涡轮或汽轮机动叶叶尖小翼

摘要

涡轮或汽轮机动叶叶尖小翼涉及叶轮机械领域，该叶尖小翼主要由前缘翼、压力面翼、吸力面翼和尾缘翼组成，压力面翼和吸力面翼是在动叶叶型轮廓的基础上，在叶型前缘点A与尾缘点B之间沿圆周方向扩展出的小翼片，压力面翼和吸力面翼的前缘点D和C位于动叶叶型前缘点A或前缘点A与叶型最大厚度之间，压力面翼和吸力面翼的尾缘点F和E位于动叶叶型尾缘点B或尾缘点B与叶型最大厚度之间；前缘翼和尾缘翼都与吸力面翼及压力面翼光滑连接，前缘翼和尾缘翼都是吸力面翼和压力面翼在前缘处和尾缘处的延伸。本发明有益效果是：减少叶尖泄漏，降低叶尖泄漏涡、擦流涡对流道内流场的影响，同时改善叶栅流场，提高叶轮机械效率。

说明书

技术领域

本发明涉及叶轮机械领域，具体涉及应用于各种涡轮或汽轮机等动叶的叶尖小翼的设计。

背景技术

在叶轮机械中，动叶顶端部位与机匣之间的叶尖间隙的几何尺寸同整个流道相比是非常小的，但它却对叶片流道内近20％区域的流动产生影响，尤其是尺寸比较小的涡轮或汽轮机等。叶顶间隙具有以下几种不利影响：1)叶尖间隙的存在，会造成工作流体实际流量的减少，导致叶尖附近做功减少，通道堵塞以及叶栅损失增加；2)叶尖泄漏会在动叶吸力面形成叶尖泄漏涡，叶尖泄漏涡与通道涡相互作用，使叶栅通道内流动更加复杂，流动损失增加，同时改变了气流出口角；3)由于转子相对于机匣壁面运动，引起机匣壁面附面层摩擦运动，形成擦流涡。由叶尖间隙带来的三种影响，都不同程度地改变了叶轮机械内流场分布，增加叶轮机械内流动损失。由叶尖间隙造成的流量损失和叶尖泄漏涡及叶尖擦流涡等二次流损失一般都在叶轮机械总损失中占有相当的比重，从而导致叶轮机械总损失增加。如果使用现有的叶冠，则叶冠需和外机匣采用多重密封系统，且叶冠在高速旋转下，离心力较大，会造成动叶应力的增加，从而在一定程度上降低叶轮机械的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于各种涡轮或汽轮机等动叶的叶尖小翼的设计，这种设计能减少叶尖泄漏，降低叶尖泄漏涡、擦流涡对流道内流场影响，同时改善叶栅流场，提高叶轮机械效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

涡轮或汽轮机动叶叶尖小翼主要由前缘翼1、压力面翼3、吸力面翼5和尾缘翼4或尾缘翼6组成；叶尖小翼7主要用于涡轮或汽轮机动叶8，其安装在动叶顶端，连接方式可以采用和动叶一体加工生成，也可以单独加工叶尖小翼，然后通过焊接等方式与动叶连接，叶尖小翼7与动叶8之间连接过渡，可以采用倒角过渡、圆角过渡或采用自由曲面光滑过渡；压力面翼3和吸力面翼5均可单独使用，也可与其它小翼组合使用，组合使用时，各小翼可以一体加工生成，也可单独加工，然后通过焊接等方式连接起来；压力面翼3和吸力面翼5是在动叶叶型轮廓的基础上，在叶型前缘点A与尾缘点B之间沿圆周方向扩展出的小翼片；压力面翼3和吸力面翼5的前缘点D和前缘点C位于动叶叶型前缘点A或前缘点A与叶型最大厚度之间，吸力面翼5和压力面翼3的尾缘点E和尾缘点F位于尾缘点B或叶型最大厚度与尾缘点B之间，吸力面翼或压力面翼的前缘点与尾缘点的最佳位置需根据实际需求经计算与试验确定；压力面翼3和吸力面翼5沿其前缘到尾缘宽度可以相同，也可以不同，形状可以是规则形状，也可以是自由曲面构造的不规则形状；前缘翼1和尾缘翼4或尾缘翼6与吸力面翼5及压力面翼3光滑连接，前缘翼1和尾缘翼4或尾缘翼6是吸力面翼5和压力面翼3在前缘和尾缘处的延伸，一般为采用自由曲面的光滑结构，尾缘翼也可以采用燕尾结构。叶尖小翼顶部具有和外机匣相同的曲率，以保证叶尖小翼在工作时和外机匣之间保持很小的均匀距离，减少压力面气流向吸力面泄漏；在叶尖小翼顶部与外机匣之间的间隙控制可以根据设计需要采用主动间隙控制或被动间隙控制，还可以在外机匣的内壁涂上一层易磨涂层，在叶尖小翼的顶部添加耐磨材料来控制外机匣与叶尖小翼顶部之间的泄漏损失。

本发明的有益效果是：在各种燃气轮机的涡轮或汽轮机的动叶顶端采用本发明叶尖小翼的设计，具有减小叶尖泄漏，控制叶尖泄漏涡和擦流涡的作用，同时能改善流体由叶根向叶尖串流所形成的二次流场，且本发明相比叶冠，具有结构简单、重量轻、可靠性高等优点。

附图说明

图1是本发明涡轮或汽轮机动叶与具有前缘翼、光滑结构尾缘翼的叶尖小翼的顶视图。

图2是本发明涡轮或汽轮机动叶与具有前缘翼、燕尾结构尾缘翼的叶尖小翼的顶视图。

图3是本发明涡轮或汽轮机动叶与叶尖小翼的三维视图。

图4是本发明涡轮或汽轮机动叶与叶尖小翼沿流向的剖视图。

图5是不带叶尖小翼的叶尖流场结构示意图。

图6是本发明带叶尖小翼的叶尖流场结构示意图。

图中：1、前缘翼，2、叶型轮廓线，3、压力面翼，4、光滑结构尾缘翼，5、吸力面翼，6、燕尾结构尾缘翼，7、叶尖小翼，8、涡轮或汽轮机动叶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：

如图1至图4所示，本发明涡轮或汽轮机动叶叶尖小翼主要由前缘翼1、压力面翼3、吸力面翼5和光滑结构尾缘翼4或燕尾结构尾缘翼6组成，压力面翼3和吸力面翼5是在动叶叶型轮廓的基础上，在叶型前缘点A与尾缘点B之间沿圆周方向扩展出的小翼片，压力面翼3和吸力面翼5的前缘点D和前缘点C位于动叶叶型前缘点A或前缘点A与叶型最大厚度之间，压力面翼3和吸力面翼5的尾缘点F和尾缘点E位于动叶叶型尾缘点B或尾缘点B与叶型最大厚度之间；前缘翼1和光滑结构尾缘翼4或燕尾结构尾缘翼6都与吸力面翼5及压力面翼3光滑连接，前缘翼1和光滑结构尾缘翼4或燕尾结构尾缘翼6都是吸力面翼5和压力面翼3在前缘处和尾缘处的延伸。

如图5所示，在没有叶尖小翼的正常叶尖流场中，压力面侧高压流体向吸力面侧低压区流动，在压力面侧易形成擦流涡，在吸力面侧由于通过叶尖间隙泄漏形成的高速射流流体将在吸力面侧叶尖形成叶尖泄漏涡，有可能与端壁附面层相互作用，形成大面积分离。

如图6所示，在使用了叶尖小翼的叶尖流场中，压力面侧由于通道涡作用，存在由动叶中部向叶尖流动的二次流，该流体在叶尖遇到叶尖小翼时，气流被迫转向，与压力面侧向吸力面侧流动的泄漏流体方向相反，两者相互作用，削弱了叶尖泄漏，同时，由于存在叶尖小翼，叶尖间隙中流道增长，摩阻增大，泄漏流体流速下降很多，泄漏流量因而减少很多，这也在一定程度上控制了吸力面侧的泄漏涡影响程度。