渦輪布置的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于通過氣體如蒸汽的逐級膨脹生成功的渦輪，其中下游級引導件平均高度(45)小于相鄰上游級轉子平均高度(37)。
【專利說明】
渦輪布置
技術領域
[0001 ]本公開涉及多級燃氣渦輪和蒸汽渦輪的布置和構造。
【背景技術】
[0002]渦輪制造商(不論其是蒸汽渦輪的制造商或是燃氣渦輪的制造商)的共同目的在于改進效率。這可通過減小泄漏、優化級反應程度、葉片展弦比、級負載和葉片構造(包括應用3D堆疊、扭轉、彎曲和傾斜)來實現。然而，不斷需要尋找新的機會來改進渦輪效率。
【發明內容】
[0003]提供了一種具有可提供改進的效率的布置的渦輪，特別是構造用于具有低根部反應(root react1n)的低體積流應用的禍輪。
[0004]嘗試借助于獨立權利要求的主題來解決該問題。有利的實施例在從屬權利要求中給出。
[0005]本公開基于提供振蕩流動環帶的總體構想，其中使用了減小高度的引導件，從而在選擇的禍輪軸向級處產生流動環帶中的梯級。
[0006]—個總體方面包括一種用于通過氣體的逐級膨脹生成功的渦輪，其中渦輪具有對應于氣體的膨脹流的軸向方向，以及徑向方向。渦輪包括外殼內表面、轂、第一軸向級和第二軸向級。第一軸向級包括固定于外殼內表面的第一引導件，以及在第一引導件下游固定于轂的第一轉子。第一轉子還包括在轂的徑向遠側的第一轉子末端，以及在第一轉子末端與轂之間沿第一轉子的軸向中點的第一轉子平均徑向高度。第一軸向級下游的第二軸向級包括第二引導件，其固定于外殼內表面并且具有外殼內表面遠側的第二引導件末端，以及在第二引導件末端與外殼內表面之間沿第二引導件的軸向中點的第二引導件平均徑向高度。第二軸向級還包括在第二引導件下游固定于轂的第二轉子。渦輪構造成使得第二引導件平均高度小于第一轉子平均高度。這向渦輪給予振蕩環帶。
[0007]另外的方面可包括以下特征中的一個或更多個。在第一引導件與第二轉子之間延伸并且包括第一引導件和第二轉子的區域中的轂直徑是恒定的。在第一引導件與第二轉子之間延伸并且包括第一引導件和第二轉子的區域中的轂半徑為可變的，使得轂半徑增大和減小。轂與第一轉子末端之間的第一轉子徑向高度沿軸向方向增大，使得由第一轉子末端形成的伸角沿軸向方向恒定。第二轉子徑向高度沿軸向方向增大，使得由第二轉子末端形成的伸角沿軸向方向恒定。第一引導件在軸向方向上沿外殼內表面形成鐘形口形，而第二引導件在軸向方向上沿外殼內表面形成鐘形口形。夕卜殼內表面與第一引導件末端之間的第一引導件徑向高度沿軸向方向減小，使得第一引導件末端沿軸向方向形成鐘形口形。外殼內表面與第二引導件末端之間的第二引導件徑向高度沿軸向方向減小，使得第一引導件末端沿軸向方向形成鐘形口形。第一轉子的K值從轂處的0.25變為第一轉子末端處的0.16。第二引導件的K值從外殼內表面處的0.15變為第二引導件末端處的0.25。
[0008]渦輪還可為蒸汽渦輪，其包括以下特征中的一個或更多個。根部反應為30%。第一轉子、第二轉子或第一轉子和第二轉子兩者的后表面偏轉在25度到35度之間。轂處的盤周向速度與級等熵總-狀態熱降的等效速度之比在0.5到0.56的范圍中。第二引導件末端半徑與轂半徑之比小于1.3。
[0009]渦輪還可為具有25度到30度之間的第一轉子和/或第二轉子的后表面偏轉的燃氣渦輪。
[0010]本公開的其它方面和優點將從連同附圖進行的以下描述變得顯而易見，該附圖經由實例示出了本發明的示例性實施例。
【附圖說明】
[0011]經由實例，在下文中參照附圖更完整地描述了本公開的實施例，在該附圖中:
圖1為渦輪軸向級的俯視圖；
圖2為示例性實施例應用于其的相鄰渦輪軸向級的側視圖；以及圖3為另一個示例性實施例應用于其的相鄰渦輪軸向級的側視圖。
[0012]部件列表 10轂
11轂半徑
12外殼內表面
14軸向方向(對應于膨脹流)
16徑向方向 18周向方向 20軸向中點 22喉部 24節距 30第一軸向級 32第一引導件 34第一引導件末端 35第一引導件平均高度 36第一轉子 37第一轉子平均高度 38第一轉子末端 40第二軸向級 42第二引導件 44第二引導件末端 45第二引導件平均高度 46第二轉子 47第二轉子平均高度 47第二轉子末端 Θ伸角 δ后表面偏轉 Ur轂處的盤周向速度
Co級等熵總-靜態熱降的等效速度=sqrt(2 Δ Hts)。
【具體實施方式】
[0013]現在參照附圖來描述本公開的示例性實施例，其中相似的附圖標記用于表示各處相似的元件。在以下描述中，為了闡釋的目的，闡明了許多具體細節以提供本公開的徹底理解。然而，本公開可在沒有這些具體細節的情況下實踐，并且不限于本文中公開的示例性實施例。
[0014]圖1示出了本發明的示例性實施例可應用于其的渦輪軸向級30，40。渦輪軸向級包括沿周向方向分布的引導件32，以及沿周向方向分布的下游轉子36 ο引導件32和轉子42具有節距24、喉部22和后表面偏轉角δ，其中節距24限定為相鄰引導件32和相鄰轉子42上的對應點之間的沿周向方向的距離，喉部22限定為相鄰引導件32和相鄰轉子42的表面之間的最短距離，并且后表面偏轉角S限定為’未覆蓋轉動’，即，吸入表面喉部點與吸入表面后緣混合點之間的角變化。
[0015]在圖1中所示且應用于用于通過氣體的逐級膨脹生成功的渦輪的示例性實施例中，渦輪具有對應于氣體的膨脹流的軸向方向14和徑向方向16。渦輪具有外殼內表面12和轂10。多個渦輪軸向級在外殼內表面12與轂10之間。各個軸向級包括固定于外殼內表面12的引導件32，42，而各個引導件32，42具有引導件末端34，44，其在外殼內表面12的遠側，其中在各個引導件32，42的軸向中點處，外殼內表面12與引導件末端34，44之間的距離限定平均引導件高度35，45。
[0016]固定于轂10的轉子36，46鄰近各個引導件32，42并且在其下游。各個轉子36，46具有轉子末端38，48，其在轂1的遠側，其中在各個轉子36，46的軸向中點處，轂10與轉子末端38，48之間的距離限定平均轉子高度37，47。
[0017]如圖1中所示，在示例性實施例中，第二引導件平均高度45小于第一轉子平均高度37。這產生了波狀/階梯外殼內表面12，同時轂10保持基本上直的。
[0018]在圖1中所示的示例性實施例中，在軸向方向上沿外殼內表面，在軸向方向上，弓丨導件32，42形成鐘形口形。
[0019]在未示出的示例性實施例中，在軸向方向上沿引導件末端34，44，引導件末端34，44形成鐘形口形。
[0020]在圖1中所示的示例性實施例中，限定為轉子36，46的末端的張角的伸角Θ在軸向方向14上是恒定的。
[0021]在圖2中所示的另一個示例性實施例中，其中第二引導件平均高度45小于第一轉子平均高度37，外殼內表面12和轂兩者具有波狀/階梯形狀。以該方式，在第一軸向級30與第二軸向級40之間并且包括第一軸向級30和第二軸向級40的區域中，轂半徑增大和減小。
[0022]在示例性實施例中，限定喉部22與節距24之比的轉子36，46的K值從轂處的0.25變為轉子末端38，48處的0.16。
[0023]在示例性實施例中，限定喉部22與節距24之比的轉子36，46的K值從外殼內表面處的0.15變為引導件末端34，44處的0.25。
[0024]在示例性實施例中，第二引導件末端半徑與轂半徑之比小于1.3。
[0025]由于燃氣渦輪與蒸汽渦輪之間的差異，故應用示例性實施例的波狀/階梯外殼內表面12可需要兩種類型的渦輪的不同構造。
[0026]在應用于蒸汽渦輪的示例性實施例中，第一軸向級30、第二軸向級40或第一軸向級30和第二軸向級40兩者構造成具有大約30%的根部反應。在又一個示例性實施例中，蒸汽渦輪具有25度到35度之間的轉子36，46的后表面偏轉δ，以減小損失。其還可構造成使得在正常操作中，轂處的盤周向速度Ur與級等熵總-狀態熱降的等效速度Co之比在0.5到0.56的范圍中。
[0027]在應用于燃氣渦輪的示例性實施例中，第一轉子和/或第二轉子的后表面偏轉在25度到30度之間。
[0028]盡管本公開在本文中已經示出和描述了構想為最實際的示例性實施例的內容，但本公開可以以其它特定形式實施。因此，當前公開的實施例在所有方面認作是示范性而非限制性的。本公開的范圍由所附權利要求而非前述描述指示，并且落入意義和范圍和其等同物內的所有變化都旨在包含在其中。
【主權項】
1.一種用于通過氣體的逐級膨脹生成功的渦輪，所述渦輪具有對應于所述氣體的膨脹流的軸向方向(14)，以及徑向方向(16)，并且還包括: 外殼內表面(12); 轂(10)， 第一軸向級(30)，其包括: 固定于所述外殼內表面(12)的第一引導件(32); 在所述第一引導件(32)下游固定于所述轂(10)的第一轉子(36)，其具有: 在所述轂(10)的徑向遠側的第一轉子末端(38)， 在所述第一轉子末端(38)與所述轂(10)之間沿所述第一轉子(36)的軸向中點的第一轉子平均徑向高度(37); 所述第一軸向級(30)下游的第二軸向級(40)，其包括: 固定于所述外殼內表面(12)的第二引導件(42)，其具有: 所述外殼內表面(12)遠側的第二引導件末端(44)； 在所述第二引導件末端(44)與所述外殼內表面(12)之間沿所述第二引導件(42)的軸向中點的第二引導件平均徑向高度(45);以及 在所述第二引導件(42)下游固定于所述轂(10)的第二轉子(46)， 其特征在于，所述第二引導件平均高度(45)小于所述第一轉子平均高度(37)。2.根據權利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述轂(10)具有轂半徑，并且在所述第一引導件(32)與所述第二轉子(46)之間延伸且包括所述第一引導件(32)和所述第二轉子(46)的區域中的所述轂半徑是恒定的。3.根據權利要求1所述的渦輪，其特征在于，所述轂(10)具有轂半徑，并且在所述第一引導件(32)與所述第二轉子(46)之間延伸且包括所述第一引導件(32)和所述第二轉子(46)的區域中的所述轂半徑為可變的，使得所述轂半徑增大和減小。4.根據權利要求1或權利要求3所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪還包括: 所述轂(10)的徑向遠側的第二轉子末端(48)，其中: 所述轂(10)與所述第一轉子末端(38)之間的第一轉子徑向高度沿所述軸向方向(14)增大，使得由所述第一轉子末端(38)形成的伸角(Θ)沿所述軸向方向(14)恒定;并且 第二轉子徑向高度沿所述軸向方向(14)增大，使得由所述第二轉子末端(48)形成的伸角(Θ )沿所述軸向方向(14)恒定。5.根據權利要求1至權利要求4中任一項所述的渦輪，其特征在于，所述第一引導件(32)在所述軸向方向(14)上沿所述外殼內表面(12)形成鐘形口形，而所述第二引導件(42)在所述軸向方向(14)上沿所述外殼內表面(12)形成鐘形口形。6.根據權利要求1至權利要求5中任一項所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪還包括: 所述外殼內表面(12)遠側的第一引導件末端(34)，其中: 所述外殼內表面(12)與所述第一引導件末端(34)之間的第一引導件(32)徑向高度沿所述軸向方向(14)減小，使得所述第一引導件末端(34)沿所述軸向方向(14)形成鐘形口形;并且 所述外殼內表面(12)與所述第二引導件末端(44)之間的第二引導件(42)徑向高度沿所述軸向方向(14)減小，使得所述第一引導件末端(34)沿所述軸向方向(14)形成鐘形口形。7.根據權利要求1至權利要求6中任一項所述的渦輪，其特征在于，所述第一轉子(36)的K值從所述轂(1)處的0.25變為所述第一轉子末端(38)處的0.16。8.根據權利要求7中任一項所述的渦輪，其特征在于，所述第二引導件(42)的K值從外殼內表面(12)處的0.15變為所述第二引導件末端(44)處的0.25。9.根據權利要求1至權利要求8中任一項所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪為蒸汽渦輪，并且所述第一軸向級(30)為構造有30%的根部反應的所述渦輪的第一軸向級。10.根據權利要求9所述的渦輪，其特征在于，所述第一轉子(36)、所述第二轉子(46)或所述第一轉子(36)和所述第二轉子(46)兩者的后表面偏轉(δ)在25度到35度之間。11.根據權利要求9所述的渦輪，其特征在于，所述第一軸向級(30)構造成使得在正常操作中，所述轂處的盤周向速度(Ur)與級等熵總-狀態熱降的等效速度(Co)之比在0.5到0.56的范圍中。12.根據權利要求9所述的渦輪，其特征在于，第二引導件末端半徑與轂(10)半徑之比小于1.3。13.根據權利要求1至權利要求9中任一項所述的渦輪，其特征在于，所述渦輪為燃氣渦輪，并且所述第一轉子(36)和/或所述第二轉子(46)的后表面偏轉(δ)在25度到30度之間。
【文檔編號】F01D5/06GK105888735SQ201510813751
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年11月23日
【發明人】B.R.哈爾勒
【申請人】通用電器技術有限公司