CN112627901B - 一种大负荷透平末级动叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大负荷透平末级动叶片，涉及汽轮机技术领域。所述的叶片包括：叶型工作部分(1)、叶根榫齿部分(2)、围带部分(3)和凸台部分(4)；所述的叶型工作部分(1)的型线为变截面扭叶片，且叶型工作部分(1)从根部到顶部截面面积逐渐减小。在工作过程中，所述的叶片的围带和阻尼凸台安装时为互锁结构，装配时为松装配，当叶片旋转起来工作时，在离心力和气动力的作用下叶型扭转发生变形，围带之间，阻尼凸台之间发生接触贴合，形成整圈连接特性。本发明提供了一个长的工业汽轮机末级动叶片，具有更大的排气面积，显著提供工业汽轮机的发电功率，并且本发明采用了气动、结构与强度的综合优化，使得长叶片的强度和振动特性都达到较好的水平。

Description

一种大负荷透平末级动叶片
技术领域
本发明涉及汽轮机技术领域，具体涉及一种大负荷透平末级动叶片。
背景技术
蒸汽轮机是火力发电厂三大主力设备之一，安装于汽轮机转轴上的动叶片是汽轮机中至关重要的部件，特别是末级动叶片的结构设计，因其涉及的技术面广、技术含量高而成为汽轮机的核心技术。汽轮机容量越大，发电密度就越高，要求其初参数就越高，排汽环形面积越大，因此需要的末级叶片就越长，对叶片材料强度的要求就越高，叶片的气动和震动设计就越难，因此，汽轮机末级叶片的开发成为世界上各大汽轮机制造商关注的重点。
工业汽轮机主要应用于余热利用，随着石化、能源利用生产规模的发展，对工业汽轮机的发电功率和发电效率也提出了更高的要求，由此导致的工业汽轮机低压缸排气面积增大，末级叶片的长度也随之增大，长叶片的强度和振动问题也更为复杂。
低压级叶片一直制约着我国大负荷工业汽轮机的发展，其工作环境极其恶劣，转速高且变化范围大、容积流量大、负荷大、需要有高的气动效率。现有技术中，通常使用围带和凸台拉筋，使叶片很好的形成整圈连接，降低叶片动应力，从而保证机组的安全可靠运行。但现有动叶片的围带和拉筋的外形及几何尺寸设计不合理，导致叶片的振动问题很突出，严重影响机组运行的可靠性，使得全转速汽轮机在运行中经常出现末级动叶片断裂事故。因此，合理确定凸台拉筋的外形尺寸及位置，采用减振阻尼技术以减少叶片振动应力，提高叶片安全可靠性。防止或减少汽轮机在运行中出现末级动叶片断裂事故的问题。
为了解决上述问题中国专利申请201610705484.9中公开了一种汽轮机叶片凸台成组阻尼结构，包括叶片以及设置在叶片上的凸台，该叶片包括柱状内弧侧凸台、柱状背弧侧凸台，内弧侧凸台、背弧侧凸台上部为椭圆形横截面的柱体，两个柱体同轴心并且沿该轴心对称，椭圆形横截面的长轴f满足关系式：15mm≤f≤25mm，短轴t满足关系式：5mm≤t≤9mm；内弧侧凸台、背弧侧凸台柱体顶部形成工作平面，两个工作平面相互平行。该结构可用于工业汽轮机低压级叶片中，具有自减振特性，降低叶片的动应力，保证叶片长期安全可靠运行，该申请主要针对凸台进行了改进，从而使叶片具有自减振特性，降低叶片的动应力。
但是在工业汽轮机领域，叶片的开发设计对汽轮机的发展具有极大的制约力，因此亟需开发一种具有更大的排气面积，能够显著提供工业汽轮机的发电功率，使得长叶片的强度和振动特性都达到较好的水平的大负荷透平末级动叶片。
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工业汽轮机末级带阻尼凸台动叶片，该叶片能够较好的解决长叶片强度与振动的问题，具有较高的气动效率。
本发明所公开了大负荷透平末级动叶片，所述的叶片包括：叶型工作部分、叶根榫齿部分、围带部分和阻尼凸台部分；所述的叶型工作部分的型线为变截面扭叶片，且叶型工作部分从根部到顶部截面面积逐渐减小。
所述的叶型工作部分高度为804mm，叶型工作部分的根部轴向宽度为230.65mm，叶型工作部分的根部直径为1344mm，叶型工作部分的排气面积为5.42m2。
所述的叶型工作部分轴向宽度从根部到顶部变化范围为230.65mm-85.18mm，安装角变化范围为78.94°-27.07°，型线最大厚度变化范围为24.68mm-10.25mm，进口角变化范围为58.03°-138.28°，出口角变化范围为33.92°-21.81°。
所述的叶根榫齿部分轴向宽度为300mm，齿数为3齿，总高度为79.80mm。
所述的围带部分厚度为14mm，围带部分的工作面之间轴向距离为145.92mm。
所述的阻尼凸台部分工作面之间轴向距离为111.41mm。
进一步的，在一些优选的实施方案中，所述的叶型工作部分1由根部到顶部的截面相对叶高为0、0.0909、0.1818、0.2727、0.3636、0.4545、0.5455、0.6364、0.7273、0.8182、0.9091、0.995处，所对应的叶型工作部分的轴向宽度分别为230.65mm、219.51mm、207.2mm、193.63mm、178.85mm、163.55mm、149.02mm、135.24mm、121.39mm、107.94mm、95.72mm、85.18mm，所对应的弦长分别为235.04mm、229.25mm、224.08mm、219.3mm、214.51mm、209.77mm、205.7mm、201.86mm、197.45mm、193mm、189.14mm、185.68mm，所对应的安装角分别为78.94°、73.25°、67.57°、61.91°、56.37°、51.07°、46.24°、41.86°、37.71°、33.77°、30.17°、27.07°，所对应的型线最大厚度分别为24.68mm、23.19mm、22.18mm、21.86mm、21.08mm、19.45mm、17.65mm、15.92mm、14.78mm、13.94mm、12.44mm、10.25mm，所对应的进口角分别为58.03°、56.25°、56.25°、60.28°、67.52°、76.56°、93.49°、97.5°、111.03°、125.07°、134.1°、138.28°，所对应的出口角分别为33.92°、32.5°、31.54°、29.9°、28.88°、29.07°、28.64°、25.88°、24.62°、24.35°、23.64°、21.81°。
在一些优选实施方案中，所述的围带部分的工作面与叶片旋转轴夹角为44.89°。
在另一些优选实施方案中，所述的阻尼凸台位于叶型的1/2至2/3截面位置。
所述的阻尼凸台的端面为椭圆形，长轴为34.85mm，短轴为24.47mm，阻尼凸台部分的工作面与叶片旋转轴的夹角为88.52°。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一个长的工业汽轮机末级动叶片，具有更大的排气面积，显著提供工业汽轮机的发电功率，并且本发明采用了气动、结构与强度的综合优化，使得长叶片的强度和振动特性都达到较好的水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1中公开的叶片三维模型图；
图2是本发明实施例1中公开的叶片正视图；
图3是本发明实施例1中公开的图2的A-A截面视图；
图4是本发明实施例1中公开的图2的B向俯视图；
图5是本发明实施例1中公开的叶型截面参数示意图；
图6是本发明实施例1中公开的图5的前缘局部放大图；
图7是本发明实施例1中公开的图5的尾缘局部放大图；
图8本发明实施例1中公开的各截面叶型积叠视图；
图9本发明实施例1中公开的叶片成组视图；
图10本发明实施例1中公开的围带工作面与叶片旋转轴夹角视图；
图11本发明实施例1中公开的阻尼台尺寸视图；
图12本发明实例1中公开的叶根尺寸视图
附图标记
1-叶型工作部分；2-叶根榫齿部分；3-围带部分；4-阻尼凸台部分；
L-叶型工作部分高度；H-围带厚度；A-叶根高度；B-根部轴向宽度；α-围带工作面与叶片旋转轴夹角；β-凸台工作面与叶片旋转轴夹角；M-弦长；N-线型的最大厚度；γ-安装角；η1-进口角；η2-出口角；D-叶型工作部分1的根部直径。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-12所示，本实施例公开了一种大负荷透平末级动叶片，所述的叶片包括：叶型工作部分1、叶根榫齿部分2、围带部分3和阻尼凸台部分4；所述的叶型工作部分1的型线为变截面扭叶片，且叶型工作部分1从根部到顶部截面面积逐渐减小。
如图2所示，所述的叶型工作部分1的高度为804mm，叶型工作部分1的根部轴向宽度为M-M230.65mm，叶型工作部分1的根部直径D为1344mm，叶型工作部分1的排气面积为5.42m2，排气面积的计算公式为：π*((L+0.5*D)^2-0.25*D^2)。
如图5-7所示，所述的叶型工作部分1轴向宽度从根部到顶部变化范围为230.65mm-85.18mm，安装角γ变化范围为78.94°-27.07°，型线最大厚度N变化范围为24.68mm-10.25mm，进口角η1变化范围为58.03°-138.28°，出口角η2变化范围为33.92°-21.81°。
如图12所示，所述的叶根榫齿部分2轴向宽度A为300mm，齿数为3齿，总高度B为79.80mm。
所述的围带部分3厚度为14mm，围带部分3的工作面之间轴向距离为145.92mm。
所述的阻尼凸台部分4工作面之间轴向距离为111.41mm。
进一步的，在一些优选的实施方案中，所述的叶型工作部分1由根部到顶部的截面相对叶高为0、0.0909、0.1818、0.2727、0.3636、0.4545、0.5455、0.6364、0.7273、0.8182、0.9091、0.995处，所对应的叶型工作部分1的轴向宽度分别为230.65mm、219.51mm、207.2mm、193.63mm、178.85mm、163.55mm、149.02mm、135.24mm、121.39mm、107.94mm、95.72mm、85.18mm，所对应的弦长M分别为235.04mm、229.25mm、224.08mm、219.3mm、214.51mm、209.77mm、205.7mm、201.86mm、197.45mm、193mm、189.14mm、185.68mm，所对应的安装角γ分别为78.94°、73.25°、67.57°、61.91°、56.37°、51.07°、46.24°、41.86°、37.71°、33.77°、30.17°、27.07°，所对应的型线最大厚度N分别为24.68mm、23.19mm、22.18mm、21.86mm、21.08mm、19.45mm、17.65mm、15.92mm、14.78mm、13.94mm、12.44mm、10.25mm，所对应的进口角η1分别为58.03°、56.25°、56.25°、60.28°、67.52°、76.56°、93.49°、97.5°、111.03°、125.07°、134.1°、138.28°，所对应的出口角η2分别为33.92°、32.5°、31.54°、29.9°、28.88°、29.07°、28.64°、25.88°、24.62°、24.35°、23.64°、21.81°。
如图10所示，在一些优选实施方案中，所述的围带部分3的工作面与叶片旋转轴夹角为44.89°。
在另一些优选实施方案中，所述的阻尼凸台部分4位于叶型工作部分1的1/2至2/3截面位置。
如图11所示，所述的阻尼凸台4的端面为椭圆形，长轴为34.85mm，短轴为24.47mm，阻尼凸台部分4的工作面与叶片旋转轴的夹角为88.52°。
在工作过程中，将叶片安装在转子轮盘上，沿着榫齿面的延伸方向将叶片的榫头推入转子轮盘对应的榫齿槽内。
叶片的围带和阻尼凸台安装时为互锁结构，装配时为松装配，当叶片旋转起来工作时，在离心力和气动力的作用下叶型扭转发生变形，围带之间，阻尼凸台之间发生接触贴合，形成整圈连接特性。
其中，所述的松装配即相邻围带、阻尼凸台之间的配合面在装配时不接触，有微小间隙。
如图8-9所示，本发明的一种工业汽轮机末级带阻尼台动叶片具体叶型参数如下表：
Figure GDA0003690406710000061

Claims (5)

1.一种大负荷透平末级动叶片，其特征在于：所述的叶片包括：叶型工作部分(1)、叶根榫齿部分(2)、围带部分(3)和阻尼凸台部分(4)；所述的叶型工作部分(1)的型线为变截面扭叶片，且叶型工作部分从根部到顶部截面面积逐渐减小；所述的叶型工作部分(1)高度为804mm，叶型工作部分(1)的根部轴向宽度为230.65mm，叶型工作部分(1)的根部直径为1344mm，叶型工作部分(1)的排气面积为5.42m2；
所述的叶型工作部分(1)由根部到顶部的截面相对叶高为0、0.0909、0.1818、0.2727、0.3636、0.4545、0.5455、0.6364、0.7273、0.8182、0.9091、0.995处，所对应的叶型工作部分(1)的轴向宽度分别为230.65mm、219.51mm、207.2mm、193.63mm、178.85mm、163.55mm、149.02mm、135.24mm、121.39mm、107.94mm、95.72mm、85.18mm，所对应的弦长M分别为235.04mm、229.25mm、224.08mm、219.3mm、214.51mm、209.77mm、205.7mm、201.86mm、197.45mm、193mm、189.14mm、185.68mm，所对应的安装角γ分别为78.94°、73.25°、67.57°、61.91°、56.37°、51.07°、46.24°、41.86°、37.71°、33.77°、30.17°、27.07°，所对应的型线最大厚度N分别为24.68mm、23.19mm、22.18mm、21.86mm、21.08mm、19.45mm、17.65mm、15.92mm、14.78mm、13.94mm、12.44mm、10.25mm，所对应的进口角η1分别为58.03°、56.25°、56.25°、60.28°、67.52°、76.56°、93.49°、97.5°、111.03°、125.07°、134.1°、138.28°，所对应的出口角η2分别为33.92°、32.5°、31.54°、29.9°、28.88°、29.07°、28.64°、25.88°、24.62°、24.35°、23.64°、21.81°。
2.根据权利要求1所述的大负荷透平末级动叶片，其特征在于：所述的叶根榫齿部分(2)轴向宽度为300mm，齿数为3齿，总高度为79.80mm。
3.根据权利要求1所述的大负荷透平末级动叶片，其特征在于：所述的围带部分(3)厚度为14mm，围带部分(3)的工作面之间轴向距离为145.92mm；所述的阻尼凸台部分(4)工作面之间轴向距离为111.41mm。
4.根据权利要求1所述的大负荷透平末级动叶片，其特征在于：所述的围带部分(3)的工作面与叶片旋转轴夹角为44.89°。
5.根据权利要求1所述的大负荷透平末级动叶片，其特征在于：所述的阻尼凸台部分(4)的端面为椭圆形，长轴为34.85mm，短轴为24.47mm，阻尼凸台部分(4)的工作面与叶片旋转轴的夹角为88.52°。
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