CN106122107B - 用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶 - Google Patents

用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶，包括静叶主体，静叶主体包括叶根部、叶中部和叶尖部，叶中部位于叶根部与叶尖部之间，叶中部的重心积叠轴线沿多级轴流压气机主轴的径向延伸，叶根部向吸力面正弯，叶尖部向压力面反弯。采用叶根部正弯、叶尖部反弯的形式，应用于多级轴流压气机时，能够显著改善静叶根部流动分离、平衡静叶展向负荷分布、提高静叶失速裕度、减少静叶损失，并能够扩展跨音动叶尖部的稳定工作范围，从而在整个展向范围降低流动损失，扩展跨音级的失速裕度。

Description

用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶。
背景技术
现有燃气轮机压气机普遍采用三维叶片设计技术，即通过改变叶片的重心积叠轴线或各截面相对叶型特征实现叶片弯、掠等几何形式，从而有效控制压气机内部的强三维流动，减少流动损失，延缓流动分离，提高压气机效率和失速裕度。但由于压气机内部三维粘性流场的复杂性，弯掠叶片对流动的影响机理目前仍未得到确定的解释。
目前在燃气轮机压气机中使用的弯曲静叶均采用叶根和叶尖正弯的几何形式，即弯曲后吸力面为凹面，从而产生叶根和叶尖静压高、叶中静压低的“C”型压力分布，使得两端的低能气流向叶中区域径向迁移，改善端区的角区流动。但是，叶根和叶尖均正弯会恶化叶中的流动，使得叶中区域损失增加，而且正弯也会导致叶根和叶尖的冲角增加，不利于该区域的失速裕度。反弯的形式是弯曲后压力面为凹面，反弯能够起到与正弯相反的作用，可驱使低能气流从叶中流向两端，从而改善叶中区域的流动，同时通过降低叶根和叶尖的负荷来减少上游动叶出口反压，降低上游动叶负荷。但由于目前采用弯曲静叶主要是为了控制角区流动分离，因此反弯在燃气轮机压气机中并没有得到应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够平衡静叶展向负荷分布、提高静叶失速裕度、减少静叶损失的用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶，包括静叶主体，静叶主体包括叶根部、叶中部和叶尖部，叶中部位于叶根部与叶尖部之间，叶中部的重心积叠轴线沿多级轴流压气机主轴的径向延伸，叶根部向吸力面正弯，叶尖部向压力面反弯。
优选地，叶根部的高度为静叶主体高度的15％-25％。
优选地，叶尖部的高度为静叶主体高度的15％-25％。
优选地，叶根部处的压力面与轮毂外表面之间的夹角为10°-30°。
优选地，叶尖部处的吸力面与气缸内表面之间的夹角为5°-20°。
优选地，叶根部、叶中部和叶尖部之间均平滑过渡。
优选地，叶根部、叶中部和叶尖部之间的过渡区域均采用光顺处理。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：采用叶根部正弯、叶尖部反弯的形式，应用于多级轴流压气机时，能够显著改善静叶根部流动分离、平衡静叶展向负荷分布、提高静叶失速裕度、减少静叶损失，并能够扩展跨音动叶尖部的稳定工作范围，从而在整个展向范围降低流动损失，扩展跨音级的失速裕度。
附图说明
图1是本发明实施例的用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶的立体结构示意图。
图2是本发明实施例的用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶的重心积叠轴线示意图。
图中：
100、静叶主体
101、叶根部 101a、叶根部的重心积叠轴线
102、叶中部 102a、叶中部的重心积叠轴线
103、叶尖部 103a、叶尖部的重心积叠轴线
A、吸力面 B、压力面
C、轮毂外表面 D、气缸内表面
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶的一种实施例。
如图1所示，本实施例的复合弯曲静叶包括静叶主体100，静叶主体100包括叶根部101、叶中部102和叶尖部103，叶中部102位于叶根部101与叶尖部103之间。
如图2所示，本领域技术人员公知的，在实际应用中，静叶主体100设于压气机的轮毂与气缸之间，且叶根部101与轮毂外表面C连接，叶尖部103与气缸内表面D连接。静叶主体100在工作状态下存在吸力面A和压力面B。
在本实施例中，叶中部102的重心积叠轴线102a沿多级轴流压气机主轴的径向延伸，多级轴流压气机主轴的径向即为由压气机的轮毂指向气缸的方向，如图2中坐标所示。
叶根部101向吸力面A正弯，即叶根部101偏离径向朝吸力面A发生弯曲，使叶根部101处的吸力面A呈凹面、叶根部101处的压力面B与轮毂外表面C之间成锐角。叶根部101的重心积叠轴线101a朝吸力面A偏离径向而与轮毂外表面C之间成夹角α，该夹角α即为叶根部101处的压力面B与轮毂外表面C之间的夹角。夹角α可设为10°-30°，优选地，本实施例中的夹角α设为20°。
叶尖部103向压力面B反弯，即叶尖部103偏离径向朝压力面B发生弯曲，使叶尖部103处的压力面B呈凹面、叶尖部103处的吸力面A与气缸内表面D之间成锐角。叶尖部103的重心积叠轴线103a朝压力面B偏离径向而与气缸内表面D之间成夹角β，该夹角β即为叶尖部103处的吸力面A与气缸内表面D之间的夹角。夹角β可设为5°-20°，优选地，本实施例中的夹角β设为15°。
进一步，如图2所示，静叶主体100的高度为h，叶根部101的高度为h1，叶尖部103的高度为h2。叶根部101的高度h1可设为静叶主体100高度h的15％-25％，叶尖部103的高度可设为静叶主体100高度h的15％-25％。优选地，在本实施例中，叶根部101的高度h1设为静叶主体100高度h的20％，叶尖部103的高度设为静叶主体100高度h的20％。
进一步，叶根部101、叶中部102和叶尖部103之间均平滑过渡。优选地，本实施例中的叶根部101、叶中部102和叶尖部103之间的过渡区域均采用光顺处理。
本实施例的上述复合弯曲静叶尤其适用于多级轴流压气机的跨音级。多级轴流压气机跨音级的流动特征为：动叶根部进口马赫数低，对冲角及出口背压变化不敏感，尖部通道存在激波；静叶根部进口马赫数高，负荷重，容易出现根部角区分离。基于此特征，静叶根部采用正弯可提高根部静压，驱使低能流体向叶中流动，避免聚集在叶根区域发生流动分离，从而降低静叶根部损失，减缓或消除该区域的流动分离，提高根部失速裕度。静叶尖部采用反弯，虽然低能流体具有从叶中向叶尖迁移的趋势，但由于尖部较根部负荷轻，不易发生流动分离；并且，反弯使得静叶尖部负荷进一步降低，使得上游跨音动叶出口背压降低，从而使动叶尖部的通道激波向下游移动，有利于扩展跨音动叶的失速裕度。整体来说，静叶根部正弯、尖部反弯，使得静叶展向负荷分布更加均匀，从而减少了流动径向迁移带来的摩擦损失。
因此，本实施例的采用叶根部正弯、叶尖部反弯形式的复合弯曲静叶应用于多级轴流压气机时，能够显著改善静叶根部流动分离、平衡静叶展向负荷分布、提高静叶失速裕度、减少静叶损失，并能够扩展跨音动叶尖部的稳定工作范围，从而在整个展向范围降低流动损失，扩展跨音级的失速裕度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶，包括静叶主体(100)，其特征在于，所述静叶主体(100)包括叶根部(101)、叶中部(102)和叶尖部(103)，所述叶中部(102)位于所述叶根部(101)与所述叶尖部(103)之间，所述叶中部(102)的重心积叠轴线(102a)沿所述多级轴流压气机主轴的径向延伸，所述叶根部(101)向吸力面(A)正弯，所述叶尖部(103)向压力面(B)反弯；所述叶根部(101)处的压力面(B)与轮毂外表面(C)之间的夹角为10°-30°，所述叶尖部(103)处的吸力面(A)与气缸内表面(D)之间的夹角为5°-20°；所述叶根部(101)的高度为所述静叶主体(100)高度的15％-25％，所述叶尖部(103)的高度为所述静叶主体(100)高度的15％-25％。
2.根据权利要求1所述的用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶，其特征在于，所述叶根部(101)、所述叶中部(102)和所述叶尖部(103)之间均平滑过渡。
3.根据权利要求2所述的用于多级轴流压气机的复合弯曲静叶，其特征在于，所述叶根部(101)、所述叶中部(102)和所述叶尖部(103)之间的过渡区域均采用光顺处理。
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