一种动力涡轮、动力涡轮转子长叶片及其造型设计方法

技术领域

本申请属于舰用或船用燃气轮机技术领域，特别涉及一种动力涡轮、动力涡轮转子长叶片及其造型设计方法。

背景技术

在舰用及船用燃气轮机领域，其传统的动力涡轮转子叶片一般采用较低An

表1不同型号燃机动力涡轮转子叶片参数对比

但随着舰用燃气轮机对功率需求的增大，大功率燃气轮机已到达45兆瓦级或50兆瓦级，其动力涡轮的尺寸、流量、转速等要求都有较大增加，形成一种大尺寸、大流量、高转速的动力涡轮，末级转子叶片高度甚至达到350mm，An

发明内容

本申请的目的是提供了一种动力涡轮、动力涡轮转子长叶片及其造型设计方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

第一方面，本申请提供了一种动力涡轮转子长叶片造型设计方法，所述造型设计方法适用于叶片长度不低于300mm、An

确定所述动力涡轮转子长叶片的造型方法，所述动力涡轮转子长叶片采用三基截面造型方法进行叶片造型，所述三基截面包括叶片根截面、叶片中截面及叶片尖截面；

调节所述叶片尖截面、叶片根截面的截面参数，所述截面参数包括弦长和厚度，同时调整叶片前后尾缘半径及型线分布规律，实现所述长叶片的尖根面积比调节，使所述长叶片的尖根面积比减小至预定值；

调节三基截面的轴向弦长，使三基截面的轴向弦长从叶根到叶尖依次递减，从而形成子午面锥度逐渐增大的叶型，同时调整根尖截面扭转角使根尖截面扭转角达到预定范围，完成涡轮转子长叶片的造型设计。

在本申请优选实施方式中，所述尖根面积比为叶片尖截面面积与叶片根型面面积的比值。

在本申请优选实施方式中，所述尖根面积比的预定值为0.35～0.45。

在本申请优选实施方式中，通过增加所述叶片根截面的弦长和厚度以及减小所述叶片尖截面的弦长和厚度，同时调整叶片型面的型线分布，实现所述长叶片的尖根面积比减小调节。

在本申请优选实施方式中，所述根尖截面扭转角为叶片尖截面前后小圆连线与叶片根截面前后小圆连线的夹角。

在本申请优选实施方式中，所述根尖截面扭转角的预定范围为50°～65°。

在本申请优选实施方式中，所述叶型的子午面锥度控制在5°～10°范围。

第二方面，本申请提供了一种动力涡轮转子长叶片，所述动力涡轮转子长叶片按照如上任一所述的动力涡轮转子长叶片造型设计方法得到。

第三方面，本申请提供了一种动力涡轮，所述动力涡轮采用如上所述的动力涡轮转子长叶片。

相比现有技术方案，本申请提供的动力涡轮高An

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的转子长叶片造型设计方法示意图。

图2为本申请中的动力涡轮转子长叶片三基截面示意图。

图3为本申请中的叶型截面参数(弦长及最大厚度)示意图。

图4为本申请一实施例的叶片根部拉伸压力仿真示意图。

图5为本申请一实施例的典型动力涡轮末级转子叶片子午截面意图。

图6为本申请的动力涡轮某级转子叶片子午截面锥度意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

针对舰用或船用大功率燃气轮机动力涡轮高An

如图1所示，本申请提供的动力涡轮转子长叶片造型设计方法，适用于叶片长度不小于300mm、An

步骤一、确定动力涡轮转子长叶片的造型方法，该动力涡轮转子长叶片采用三基截面造型方法进行叶片造型，如图2所示，该三基截面包括叶片根截面13、叶片中截面12及叶片尖截面11。

步骤二、调节叶片尖截面、叶片根截面的截面参数，该截面参数包括弦长b和厚度C

在本申请优选实施例中，该预定值约为0.4，浮动偏差大致约为10％，即0.35～0.45。

在本申请对长叶片三基截面实际设计的实施例中，通过增加叶片根截面13的弦长和厚度，减小叶片尖截面11的弦长和厚度，调整叶片型面的型线分布，配合弦长和厚度的变化使得叶型分布趋于合理，从而将长叶片的尖根面积比控制在0.4左右，从而可以有效降低长叶片重量，减小叶片根部拉伸应力，提高叶片根部强度。

如图4所示为根据本申请上述方案对长叶片的尖根面积比调整后的叶片根部拉伸压力仿真结果示意图，根据图中仿真结果可以看到，叶片根部的拉伸压力显著降低。

步骤三、调节三个基截面的轴向弦长，使三基截面的轴向弦长从叶根到叶尖依次递减，从而形成子午面锥度逐渐增大的叶型，同时调整根尖截面扭转角使其达到预定范围，完成涡轮转子长叶片的造型设计。

在本申请优选实施例中，叶型的子午面锥度△控制在5°～10°范围内，叶片根尖截面扭转角α在50°～65°范围内。

如图5所示，典型的动力涡轮转子末级叶片的子午面锥度通常仅为2°左右，而本申请中通过将根尖截面扭转角α增大，以及使三个造型基截面的轴向弦长从叶根到叶尖依次递减而得到的子午面大锥度叶型，可以使长叶片叶身整体强度增加，抗拉应力增强，如图6所示。

其中，上述过程中的符合或表征量说明：

1)An

2)子午面叶型锥度：叶片子午面两条型线之间的夹角，用以表征叶片的造型特点；

3)尖根面积比：叶尖截面面积A

4)根尖截面扭转角：叶片尖截面前后小圆连线与叶片根截面前后小圆连线的夹角，用以表征尖、根截面的扭转特点；

5)拉伸应力：反映离心应力引起的拉伸应力，用以评估叶片强度设计是否合理。拉伸应力σ

另外，本申请还提供了一种动力涡轮转子长叶片，该长叶片通过上述造型设计方法得到。

在本申请该实施例中，采用本申请上述方法完成的大流量高转速多级动力涡轮末级转子叶片造型设计得到的叶片特征及造型参数如表2所示：

表2叶片特征及造型参数

最后，本申请还提供了一种动力涡轮，该动力涡轮包括上述的动力涡轮转子长叶片。

相比现有技术方案，本申请提供的动力涡轮高An

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。