[發明專利]通過再成形渦輪的下游翼型件對渦輪設置時序的方法

無效

• 申請號: 201310408334.8
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103670526A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: D.S.霍羅維
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/00
• 分類號: F01D5/00;F01D5/14
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術領域

本發明涉及渦輪，并且更具體地涉及通過再成形渦輪的下游翼型件對渦輪設置時序(clocking)的方法。

背景技術

燃氣渦輪的性能可受熱梯度和壓力梯度的影響。熱梯度的一個主要來源是在離開渦輪燃燒器的流中的大的周向和徑向溫度不均勻性(即，熱條帶和冷卻尾流)。不均勻性的另一個來源是來自相同參照系的上游翼型件的尾流。已經發現的是，控制燃氣渦輪葉片的相對周向位置(被稱為設置時序或轉位(indexing))能增加渦輪級的效率并減輕燃燒器熱條帶和上游翼型件尾流的影響。因此，渦輪翼型件的設置時序可提供顯著的熱學和其它性能益處。

在實踐中，渦輪翼型件的設置時序基本上是對齊具有類似計數(count)和參照系(即，轉子對轉子和定子對定子)的翼型件的程序，而絲毫不考慮用來獲得最好的可能設置時序設計的最佳翼型件和尾流形狀。

對于具有類似計數的翼型件來說，下游定子對源自上游定子的尾流的相對位置可導致渦輪效率和翼型件、平臺及殼體溫度的顯著波動。同樣的情況適用于后續的轉子級。

上游級(例如第1級)的分析將產生到下游級的時間平均進口流場。該流場將包含用于定子對定子(或轉子對轉子)設置時序的上游定子(或轉子)尾流特征。諸如計算流體動力學(2D、3D、穩定、不穩定)和2D流管分析的設計工具可用來再成形或再疊置下游件，以便為了熱學和空氣動力學性能而優化設置時序。

對于高度非線性的尾流來說，如將在高壓渦輪(“HPT”)的低縱橫比第1級中看到的，十分明顯的是，下游翼型件已再成形為使其對于設置時序來說更加優化。然而，對于諸如低壓渦輪(“LPT”)的更高縱橫比的級來說，尾流在更大百分比的跨度(span)內更直。

對于具有類似計數的定子來說，下游定子對源自上游定子的尾流的相對位置可導致渦輪效率和熱氣體通道(“HGP”)表面溫度的顯著波動。同樣的情況適用于后續的轉子級。改進歸因于燃氣渦輪尾流往往是非線性的事實。直的下游翼型件將得到在其跨度的一部分上的益處(即，低的總溫和壓力)。翼型件的再成形或疊置為在跨度的更大部分上的益處提供了潛能。

幾乎不可能將尾流完全變直，特別是對于低縱橫比的HPT級來說，因此再成形下游翼型件以優化熱學和性能益處在許多應用中具有更大潛能。本發明顯示，通過再成形下游翼型件的前緣，可增加可能的輪轂到跨度益處。

發明內容

在本發明的一個示例性實施例中，一種對渦輪設置時序的方法(其中渦輪由多個翼型件構成，渦輪翼型件至少由在第一參照系中的第一上游排翼型件、在第一參照系中的第二排翼型件和在第二參照系中的第三排翼型件構成，第二排翼型件在第一排翼型件的下游，第三排翼型件在第一排翼型件和第二排翼型件中間)包括以下步驟：相對于成排上游翼型件的周向位置改變成排下游翼型件的周向位置，以使得下游翼型件比在該排下游翼型件的周向位置改變之前更在上游翼型件的尾流內；對于每個上游翼型件的尾流來說，定位對應于尾流中的最低溫度、尾流中的最低壓力或尾流中的最低溫度和壓力的尾流的至少一部分，對于每個上游翼型件的尾流來說，再成形定位在尾流內的下游翼型件，以使得相比下游翼型件被再成形之前，至少下游翼型件的前緣的更多部分在尾流的最低溫度部分、尾流的最低壓力部分或尾流的最低溫度和壓力部分內。

在本發明的另一個示例性實施例中，一種對渦輪設置時序的方法(其中渦輪由多個翼型件構成，渦輪翼型件至少由在第一參照系中的第一上游排翼型件、在第一參照系中的第二排翼型件和在第二參照系中的第三排翼型件構成，第二排翼型件在第一排翼型件的下游，第三排翼型件在第一排翼型件和第二排翼型件中間，每個下游翼型件由相對于彼此疊置的多個設計部段形成)包括以下步驟：相對于成排上游翼型件的周向位置改變成排下游翼型件的周向位置，以使得下游翼型件比在該排下游翼型件的周向位置改變之前更在上游翼型件的尾流內；對于每個上游翼型件的尾流來說，定位沿下游翼型件的跨度或徑向高度對應于尾流中的最低溫度、尾流中的最低壓力或尾流中的最低溫度和壓力的尾流的部分，對于每個上游翼型件的尾流來說，再疊置定位在尾流內形成下游翼型件的多個設計部段，以使得相比下游翼型件被再成形之前，下游翼型件的前緣和多個設計部段的更多部分在尾流的最低溫度部分、尾流的最低壓力部分或尾流的最低溫度和壓力部分內。