用于汽轮机叶片的超音速叶型，它涉及一种汽轮机叶片的叶型，以解决汽轮机组静叶片和动叶片出口马赫数较高的问题。该叶片从截面看：下背弧靠近下进气边的一侧为向外大凸起弧线，下背弧靠近下出气边的一侧为下向内小凹陷弧线，向外大凸起弧线与下向内小凹陷弧线之间为曲线过渡，下内弧靠近下进气边的一侧为下直线，下内弧靠近下出气边的一侧为向外小凸起弧线，上背弧靠近上进气边的一侧为第一向外小凸起弧线，上背弧靠近上出气边的一侧为上向内小凹陷弧线，第一向外小凸起弧线与上向内小凹陷弧线之间为曲线过渡，上内弧靠近上进气边的一侧为第二向外小凸起弧线，上内弧靠近上出气边的一侧为第三向外小凸起弧线。本发明用于汽轮机叶片上。
1.一种用于汽轮机叶片的超音速叶型，所述汽轮机叶片由上到下为变截面扭叶片，其特征在于：该叶片从截面看：叶片中下部叶型由下进气边（1）、下背弧（2）、下内弧（3）和下出气边（4）组成，下进气边（1）、下背弧（2）、下出气边（4）和下内弧（3）依次首尾相接，下进气边（1）和下出气边（4）均为圆弧，下出气边（4）的圆弧小于下进气边（1）的圆弧，下背弧（2）靠近下进气边（1）的一侧为向外大凸起弧线（2-1），下背弧（2）靠近下出气边（4）的一侧为下向内小凹陷弧线（2-2），向外大凸起弧线（2-1）与下向内小凹陷弧线（2-2）之间为曲线过渡，下内弧（3）靠近下进气边（1）的一侧为下直线（3-1），下内弧（3）靠近下出气边（4）的一侧为向外小凸起弧线（3-2），下直线（3-1）与向外小凸起弧线（3-2）之间为曲线过渡，叶片中上部叶型由上进气边（11）、上背弧（12）、上内弧（13）和上出气边（14）组成，上进气边（11）、上背弧（12）、上出气边（14）和上内弧（13）依次首尾相接，上进气边（11）和上出气边（14）均为圆弧，上出气边（14）的圆弧小于上进气边（11）的圆弧，上背弧（12）靠近上进气边（11）的一侧为第一向外小凸起弧线（12-1），上背弧（12）靠近上出气边（14）的一侧为上向内小凹陷弧线（12-2），第一向外小凸起弧线（12-1）与上向内小凹陷弧线（12-2）之间为曲线过渡，上内弧（13）靠近上进气边（11）的一侧为第二向外小凸起弧线（13-1），上内弧（13）靠近上出气边（14）的一侧为第三向外小凸起弧线（13-2），第二向外小凸起弧线（13-1）与第三向外小凸起弧线（13-2）之间为曲线过渡。
2.根据权利要求1所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：叶片叶型的安装角（β）为10°～45°。
3.根据权利要求1所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：叶片叶型的安装角（β）为20°。
4.根据权利要求1所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：叶片叶型的安装角（β）为30°。
5.根据权利要求1所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：叶片叶型的安装角（β）为40°。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：下进气边（1）和上进气边（11）几何进汽角（α）为100°～160°。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：下进气边（1）和上进气边（11）几何进汽角（α）为110°。
8.根据权利要求1、2、3、4或5所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：下进气边（1）和上进气边（11）几何进汽角（α）为120°。
9.根据权利要求1、2、3、4或5所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：下进气边（1）和上进气边（11）几何进汽角（α）为130°。
10.根据权利要求1、2、3、4或5所述用于汽轮机叶片的超音速叶型，其特征在于：下进气边（1）和上进气边（11）几何进汽角（α）为150°。
用于汽轮机叶片的超音速叶型
技术领域
[0001] 本发明涉及一种汽轮机叶片的叶型，具体涉及一种用于汽轮机叶片的超音速叶型。
背景技术
[0002] 开发生产大功率汽轮机组正成为目前电力行业发展的一个大方向。随着单机功率增大，迫切需要更长的叶片，特别是末级动叶片。由于静叶片根部、动叶片顶部出气马赫数较高，亟需超音速叶型的设计。与亚音速叶型设计相比，超音速叶型的流场结构与损失机理有其独具的特点，同时动叶片顶部相对栅距大、叶型安装角小等，使得超音速叶型的设计难度远高于常规亚音速叶型设计。
发明内容
[0003] 本发明为解决汽轮机组静叶片和动叶片出口马赫数较高、激波损失和叶型损失严重的问题，进而提供一种用于汽轮机叶片的超音速叶型。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0005] 本发明的汽轮机叶片由上到下为变截面扭叶片，该叶片从截面看：叶片中下部叶型由下进气边、下背弧、下内弧和下出气边组成，下进气边、下背弧、下出气边和下内弧依次首尾相接，下进气边和下出气边均为圆弧，下出气边的圆弧小于下进气边的圆弧，下背弧靠近下进气边的一侧为向外大凸起弧线，下背弧靠近下出气边的一侧为下向内小凹陷弧线，向外大凸起弧线与下向内小凹陷弧线之间为曲线过渡，下内弧靠近下进气边的一侧为下直线，下内弧靠近下出气边的一侧为向外小凸起弧线，下直线与向外小凸起弧线之间为曲线过渡，叶片中上部叶型由上进气边、上背弧、上内弧和上出气边组成，上进气边、上背弧、上出气边和上内弧依次首尾相接，上进气边和上出气边均为圆弧，上出气边的圆弧小于上进气边的圆弧，上背弧靠近上进气边的一侧为第一向外小凸起弧线，上背弧靠近上出气边的一侧为上向内小凹陷弧线，第一向外小凸起弧线与上向内小凹陷弧线之间为曲线过渡，上内弧.靠近上进气边的一侧为第二向外小凸起弧线，上内弧靠近上出气边14的一侧为第三向外小凸起弧线，第二向外小凸起弧线与第三向外小凸起弧线之间为曲线过渡。
[0006] 本发明具有以下有益效果：
[0007] 一、通过上向内小凹陷弧线，结合第一向外小凸起弧线与第三向外小凸起弧线，形成缩放通道，喉部A尺寸小于流道出口B尺寸，从而将汽流从亚音速加速到超音速。通过下向内小凹陷弧线，结合向外大凸起弧线与下直线，以及下背弧和下内弧各个位置曲率的控制，可以有效控制激波的反射，削弱激波与流体附面层的相互作用，降低叶型损失。
[0008] 二、本发明适用于出口马赫数1.2以上的静叶和动叶叶片。
[0009] 三、应用本发明超音速叶型，结合弯扭联合成型全三维设计技术，以一维/准三维/全三维气动、热力分析计算为基础，结合了静叶和动叶沿叶高扭曲规律，适应了汽轮机级三维流动。
[0010] 四、本发明超音速叶型进行了平面叶栅气动性能试验，证明了其在降低激波损失方面的有效性。
[0011] 五、本发明采用流体动力学和结构强度知识集成，解决了气动/结构一体化设计优化问题，使长叶片的气动效率和强度振动特性均达到先进水平。
[0012] 六、该叶型已经应用于600W、1000MW等级汽轮机的末级动叶设计。
附图说明
[0013] 图1是本发明的叶片中下部叶型的结构示意图；
[0014] 图2是本发明的叶片中上部叶型的结构示意图；
[0015] 图3是本发明叶型的动叶流道结构示意图；
[0016] 图4是应用本发明的长叶片型线的叠合示意图；
[0017] 图5是本发明叶型安装角β的示意图；
[0018] 图6是本发明叶型几何进汽角α的示意图；
[0019] 图7是本发明叶型的叶片95%截面马赫数等值线分布图（图7为蒸汽在应用本叶型的动叶流道内，由亚音速发展到超音速的实例）。
具体实施方式
[0020] 具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式是汽轮机叶片由上到下为变截面扭叶片，该叶片从截面看：叶片中下部叶型由下进气边1、下背弧2、下内弧3和下出气边4组成，下进气边1、下背弧2、下出气边4和下内弧3依次首尾相接，下进气边1和下出气边4均为圆弧，下出气边4的圆弧小于下进气边1的圆弧，下背弧2靠近下进气边1的一侧为向外大凸起弧线2-1，下背弧2靠近下出气边4的一侧为下向内小凹陷弧线
2-2，向外大凸起弧线2-1与下向内小凹陷弧线2-2之间为曲线过渡，下内弧3靠近下进气边1的一侧为下直线3-1，下内弧3靠近下出气边4的一侧为向外小凸起弧线3-2，下直线
3-1与向外小凸起弧线3-2之间为曲线过渡，叶片中上部叶型由上进气边11、上背弧12、上内弧13和上出气边14组成，上进气边11、上背弧12、上出气边14和上内弧13依次首尾相接，上进气边11和上出气边14均为圆弧，上出气边14的圆弧小于上进气边11的圆弧，上背弧12靠近上进气边11的一侧为第一向外小凸起弧线12-1，上背弧12靠近上出气边14的一侧为上向内小凹陷弧线12-2，第一向外小凸起弧线12-1与上向内小凹陷弧线12-2之间为曲线过渡，上内弧13靠近上进气边11的一侧为第二向外小凸起弧线13-1，上内弧13靠近上出气边14的一侧为第三向外小凸起弧线13-2，第二向外小凸起弧线13-1与第三向外小凸起弧线13-2之间为曲线过渡。
[0021] 具体实施方式二：结合图5说明本实施方式，本实施方式的叶片叶型的安装角β为10°～45°。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0022] 具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式的叶片叶型的安装角β为20°。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0023] 具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式的叶片叶型的安装角β为30°。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0024] 具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式的叶片叶型的安装角β为40°。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0025] 具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式的下进气边1和上进气边11几何进汽角α为100°～160°。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
[0026] 具体实施方式七：结合图6说明本实施方式，本实施方式的下进气边1和上进气边11几何进汽角α为110°。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
[0027] 具体实施方式八：结合图6说明本实施方式，本实施方式的下进气边1和上进气边11几何进汽角α为120°。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
[0028] 具体实施方式九：结合图6说明本实施方式，本实施方式的下进气边1和上进气边11几何进汽角α为130°。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
[0029] 具体实施方式十：结合图6说明本实施方式，本实施方式的下进气边1和上进气边11几何进汽角α为150°。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
