一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型的制作方法

1.本发明涉及的是一种叶片，具体地说是涡轮动叶。


背景技术：

2.燃气轮机从诞生之日起，便因功率密度大、反应迅速等特点，受到各国青睐，燃气轮机已成为大中型水面船舶的主动力。
3.目前船用燃气轮机的倒车功能主要是通过变距桨实现，可倒车涡轮的出现为燃气轮机倒车提供了新的途径，即燃气轮机同时具有正、反转的能力，正倒车功率均由燃气轮机直接提供。
4.燃气轮机倒车功能是通过具有正反转能力的可倒车涡轮实现，这种涡轮动叶由双层叶片组成，通常情况下，其内层叶片为正车涡轮叶片，外层叶片为倒车涡轮叶片，两层叶片连成一体，通过涡轮盘与轴相连输出功率。当燃气气流全部流经内层叶片时，正车涡轮叶片工作，此时倒车涡轮叶片反转；当燃气气流全部流经外层叶片时，倒车涡轮叶片工作，此时正车涡轮叶片反转。
5.传统涡轮叶片叶型重点从如何减小叶型损失、提高涡轮性能角度出发开展叶片造型设计，以满足涡轮效率等性能指标要求，而对倒车涡轮动叶叶片造型设计方法关注不足，科研人员迫切希望有一种能够满足船用倒车涡轮特殊工作要求的先进叶型，以避免因过渡追求正常工作状态下性能，而忽略长时间处于反转状态引起鼓风损失偏大的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供能解决船用可倒车燃气轮机倒车涡轮叶片设计时忽略其长时间处于反转状态，而引起鼓风损失偏大等问题的一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型。
7.本发明的目的是这样实现的：
8.本发明一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，其特征是：包括前缘、尾缘，前缘与尾缘的一侧为压力侧，前缘与尾缘的另一侧为吸力侧，前缘、压力侧、尾缘和吸力侧依次连接成一个封闭的叶片型线，该叶片型线构成的叶片与相邻叶片组成倒车涡轮叶珊通道，高温高压燃气在叶栅通道内推动叶片旋转，并对外输出功率。
9.本发明还可以包括：
10.1、压力侧和吸力侧的型线采用贝塞尔曲线构造而成。
11.2、所述叶片为直叶片，叶片根截面叶型和顶截面叶型相同，叶片通过一个截面的型线拉伸得到。
12.3、当倒车涡轮正向旋转时，高温高压的燃气在倒车涡轮级导叶内部经过膨胀加速后，冲入倒车涡轮叶珊通道内，推动动叶旋转，并对外输出功率；当正车涡轮工作时，倒车涡轮逆向旋转，倒车涡轮进入压气机工作模式，即气流逆向流动，从原先的出口流向进口侧，
空气被压缩，正车涡轮排气被吸入倒车涡轮叶珊通道内，倒车涡轮处于反转耗功状态，不仅不发出功率，且消耗功率。
13.本发明的优势在于：
14.1、在满足倒车涡轮性能指标要求的基础上，最大程度的降低了倒车涡轮反转鼓风损失。相比传统叶型仅考虑倒车涡轮工作状态下气动性能，本发明的倒车涡轮动叶叶型，可降低倒车涡轮长期处于反转状态时鼓风损失20％以上，提高可倒车涡轮正常运行(正车涡轮正车状态工作，倒车涡轮反转)时的效率，有利于降低可倒车涡轮的能耗，提高船舶的续航力。
15.2、本发明给出的低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，针对倒车涡轮反转状态下鼓风损失，结合已有工程经验，有重点地对动叶叶型参数进行了优化调整，可以实现船用可倒车燃气轮机倒车涡轮鼓风损失有效控制，有利于船用可倒车燃气轮机正车工作时机组性能改善。
16.3、本发明给出的低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，倒车涡轮动叶弦长较短，倒车涡轮动叶质量较轻，有利于改善动叶受力状态，提高可倒车涡轮动叶寿命。
附图说明
17.图1为本发明倒车涡轮动叶型线示意图；
18.图2为本发明倒车涡轮动叶叶型组成的叶栅流道示意图；
19.图3为倒车涡轮动叶叶型参数示意图；
20.图4为本发明倒车涡轮动叶叶片示意图；
21.图5为常规倒车涡轮动叶型线示意图；
22.图6为常规倒车涡轮动叶叶片示意图；
23.图7为本发明倒车涡轮动叶型线与常规倒车涡轮动叶型线对比。
具体实施方式
24.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
25.结合图1-7，具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，它的叶片型线包括：前缘1、压力侧2、尾缘3和吸力侧4，其压力侧2和吸力侧4型线，采用贝塞尔曲线构造而成，其造型参数包括：叶片数、轴向弦长、弦长(或安装角)、前缘半径、尾缘半径、进口几何角、出口几何角、前楔角、尾楔角、最大厚度、落后角等。
26.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述前缘1、压力侧2、尾缘3和吸力侧4依次连接成一个封闭的叶片型线，并与相邻叶片组成倒车涡轮叶栅通道，高温高压燃气在叶栅通道内推动叶片旋转，并对外输出功率。
27.其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
28.具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式的所述低反转鼓风损失倒车涡轮动叶为直叶片，即倒车涡轮动叶的根截面叶型和顶截面叶型相同，叶片是通过一个截面的型线拉伸得到，这样设置相较扭曲叶片，可以简化倒车涡轮叶片结构，有利于倒车涡
轮动叶生产加工及检测。
29.其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
30.具体实施方式四：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式的所述低反转鼓风损失倒车涡轮动叶，相比传统涡轮叶片，具有叶片安装角及出口几何角均较大的结构特点，可降低倒车涡轮长期处于反转状态时鼓风损失20％以上，提高了可倒车涡轮正常运行，即正车涡轮正车状态工作、倒车涡轮反转时的运行效率，有利于降低可倒车涡轮的能耗，提高船舶的续航力。
31.其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
32.具体实施方式五：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式的所述低反转鼓风损失倒车涡轮动叶，相比传统涡轮叶片，具有弦长较短的结构特点，因此，倒车涡轮动叶质量较轻，有利于改善动叶受力状态，提高可倒车涡轮动叶寿命，同时也有利于减少叶片生产成本，提高经济性。
33.其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
34.通过图1至图7说明其工作原理：
35.前缘1、压力侧2、尾缘3和吸力侧4依次连接成一个封闭的动叶叶片型线，并与相邻叶片组成倒车涡轮动叶叶栅通道，当倒车涡轮正常工作时，即倒车涡轮正向旋转时，高温高压的燃气在倒车涡轮级导叶内部经过膨胀加速后，以较高的速度冲入倒车涡轮动叶叶栅通道内，推动动叶旋转，并对外输出功率；当正车涡轮工作时，此时倒车涡轮反向转动，即倒车涡轮逆向旋转，在这种情况下，倒车涡轮进入压气机工作模式，即气流逆向流动，从原先的出口流向进口侧，空气被压缩，也就是正车涡轮排气被吸入倒车涡轮动叶叶栅通道内，此时，倒车涡轮处于反转耗功状态，不仅不发出功率，反而消耗功率。本发明的低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，即可满足倒车涡轮正常工作需求，又可最大程度减小倒车涡轮动叶反转运行时鼓风损失，解决了船用可倒车燃气轮机倒车涡轮叶片设计时忽略其长时间处于反转状态，而引起鼓风损失偏大的问题。
36.综上，本发明涉及的是本发明涉及的是一种即可满足倒车涡轮正常工作对功率、效率等核心指标要求，又可最大程度减小倒车涡轮动叶反转运行时鼓风损失的倒车涡轮动叶叶片型线。本发明的目的是为了解决船用可倒车燃气轮机倒车涡轮叶片设计时忽略其长时间处于反转状态，而引起鼓风损失偏大的问题，进而提供了一种适合于船用可倒车燃气轮机倒车涡轮的动叶叶型。本发明用于改善船用可倒车燃气轮机倒车涡轮动叶性能领域。

技术特征：
1.一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，其特征是：包括前缘、尾缘，前缘与尾缘的一侧为压力侧，前缘与尾缘的另一侧为吸力侧，前缘、压力侧、尾缘和吸力侧依次连接成一个封闭的叶片型线，该叶片型线构成的叶片与相邻叶片组成倒车涡轮叶珊通道，高温高压燃气在叶栅通道内推动叶片旋转，并对外输出功率。2.根据权利要求1所述的一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，其特征是：压力侧和吸力侧的型线采用贝塞尔曲线0≤t≤1构造而成。3.根据权利要求1所述的一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，其特征是：所述叶片为直叶片，叶片根截面叶型和顶截面叶型相同，叶片通过一个截面的型线拉伸得到。4.根据权利要求1所述的一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，其特征是：当倒车涡轮正向旋转时，高温高压的燃气在倒车涡轮级导叶内部经过膨胀加速后，冲入倒车涡轮叶珊通道内，推动动叶旋转，并对外输出功率；当正车涡轮工作时，倒车涡轮逆向旋转，倒车涡轮进入压气机工作模式，即气流逆向流动，从原先的出口流向进口侧，空气被压缩，正车涡轮排气被吸入倒车涡轮叶珊通道内，倒车涡轮处于反转耗功状态，不仅不发出功率，且消耗功率。

技术总结
本发明的目的在于提供一种低反转鼓风损失倒车涡轮动叶叶型，包括前缘、尾缘，前缘与尾缘的一侧为压力侧，前缘与尾缘的另一侧为吸力侧，前缘、压力侧、尾缘和吸力侧依次连接成一个封闭的叶片型线，该叶片型线构成的叶片与相邻叶片组成倒车涡轮叶珊通道，高温高压燃气在叶栅通道内推动叶片旋转，并对外输出功率。本发明既可满足倒车涡轮正常工作对功率、效率等核心指标要求需求，又可最大程度减小倒车涡轮动叶反转运行时的鼓风损失。叶反转运行时的鼓风损失。叶反转运行时的鼓风损失。


技术研发人员：牛夕莹 李宗全 侯隆安 徐波 朱凯迪 马涛 徐文燕 傅琳
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/6/7