一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片的制作方法
1.本实用新型涉及一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，属于燃气轮机叶片技术领域。
背景技术：
2.燃气轮机是效率极高的热-功转换设备，是发电和驱动领域的核心，由于其设计制造难度极大，也成为装备制造业关注的焦点。动叶片是燃气轮机涡轮的关键部件，由于其具有弯扭特性，对强度设计及气动设计要求较高，当前常用燃气轮机用涡轮第一级动叶片设计方法相对原始，计算精度较低，从而使叶片强度及气动性能相对较差，使用寿命短，对燃气轮机的安全运行及日常运维造成影响。
技术实现要素：
3.本实用新型为克服上述缺陷，提供了一种中小型燃气轮机用动力涡轮的第一级导叶，该导叶片可以解决目前中等功率燃气轮机中动力涡轮第一级叶片效率低、使用寿命短、影响燃气轮机安全运行的问题。在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。
4.本实用新型的技术方案：
5.一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，包括叶上端壁、叶片工作部分和下端壁，所述上端壁和下端壁固定叶片工作部分的上下两端，所述叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，叶片工作部分的叶片角度扭转，沿导叶片高度截面形状不同，截面面积由下端壁基准面至叶片工作部分再至上端壁逐渐增大，且相邻两截面间有相对扭转，以下端壁截面o-o为基准，由截面o-o向上依次定义为截面a-a、截面b-b、截面c-c、截面d-d、截面e-e、截面f-f和截面g-g，且截面a-a至截面g-g的截面高度的变化范围在10～200mm之间，与之对应的轴向宽度b的变化范围在83～120mm之间，弦长b的变化范围在80～120mm之间，安装角β的变化范围在32.5
°
～33.5
°
之间，进气边厚度de的变化范围在5～7.5mm之间，型线最大厚度dmax的变化范围在9～13mm之间。
6.优选地，所述截面o-o为叶片基准平面，截面相对高度为0mm，该位置所对应的轴向宽度b1为83.3mm，弦长b1为81.6829mm，安装角β为32.5689
°
，进气边厚度de为5mm，型线最大厚度dmax为9.0671mm。
7.优选地，所述截面a-a位于叶片工作部分，截面相对高度为10mm，该位置所对应的轴向宽度b1为85.06mm，弦长b1为83.4424mm，安装角β为32.5743
°
，进气边厚度de为5.1mm，型线最大厚度dmax为9.2393mm。
8.优选地，所述截面b-b位于叶片工作部分，截面相对高度为50mm，该位置所对应的轴向宽度b1为92.09mm，弦长b1为90.4698mm，安装角β为32.5615
°
，进气边厚度de为5.52mm，
型线最大厚度dmax为9.9498mm。
9.优选地，所述截面c-c位于叶片工作部分，截面相对高度为90mm，该位置所对应的轴向宽度b1为99.12mm，弦长b1为97.4974mm，安装角β为32.5566
°
，进气边厚度de为5.92mm，型线最大厚度dmax为10.6609mm。
10.优选地，所述截面d-d位于叶片工作部分，截面相对高度为130mm，该位置所对应的轴向宽度b1为106.16mm，弦长b1为104.5348mm，安装角β为32.5524
°
，进气边厚度de为6.34mm，型线最大厚度dmax为11.3781mm。
11.优选地，所述截面e-e位于叶片工作部分，截面相对高度为170mm，该位置所对应的轴向宽度b1为113.18mm，弦长b1为111.5524mm，安装角β为32.5538
°
，进气边厚度de为6.74mm，型线最大厚度dmax为12.1072mm。
12.优选地，所述截面f-f位于叶片工作部分，截面相对高度为189mm，该位置所对应的轴向宽度b1为116.53mm，弦长b1为114.9012mm，安装角β为32.5506
°
，进气边厚度de为6.94mm，型线最大厚度dmax为12.4547mm。
13.优选地，所述截面g-g位于叶片工作部分，截面相对高度为200mm，该位置所对应的轴向宽度b1为119.87mm，弦长b1为118.2399mm，安装角β为32.5474
°
，进气边厚度de为7.14mm，型线最大厚度dmax为12.7981mm。
14.本实用新型具有以下有益效果：
15.本实用新型是基于一维参数评估、二维通流优化及全三维气热耦合分析计算基础上完成的叶片全三维设计，计算结果经过多重校核，具有高度精确性，使得本实用新型的高效性得到验证，在强度校核基础上确保变工况下能够安全运行，经过反复迭代计算验证，可以确定本实用新型各项几何参数取值范围的组合方案使得该导叶片的气动效率提高了1.4％-2.1％，使用寿命延长1.1-1.4倍，并使得导叶片内部流线分布情况更加平顺，抑制了端壁处的分离损失，在满足外形结构要求的基础上，也使得制造工艺得到了优化。
附图说明
16.图1是本实用新型一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片的结构示意图；
17.图2是本实用新型一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片的叶片型线部分各截面断层叠合示意图；
18.图3是本实用新型一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片的叶片参数b、b、de、dmax的示意图；
19.图4是本实用新型一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片的叶片安装角β的示意图。
20.图中1-叶上端壁，2-叶片工作部分，3-下端壁。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
22.本实用新型所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
23.具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，包括叶上端壁1、叶片工作部分2和下端壁3，所述上端壁1和下端壁3固定叶片工作部分2的上下两端，所述叶片工作部分2的型线为变截面扭叶片，叶片工作部分2的叶片角度扭转，沿导叶片高度截面形状不同，截面面积由下端壁基准面至叶片工作部分2再至上端壁1逐渐增大，且相邻两截面间有相对扭转，以下端壁3截面o-o为基准，由截面o-o向上依次定义为截面a-a、截面b-b、截面c-c、截面d-d、截面e-e、截面f-f和截面g-g，且截面a-a至截面g-g的截面高度的变化范围在10～200mm之间，与之对应的轴向宽度b的变化范围在83～120mm之间，弦长b的变化范围在80～120mm之间，安装角β的变化范围在32.5
°
～33.5
°
之间，进气边厚度de的变化范围在5～7.5mm之间，型线最大厚度dmax的变化范围在9～13mm之间。这样设计能保证导叶片的最佳受力状态，并避免在上下端壁与叶片交界面处和承载面处出现应力峰值。
24.所述截面o-o为叶片基准平面，截面相对高度为0mm，该位置所对应的轴向宽度b1为83.3mm，弦长b1为81.6829mm，安装角β为32.5689
°
，进气边厚度de为5mm，型线最大厚度dmax为9.0671mm。
25.所述截面a-a位于叶片工作部分2，截面相对高度为10mm，该位置所对应的轴向宽度b1为85.06mm，弦长b1为83.4424mm，安装角β为32.5743
°
，进气边厚度de为5.1mm，型线最大厚度dmax为9.2393mm。
26.所述截面b-b位于叶片工作部分2，截面相对高度为50mm，该位置所对应的轴向宽度b1为92.09mm，弦长b1为90.4698mm，安装角β为32.5615
°
，进气边厚度de为5.52mm，型线最大厚度dmax为9.9498mm。
27.所述截面c-c位于叶片工作部分2，截面相对高度为90mm，该位置所对应的轴向宽度b1为99.12mm，弦长b1为97.4974mm，安装角β为32.5566
°
，进气边厚度de为5.92mm，型线最大厚度dmax为10.6609mm。
28.所述截面d-d位于叶片工作部分2，截面相对高度为130mm，该位置所对应的轴向宽度b1为106.16mm，弦长b1为104.5348mm，安装角β为32.5524
°
，进气边厚度de为6.34mm，型线最大厚度dmax为11.3781mm。
29.所述截面e-e位于叶片工作部分2，截面相对高度为170mm，该位置所对应的轴向宽度b1为113.18mm，弦长b1为111.5524mm，安装角β为32.5538
°
，进气边厚度de为6.74mm，型线最大厚度dmax为12.1072mm。
30.所述截面f-f位于叶片工作部分2，截面相对高度为189mm，该位置所对应的轴向宽度b1为116.53mm，弦长b1为114.9012mm，安装角β为32.5506
°
，进气边厚度de为6.94mm，型线最大厚度dmax为12.4547mm。
31.所述截面g-g位于叶片工作部分2，截面相对高度为200mm，该位置所对应的轴向宽
度b1为119.87mm，弦长b1为118.2399mm，安装角β为32.5474
°
，进气边厚度de为7.14mm，型线最大厚度dmax为12.7981mm。
32.本实施方式在对叶型进行设计时，根据第一级导叶片对叶片参数的要求，在本新型叶片的轴向宽度b、进气角β、型线最大厚度dmax的取值范围内，通过迭代优化使得各几何参数更加合理，叶片气动效率提高了1.4％-2.1％，使用寿命延长1.1-1.4倍，并使得导叶片内部流线分布情况更加平顺，抑制了端壁处的分离损失，在满足外形结构要求的基础上，也使得制造工艺得到了优化。使其使用效果优于调整前，以上各项性能的提升均是基于数值计算以及实验验证的结果。
33.在完成三维设计基础上，利用商用软件中网格划分模块进行结构化计算网格的绘制，并在cfd仿真计算模块中选择特定湍流模型，设置边界条件(包括压力、温度、流量等)，计算完成后对结果开展后处理分析，对照cfd仿真数据，得出性能得到改进的结论。
34.本实施方式技术方案尺寸的选取是在原有机组叶片的基础上，通过参考《透明机械原理》中给出的叶片设计参数范围，并结合相关文献及工程设计经验，初步选定一系列尺寸数据，并通过大量方案的仿真计算评估选择出最优结果，内部流场涡系及流线的分布得到了改善，使得因流动产生的气动损失降低，气动效率得到了提升。
35.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
36.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
38.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并
且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
39.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
40.需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
41.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，包括叶上端壁(1)、叶片工作部分(2)和下端壁(3)，其特征在于：所述上端壁(1)和下端壁(3)固定叶片工作部分(2)的上下两端，所述叶片工作部分(2)的型线为变截面扭叶片，叶片工作部分(2)的叶片角度扭转，沿导叶片高度截面形状不同，截面面积由下端壁基准面至叶片工作部分(2)再至上端壁(1)逐渐增大，且相邻两截面间有相对扭转，以下端壁(3)截面o-o为基准，由截面o-o向上依次定义为截面a-a、截面b-b、截面c-c、截面d-d、截面e-e、截面f-f和截面g-g，且截面a-a至截面g-g的截面高度的变化范围在10～200mm之间，与之对应的轴向宽度b的变化范围在83～120mm之间，弦长b的变化范围在80～120mm之间，安装角β的变化范围在32.5
°
～33.5
°
之间，进气边厚度de的变化范围在5～7.5mm之间，型线最大厚度dmax的变化范围在9～13mm之间。2.根据权利要求1所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面o-o为叶片基准平面，截面相对高度为0mm，该位置所对应的轴向宽度b1为83.3mm，弦长b1为81.6829mm，安装角β为32.5689
°
，进气边厚度de为5mm，型线最大厚度dmax为9.0671mm。3.根据权利要求2所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面a-a位于叶片工作部分(2)，截面相对高度为10mm，该位置所对应的轴向宽度b1为85.06mm，弦长b1为83.4424mm，安装角β为32.5743
°
，进气边厚度de为5.1mm，型线最大厚度dmax为9.2393mm。4.根据权利要求3所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面b-b位于叶片工作部分(2)，截面相对高度为50mm，该位置所对应的轴向宽度b1为92.09mm，弦长b1为90.4698mm，安装角β为32.5615
°
，进气边厚度de为5.52mm，型线最大厚度dmax为9.9498mm。5.根据权利要求4所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面c-c位于叶片工作部分(2)，截面相对高度为90mm，该位置所对应的轴向宽度b1为99.12mm，弦长b1为97.4974mm，安装角β为32.5566
°
，进气边厚度de为5.92mm，型线最大厚度dmax为10.6609mm。6.根据权利要求5所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面d-d位于叶片工作部分(2)，截面相对高度为130mm，该位置所对应的轴向宽度b1为106.16mm，弦长b1为104.5348mm，安装角β为32.5524
°
，进气边厚度de为6.34mm，型线最大厚度dmax为11.3781mm。7.根据权利要求6所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面e-e位于叶片工作部分(2)，截面相对高度为170mm，该位置所对应的轴向宽度b1为113.18mm，弦长b1为111.5524mm，安装角β为32.5538
°
，进气边厚度de为6.74mm，型线最大厚度dmax为12.1072mm。8.根据权利要求7所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面f-f位于叶片工作部分(2)，截面相对高度为189mm，该位置所对应的轴向宽度b1为116.53mm，弦长b1为114.9012mm，安装角β为32.5506
°
，进气边厚度de为6.94mm，型线最大厚度dmax为12.4547mm。9.根据权利要求8所述的一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，其特征在于：所述截面g-g位于叶片工作部分(2)，截面相对高度为200mm，该位置所对应的轴向宽度b1为
119.87mm，弦长b1为118.2399mm，安装角β为32.5474
°
，进气边厚度de为7.14mm，型线最大厚度dmax为12.7981mm。
技术总结
一种中小型燃机用动力涡轮的第一级导叶片，属于燃气轮机叶片技术领域。其包括叶上端壁、叶片工作部分和下端壁，上端壁和下端壁固定叶片工作部分，叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，叶片工作部分的叶片角度扭转，沿导叶片高度截面形状不同，截面面积由下端壁基准面至叶片工作部分再至上端壁逐渐增大，相邻两截面间有相对扭转，以下端壁截面O-O为基准，由截面O-O向上依次定义为截面A-A、截面B-B、截面C-C、截面D-D、截面E-E、截面F-F和截面G-G，截面A-A至截面G-G的截面高度的变化范围在10～200mm之间。其解决目前中等功率燃气轮机中动力涡轮第一级叶片效率低、使用寿命短、影响燃气轮机安全运行的问题，在满足外形结构要求的基础上，也使得制造工艺得到了优化。也使得制造工艺得到了优化。也使得制造工艺得到了优化。
