[发明专利]一种燃气轮机高负荷静叶片

说明书

本发明属于燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机高负荷静叶片，包括叶型，所述叶型包括叶型前缘、叶型中缘和叶型尾缘；叶型前缘包括前缘偏压力面圆弧、前缘中部圆弧和前缘偏吸力面圆弧；叶型中缘包括吸力面三阶贝塞尔曲线和压力面三阶贝塞尔曲线；叶型尾缘包括第一尾缘过渡圆弧、尾缘披缝直线和第二尾缘过渡圆弧；前缘偏压力面圆弧、前缘中部圆弧、前缘偏吸力面圆弧、吸力面三阶贝塞尔曲线、第一尾缘过渡圆弧、尾缘披缝直线、尾缘过渡圆弧和压力面三阶贝塞尔曲线依次首尾相接，且各交接处的切线斜率相等。本发明通过合理设计优化叶型，使其在少叶片数的条件下依然保持高气动效率，有效减少成圈叶片的生产成本和冷气消耗量。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种用于燃气轮机透平首级的高效、高负荷静叶片。

背景技术

随着燃气轮机涡轮进口燃气温度的不断提高，涡轮高温部件所面临的热负荷环境更加恶劣，为保证高温涡轮叶片的合理寿命，需要对其进行有效冷却，尤其是第一级涡轮静叶片，直接承受燃烧室出口的高温高压燃气，耗费冷气量大。冷却系统设计消耗的冷气量与叶片表面积大小呈正相关，因此少叶片数设计可以降低冷气的消耗量。

但另一方面，叶片数减少会使单只叶片承担的气动负荷增加，高气动负荷会提高流道内整体流速，叶型损失增加。更重要的是，第一级静叶处工质压力高、密度大，叶片展弦比较后面的叶片小，次流损失占总损失的比例大；同时，高气动负荷会引起上下端壁吸力面和压力面的压差，增强端壁处横向流动，引起次流损失增加。

在先申请专利文献CN207847706U，公开了一种工业汽轮机高效调节级静叶片，它采用整体形式，包括一体成型的叶型、上安装边和下安装边，装配时上安装边和下安装边滑入相应定位槽中；所述叶型部分为等截面叶型，其叶型的叶型由5段曲线组成，分别为ab段、bc段、cd段、de段、ea段，5段曲线交接处切线斜率相等，该申请技术方案中的静叶片优于常规叶片，并且具有很好的变工况特性，其加工成本仅为一般的离散点叶型常规叶片加工成本的1/4～1/3。该申请的技术方案主要针对静叶片的气动性能进行了优化，但该技术方案并未在保证气动效率的前提下，减少叶片数，因此若应用于燃气轮机透平，难以解决冷气量耗费大的问题。

为了减少冷气消耗量，解决少叶片数设计中存在的高气动负荷引起的气动效率降低的问题，本申请提供了一种燃气轮机高负荷静叶片，通过优化叶片型线参数，使其在不降低气动效率的前提下，减少叶片数，增加单只叶片的气动负荷，从而减少单级冷却气体的消耗量；并通过优化设计前缘的曲率分布，合理组织端壁流动，削弱前缘马蹄涡的横流，最终保证其良好的气动效率。

发明内容

本发明旨在针对现有技术中存在的问题，提供一种用于燃气轮机透平首级的高效高负荷静叶片，通过合理设计叶型，使其在少叶片数的条件下依然保持高气动效率，减少成圈叶片的生产成本和单级冷却气体的消耗量，保证其在燃气轮机工作的全工况下具有气动效率高、冷气消耗量少的特点。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃气轮机高负荷静叶片，包括叶型，所述叶型为等截面叶型，所述叶型包括叶型前缘、叶型中缘和叶型尾缘；

所述叶型前缘包括三段单圆弧，分别为：前缘偏压力面圆弧L_AB、前缘中部圆弧L_BC和前缘偏吸力面圆弧L_CD；

所述叶型中缘包括两段三阶贝塞尔曲线，分别为：吸力面三阶贝塞尔曲线L_DE和压力面三阶贝塞尔曲线L_HA；

所述叶型尾缘包括两段单圆弧和一段直线段，分别为：第一尾缘过渡圆弧L_EF、第二尾缘过渡圆弧L_GH和尾缘披缝直线L_FG；