CN109611158A - 一种工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片 - Google Patents

一种工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片 Download PDF

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Abstract

本发明涉公开了一种工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片，包括叶身、叶根及用于使叶片形成整圈自锁阶梯状斜通道围带，叶身的高度为467.61mm，根部轴向宽度为103.26mm，根部直径为1120mm，顶部轴向宽度为57.73mm，叶根为枞树型斜叶根,叶根的总高度为54.98mm，轴向宽度为133.0mm，叶片围带周向形状为三阶梯状，厚度为4~18mm，围带的轴向宽度为61.46mm，下阶梯轴向宽度为21.17mm，中间阶梯轴向宽度为26mm，上阶梯轴向宽度为14.29mm，从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.51≤T/b≤0.86，从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为：0.53≤T/B≤1.75，该高负荷末级动叶具有气动效率高、强度性能好、结构合理、装配方便等优点，应用于3600rpm高负荷工业汽轮机。

Description

一种工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片
技术领域
本发明涉及工业汽轮机领域，尤其是一种工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级级动叶片。
背景技术
在世界上部分地区和国家，工业发电领域，一般采用转速为3600rpm 定转速的汽轮机，这种汽轮机与现有国内使用的3000rpm定转速的工业汽轮机相比，成本降低、效率更高，但因强度和振动问题给结构设计带来更多的困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片，是常规3000r/min叶片转速的1.2倍，高转速提高了叶片的效率，减小了汽轮机尺寸，降低了汽轮机成本。该叶片叶型分别采用亚音速、跨音速、超音速设计；开发了大承载力的枞树形叶根结构，显著降低了叶根所受离心应力；开发了互锁阻尼围带，显著降低了叶片的动应力。
本发明所涉及的工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片，包括叶身、叶根及用于使叶片形成整圈自锁的围带；叶身的型线为变截面扭叶片，所述叶身相邻两截面间有相对扭转，所述叶身从根部至顶部截面面积逐渐减小；所述叶身的高度为467.61mm，所述叶身根部轴向宽度为103.26mm，所述叶身根部直径为1120mm，所述叶身顶部轴向宽度为57.73mm，所述叶根为枞树型斜叶根,所述叶根的总高度为54.98mm，所述叶根轴向宽度为133.0mm。
进一步的方案为，所述叶身从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比 T/b变化规律为：0.51≤T/b≤0.86；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为：0.53≤T/B≤1.75；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为：0.0286≤T/A≤0.1348。
更进一步的方案为，叶片围带周向形状为三阶梯状，叶片围带的厚度 s为4～25mm，围带倾斜角度ALPHA为0～35°，的轴向宽度W为61～75mm，下阶梯轴向宽度w1为15～25mm，上阶梯轴向宽度w3为10～25mm，在围带中阶梯处有用于成圈自锁的两接触面。
进一步的方案为，所述叶身从根部至顶部的轴向宽度B变化范围为 103.26mm～57.73mm，弦长b变化范围为108.19mm～117.13mm，安装角 BETA的变化范围为73.56°～29.39°，叶片型线最大厚度D变化范围为 25.52mm～9.56mm，进口角的变化范围为42.6°～123.4°，出口角的变化范围为30.8°～21.8°。
更进一步的方案为，所述叶身的高度分别为0mm、46.2mm、93.4mm、 140.1mm、186.8mm、233.5mm、280.2mm、326.9mm、373.6mm、420.3mm、 467.0mm处所对应的叶身轴向宽度依次为：103.26mm、101.34mm、98.91 mm、95.83mm、91.83mm、87.01mm、81.70mm、76.44mm、71.13 mm、64.93mm、57.73mm，所对应的弦长依次为：108.19mm、108.85mm、 107.75mm、110.75mm、111.68mm、112.60mm、113.45mm、114.43mm、115.34 mm、116.23mm、117.14mm，所对应的安装角依次为：73.56°、69.13°、64.75°、 60.41°、55.62°、50.81°、46.17°、41.95°、38.05°、33.90°、29.39°，所对应的型线最大厚度依次为：25.52mm、24.58mm、23.65mm、22.42mm、 21.21mm、19.50mm、17.41mm、15.44mm、13.59mm、11.56mm、9.56mm，所对应的进口角依次为：42.6°、50.1°、59.4°、65.4°、75.9°、80.9°、 90.1°、98.5°、104.7°、115.1°、123.4°，所对应的出口角依次为：30.8°、 30.3°、32.3°、29.1°、26.2°、26.8°、26.5°、24.1°、24.3°、 21.2°、21.8°。
本发明所得的工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片，叶身采用三元流设计技术设计而成，截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，单调平滑过渡，沿叶高方向叶身具有一定的扭曲规律，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能。经专业计算流体动力学软件CFX和Numeca验证，在背压为 0.095bar、出口马赫数为0.5的工况下，所在低压级组的气动效率在92％左右，最大流量在280t/h以上，同时具有良好的变工况性能；叶片为自带围带，整圈自锁阻尼型的长叶片，叶顶为阶梯型自锁围带，各叶片围带间均有0.0～0.3mm的间隙，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身产生一定的反扭，使叶片间围带与围带间贴合，产生正压力和摩擦力，增加了***的阻尼；同时达到叶片整圈自锁结构，提高叶片的振动性能，降低叶片所受的动应力；叶根采用枞树型叶根设计，叶片装配方便，可在背压 0.05bar～0.15bar，下安全运行，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本发明叶片正视图；
图2是本发明叶片侧视图；
图3是本发明叶片俯视图；
图4是本发明叶片型线积叠示意图；
图5相邻两叶片围带俯视图；
图6是本发明相邻五只叶片自锁连接示意图；
图7是本发明叶型参数说明图一；
图8是本发明叶型参数说明图二；
图9是本发明叶型参数说明图三；
图10是本发明参数说明图。
图中：围带1，叶身2，叶根3。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1：
如图1、2、3所示，本实施例所描述的工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片，用于排气面积为排汽面积3.58m2汽轮机，它是一种变截面扭叶片，包括叶身2、叶根3及用于使叶片形成整圈自锁的围带1，所述叶身2相对叶高由0％单调增加到100％，从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.51≤T/b≤0.86；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为：0.53≤T/B≤1.75；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面最大厚度比T/D变化规律为：2.15≤T/D≤10.55；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为：0.0286 ≤T/A≤0.1348；从叶根截面到叶顶截面的叶型前缘半径R0变化规律为： 2.9mm≤R0≤1.5mm；从叶根截面到叶顶截面的叶型尾缘半径R1变化规律为： 1.0mm≤R1≤0.57mm。其中，所述叶身2高度为467.61mm；所述叶根3为枞树型叶根，叶根3轴向宽度为133mm，叶片通过枞树型叶根3安装在叶轮槽中，轴向装配；所述的叶身3，其进汽边背弧处设有淬硬部分，淬硬长度根据需要而定。
如图6所示，静态时叶片为单片结构，围带1不贴合，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身2产生一定的反扭，使凸台与围带1与围带1间产生正压力和摩擦力，增加了***的阻尼；同时使叶片整圈成组，提高叶片的振动性能。同时阶梯状围带有利于减少叶片的离心载荷，增加叶片的刚度，提高叶片安全性。
本发明所得的工业汽轮机用3600rpm高负荷低压级动叶片，叶身采用三元流设计技术设计而成，截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，单调平滑过渡，沿叶高方向叶身具有一定的扭曲规律，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能。经专业计算流体动力学软件CFX和Numeca验证，在背压为 0.095bar、出口马赫数为0.5的工况下，所在低压级组的气动效率在92％左右，最大流量在280t/h以上，同时具有良好的变工况性能；叶片为自带围带1整圈自锁阻尼型的长叶片，叶顶有围带1，各叶片围带1间均有 0～0.3mm的间隙，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身2产生一定的反扭，使叶片间围带1与围带1间贴合，产生正压力和摩擦力，增加了***的阻尼；同时达到叶片整圈自锁结构，提高叶片的振动性能，降低叶片所受的动应力；叶根3采用枞树型叶根设计，叶片装配方便，可在背压 0.05bar～0.15bar下安全运行，具有广阔的市场应用前景。
叶身的各截面具体参数如下表：

Claims (3)

1.一种排汽面积3.58m²工业汽轮机用3600rpm高负荷次末级动叶，包括叶身（1）、叶根（2）及用于使叶片形成整圈自锁的围带（3），叶身（1）型线为变截面扭叶片，所述叶身（1）根部至顶部的截面积逐渐减小，且相邻两截面间有相对扭转，其特征在于：所述叶身（1）高度为467.61mm，所述叶身（1）的根部轴向宽度为103.26mm，所述叶身（1）的根部直径为1120mm，所述叶身（1）的顶部轴向宽度为57.73mm，所述叶根（2）为枞树型斜叶根, 所述叶根（2）的总高度为54.98mm，叶根（2）的轴向宽度为133mm。
2.根据权利要求1所述的排汽面积3.58m²工业汽轮机用3600rpm高负荷次末级动叶，其特征在于：所述的叶身（1）从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.51≤T/b≤0.86；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为：0.53≤T/B≤1.75；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为：0.0286≤T/A≤0.1348。
3.根据权利要求1所述的排汽面积3.58m²工业汽轮机用3600rpm高负荷次末级动叶，其特征在于：所述围带的周向形状为三阶梯状，所述围带的厚度s为4~25mm，所述围带倾斜角度ALPHA为0~35°，所述围带的轴向宽度W为61~75mm，所述围带的下阶梯轴向宽度w1为15~25mm，所述围带的上阶梯轴向宽度w3为10~25mm，所述围带中阶梯处有用于成圈自锁的两接触面。
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