透平静叶、透平静叶环、透平和燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，尤其是涉及一种透平静叶、透平静叶环、透平和燃气轮机。

背景技术

燃机透平静叶通过外缘板挂钩结构安装到透平持环上，在热态情况下，静叶在径向方向上有较大的膨胀量，同时，由于叶片的温度高于持环，所以叶片的径向膨胀量高于持环。并且由于叶片和外缘板不规则，使得叶片各处的膨胀量有差异，外缘板受力不均匀，外缘板的变形不受限处则易产生较大的扭曲变形，导致外缘板的应力集中区域的应力最大值极大，进而影响静叶的运行安全性和寿命。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种透平静叶，能够有效的缓解外缘板的局部应力过大的问题，使整个外缘板的应力更加均衡，继而增加透平静叶的运行安全性和寿命。

本实用新型的实施例还提出一种透平静叶环。

本实用新型的实施例还提出一种透平。

本实用新型的实施例还提出一种燃气轮机。

根据实用新型的实施例的透平静叶包括：

外缘板；

叶体，所述叶体设在所述外缘板的内侧，所述叶体具有前缘和尾缘；

后挂钩，所述后挂钩包括后主体和后凸台部，所述后主体设在所述外缘板的外侧，所述后凸台部设在所述后主体的外端部，所述后凸台部包括第一凸台和第二凸台；和

前挂钩，所述前挂钩包括前主体和前凸台部，所述前主体设在所述外缘板的所述外侧，所述前凸台部设在所述前主体的外端部，所述前凸台部包括第三凸台和第四凸台，所述第三凸台和/或所述第四凸台与所述叶体的所述前缘在第一预设方向上相对；所述前挂钩和所述后挂钩中的每一者用于连接持环。

本实用新型实施例的透平静叶能够有效的缓解外缘板的局部应力过大的问题，使外缘板的应力更加均衡，继而增加透平静叶的运行安全性和寿命。

在一些实施例中，所述叶体的数量为一个；可选地，所述第三凸台和第四凸台相连。

在一些实施例中，所述叶体的数量为两个，两个所述叶体在第二预设方向上间隔开；

所述前主体包括第一挂钩段和第二挂钩段，所述第一挂钩段和第二挂钩段在所述第二预设方向上间隔开，所述第三凸台设在所述第一挂钩段，所述第四凸台设在所述第二挂钩段，所述第三凸台在所述第一预设方向上与两个所述叶体中的一者的所述前缘相对，所述第四凸台在所述第一预设方向上与两个所述叶体中的另一者的所述前缘相对。

在一些实施例中，所述外缘板具有密封槽，所述密封槽具有缺口；

所述第一挂钩段在所述第二预设方向上相对所述第二挂钩段邻近所述缺口，所述第三凸台在其延伸方向上邻近所述缺口的端部具有第一端面，所述第一挂钩段在其延伸方向上的邻近所述缺口的端部具有第二端面，所述第一端面和所述第二端面在所述第二预设方向上间隔开。

在一些实施例中，所述第四凸台位于所述第二挂钩段在所述第二预设方向上的中部；可选地，所述第四凸台沿所述第一预设方向在所述外缘板上的投影为第一投影面，两个所述叶体中的所述另一者的所述前缘沿所述第一预设方向在所述外缘板上的投影为第二投影面，所述第一投影面在所述第二预设方向上覆盖所述第二投影面。

在一些实施例中，所述第一凸台和所述第二凸台分别位于所述第二预设方向上的两端。

在一些实施例中，所述叶体的数量为n个，其中，n＞2，n个所述叶体在所述第二预设方向上间隔开；

所述前凸台部还包括m个第五凸台，其中，m＝n-2，所述第三凸台、第四凸台和m个所述第五凸台在所述第二预设方向上依次间隔布设，所述第三凸台、第四凸台和m个所述第五凸台在所述第一预设方向上与n个所述叶体一一对应。

根据实用新型的实施例的透平静叶环，包括：

持环；和

多个透平静叶，多个所述透平静叶中的至少一者为所述的透平静叶，多个所述透平静叶沿所述第二预设方向依次布设，多个所述透平静叶中的每一者位于所述持环的内侧，所述透平静叶的前挂钩和后挂钩中的每一者与所述持环相连。

本实用新型实施例的透平静叶环的运行安全性更好、寿命更长。

根据本实用新型实施例的透平包括所述的透平静叶环。

本实用新型实施例的透平运行安全性更好、寿命更长。

根据本实用新型实施例的燃气轮机包括所述的透平。

本实用新型实施例的燃气轮机运行安全性更好、寿命更长。

附图说明

图1是本实用新型实施例的透平静叶环的剖视结构示意图。

图2是本实用新型实施例的透平静叶(示例一)的结构示意图；

图3是本实用新型另外的实施例的透平静叶(示例二)的结构示意图；

图4是对比例的透平静叶的结构示意图；

图5是对本实用新型实施例的透平静叶(示例一)进行三维有限元分析所取的区域标识图之一；

图6是对本实用新型实施例的透平静叶(示例一)进行三维有限元分析所取的区域标识图之二；

图7是示例一、示例二和对比例的结构应力对比图。

附图标记：

透平静叶环1000；

透平静叶100；

叶体1，第一叶体11，第二叶体12，前缘101，尾缘102；

外缘板2，密封槽21，缺口211；

前挂钩3，前主体31，第一挂钩段311，第二端面3111，第二挂钩段312，前凸台部32，第三凸台321，第一端面3211，第四凸台322，通风通道33；

后挂钩4，后主体41，后凸台部42，第一凸台421，所述第二凸台422；

持环200。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1至图3所示，根据本实用新型实施例的透平静叶环1000包括持环200和多个透平静叶100。多个透平静叶100沿第二预设方向(也就是持环200的周向方向)依次布设，多个透平静叶100中的每一者位于持环200的内侧。

透平静叶100包括外缘板2、叶体1、后挂钩4和前挂钩3。

叶体1设在外缘板2的内侧，叶体1具有前缘101和尾缘102。

后挂钩4包括后主体41和后凸台部42，后主体41设在外缘板2的外侧，后凸台部42设在后主体41的外端部，后凸台部42包括第一凸台421和第二凸台422。

前挂钩3包括前主体31和前凸台部32，前主体31设在外缘板2的该外侧。也就是说，叶体1设在外缘板2的内侧，前挂钩3和后挂钩4设在外缘板2的外侧。前凸台部32设在前主体31的外端部，前凸台部32包括第三凸台321和第四凸台322，第三凸台321和/或第四凸台322与叶体1的前缘101在第一预设方向(也就是持环200的径向方向)上相对。

前挂钩3和后挂钩4中的每一者连接持环200。也就是说，透平静叶100通过前挂钩3和后挂钩4与持环200连接。在透平静叶100与持环200进行装配时，透平静叶100通过前挂钩3和后挂钩4与持环200对中，而后推动透平静叶100使其在持环200的内侧滑动到设定位置。

本实用新型实施例的透平静叶环1000在运行过程中叶体1的温度高于持环200的温度，在外缘板2的该第一预设方向上，由于第一凸台421和第二凸台422与持环200的间隙比后主体41与持环200的间隙小，第三凸台321和第四凸台322与持环200间隙比前主体31与持环200的间隙小，叶体1的膨胀变形使第一凸台421、第二凸台422、第三凸台321和第四凸台322与持环200首先接触，并将叶体1的热应力和气动力传导至持环200上维持动态平衡。

第一凸台421、第二凸台422、第三凸台321和第四凸台322与持环200的接触也使外缘板2在这四处的变形受到限制，减小了外缘板2在这四处的膨胀位移量，使得外缘板2在这四处的变形应力的一部分被传导到其他位置，从而改变了外缘板2的应力分布。第一凸台421、第二凸台422、第三凸台321和第四凸台322位于外缘板2的不同位置呈分散状态，使得外缘板2的受力更加均衡，从而降低了外缘板2应力集中区域的应力最大值。

并且，第三凸台321和/或第四凸台322与叶体1的前缘101在所述外缘板2的该第一预设方向上相对，也使得叶体1的前缘101的膨胀变形引起的外缘板2的相应部分的变形受限，相当于是抑制了外缘板2的前侧受叶体1膨胀变形影响最大区域的变形程度，从而进一步地增加了外缘板2的受力均衡程度，进一步地降低了应力集中区域的应力最大值。

此外，第一凸台421、第二凸台422、第三凸台321和第四凸台322的设置减轻了透平静叶100的重量，增大了后主体31和前主体31在外缘板2的该第一预设方向上距持环200的间隙，减小了前挂钩3和后挂钩4相对持环200滑动的阻力，从而增大了透平静叶100与持环200在装配时的便利性。

本实用新型实施例的透平静叶环1000和透平静叶100能够有效的缓解外缘板2的局部应力过大的问题，使外缘板2的应力更加均衡，继而增加透平静叶100的运行安全性和寿命。

具体地，参阅图1至图3，对本实用新型实施例的透平静叶环1000进行详细说明。在附图1至图3中，前后方向与持环200的轴向方向相同，内外方向与持环200的径向方向相同。需要说明的是，第一预设方向为持环200的径向方向，第二预设方向为持环200的周向方向。

本实用新型实施例的透平静叶环1000包括持环200和多个透平静叶100。多个透平静叶100沿持环200的周向依次布设，多个透平静叶100中的每一者位于持环200的内侧。

透平静叶100包括外缘板2、叶体1、后挂钩4和前挂钩3。外缘板2、叶体1、后挂钩4和前挂钩3为铸造一体成型。

叶体1设在外缘板2的内侧，叶体1具有前缘101和尾缘102。每个透平静叶100的叶体1的数量为两个，两个叶体1分别为第一叶体11和第二叶体12，第一叶体11和第二叶体12在该第二预设方向上间隔开，即第一叶体11和第二叶体12在持环200的周向上间隔开。

后挂钩4包括后主体41和后凸台部42，后主体41设在外缘板2的外侧，后主体41在该第一预设方向上与叶体1的尾缘102相对，参阅图1所示。后凸台部42设在后主体41在该第一预设方向上的外端部。后凸台部42包括第一凸台421和第二凸台422，第一凸台421和第二凸台422在该第二预设方向上间隔开。

可选地，第一凸台421和第二凸台422分别位于外缘板2在该第二预设方向上的两端。第一凸台421和第二凸台422与持环200的接触可对外缘板2在这两处的变形进行限制，可避免透平静叶环在运行过程中外缘板2的后侧的两端翘起。

前挂钩3包括前主体31和前凸台部32，前主体31设在外缘板2的外侧，前主体31在该第一预设方向上与叶体1的前缘101相对，参阅图1所示。前凸台部32设在前主体31在该第一预设方向上的外端部。

前主体31包括第一挂钩段311和第二挂钩段312，第一挂钩段311和第二挂钩段312在该第二预设方向上间隔开。前主体31在第一挂钩段311和第二挂钩段312之间设有通风通道33，通风通道33连通前挂钩31前后两侧的空间，以作为冷却气体的流通通道。

前凸台部32包括第三凸台321和第四凸台322，第三凸台321设在第一挂钩段311在该第一预设方向上的外端部，第四凸台322设在第二挂钩段312在该第一预设方向上的外端部。第三凸台321在该第一预设方向上与第一叶体11的前缘101相对，第四凸台322在该第一预设方向上与第二叶体12的前缘101相对。

本实用新型实施例的透平静叶100具有两个叶体1，对于连接有两个叶体1的外缘板2来说，第三凸台321使第一叶体11的前缘101的膨胀变形导致的外缘板2在此处的变形受限，并将该变形应力转移和分散，第四凸台322使第二叶体12的前缘101的膨胀变形导致的外缘板2在此处的变形受限和分散，从而改变了外缘板2的应力分布，外缘板2的受力更加均衡，从而降低了外缘板2应力集中区域的应力最大值，进而提升透平静叶100的运行寿命和安全性，降低了透平静叶100的失效损坏风险。

在一些实施例中，外缘板2具有密封槽21，密封槽21具有缺口211。第一挂钩段311在该第二预设方向上相对第二挂钩段312邻近缺口211，第三凸台321在其延伸方向上邻近缺口211的端部具有第一端面3211，第一挂钩段311在其延伸方向上的邻近缺口211的端部具有第二端面3111，第一端面3211和第二端面3111该第二预设方向上间隔开。也就是说，第二端面3111位于外缘板2的边沿位置，而在该第二预设方向(也是第一挂钩段311和第三凸台321的延伸方向)上，第一端面3211与第二端面3111间隔开，即第三凸台321与外缘板2的边沿位置间隔开。换言之，第三凸台321处于外缘板2的非边沿位置。

在透平静叶100与持环200进行装配过程中，第三凸台321未处于外缘板2的边沿位置，使得第三凸台321在透平静叶100与持环200的装配过程中对中容易、滑动阻力小，也就是使透平静叶100与持环200的装配过程更易操作。

可选地，第三凸台321的延伸长度是其宽度的2-2.5倍，以保证第三凸台321在具有一定的面积的情况下，又不会对透平静叶100与持环200的装配形成较大阻力。具体地说，第三凸台321在该第二预设方向上的尺寸为其延伸长度，第三凸台321在持环200的轴向方向上的尺寸为其宽度。

在一些实施例中，第四凸台322位于第二挂钩段312在该第二预设方向上的中部。也就是说，第四凸台322未处于外缘板2的边沿位置，使得第四凸台322在透平静叶100与持环200的装配过程中对中容易、滑动阻力小，从而使透平静叶100与持环200的装配过程更易操作。

优选地，第四凸台322沿该第一预设方向在外缘板2上的投影为第一投影面，第二叶体12的前缘101沿该第一预设方向在外缘板2上的投影为第二投影面，第一投影面在该第二预设方向上覆盖第二投影面。也就是说，第四凸台322在该第一预设方向上覆盖第二叶体12的前缘101，如图2所示。

具体地说，第一投影面在该第二预设方向上具有第一边沿和第二边沿，第二投影面在该第二预设方向上具有第三边沿和第四边沿，第三边沿和第四边沿在该第二预设方向上位于第一边沿和第二边沿之间。从而在外缘板2的该第二预设方向上全面覆盖第二叶体12的前缘101的膨胀变形区域，对该膨胀变形区域所引起的外缘板2在该处的变形进行抑制和传导，更进一步地增加了外缘板2的受力均衡程度，更进一步地降低了应力集中区域的应力最大值。

本实用新型实施例的透平静叶100的第一凸台421、第二凸台422、第三凸台321和第四凸台322的布局分散，相当于是分布在外缘板2的四角处，平衡外缘板2的不平衡受力，有效缓解了外缘板2的应力集中状况，提升透平静叶100运行寿命和安全性，降低透平静叶100的失效损坏风险。

为了进一步地说明本实用新型实施例的透平静叶100的外缘板2、前挂钩3和后挂钩4的受力情况，对透平静叶100的外缘板2、前挂钩3和后挂钩4上容易形成应力集中的区域进行三维有限元分析，所取区域如附图5和图6中的①-⑩处所示，并增加对比例。

具体地：示例一，本实用新型实施例的透平静叶100，其第四凸台322位于第二挂钩段312在该第二预设方向上的中部，如图2所示；示例二，本实用新型实施例的透平静叶100，其第四凸台322位于第二挂钩段312在该第二预设方向上远离缺口211的一侧，如图3所示；对比例，透平静叶，与示例一基本相同，不同之处在于本对比例的透平静叶无第四凸台322，如图4所示。

上述三例的对比结果如图7所示。需要说明的是，对于对比例，由于其未设置第四凸台322，故其区域⑩为非应力集中区域。

对比上述三例，可知，示例一、示例二和对比例均在容易产生应力集中区域产生了一定的局部应力集中(区域①至区域⑨)，且示例一、示例二相比对比例在区域⑩产生一定的局部应力集中。但示例一和示例二较对比例而言，外缘板2上的区域①(也就是应力集中的最大区域)的应力值明显降低，在各应力集中点处的应力更加均衡，从而提升透平静叶100的运行寿命和安全性，降低了透平静叶100失效损坏风险。

并且，示例一的透平紧静叶100的应力集中最大区域的数值相比对比例降低了31％，低周疲劳循环寿命次数最小区域的数值相比对比例提升16.5倍，示例一的透平静叶在96000小时后的蠕变应变最大值相比示例三的透平静叶降低45％，为全叶片蠕变寿命合格。

下面描述透平静叶100的另外的一些实施例。

本实用新型实施例的透平静叶100的叶体1的数量为一个。相比前述实施例的叶体1的数量为两个的透平静叶100，叶体1的尺寸范围可选择性较大。优选地，本实用新型实施例的透平静叶100的叶体1的尺寸大于前述的实施例的透平静叶100的叶体1的尺寸。

可选地，第三凸台321和第四凸台322相连。也就是说，第三凸台321和第四凸台322为一体结构。

换言之，在对前主体3进行切削形成前凸台部32时，只需切削出一个凸台即可。

在其他的一些实施例中，叶体1的数量为n个，其中，n＞2，n个叶体1在该第二预设方向上间隔开。前凸台部32还包括m个第五凸台，其中，m＝n-2，第三凸台321、第四凸台322和m个第五凸台在该第二预设方向上间隔开，第三凸台321、第四凸台322和m个第五凸台在该第一预设方向上与n个叶体1一一对应。

具体地，n可以为3、4或5，也就是叶体1的数量可以为3、4或5个。

相应地，第五凸台的数量为1、2或3个。也就是说，每个叶体1的前缘101都对应有前主体31上的凸台，进而使每个叶体1的前缘101的膨胀变形对外缘板2的造成的变形受限，减小了外缘板2的膨胀位移量，使得外缘板2的变形应力的一部分被传导到其他位置，使得外缘板2的受力更加均衡，从而降低了外缘板2应力集中区域的应力最大值，继而增加透平静叶100的运行安全性和寿命。

下面描述本实用新型实施例的透平包括上述任一实施例的透平静叶环。

本实用新型实施例的透平的运行安全性更好和寿命更长。

下面描述本实用新型实施例的燃气轮机包括上述实施例的透平。

本实用新型实施例的燃气轮机的运行安全性更好和寿命更长。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。