其包括沿著軸向流動(dòng)方向布置的渦輪級(jí)，所述渦輪級(jí)包括渦輪噴嘴和渦輪轉(zhuǎn)子葉片，其中渦輪噴嘴的噴嘴葉片的兩個(gè)端部分別被內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)支撐；以及流道，其被形成為從上游級(jí)向著下游級(jí)擴(kuò)展直徑；其中，由內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)支撐著的噴嘴葉片端部處的后緣分別以彎曲部的形式朝向出口側(cè)彎曲，位于后緣彎曲部之間的中間部分被形成為直的(直線式)。
本發(fā)明在其另一個(gè)方面提供了一種軸流式渦輪機(jī)，其包括殼體；設(shè)在殼體中的多個(gè)級(jí)，每個(gè)級(jí)分別包括渦輪噴嘴和渦輪葉片，每個(gè)級(jí)的噴嘴的兩端被支撐在內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)之間；其中，位于各級(jí)中的流道被形成為從上游側(cè)向下游側(cè)擴(kuò)展直徑；至少一個(gè)噴嘴的后緣在兩端附近分別以彎曲部的形式朝向流道的出口側(cè)彎曲，位于后緣兩端之間的中間部分被形成為直的。
在上述方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，假定由外隔膜環(huán)支撐著的端部處的所述朝向出口側(cè)的彎曲部的彎曲高度以Ht表示，由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的端部處的所述朝向出口側(cè)的彎曲部的彎曲高度以Hr表示，則滿足下述關(guān)系Ht≥Hr。
以Ht表示的由外隔膜環(huán)支撐著的端部處的彎曲高度位于下述范圍內(nèi)5mm≤Ht≤50mm。
以Hr表示的由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的端部處的彎曲高度位于下述范圍內(nèi)5mm≤Hr≤40mm。
假定由外隔膜環(huán)支撐著的各端部處的相鄰彎曲部之間的間距由Tt表示，由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的各端部處的相鄰彎曲部之間的間距由Tr表示，則滿足下述關(guān)系Tt＞Tr。
噴嘴葉片的高度方向中心設(shè)置為使得噴嘴葉片的后緣與相鄰噴嘴葉片背側(cè)之間的喉部-間距比為最大值的位置。
上述類型的噴嘴葉片可以被應(yīng)用于高壓渦輪機(jī)。
上述類型的噴嘴葉片可以被應(yīng)用于高壓渦輪機(jī)，并在所有級(jí)實(shí)施。
上述類型的噴嘴葉片可以被應(yīng)用于這樣的噴嘴葉片，即從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向傾斜。
上述類型的噴嘴葉片可以被應(yīng)用于這樣的噴嘴葉片，即從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向彎曲。
在根據(jù)本發(fā)明的具有前述特點(diǎn)的軸流式渦輪機(jī)中，在內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)處被支撐著的噴嘴葉片的支撐端部處的后緣向著出口側(cè)彎曲，后緣的中間部分被形成為直的，并且外隔膜環(huán)支撐端部的彎曲高度范圍被設(shè)置成大于內(nèi)隔膜環(huán)支撐端部的彎曲高度范圍。由于流體能夠高速流經(jīng)葉片高度中心，因此在噴嘴葉片的兩個(gè)支撐端部處產(chǎn)生的二次流損失會(huì)被抑制，并且在流體的流速提高的狀態(tài)下獲得更多的膨脹功，以進(jìn)一步提高噴嘴性能(效率)。
通過后面參照附圖所做描述，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和進(jìn)一步獨(dú)特的特點(diǎn)可以更清楚地展現(xiàn)出來。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)中所用的噴嘴葉片從其出口側(cè)看時(shí)的概圖。
圖2示出了一種普通(傳統(tǒng))軸流式渦輪機(jī)中流經(jīng)噴嘴葉片的流體的行為。
圖3是普通軸流式渦輪機(jī)中使用的噴嘴葉片的能量損失曲線圖。
圖4是普通軸流式渦輪機(jī)中所用的噴嘴葉片的概圖。
圖5是另一種普通軸流式渦輪機(jī)中使用的噴嘴葉片的能量損失曲線圖。
圖6是另一種普通軸流式渦輪機(jī)中所用的噴嘴葉片的概圖。
圖7是普通軸流式渦輪機(jī)與根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)中所用的噴嘴葉片相比較的能量損失曲線圖。
圖8是代表根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)中所用的噴嘴葉片的葉根部形成彎曲時(shí)的噴嘴效率提高的參考值的曲線圖。
圖9是噴嘴葉片的葉根部形成彎曲時(shí)因各種因素引起的噴嘴性能變化圖。
圖10是代表根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)中所用的噴嘴葉片的葉端部形成彎曲時(shí)的噴嘴效率提高的參考值的曲線圖。
圖11示出了渦輪機(jī)的初始級(jí)、中間級(jí)和末級(jí)噴嘴葉片高度與噴嘴能量損失之間的關(guān)系。
圖12是相鄰噴嘴葉片之間的噴嘴的喉部縮窄率的示意圖。
圖13是普通軸流式渦輪機(jī)和根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)中所用的噴嘴葉片的從葉根部至葉端部形成的喉部中流過的流體的流速相比較的曲線圖。
圖14是可以采用本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)的示意性剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)的實(shí)施例。
首先，圖14中示出了設(shè)有噴嘴葉片104的軸流式渦輪機(jī)100。噴嘴葉片104固定在外(隔膜)環(huán)102和內(nèi)(隔膜)環(huán)103上，而所述外環(huán)和內(nèi)環(huán)緊固在渦輪殼體101上，由此形成噴嘴葉片通道。多個(gè)渦輪動(dòng)葉片106布置在相應(yīng)葉片通道的下游側(cè)。動(dòng)葉片106以預(yù)定的間隔沿著一列嵌裝在轉(zhuǎn)子盤即轉(zhuǎn)輪105的外周上。罩體107附設(shè)在動(dòng)葉片106的外周邊緣上，以防止動(dòng)葉片中的工作流體泄漏。
在圖14中，工作流體即蒸汽“S”從圖中所示的渦輪機(jī)上游側(cè)流向下游側(cè)，也就是圖中的左右側(cè)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)的渦輪噴嘴。參看圖1，在軸流式渦輪機(jī)中，由渦輪葉片和渦輪轉(zhuǎn)子葉片組合而形成的未示出的渦輪(壓力)級(jí)沿著渦輪軸的圓周布置。分別沿渦輪軸圓周布置的各渦輪級(jí)被沿著渦輪軸的軸向設(shè)置，以使得流體流道以下述方式延伸，即其直徑從上游側(cè)向下游側(cè)膨脹。
參看圖1，在由外隔膜環(huán)3和內(nèi)隔膜環(huán)2限定的環(huán)形流道4中分別具有葉片高度H的多個(gè)噴嘴葉片1沿周向布置成一列，并且相鄰噴嘴葉片的葉片高度中心部位之間間距為T。
構(gòu)成彎曲噴嘴的噴嘴葉片1在葉片橫截面上具有后緣(尾緣)1a，其沿周向朝向出口側(cè)彎曲。其被成形為具有以Hr(mm)表示的在內(nèi)隔膜環(huán)處的葉片高度方向上的彎曲部高度范圍，以Ht(mm)表示的在外隔膜環(huán)處的葉片高度方向上的彎曲部高度范圍，以H-(Hr+Ht)表示的保持為直的(直線式)其他部分高度范圍。
一種普通(傳統(tǒng))形式的復(fù)合傾斜式渦輪噴嘴在全部葉片高度上以圖6所示的方式彎曲，其被用于與根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)中所用的如上所述構(gòu)造的渦輪噴嘴進(jìn)行能量損失值的比較。在普通形式的在全部葉片高度上彎曲的渦輪噴嘴中，在內(nèi)外隔膜環(huán)2、3的上下壁面(葉片的葉根部和葉端部)附近的二次流損失引起的最大能量損失值的降低情況顯示于圖7中，但在渦輪葉片高度中心處二次流損失有所增大。圖6顯示了支撐在內(nèi)外隔膜環(huán)2、3之間的噴嘴葉片1的后緣1a從渦輪噴嘴出口側(cè)看時(shí)的情形。
同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)中，二次流損失的增加情況不但在內(nèi)外隔膜環(huán)2、3的上下壁面(葉根部和葉端部)附近得到抑制，而且在噴嘴葉片高度中心處得到抑制。
可以理解，通過在內(nèi)外隔膜環(huán)2、3附近的部位設(shè)置彎曲高度范圍，使得二次流損失可以降低，而不需要在整個(gè)高度上彎曲噴嘴葉片。
隨著相鄰噴嘴葉片1、1之間的間距T增加，二次流損失的范圍擴(kuò)展。假定相鄰噴嘴葉片1、1的葉端部之間的間距表示為Tt，葉根部之間的間距表示為Tr，則滿足下述關(guān)系Tr＜Tt。
關(guān)于在二次流影響下的噴嘴能量損失分布，噴嘴葉片1的葉端部的能量損失范圍大于葉根部。
在本實(shí)施例中，噴嘴葉片的葉根部的彎曲高度范圍Hr和噴嘴葉片的葉端部的彎曲高度范圍Ht滿足下述關(guān)系Ht≥Hr。
圖8中的曲線圖顯示了表示在噴嘴葉片1的葉根部的彎曲高度范圍Hr單獨(dú)變化時(shí)引起的噴嘴性能(效率)提高的參考值。
如圖中所示，代表噴嘴性能提高的參考值保持較低，除非達(dá)到彎曲高度范圍M(至少為5mm)；而在該彎曲高度范圍被設(shè)置在等于或大于40mm的情況下，代表噴嘴性能提高的參考值降低。
因二次流旋渦導(dǎo)致的二次流損失被認(rèn)為具有在最終階段逐漸接近于預(yù)定低極限值的趨勢(shì)，而不論噴嘴葉片的葉根部的彎曲高度范圍Hr如何增大，如圖9中的代表噴嘴性能(效率)提高的參考值的曲線圖所示。過大的彎曲高度范圍可以被認(rèn)為是引起可降低噴嘴效率的負(fù)功的主要原因，這種負(fù)功是因葉片高度中心的流速降低而產(chǎn)生的。
圖10中的曲線圖顯示了代表在噴嘴葉片1的葉端部的彎曲高度范圍Ht單獨(dú)變化時(shí)引起的噴嘴性能(效率)提高的參考值。
如圖中所示，代表噴嘴性能提高的參考值保持較低，除非達(dá)到彎曲高度范圍N(至少為5mm)；而在該彎曲高度范圍被設(shè)置在等于或大于50mm的情況下，代表噴嘴性能提高的參考值降低。
在噴嘴葉片的葉端部的彎曲范圍大于噴嘴葉片的葉根部的彎曲范圍的情況下，噴嘴性能可能會(huì)提高。由于噴嘴葉片1、1的葉端部之間的間距大于葉根部，因此所產(chǎn)生的二次流范圍也相應(yīng)較大。
圖11中的曲線圖示出了高壓渦輪機(jī)的初始級(jí)、中間級(jí)和末級(jí)的噴嘴能量損失與噴嘴葉片長度(高度)值之間的關(guān)系，其中為了分析而改變所述長度值。
圖中顯示出，隨著噴嘴葉片1的葉根部與葉端部之間的葉片長度(高度)變化，二次流損失范圍略有不同。
在高壓渦輪機(jī)的所有級(jí)均采用帶彎曲部的噴嘴葉片的情況下，如果根據(jù)三維流體分析結(jié)果以及各種試驗(yàn)結(jié)果而將噴嘴葉片1的葉根部和葉端部處的相應(yīng)二次流影響范圍在相應(yīng)級(jí)中設(shè)定為預(yù)定葉片高度(葉片長度)，那么即使是在以不同的葉片高度應(yīng)用于該級(jí)的情況下，也不需要改變噴嘴葉片1的彎曲范圍。
通過采用前述各種特征，可以以更小的勞動(dòng)找到適合于軸流式渦輪機(jī)的分別具有不同幾何條件細(xì)節(jié)的多個(gè)級(jí)中的相應(yīng)級(jí)的噴嘴葉片1的彎曲范圍。
根據(jù)本實(shí)施例，預(yù)期足以為軸流式渦輪機(jī)的所有級(jí)降低二次流損失，其葉片高度中心幾乎不會(huì)受到二次流影響的彎曲噴嘴可以抑制噴嘴性能的下降。
在噴嘴葉片1的彎曲范圍定義為葉片高度比例的情況下，已確定出所必須的最小彎曲范圍可能在各個(gè)級(jí)中變化。具體而言，當(dāng)葉片高度處于低級(jí)別時(shí)，彎曲范圍減小，而當(dāng)葉片高度處于高級(jí)別時(shí)，彎曲范圍擴(kuò)大。如果是在二次流損失范圍幾乎不隨葉片高度而變化的噴嘴葉片1中應(yīng)用前述彎曲范圍設(shè)定方法，則在葉片高度處于低級(jí)別的情況下彎曲范圍變得不夠，而在葉片高度處于高級(jí)別的情況下彎曲范圍變得過大?？赡艹霈F(xiàn)這樣的情況，即已經(jīng)被確定為最佳地適合于預(yù)定葉片高度的值不能被用于其它級(jí)。
在所描述的實(shí)施例中，根據(jù)所述實(shí)施例的具有彎曲部的噴嘴葉片1的性能可以提高，即使是在葉片組合了其他結(jié)構(gòu)特征的情況下。
例如，如圖12所示，通過提高噴嘴葉片1的出口處的流速分布，其中在葉片高度中心設(shè)置為使得噴嘴喉部縮窄率(throat ratio，即喉部-間距比)S/T為最大值，所述喉部縮窄率即噴嘴葉片1的后緣1a與相鄰噴嘴葉片背側(cè)6之間的距離S與相鄰噴嘴葉片1、1之間的間距T之比，噴嘴1的性能可以維持較高。
如果根據(jù)前述實(shí)施例的具有彎曲部的噴嘴葉片與上述葉片結(jié)構(gòu)特征相組合，則同普通噴嘴葉片相比，葉片高度中心處的流速下降可以得到補(bǔ)償，以獲得更高的性能提高，如圖13所示。
在本實(shí)施例中，由內(nèi)外隔膜環(huán)支撐著的噴嘴葉片支撐端處的后緣朝向出口側(cè)彎曲，夾在后緣之間的中間部分保持為直的，并且使得外隔膜環(huán)處的彎曲高度范圍大于內(nèi)隔膜環(huán)處的彎曲高度范圍。這使得可以在葉片高度中心處的流體流速增加同時(shí)抑制二次流損失的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)更多的膨脹功，從而進(jìn)一步提高噴嘴性能。
此外，前面描述的具有彎曲部的噴嘴葉片可以應(yīng)用于傳統(tǒng)中已有的軸流式渦輪機(jī)。本發(fā)明可以應(yīng)用于這樣的噴嘴葉片，即從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向傾斜。此外，本發(fā)明可以應(yīng)用于這樣的噴嘴葉片，即從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向彎曲。
還應(yīng)指出，本發(fā)明并不局限于所描述的實(shí)施例，在不脫離權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的前提下，可以做出各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種軸流式渦輪機(jī)，其包括沿著軸向流動(dòng)方向布置的渦輪級(jí)，所述渦輪級(jí)包括渦輪噴嘴和渦輪轉(zhuǎn)子葉片，其中渦輪噴嘴的噴嘴葉片的兩個(gè)端部分別被內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)支撐；以及流道，其被形成為從上游級(jí)向著下游級(jí)擴(kuò)展直徑；其中，由內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)支撐著的噴嘴葉片端部處的后緣分別以彎曲部的形式朝向出口側(cè)彎曲，位于后緣彎曲部之間的中間部分被形成為直的。
2.如權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，假定由外隔膜環(huán)支撐著的端部處的所述朝向出口側(cè)的彎曲部的彎曲高度以Ht表示，由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的端部處的所述朝向出口側(cè)的彎曲部的彎曲高度以Hr表示，則滿足下述關(guān)系Ht≥Hr。
3.如權(quán)利要求2所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，以Ht表示的由外隔膜環(huán)支撐著的端部處的彎曲高度位于下述范圍內(nèi)5mm≤Ht≤50mm。
4.如權(quán)利要求2所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，以Hr表示的由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的端部處的彎曲高度位于下述范圍內(nèi)5mm≤Hr≤40mm。
5.如權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，假定由外隔膜環(huán)支撐著的各端部處的相鄰彎曲部之間的間距由Tt表示，由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的各端部處的相鄰彎曲部之間的間距由Tr表示，則滿足下述關(guān)系Tt＞Tr。
6.如權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，噴嘴葉片的高度方向中心設(shè)置為使得噴嘴葉片的后緣與相鄰噴嘴葉片背側(cè)之間的喉部-間距比為最大值的位置。
7.如權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，所述噴嘴葉片被應(yīng)用于高壓渦輪機(jī)。
8.如權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，所述噴嘴葉片被應(yīng)用于高壓渦輪機(jī)的所有級(jí)。
9.如權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向傾斜。
10.如權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向彎曲。
11.一種軸流式渦輪機(jī)，其包括殼體；設(shè)在殼體中的多個(gè)級(jí)，每個(gè)級(jí)分別包括渦輪噴嘴和渦輪葉片，每個(gè)級(jí)的噴嘴的兩端被支撐在內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)之間；其中，位于各級(jí)中的流道被形成為從上游側(cè)向下游側(cè)擴(kuò)展直徑；至少一個(gè)噴嘴的后緣在兩端附近分別以彎曲部的形式朝向流道的出口側(cè)彎曲，位于后緣兩端之間的中間部分被形成為直的。
12.如權(quán)利要求11所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，假定由外隔膜環(huán)支撐著的端部處的所述朝向出口側(cè)的彎曲部的彎曲高度以Ht表示，由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的端部處的所述朝向出口側(cè)的彎曲部的彎曲高度以Hr表示，則滿足下述關(guān)系Ht≥Hr。
13.如權(quán)利要求12所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，以Ht表示的由外隔膜環(huán)支撐著的端部處的彎曲高度位于下述范圍內(nèi)5mm≤Ht≤50mm。
14.如權(quán)利要求12所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，以Hr表示的由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的端部處的彎曲高度位于下述范圍內(nèi)5mm≤Hr≤40mm。
15.如權(quán)利要求11所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，假定由外隔膜環(huán)支撐著的各端部處的相鄰彎曲部之間的間距由Tt表示，由內(nèi)隔膜環(huán)支撐著的各端部處的相鄰彎曲部之間的間距由Tr表示，則滿足下述關(guān)系Tt＞Tr。
16.如權(quán)利要求11所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，噴嘴葉片的高度方向中心設(shè)置為使得噴嘴葉片的后緣與相鄰噴嘴葉片背側(cè)之間的喉部-間距比為最大值的位置。
17.如權(quán)利要求11所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，所述噴嘴葉片被應(yīng)用于高壓渦輪機(jī)。
18.如權(quán)利要求11所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，所述噴嘴葉片被應(yīng)用于高壓渦輪機(jī)的所有級(jí)。
19.如權(quán)利要求11所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向傾斜。
20.如權(quán)利要求11所述的軸流式渦輪機(jī)，其特征在于，從葉根側(cè)至葉端側(cè)，所述后緣的位置向著軸向流動(dòng)方向彎曲。
全文摘要
一種軸流式渦輪機(jī)包括沿著軸向流動(dòng)方向布置的渦輪級(jí)，所述渦輪級(jí)包括渦輪噴嘴和渦輪轉(zhuǎn)子葉片，其中渦輪噴嘴的噴嘴葉片的兩個(gè)端部分別被內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)支撐；以及流道，其被形成為從上游級(jí)向著下游級(jí)擴(kuò)展直徑；其中，由內(nèi)隔膜環(huán)和外隔膜環(huán)支撐著的噴嘴葉片端部處的后緣分別以彎曲部的形式朝向出口側(cè)彎曲，位于后緣彎曲部之間的中間部分被形成為直的。
文檔編號(hào)F01D9/04GK1840862SQ20061007106
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者野村大輔, 川崎榮, 小野田昭博, 谷研太郎, 川上宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝