專利名稱：用于減少葉片尖端損失的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題大致涉及熱力-機械渦輪機，以及更具體地說涉及用于減少葉片
尖端損失的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
熱力-機械渦輪機，諸如燃?xì)鉁u輪或蒸汽渦輪的性能和效率，是希望通過減小發(fā) 生在將高壓氣體(和/或流體)應(yīng)用于渦輪輪葉或"葉片"以使機械旋轉(zhuǎn)和能量輸出時的 熱能轉(zhuǎn)換為機械能的損失來改進。由于葉片尖端和周圍固定部件(諸如圍帶、外殼等)之 間的間隙而造成的通過葉片的泄漏，這樣的損失常常發(fā)生，這導(dǎo)致不希望有的壓力混合和 渦流產(chǎn)生。減少這些"過尖端"和"尖端渦流"損失對于常常用于渦輪機的一級或多級中的 無圍帶(皿shrouded)葉片尖端構(gòu)造尤其具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于減少葉片尖端損失的系統(tǒng)包括無圍帶渦輪葉片 的翼片部。翼片部包括各自從根表面延伸到尖端表面并且在前緣和后緣處接合的壓力側(cè)表 面和吸入側(cè)表面。壓力側(cè)表面具有大致凹入的形狀而吸入側(cè)表面具有大致凸出的形狀。翼 片部具有從根表面到尖端表面在跨度方向上漸增的安裝角以及隨著吸入側(cè)表面接近尖端 表面并且尖端表面接近前緣而增加加載的吸入側(cè)表面。翼片部還具有隨著前緣接近尖端表 面而發(fā)生的在吸入側(cè)表面方向的傾斜。此外，壓力側(cè)表面和吸入側(cè)表面在它們與尖端表面 的相交處各自具有在壓力側(cè)表面的方向上局部減小或反向的曲率。 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于減少葉片尖端損失的方法包括提供無圍帶渦 輪葉片的翼片部。翼片部包括各自從根表面延伸到尖端表面并且在前緣和后緣處接合的壓 力側(cè)表面和吸入側(cè)表面。壓力側(cè)表面具有大致凹入的形狀而吸入側(cè)表面具有大致凸出的形 狀。翼片部具有從根表面到尖端表面在跨度方向上漸增的安裝角以及隨著吸入側(cè)表面接近 尖端表面并且尖端表面接近前緣而增加加載的吸入側(cè)表面。翼片部還具有隨著前緣接近尖 端表面而發(fā)生的在吸入側(cè)表面的方向上的傾斜。此外，壓力側(cè)表面和吸入側(cè)表面在它們與 尖端表面的相交處各自具有在壓力側(cè)表面的方向上局部減小或反向的曲率。
這些和其它優(yōu)點和特征從下列結(jié)合附圖的說明將變得更加清楚。


作為本發(fā)明的主題在權(quán)利要求中顯著地指出并且清楚地要求保護。本發(fā)明的前述 以及其它特征和優(yōu)點從結(jié)合附圖的下列詳細(xì)說明來看是清楚的，其中 圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例的渦輪葉片的翼片部的示例性透視圖的 圖。 圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例的渦輪葉片翼片部的另一個示例性透視 圖的圖。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例的圖1的翼片部的示例性的傾斜(lean) 剖面的線圖。 圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例的圖1的翼片部的示例性的細(xì)節(jié)的示意 圖。 詳細(xì)說明通過參考附圖以示例的方式闡明本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。 部件列表
100翼片部
102壓力側(cè)表面
104吸入側(cè)表面
106根表面
108尖端表面
110前緣
112后緣
200翼片部
210吸入側(cè)表面
300傾斜剖面
302后緣傾斜分布
304前緣傾斜分布
400細(xì)節(jié)
具體實施例方式
在下列詳細(xì)的說明中，提出了許多特定的細(xì)節(jié)以便提供各種實施例的透徹理解。 然而，可以在沒有這些特定的細(xì)節(jié)的情況下實踐這些實施例。在其它情況下，公知的方法、 程序和部件沒有詳細(xì)地介紹。 進一步地，各種操作可以描述為多個分開的步驟，以有助于理解本發(fā)明的實施例。 然而，說明的順序不應(yīng)解釋為暗示這些操作需要以它們展現(xiàn)的順序執(zhí)行，或者甚至它們是 順序依賴的。而且，短語"在實施例中"的重復(fù)使用不必然指的是同一個實施例，盡管可能 是同一個實施例。最后，如用于本申請中的術(shù)語"包含"、"包括"、"具有"以及同類的術(shù)語是 同義的，除非另有陳述。 本發(fā)明的示例性實施例提供一種用于減少例如熱力-機械渦輪機中的葉片尖端損失的系統(tǒng)和方法。根據(jù)這樣的示例性實施例，減少了例如無圍帶葉片構(gòu)造中的過尖 端(over-tip)和尖端渦流損失。由于吸入側(cè)向下的堆疊布置以及由于近尖端區(qū)域曲率 局部減小的度數(shù)或者反向引起的減小的過尖端流量系數(shù)，鄰近葉片尖端的行入口流(row inletflow)通過重力在內(nèi)部改變方向。 圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性的實施例的翼片部100的示例性的透視圖的圖。翼 片部IOO是例如無圍帶渦輪葉片的一部分。翼片部100包括各自從根表面106延伸到尖端 表面108并且在前緣110和后緣112處接合的壓力側(cè)表面102和吸入側(cè)表面104。壓力側(cè) 表面102具有大致凹入的形狀，而吸入側(cè)表面104具有大致凸出的形狀。翼片部100具有 從根表面106到尖端表面108在跨度方向(spaniise)上漸增的安裝角(stagger angle) (如例如在圖4中進一步描繪的)以及隨著吸入側(cè)表面104接近尖端表面108并且尖端表 面108接近前緣110時增加加載的(例如，前部加載的)吸入側(cè)表面110。翼片部100具有 隨著前緣110接近尖端表面108而發(fā)生的在吸入側(cè)表面104方向的傾斜(如例如在圖3中 進一步描繪的)。此外，壓力側(cè)表面102和吸入側(cè)表面104在它們與尖端表面108的相交處 各自具有在壓力側(cè)表面102方向上局部降低或者反向的曲率(如例如在圖3中進一步描繪 的)。 翼片部100可具有各種其它的特性，諸如根據(jù)以下示例性的實施例。翼片部100 可包括翼弦方向(chordiise)加載的、堆疊分布的段(例如在圖4中進一步描繪的)。根 部(未描繪)可在根表面106連接到翼片部IOO，例如形成無圍帶葉片。此外，該根部可連 接到諸如燃?xì)鉁u輪或蒸汽渦輪(未描繪)的熱力_機械渦輪機的轉(zhuǎn)子(或其它部件)。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的翼片部200的另一個示例性透視圖的 圖。如由同樣的參考標(biāo)號描繪的，翼片部200基本上類似于上述翼片部100。翼片部200進 一步包括隨著吸入側(cè)表面104接近尖端表面108并且尖端表面108接近后緣112而增加加 載的(例如，后部加載的)吸入側(cè)表面210。翼片部200進一步包括隨著后緣112接近尖端 表面108而發(fā)生的在吸入側(cè)表面104方向的傾斜。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，翼片200 可進一步包括一個或多個上述變型。 圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的圖1的翼片部100的示例性傾斜剖面 300的線圖。示例性的傾斜剖面300包括示例性的后緣傾斜分布302和前緣傾斜分布304。 用于翼片200的示例性的傾斜剖面(未描繪)將包括類似于前緣分布304的后緣傾斜分布 和前緣傾斜分布兩者。 圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的圖1的翼片部100的示例性細(xì)節(jié)400的 示意圖。所描繪的示例性細(xì)節(jié)400包括上述前緣、后緣，以及漸增的安裝角。還描繪了翼弦 方向加載的、堆疊分布的段。用于圖2的翼片部200的示例性細(xì)節(jié)(未描繪)將包括與圖 4中描繪的那些細(xì)節(jié)400類似的特征。 本發(fā)明的示例性實施例還包括一種用于減少葉片尖端損失的方法或工藝(未描 繪)，包括提供如上述用于圖1和圖2的翼片部100、200(包括示例性的變型)。這種示例 性的方法或工藝可包括在一些實施例中的計算機程序產(chǎn)品的運行。 因此，本發(fā)明的示例性實施例的技術(shù)效果是一種用于減少例如熱力-機械渦輪機 中葉片尖端損失的系統(tǒng)和方法。根據(jù)這樣的示例性實施例，減少了例如無圍帶葉片構(gòu)造中 的過尖端和尖端渦流損失。由于吸入側(cè)向下的堆疊布置以及由于近尖端區(qū)域的曲率的局部
5漸減的度數(shù)或者反向引起的降低的過尖端流量系數(shù)，鄰近葉片尖端的行入口流通過重力在 內(nèi)部改變方向。 雖然已經(jīng)連同有限數(shù)量的實施例詳細(xì)地介紹了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)容易地理解，本發(fā)明 不限于這些公開的實施例。更確切地，本發(fā)明可修改以合并前面未介紹但與本發(fā)明的精神 和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、變更、替換或者等效布置。另外，雖然已經(jīng)介紹了本發(fā)明的 各種實施例，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的方面可僅包括某些描述的實施例。因此，本發(fā)明不視為由前 述說明限定，而是僅由權(quán)利要求的范圍限定。
權(quán)利要求
一種用于減少葉片尖端損失的系統(tǒng)，包括無圍帶渦輪葉片的翼片部(100，200)，所述翼片部(100，200)包括各自從根表面(106)延伸到尖端表面(108)并且在前緣(110)和后緣(112)處接合的壓力側(cè)表面(102)和吸入側(cè)表面(104，210)，所述壓力側(cè)表面(102)具有大致凹入的形狀，所述吸入側(cè)表面(104，210)具有大致凸出的形狀；所述翼片部(100，200)具有從所述根表面(106)到所述尖端表面(108)在跨度方向上漸增的安裝角以及隨著所述吸入側(cè)表面(104，210)接近所述尖端表面(108)并且所述尖端表面(108)接近所述前緣(110)而增加加載的吸入側(cè)表面(104，210)，所述翼片部(100，200)具有隨著所述前緣(110)接近所述尖端表面(108)而發(fā)生的在所述吸入側(cè)表面(104，210)方向的傾斜，并且所述壓力側(cè)表面(102)和所述吸入側(cè)表面(104，210)在與所述尖端表面(108)的相交處各具有在所述壓力側(cè)表面(102)的方向上局部減小或反向的曲率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述翼片部(100,200)包括翼弦方向加載 的、堆疊分布的段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括在所述根表面(106)連接 到所述翼片部(100,200)的根部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述根部連接到渦輪機的轉(zhuǎn)子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述翼片部(100,200)還具有隨著所述 吸入側(cè)表面(104,210)接近所述尖端表面(108)并且所述尖端表面(108)接近所述后緣 (112)而增加加載的吸入側(cè)表面(104，210)，所述翼片部(100,200)還具有隨著所述后緣 (112)接近所述尖端表面(108)而發(fā)生的在所述吸入側(cè)表面(104,210)的方向上的傾斜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力側(cè)表面(102)和所述吸入側(cè)表面 (104,210)在與所述尖端表面(108)的相交處具有在所述壓力側(cè)表面(102)的方向上的外 傾。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述翼片部(100,200)包括翼弦方向加載 的、堆疊分布的段。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括在所述根表面(106)連接 到所述翼片部(100,200)的根部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述根部連接到渦輪機的轉(zhuǎn)子。
全文摘要
一種系統(tǒng)包括無圍帶渦輪葉片的翼片部(100)，翼片部包括各自從根表面(106)延伸到尖端表面(108)并且在前緣(110)和后緣(112)處接合的壓力側(cè)表面(102)和吸入側(cè)表面(104)，壓力側(cè)表面具有大致凹入的形狀而吸入側(cè)表面具有大致凸出的形狀；翼片部具有從根表面到尖端表面在跨度方向上漸增的安裝角以及隨著吸入側(cè)表面接近尖端表面并且尖端表面接近前緣而增加加載的吸入側(cè)表面，翼片部具有隨著前緣接近尖端表面而發(fā)生的在吸入側(cè)表面的方向上的傾斜，并且壓力側(cè)表面和吸入側(cè)表面在它們與尖端表面的相交處各自具有在壓力側(cè)表面的方向上局部減小或反向的曲率。
文檔編號F01D5/14GK101769169SQ20091022214
公開日2010年7月7日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者S·M·斯帕克斯 申請人:通用電氣公司