专利名称：用于轴流式压缩机的压缩机转子叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的特征所述的用于轴流式压缩机的压缩机转子叶片。
背景技术：
从现有技术中广泛地已知用于轴流式压缩机的压缩机叶片。例如，EP 0 991 866B1公开了一种具有如下翼型的压缩机叶片，在带有在翼弦长度的5%处与翼弦垂直相交的参考直线的吸气侧交点上，所述翼型的吸气侧轮廓具有小于翼弦长度的一半的曲率半径。由此应实现的是，在叶身的环流在吸气侧上相对短地延伸之后达到速度最大值，并且从层流到湍流的流动变换的位置与速度最大值的位置相一致，由此，该翼型具有特别大的工作区域，在所述工作区域中有效地压缩了气流。此外已知的是，在压缩机转子叶片的叶身顶部上出现所谓的径向间隙损耗。在这种情况下，由于横过叶身顶部从叶身的压力侧到叶身的吸气侧建立泄漏流，在轴流式压缩机运行时，损失压力增益的一部分。为了降低该泄漏流，已知的是，总可以尽可能小地保持构成在叶身顶部和压缩机流道的与该叶身顶部对置的环形壁之间的径向间隙。在此，尽管如此仍必须维持间隙尺寸的最小值，以便避免叶身顶部在环形壁上的摩擦。在此，这尤其适用于短暂的运行状态，其中还不排除流道壁和转子叶片的热引发的膨胀。此外通常的是，叶身顶部的到目前为止的造型仅匹配于在环形壁的区域中的特别的入流条件。然而，在不考虑在叶身顶部处的实际的三维流动效果的情况下进行本身的造型。因此，传统设计的叶身造型不是最佳地匹配于在叶身顶部区域中的复杂的流动条件。由此，在具有小的翼展和大的相对间隙高度(相对于翼展)的压缩机转子叶片中尤其存在显著的改进潜力。因为例如从EP 0 991 866B1中已知的新型涡轮机叶片组同时达到了非常高的空气动力学效率，所以随着越来越高的翼型负荷的趋势，由于出现在环形空间的靠外的壁附近的区域中的该径向间隙损耗而形成在总损耗上的增加的比重。因此，该显著的损耗的降低引起涡轮机和轴流式压缩机的效率的显著的改进。为了降低径向间隙损耗，例如从SU 1 751 430-A1中已知按照S形构成的轴流式压缩机的转子叶片的叶身顶部。翼型的中弧线由两个彼此方向相反的圆弧形成，所述圆弧在拐点上相互过渡。在此，拐点位于相对弦长的5%至15%的区域中。由此，基于压力梯度的降低而避免了在亚音速压缩机叶片出口处的流动的次级流损耗和不规则性。在此尤其应该降低在转子叶片之间的通道中的前部和中部区域中的压力梯度。根据SU 1 751 430-A1, 前缘区域朝着叶身的吸气侧方向旋转，由此，翼型的前部的，即上游的区域相比较于叶片翼型的后部的，即下游的区域具有相反的拱起。此外，尽管已存在解决方案，但对于降低涡轮机的径向间隙损耗以进一步增大这些机器的效率仍存在很大的兴趣。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有叶身顶部的压缩机转子叶片，所述叶身顶部在涡轮机中工作时具有特别少的泄漏流和径向间隙损耗。该目的借助一种用于轴流式压缩机的压缩机转子叶片来实现，所述压缩机转子叶片具有弯曲的叶身，所述叶身包括压力侧壁和吸气侧壁，所述压力侧壁和吸气侧壁一方面从共同的前缘延伸至共同的后缘，并且另一方面在形成翼展的情况下从紧固侧的叶身端部延伸至叶身顶部，其中，所述叶身对于沿着翼展存在的每个叶身高度具有带有吸气侧轮廓和压力侧轮廓的翼型、至少部分拱起的中弧线和直线的翼弦，轮廓、中弧线和翼弦分别从设置在前缘上的前缘点延伸至设置在后缘上的后缘点，其中，在叶身顶部的区域中的翼型的中弧线(即叶片顶侧的翼型的一些中弧线)中的至少一个具有至少两个拐点。本发明基于下述知识，S卩，当相应地影响同样引起损耗的间隙涡流时，可以降低在径向间隙中的损耗。根据本发明，相比较于传统的叶身顶部翼型，由间隙质量流产生并且推动的间隙涡流现在应该稍晚地，即在下游部位上形成。可以通过在前缘处的改进的翼型的更小负荷来解释由此相对于传统的翼型更晚形成的间隙涡流。与到目前为止通常努力在整体上减弱间隙涡流相反，现在根据本发明应生成用于产生间隙涡流的更强的局部冲量，然而其中，相比较于在传统的翼型的情况下，所述间隙涡流的在流动技术上的支持基本上应更大幅地下降。整体上，这导致在径向间隙中的小的流动损耗。为了产生期望的间隙涡流， 叶片顶侧的翼型的中弧线中的至少一些，优选所有中弧线，具有至少两个拐点。通过在中弧线中的两个拐点的存在，并且通过传统的厚度分布的应用，叶片顶侧的翼型以及吸气侧轮廓和压力侧轮廓具有对于本领域技术人员而言不寻常的弯折，所述弯折关于涉及的翼型在后面称为翼型弯折。翼型弯折本身在其部位上引起间隙质量流的局部升高，如所期望地， 与到目前为止相比，所述间隙质量流更强地推动间隙涡流并且将所述间隙涡流从叶身的吸气侧排走。在吸气侧轮廓中的在弯折部后面的下游区域中，与应用在叶身顶部处的到目前为止的造型情况相比，在径向间隙中的质量流密度明显更大幅地下降。因此整体上，与传统的造型相比得到减少的间隙质量流。由于翼型弯折的吸气侧轮廓，间隙涡流沿着同样具有在吸气侧轮廓的弯折下游的弯折的直线发展。间隙涡流的较早的弯折与在径向间隙中的质量流密度大幅上升到其最大值和随后的质量密度流的下降相一致。相比在传统翼型中的情况，间隙涡流线在其弯折后以更大的角度远离吸气侧壁。由此，此后间隙涡流以相比于传统造型的情况变得更大的距离从吸气侧流走。更大的角度归因于在上升时以及在下降时的间隙流的质量流密度的更大的梯度。整体上，根据本发明的造型引起小的径向间隙损耗和在转子叶片组的出口处的流动区域的更小的阻隔。通过实现减小径向间隙损耗，可以显著地改进叶片组的效率，进而还显著地改进配备有压缩机转子叶片的涡轮机的效率。有利的实施方案在从属权利要求中加以说明。优选地，在垂直地投影到翼弦上的情况下，两个拐点中的第一个在该翼弦上预先确定第一投影点，所述第一投影点与前缘点的距离为翼弦长度的10%至30%之间。同时， 在垂直地投影到翼弦上的情况下，两个拐点中的第二个在该翼弦上预先确定第二投影点， 所述第二投影点与前缘点的距离为翼弦长度的30%至50%之间。特别地，在这样设置的拐点中，特别大量地产生与本发明相关的优点。在此，两个拐点彼此相隔翼弦长度的至少3%。
根据本发明的其他的优选实施方案，翼型的中弧线包括前区段，所述前区段从前缘点延伸至前区段的端点，在垂直地投影到翼弦上的情况下，所述前区段的投影点与前缘点的距离为翼弦长度的2%至10%之间，其中，叶片顶侧的翼型的前区段中的至少一些，优选所有前区段，具有比翼弦的100倍更大曲率半径。换而言之，叶片顶侧的翼型的中弧线的前区段分别相应于或者至少接近于梯度。相应地，在涉及的前区段中的翼型是对称的，实际上不带有拱起，这意味着，实际上没有由围绕着叶身的叶片顶侧的前缘区域的局部的速度分布形成从压力侧到吸气侧的压力势能。因为在前缘区域中的压力侧和吸气侧之间的压力势能被视为间隙涡流形成的原因，进而被视为间隙损耗的原因，所以在此，前缘区域的卸荷致使间隙涡流减弱，并且延迟地、也就是说在下游出现间隙涡流。优选的是，在此，在中弧线的前区段中的叶片顶侧的翼型的压力侧轮廓和吸气侧轮廓对称地构成，或者以具有近似直线的轮廓区段的楔形形状构成在压力侧和吸气侧上。根据另一有利的实施方案，每个前区段具有相对于引入的气流的迎角，其中，补充或者代替近似直的前部的中弧线区段，迎角中的至少一些，然而优选叶片顶侧的翼型的所有迎角小于叶身的其余翼型的迎角。在此优选的是，叶片顶侧的翼型的前部的中弧线区段的迎角小于10°，优选甚至等于0°。换而言之，叶片顶侧的翼型的入口金属角显著地小于叶身的其余翼型的入口金属角。因此可以认为，与根据SU 1751430A1的解决方案不同，叶身顶部的前缘区域偏转到入流中，这同样确保了在叶片顶侧避免在前缘区域中的压力侧和吸气侧之间的压力势能。这还阻止了在前缘区域中的间隙涡流的产生。替选或者补充于所提出的改进方案，相比叶身的其余的翼型的前缘点，优选可以将叶片顶侧的翼型的前缘点的至少一些，优选所有前缘点，设置得更靠上游。换而言之叶身顶部的翼型的前缘通过翼型的向前朝着上游的方向延长相对于其余的前缘前移。这导致没有径向的压力梯度作用在叶身顶部的前缘区域中，从而还可以在压力径向分布的情况下不形成在压力侧和吸气侧之间的势能。优选的是，存在于叶身顶部的区域中的翼型的中弧线仅具有两个拐点，其中，叶身顶侧包括从叶身顶侧起的翼展的最大20%的区域。叶身的从紧固侧的叶身端部至翼展的最小80%的叶身高度的其余的区域可以按照传统形式来造型。相应地，本发明原则上涉及一种用于轴流式压缩机的设置在叶片环中的压缩机转子叶片的改型的叶身顶部。根据另一有利的实施方案，中弧线具有后区段，所述后区段分别从后区段的起点延伸至后缘点，其中至少一些，优选所有叶片顶侧的中弧线的后区段，具有相比叶身的其余的翼型的中弧线的后区段更大的曲率。因此，叶片顶侧的翼型的出口金属角小于在半翼展的高度上或者在紧固侧、即毂侧的叶身端部的区域中的翼型的出口金属角。优选的是，在垂直地投影到翼弦上的情况下，后部的中弧线区段的区段起点预先确定设置在翼弦上的投影点，所述投影点与前缘点的距离为翼弦长度的最大60%。因此，相比于在叶身的其余区域中，在叶片顶侧的区域中，后缘更加拱起。增加的拱起造成在叶身的优选后40%处的更大的做功转换，从而使得叶身的负荷整体上向后移动。该实施方案可以用于平衡在前缘上的卸荷，以便尽管叶片顶侧的翼型在翼弦的前区域中卸荷，但仍然实现高的做功转换。因此，整体上也可以通过降低在压缩机转子叶片的叶身顶部区域中的阻碍来改进在外部的环形壁区域中的后面的导向叶片的入流。这降低了后置的导向叶片的局部的偏离入流。
优选的是，叶片顶侧的翼型中的至少一些，优选所有翼型，以“后加载设计”构造， 并且其余的、也就是非叶片顶侧的翼型以“前加载设计”构造。即使吸气侧轮廓和压力侧轮廓具有至少三个带有交替的符号的依次连续的曲率区段，也可以极度有效地影响引起间隙损耗的间隙涡流，所述曲率区段在相应拐点上与相邻曲率区段邻接。这可以借助适当的厚度分布来实现，所述厚度分布如传统的方式垂直地并且对称地，也就是说在两侧以同等程度施加在中弧线上。这种措施在吸气侧上引起凹形的轮廓区段，并且在压力侧上引起凸形的轮廓区段，借助所述轮廓区段能够以特别简单的方式理想地影响间隙涡流。有效的是，开放式地构成叶身顶部。如果在以气体环流的情况下沿着从前缘点到后缘点的吸气侧轮廓建立气体的速度分布，则至少一些、优选所有的叶片顶侧的翼型选择为，使得在最大值位置处出现速度最大值，在垂直地投影到翼弦上的情况下，所述最大值位置的投影点在所述翼弦上与前缘点的距离为翼弦长度的10%至30%之间。该措施确保了用于形成间隙涡流的特别大的冲量。 然后，为了尽可能小地保持径向间隙损耗而提出，用于间隙涡流的能量输送特别快地、也就是在特别短的长度上，特别大幅地降低。为此提出，所涉及的翼型选择为，使得在具有翼弦长度的最大15%的长度的吸气侧轮廓的连接在最大值位置上的吸气侧区段中建立速度的斜率最大的梯度。这致使间隙涡流对于其尺寸而言极度供应不足，这导致间隙涡流以更大的角度远离吸气侧的表面。这致使在轴流式压缩机中的特别小的间隙损耗，所述轴流式压缩机的转子配备有根据本发明的压缩机转子叶片。
根据在附图中示出的实施例进一步阐释本发明。附图详细地示出图1示出用于压缩机转子叶片的根据本发明的翼型和由现有技术已知的翼型；图2、3、6示出沿着图1的根据本发明的翼型和传统的翼型的吸气侧轮廓和压力侧轮廓的速度分布；图4示出用于压缩机转子叶片的根据本发明的翼型的压力侧和吸气侧的轮廓；图5示出根据本发明的翼型的沿着压力侧和吸气侧的曲率变化曲线；图7示出在使用用于开放式的叶身顶部的根据本发明的翼型时在径向间隙中的质量流的质量流密度；图8示出用于根据本发明的翼型和传统的翼型的间隙涡流轨迹的拓扑图；以及图9、10示出根据本发明的压缩机转子叶片的开放式的叶身顶部的立体图。
具体实施例方式图9和图10分别示出从不同视角观察的开放式的压缩机转子叶片。其叶身12包括压力侧壁14以及吸气侧壁16，所述压力侧壁和吸气侧壁一方面分别从共同的、由气流入流的前缘18延伸至共同的后缘20，并且另一方面在形成翼展的情况下从在图9和图10中没有进一步示出的紧固侧的叶身端部延伸至叶身顶部22。在图9中如此地选择视角，使得视线落在叶身12的后缘20上，在图10中视线落在叶身12的前缘18上。在紧固侧的叶身端部上能以已知的方式设置有平台以及固定在平台上的叶根。根据固定的方式，压缩机转子叶片10的叶根构成燕尾形、圣诞树形或者锤形。 压缩机转子叶片还可以焊接在转子上。固定在轴流式压缩机的转子中，叶身12定向为，使得叶身12在轴流式压缩机的大约轴向方向上从前缘18延伸至后缘20，所述轴向方向在从属于图9和图10的坐标系中用 X轴表示。轴流式压缩机的径向方向与所示坐标系的Z轴一致，并且切线方向，即周向方向， 与Y轴一致。由此，在Z轴方向上获取叶身12的翼展。已知的是，用于轴流式压缩机的压缩机转子叶片10设计成，使得不同的或者相同的翼型沿着没有示出的直线的或者轻微弯曲的堆叠轴线一个接一个地排列，所述翼型的所包围的空间预先确定叶身12。每个翼型原则上具有面重心，所述面重心位于堆叠轴线上。具体地，翼型理解为连续的折线，所述折线包括叶身的吸气侧轮廓和压力侧轮廓。 这些轮廓一方面在前缘点上相交，另一方面在后缘点上相交，所述前缘点和后缘点也是翼型的部分，并且在此位于叶身的相应的棱边上。对于每个沿着翼展存在的叶身高度存在一个这样的翼型。就此而言，翼型是穿过用于特定叶身高度的叶身的横截面的轮廓，其中，横截面可以垂直于轴流式压缩机的径向方向或者稍微倾斜于该径向方向，相应于环形流道缩窄来定向。在图9中以实线示出三个翼型观、30的压力侧轮廓40。在图10中同样以实线示出不同的叶身高度的翼型观、30的多个吸气侧轮廓42。在图9和图10中示出的弯曲的叶身12具有相对于现有技术根据本发明改型的叶身顶部区域43，下面详细地说明所述叶身顶部区域的具体的实施方案和作用方式。在图1中示出两个基本不同的翼型观、30。以点线形式示出的第一翼型观示出了穿过在叶身12的一半翼展的叶身高度上的依据图10的压缩机转子叶片10的横截面。翼型观可以是传统的、从现有技术中已知的翼型。以实线示出的翼型30示出穿过在叶身顶部22的区域43中的依据图10的根据本发明的压缩机转子叶片10的横截面。每个依据图 1的翼型观、30具有从属于所述翼型的中弧线，其中，出于可视性原因在图1中仅仅以虚线形式示出叶片顶侧的翼型30的中弧线32。中弧线32起始于前缘点24，终止于相关的后缘点26，并且总是居中地位于压力侧轮廓40和吸气侧轮廓42之间。中弧线也已知为翼型中线。除了中弧线32，在现有技术中还借助于直线的翼弦来限定翼型。翼弦是从前缘点延伸至后缘点的直线。在图1中仅示出用于叶片顶侧的翼型30的翼弦34。因为翼弦34随后用于在几何形状上限定翼型30的特征点，所以将其长度归一化为一，其中，在前缘点M 处翼弦的长度为0%，并且在后缘点沈处翼弦的长度为100%。所述翼弦的长度也理解为相对弦长。显然的是，对于从现有技术中已知的翼型观而言，也存在翼弦。然而，该翼弦由于清晰性没有在图1中示出。在此，以x/c来说明归一化的翼弦34。在此，在图1中示出的翼型30代表用于叶片顶侧的翼型30的径向的最靠外。在图1中示出的传统的翼型观一方面代表由现有技术已知的翼型，并且另一方面代表压缩机转子叶片10的其余的翼型。其余的翼型观理解为这样的翼型，这些翼型可以不设置在叶片顶侧，进而例如可以设置在叶身12的紧固侧区域中或者在叶身顶部22和紧固侧的叶身端部之间居中地设置。在此，如图10所示，无级地实现从传统的翼型观到叶片顶侧的翼型30的过渡。根据本发明的压缩机转子叶片10的特征是，叶片顶侧的翼型30的中弧线32具有至少两个拐点36、38。这意味着，在前面的拐点36的上游的中弧线32具有带有第一曲率的第一曲率区段A，并且在第一拐点36的下游至第二拐点38具有带有第二曲率的第二曲率区段B。在此，第一曲率和第二曲率的符号是不同的。在第二曲率区段B的下游，在第二拐点 38上连接有第三曲率区段C，所述第三曲率区段C的曲率又具有与第二曲率不同的符号。由于曲率区段A、B、C的曲率的不同的符号，吸气侧轮廓42和压力测轮廓40也具有相应的曲率区段主要成凸形弯曲的吸气侧轮廓42在相对弦长的35%和50%之间的区段D中具有凹形的形状。主要成凹形弯曲的压力侧轮廓40具有凸形的区段E。相反于轴流式压缩机的压缩机转子叶片的到目前为止的、从现有技术中已知的翼型形状，凹形的吸气侧轮廓区段D 和凸形的压力侧轮廓区段E导致局部弯折的造型，该造型在此称为翼型弯折。在此提出，在垂直地投影到翼弦上的情况下，两个拐点中的第一个36在该翼弦上预先确定第一投影点AP，所述第一投影点与前缘点M的距离为翼弦34的长度的10%至 30%之间，并且其中，在垂直地投影到翼弦34上的情况下，两个拐点中的第二个38在该翼弦上预先确定第二投影点BP，所述第二投影点与前缘点M的距离为翼弦34的长度的30% 至50%之间。此外，由图1清楚获知，相对于传统的翼型观，叶片顶侧的翼型30具有朝着入流的气流前移的前缘18。叶片顶侧的翼型30的前移的前缘18可以尤其在根据图9和图 10的立体图中看出。此外提出，叶片顶侧的翼型30的中弧线32在后区段G中具有比叶身12的其余的翼型观的中弧线的后区段更大的曲率。中弧线32的后区段G从区段起点GA延伸至中弧线32的后缘点沈，在投影到翼弦34上的情况下，所述区段起点GA在该翼弦上预先确定投影点GP，所述投影点GP与前缘点M的距离为翼弦34的长度的最大60%。此外，由图1获知，叶片顶侧的翼型30包括具有前区段H的中弧线32。中弧线32 的前区段H从前缘点M延伸至中弧线32的投影点HP，所述投影点设置在翼弦34的长度的 10%处。在此，投影点HP由前区段H的端点HE的垂直于翼弦34的投影得到。在中弧线32 的该前区段H中，中弧线32是几乎不拱起的，也就是说近似为直线。在此众所周知地，在两侧以同等程度垂直于中弧线32施加的厚度分布同样选择为，使得对于叶片顶侧的翼型30 原则上获得呈楔形的前缘区域。一般而言，在叶片顶侧的翼型30的前区段H中，相称地希望的是，吸气侧轮廓42和压力侧轮廓40的对称的延伸。在图2中相对照地示出既用于吸气侧流动也用于压力侧流动的沿着叶片顶侧的翼型30和沿着传统的翼型观的速度分布。在此，每个速度分布沿着归一化的翼弦x/c绘制。在此，速度以马赫数表示，其中，马赫=1表示对于所给出的温度的音速。在此，在压缩机转子叶片的下述叶身高度上获取速度分布，所述叶片高度与叶身顶部22的距离为在轴流式压缩机的叶身顶部22和包围该叶身顶部的环形壁之间的径向间隙的间隙量的0. 5%。 在图2、图3和图6中，以虚线示出传统的翼型28的对于吸气侧壁16和压力侧壁14的速度分布48、50。以实线示出叶片顶侧的翼型30的吸气侧壁16和压力侧壁14的速度分布44、 46。各下部的线示出相应的压力侧的速度分布，各上部的线示出相应的吸气侧的速度分布。 叶片顶侧的翼型30的吸气侧速度分布以44标记，叶片顶侧的翼型的压力侧速度分布以46标记，传统的翼型28的吸气侧速度分布以48标记，并且传统的翼型28的压力侧速度分布以50标记。归一化的翼弦34的每个部位的在吸气侧的速度分布44、48的和压力侧的速度分布46、50的变化曲线之间的距离越大，压力差就越大，进而在相应的所观察的翼型观、 30的翼弦的相应的所观察的部位上的负荷也就越大。由图2获知，借助于根据本发明改型的叶身顶部区域43，叶身12在前半部分中，也就是尤其在翼弦34的从前缘点M看起的前 15%上被卸荷。因为在从翼弦34的60%至翼弦34的100%的后部的翼型区段的在吸气侧的速度分布44和压力侧的速度分布46之间的面积大于在从现有技术中已知的传统的翼型观的相应的速度分布48、50之间的相应的面积，所以建立的速度分布44、46在叶片顶侧的翼型 30的后区段G中产生更高的负荷。因为为压缩机转子叶片10的非叶片顶侧的区域设有传统的翼型观，所以由此沿着叶身高度产生从叶身的前区段(“前加载设计”)至后区段(“后加载设计”)的负荷的转变。特征在于，叶身12的翼型形状在叶片顶侧选择为，使得在尽可能短的翼弦区段中实现速度在翼弦34的长度的大约20%处的最大值位置中上升到速度最大值。此外期望的是，在翼弦34的接在最大值位置之后的15%中，吸气侧气流的速度在尽可能短的翼弦区段中相对大地下降。特别地，沿着吸气侧壁16的该速度变化曲线导致产生具有相对更多能量的、引起间隙损耗的间隙涡流，然而其中，由于在达到速度最大值之后的大的速度回落，仅继续向所述间隙涡流输送相对少量的能量，那么这更多地减弱了间隙涡流。这整体上导致降低的径向间隙损耗。图3至图8给出了关于由于翼型弯折产生的效果的其他概览。在图3和图6中重新示出了传统的翼型观和叶片顶侧的翼型30的在相对的弦长上的马赫数分布。图4在同位(ungestaffelten)的m，-theta坐标系中说明了叶身顶侧的翼型30。下部的图片，即图 5，示出了在m’坐标上吸气侧轮廓42的曲率52和压力侧轮廓40的曲率Μ。可以明显看出，在压力侧弯折56的区域中产生马赫数差的大幅上升，进而产生在吸气侧轮廓42和压力侧轮廓40之间的压力势能的大幅上升。图7示出了关于所观察的局部的面的质量流的质量流密度，所述质量流正交于翼弦34地流过径向间隙。对于传统的翼型观的质量流密度以58标记，对于叶片顶侧翼型30 的质量流密度30以60标记。对于叶片顶侧的翼型30，识别在径向间隙中的压力势能的上升和质量流密度的上升之间的清晰的关系。此外，在径向间隙中的质量流密度稍微在所说明的翼型弯折之后达到其全局最大值。对于叶片顶侧的翼型30的质量流密度的全局最大值相比在传统的情况中更高。相比在传统造型观中，在径向间隙中的质量流密度在其达到最大值之后的下降同样更大。图8示出两个翼型观、30的间隙涡流轨迹(间隙涡流线)的拓扑图。传统翼型观的间隙涡流线以62标记，叶身顶侧的翼型的间隙涡流线以64标记。相对于前缘18，在涉及的翼型的相对的弦长方面，在叶片顶侧的翼型30中的间隙涡流明显更晚出现，并且然后以相比于在传统的造型观中更大的角度从吸气侧壁16起弯折。间隙涡流的早期弯折与质量流密度大幅上升到其最大值和质量流密度的紧随其后的下降相一致。更大的角度归因于在质量流密度上升时和在质量流密度下降时的更大的梯度。相对于传统的翼型观稍晚形成的间隙涡流可以通过改进的翼型30在前缘18上的低负荷来解释。由于叶身顶部22在前缘区域中的卸荷，延迟了间隙涡流的形成。接下来，在吸气侧的翼型弯折的区域中，间隙质量流随之大幅上升，所述间隙质量流推动间隙涡流，并且将间隙涡流从叶片顶侧的翼型30的吸气侧壁16排走。在吸气侧的翼型弯折之后的区域中， 在径向间隙中的质量流密度相比于在传统的造型观中显著更大幅地下降。那么整体上得到更小的间隙质量流。间隙涡流线在吸气侧的翼型弯折之后以相比于在传统的造型观中的情况更大的角度从吸气侧壁16起弯折。从此以后，间隙涡流线以相比于在传统的造型观中更大的距离从吸气侧壁16流走。由此整体上，在改型的造型30中的间隙流引起更低的损耗和在转子叶片排的出口处的流动区域中的更小的阻隔。为了尽管翼型30在翼弦34的前半部分中卸荷，但仍然实现高的做功转换，通过翼型30在翼弦34的后40%中的更高的拱起来提高负荷。特别优选的实施方案是，其中，在翼弦34的大约20%处形成负荷的从前向后的移动与新翼型30的特别的曲率分布的相互作用。尤其地，在下面的表格中说明的压缩机叶片被证实是特别有效的，所述压缩机叶片的其余的翼型最大程度地符合在图1中示出的翼型形状观。表1
参数:^
编号1编号2
中孤线的第一拐点(AP)的位置2818
中弧线的笫二拐点(BP)的位置4947
不弯曲的前缘的长度105
I翼弦长的百分比j
权利要求
1.用于轴流式压缩机的压缩机转子叶片(10)，具有弯曲的叶身(12)，所述叶身包括压力侧壁(14)和吸气侧壁(16)，所述压力侧壁和所述吸气侧壁一方面分别从共同的前缘 (18)延伸至共同的后缘(20)，并且另一方面通过形成翼展从紧固侧的叶身端部延伸至叶身顶部(22)，其中，对于沿着所述翼展存在的每个叶身高度，所述叶身(1 具有 带有吸气侧轮廓G2)和压力侧轮廓GO)的翼型08、30)， 至少部分拱起的中弧线(32)，以及 直线的翼弦(34)，轮廓(40，42)、中弧线(32)和翼弦(34)分别从前缘(24)延伸至后缘(26),其特征在于，叶片顶侧的所述翼型(30)的所述中弧线(32)的至少一些具有至少两个拐点(36、38)。
2.根据权利要求1所述的压缩机转子叶片(10)，其中，在垂直地投影到所述翼弦(34) 上的情况下，两个所述拐点中的第一个(36)在所述翼弦上预先确定第一投影点(AP)，所述第一投影点与所述前缘点04)的距离为所述翼弦(34)的长度的10%至30%之间，并且其中，在垂直地投影到所述翼弦(34)上的情况下，两个拐点中的第二个(38)在所述翼弦上预先确定第二投影点(BP)，所述第二投影点与所述前缘点04)的距离为所述翼弦(34)的长度的30%至50%之间。
3.根据权利要求1或2所述的压缩机转子叶片(10)，其中，所述中弧线(3 包括前区段(H)，所述前区段从所述前缘点04)延伸至区段端点(HE)，在垂直地投影到所述翼弦 (34)上的情况下，所述区段端点的投影点(HP)与所述前缘点04)的距离为所述翼弦(34) 的长度的2%至10%之间，其中，叶片顶侧的所述翼型(30)的所述前区段(H)中的至少一些具有比所述翼弦(34)的100倍更大的曲率半径。
4.根据权利要求3所述的压缩机转子叶片(10)，其中，每个前区段(H)具有相对于引入的气流的迎角，其中，叶片顶侧的所述翼型(30)的所述迎角中的至少一些比所述叶身 (12)的其余的翼型08)的所述迎角更小。
5.根据权利要求4所述的压缩机转子叶片(10)，其中，叶片顶侧的翼型(30)的所述前区段(H)的所述迎角小于10°。
6.根据权利要求3至5之一所述压缩机转子叶片(10)，所述压缩机转子叶片的叶片顶侧的翼型(30)的吸气侧轮廓02)和压力侧轮廓GO)在所述中弧线(32)的所述前区段 (H)中对称地构成。
7.根据权利要求1至6之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，叶片顶侧的所述翼型 (30)的所述前缘点04)中的至少一些比所述叶身(12)的其余的所述翼型08)的所述前缘点04)设置得更靠上游。
8.根据权利要求1至7之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，存在于所述叶身顶部 (22)的区域中的所述翼型(30)的所述中弧线(32)仅具有两个拐点(36、38)。
9.根据权利要求1至8之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，所述中弧线(3 包括后区段(G)，所述后区段从区段起点(GA)开始延伸并且延伸至所述后缘点( )，其中，所述叶片顶侧的中弧线(32)中的至少一些的所述后区段(G)相比于所述叶身(12)的其余的所述翼型的中弧线(32)的所述后区段具有更大的曲率。
10.根据权利要求9所述的压缩机转子叶片(10)，其中，在垂直地投影到所述翼弦(34) 上的情况下，所述区段起点(GA)预先确定设置在所述翼弦(34)上的投影点(GP)，所述投影点与所述前缘点04)的距离为所述翼弦(34)的长度的最大60%。
11.根据权利要求1至10之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，叶片顶侧的翼型 (30)的所述吸气侧轮廓0 和所述压力侧轮廓GO)分别具有至少两个拐点。
12.根据权利要求1至11之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，所述叶身顶部02) 是开放式的。
13.根据权利要求1至12之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，叶片顶侧的所述翼型(30)中的至少一些以“后加载设计”构造，并且其余的所述翼型08)以“前加载设计”构造。
14.根据权利要求1至13之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，所述叶身顶侧包括所述翼展的从所述叶身顶部02)开始的最大20%的区域03)。
15.根据权利要求1至14之一所述的压缩机转子叶片(10)，其中，在以气体环流时，沿着从所述前缘点04)至所述后缘点06)的所述吸气侧轮廓0 建立所述气体的速度分布(44)，其中，叶片顶侧的所述翼型(30)中的至少一些选择为，使得在最大值位置处出现速度最大值，在垂直地投影到所述翼弦(34)的情况下，所述最大值位置的投影点与所述前缘点04)的距离为所述翼弦(34)的长度的10%至30%之间。
16.根据权利要求15所述的压缩机转子叶片(10)，其中，涉及的所述翼型(30)选择为，使得在具有所述翼弦(34)的长度的最大15%的长度的吸气侧轮廓02)的连接到所述最大值位置上的吸气侧区段中建立速度的斜率最大的梯度。
17.具有转子的轴流式压缩机，在所述转子的外周上构成具有根据权利要求1至16之一所述的压缩机转子叶片(10)的至少一个转子叶片环。
全文摘要
本发明涉及一种用于优选为固定式燃气轮机的轴向通流的压缩机的压缩机转子叶片(10)。其提出，为了降低径向间隙损耗，压缩机转子叶片(10)的叶身(12)的叶片顶侧的翼型(30)的中弧线(32)具有至少两个拐点(36、38)。由于两个拐点(36、38)的存在，对于在35％至50％的区段中的吸气侧轮廓(42)得到构成凹形的吸气侧轮廓区段(D)，并且对于压力侧轮廓(40)得到构成凸形的压力侧轮廓区段(E)。借助于这种几何形状可生成低损耗的间隙涡流，以便提高配备有该压缩机转子叶片(10)的轴流式压缩机的总效率。
文档编号F04D29/32GK102483072SQ201080039406
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月10日 优先权日2009年9月4日
发明者克里斯蒂安·科尔内留斯, 埃伯哈德·尼克, 格奥尔格·克勒格尔 申请人:西门子公司