專利名稱：汽輪機(jī)動(dòng)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火力發(fā)電設(shè)備用的汽輪機(jī)動(dòng)葉片。
背景技術(shù)：
眾所周知，為了實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的大容量化，增大最末級(jí)動(dòng)葉片的環(huán)狀面積是必不可少的。
在

圖1和圖2中，分別表示60Hz、50Hz串級(jí)式汽輪機(jī)中，最末級(jí)動(dòng)葉片的每一氣流的環(huán)狀面積與能夠適用的輸出范圍的關(guān)系。在圖3中，表示在60Hz混合循環(huán)式單機(jī)室汽輪機(jī)中的最末級(jí)動(dòng)葉片的每一氣流的環(huán)形面積與可適宜的輸出范圍之間的關(guān)系。在這些圖中，直線A表示能夠適用的輸出上限，B表示能夠適用的輸出下限。從這些圖中可以看出，隨著每一種單機(jī)輸出的增加，最末級(jí)動(dòng)葉片所需的環(huán)狀面積也增加。在公知的最末級(jí)動(dòng)葉片中的最大環(huán)狀面積，在60Hz汽輪機(jī)中，如圖1所示，為8.7m2左右，對(duì)于50Hzq汽輪機(jī)，如圖2所示，為14.6m2左右?？蛇m合的最大輸出功率在60Hz串級(jí)式汽輪機(jī)中，約為1000MW，在50Hz的串級(jí)式汽輪機(jī)中約為900MW，此外，在用于60Hz混合循環(huán)式時(shí)，約90MW成為上限。當(dāng)這些輸出功率超過上限時(shí)，汽輪機(jī)的排氣流速增大，相應(yīng)地，排氣損失增大。
但是，1200MW級(jí)60Hz串級(jí)式汽輪機(jī)以及用于400MW級(jí)60Hz單流混合循環(huán)的(汽輪機(jī)輸出130MW級(jí))汽輪機(jī)的最末級(jí)的動(dòng)葉片如圖1及圖3所示，要求9.6m2以上的環(huán)狀面積，在1000MW級(jí)50Hz串級(jí)式汽輪機(jī)的最末級(jí)動(dòng)葉片，如圖2所示，要求15.4m2以上的環(huán)狀面積，但由于在現(xiàn)有技術(shù)中不存在滿足這些要求的最末級(jí)動(dòng)葉片，所以，目前的現(xiàn)狀是不能實(shí)現(xiàn)上述大容量的汽輪機(jī)。
此外，近年來，鈦合金不僅成為航空器的結(jié)構(gòu)材料，而且作為建筑材料、運(yùn)動(dòng)器械、眼鏡架等的原材料被廣泛應(yīng)用，所以原材料的需要/供應(yīng)比正在增加，但從原材料的穩(wěn)定性及成本的角度出發(fā)，到目前為止還是12Cr鋼等鋼材更占優(yōu)勢(shì)。鋼材，從使用過程中所取得的實(shí)際成績(jī)來看，其可靠性也勝過鈦合金，在制造輸出功率為600MW的低壓?jiǎn)螜C(jī)室汽輪機(jī)時(shí)，作為最末級(jí)動(dòng)葉片的環(huán)狀面積，必須至少超過11.5m2的面積，在公知技術(shù)中，不能實(shí)現(xiàn)滿足這一要求的最末級(jí)動(dòng)葉片。因此，目前的現(xiàn)狀是，不能實(shí)現(xiàn)高性能的600MW即串級(jí)式低壓?jiǎn)螜C(jī)室汽輪機(jī)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，不能實(shí)現(xiàn)適合于前述汽輪機(jī)的最末級(jí)動(dòng)葉片的原因，是由于受到離心應(yīng)力與動(dòng)葉片的振動(dòng)應(yīng)力的兩種制約。即，為了加大最末級(jí)動(dòng)葉片的環(huán)狀面積，必須加長(zhǎng)動(dòng)葉片的葉片長(zhǎng)度或加大葉片根部的直徑，因此，加在動(dòng)葉片的有效部及嵌入部以及葉輪的孔徑上的離心力變大，相應(yīng)地，各部分的應(yīng)力增高，存在超過材料強(qiáng)度的極限值的問題。
此外，為了增大環(huán)狀面積而加長(zhǎng)最末級(jí)動(dòng)葉片的葉片長(zhǎng)度時(shí)，存在動(dòng)葉片振動(dòng)的問題。即，汽輪機(jī)動(dòng)葉片因葉輪旋轉(zhuǎn)及蒸汽流而產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)動(dòng)葉片的葉片越長(zhǎng)以及蒸汽量越大時(shí)，與因振動(dòng)引起的應(yīng)力等效的該振動(dòng)的振幅越大，所以，為了實(shí)現(xiàn)大容量的最末級(jí)動(dòng)葉片，降低振動(dòng)的技術(shù)非常重要。
這樣，在目前的汽輪機(jī)中，為了滿足單機(jī)容量的大容量化及緊湊化的要求，對(duì)于公知的最末級(jí)動(dòng)葉片，需要具有更大環(huán)狀面積的最末級(jí)動(dòng)葉片，但在現(xiàn)有技術(shù)中，由于受到離心應(yīng)力或振動(dòng)應(yīng)力的制約，目前的現(xiàn)狀還不能提供與此相適應(yīng)的最末級(jí)動(dòng)葉片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，對(duì)于60Hz用汽輪機(jī)最末級(jí)動(dòng)葉片提供具有超過每一氣流9.6m2的環(huán)狀面積的最末級(jí)動(dòng)葉片，或者對(duì)于50Hz用汽輪機(jī)最末級(jí)動(dòng)葉片提供具有超過每一氣流15.4m2的環(huán)狀面積的最末級(jí)動(dòng)葉片，或者對(duì)于50Hz用汽輪最末級(jí)葉片提供具有超過每一氣流11.5m2的環(huán)狀面積的鋼制最末級(jí)動(dòng)葉片。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的是提供即使由于對(duì)最末級(jí)動(dòng)葉片增大其葉片長(zhǎng)度、增大葉片根部直徑，而在葉片有效部、嵌入部、葉輪中心孔處產(chǎn)生較大的離心應(yīng)力，也不會(huì)超過材料的允許值的形狀。并且，同時(shí)，本發(fā)明的另一目的為，提供對(duì)于汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的振動(dòng)具有優(yōu)異的減振特性的汽輪機(jī)葉動(dòng)片。
本發(fā)明的第1解決方法，提供一種汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其額定運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)頻率f，在50Hz或60Hz的低壓汽輪機(jī)級(jí)中，其特征為當(dāng)動(dòng)葉片的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)英寸、動(dòng)葉片根部直徑為D英寸時(shí)，在具有(L+3×D)×f≥14500或L×(L+D)×f2≥1.55×107的關(guān)系的情況下，由鈦合金形成該動(dòng)葉片，同時(shí)，在與葉輪的結(jié)合部設(shè)有圓弧嚙合三角(カ-ブドエントリクリスマス)形的嵌入部，以葉片前端部的葉片截面的汽輪機(jī)軸方向?qū)挾萕和葉片間距P的比P/w，滿足3.5≤P/W≤7.0的關(guān)系，或者葉片前端部中的葉片截面的塞繩長(zhǎng)度(コ-ドナガサ)C和在該截面位置中的葉片間距P的比P/C滿足0.8≤P/C≤1.0的關(guān)系的方式形成，并且，該級(jí)的所有相鄰葉片彼此可動(dòng)地連接起來。
本發(fā)明的第2解決方法，如本發(fā)明第1解決方法中所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為在L×f≥2400的范圍中，其構(gòu)成材料由α+β型鈦合金形成。
本發(fā)明的第3解決方法，如本發(fā)明第1解決方法中所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為在L×f≥2700范圍中，其構(gòu)成材料由nearβ型鈦合金形成。
本發(fā)明的第4解決方法，提供一種汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其額定運(yùn)轉(zhuǎn)的頻率f，在50Hz或60Hz的低壓汽輪機(jī)級(jí)中，其特征為當(dāng)動(dòng)葉片的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)英寸、動(dòng)葉片根部的直徑為D英寸時(shí)，在具有14.5×104≥(L+3×D)×f≥1.3×104的關(guān)系的情況下，其動(dòng)葉片由Cr含量為10～18％的馬氏體不銹鋼形成，同時(shí)，在與葉輪的結(jié)合部中設(shè)有圓弧嚙合三角形的嵌入部，以葉片前端部的葉片截面的汽輪機(jī)軸方向?qū)挾萕和葉片間距P的比P/W，滿足3.5≤P/W≤7.0的關(guān)系，或者葉片前端部的葉片截面的塞繩長(zhǎng)度C和在該截面位置上的葉片間距P的比P/C滿足0.8≤P/C≤1.0的關(guān)系的方式形成，并且，將該級(jí)的所有相鄰葉片彼此可動(dòng)地連接起來。
進(jìn)而，本發(fā)明的第5解決方法，如本發(fā)明第1～4中任一的解決方法中所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為與動(dòng)葉片的蒸汽通路部分、嵌入部、及相鄰葉片結(jié)合的結(jié)合部的任何一個(gè)上都沒有貫通孔，利用與動(dòng)葉片成一體地切削出的減振蓋，將動(dòng)葉片的前端與相鄰葉片可動(dòng)地連接起來。
本發(fā)明的第6解決方法，如本發(fā)明第5解決方法中所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為通過與動(dòng)葉片成一體的切削出的突出部和套筒，將葉片有效部的中間部與相鄰葉片可動(dòng)地連接起來。
并且，本發(fā)明的第7解決方法，如本發(fā)明第1～4中任一的解決方法中所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為圓弧嚙合三角形嵌入部的形狀成為與葉輪軸向相對(duì)的圓弧狀，該圓弧半徑R和嵌入部的寬度Wr的關(guān)系滿足0.8＜R/Wr＜1.2的關(guān)系。
本發(fā)明的第8解決方法，如本發(fā)明第7解決方法中所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為通過與動(dòng)葉片成一體的切削出來的突出部和套筒，將葉片有效部的中間部與相鄰葉片可動(dòng)地連接起來。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是表示60Hz串級(jí)式汽輪機(jī)中的最末級(jí)動(dòng)葉片的每一氣流的環(huán)形面積和可適用的輸出功率范圍的圖示。
圖2是表示50Hz串級(jí)式汽輪機(jī)中的最末級(jí)動(dòng)葉片的每一氣流的環(huán)形面積和可適用輸出功率范圍的圖示。
圖3是表示用于60Hz混合循環(huán)式的單機(jī)室汽輪機(jī)中的最末級(jí)動(dòng)葉片的每一氣流的環(huán)形面積和可適用的輸出功率范圍的圖示。
圖4(a)是本發(fā)明的汽輪機(jī)動(dòng)葉片的立體圖，(b)是其正視圖。
圖5是表示葉片材料及其結(jié)構(gòu)的適用范圍的圖示。
圖6葉片前端附近的葉片形狀的圖示。
圖7是將葉片列展開并從葉輪半徑方向觀察的圖示。
圖8是葉片根部形狀的一個(gè)例子的圖示。
圖9是根據(jù)嵌入半徑的葉輪嵌入部的應(yīng)力變化的圖示。
圖10是表示采用本發(fā)明的汽輪機(jī)動(dòng)葉片的60Hz/1200MW的汽輪機(jī)的圖示。
圖11是表示采用本發(fā)明的汽輪機(jī)動(dòng)葉片的50Hz/1000MW或50Hz/600MW的汽輪機(jī)的圖示。
圖12是表示采用本發(fā)明的汽輪機(jī)動(dòng)葉片的60Hz/400MW混合循環(huán)式設(shè)備的一個(gè)例子的圖示。
符號(hào)的說明1、動(dòng)葉片2、嵌入部3、葉輪4、減振蓋5、突出部6、套筒實(shí)施方式圖4是表示本發(fā)明中的最末級(jí)動(dòng)葉片的大致結(jié)構(gòu)的圖示，(a)是立體圖、(b)是正視圖。上述動(dòng)葉片1的嵌入部2具有與葉輪3的軸向相對(duì)的圓弧狀的嚙合三角形的形狀，其嵌入部2配合固定到設(shè)置在葉輪3上的槽中。動(dòng)葉片1的前端與減振蓋4成一體地設(shè)置，該減振蓋4的端部與相鄰的動(dòng)葉片1的減振蓋4接觸，而被可動(dòng)地連接起來。并且，在各動(dòng)葉片1的葉片有效部的中間部上，在其兩個(gè)面上突出設(shè)置有突出部5，通過套筒6將相互鄰接的動(dòng)葉片1的突出部5連接起來，則相鄰的葉片被可動(dòng)地連接起來。
汽輪機(jī)中的環(huán)狀面積A，是從汽輪機(jī)的軸向觀察的蒸汽通路部的全周的面積，若采用圖4(b)中所示的標(biāo)記，則A＝π×L×(L+D)。這里，L為葉片有效部的長(zhǎng)度，D為動(dòng)葉片安裝到葉輪上時(shí)的葉片根部的直徑。為了增大環(huán)狀面積A，只能增大葉片長(zhǎng)度L，根部直徑D中的任何一方或兩者均增大。
可是，當(dāng)葉片長(zhǎng)度L或根部直徑D增大時(shí)，作用在動(dòng)葉片和葉輪上的離心力增大。更具體地說，葉片的應(yīng)力大致與L×(L+D)和旋轉(zhuǎn)頻率f的平方大致成比例，葉輪的孔徑應(yīng)力大致與L+3×D和f大致成比例。
動(dòng)葉片的應(yīng)力或葉輪的孔徑應(yīng)力必須在材料的強(qiáng)度以下，如圖5所示，葉片材料和結(jié)構(gòu)適用范圍受到限制。即，圖中的A，是在采用鋼作為葉片材料的情況下，葉片有效部或嵌入部的應(yīng)力不超過材料強(qiáng)度的臨界線，其以下式表示。
L×(L+D)×f2＝1.55×107(1)并且，圖中的B，是在采用鋼作為葉片材料的葉片嵌入部為圓弧嚙合三角形的情況下，葉輪的孔徑應(yīng)力不超過材料強(qiáng)度的臨界線，其以下式表示。
(L+3×D)×f＝1.45×104(2)進(jìn)而，圖中的C，是在采用鋼作為葉片材料的葉片嵌入部為叉形的情況下葉輪的孔徑應(yīng)力不超過材料強(qiáng)度的臨界線，其以下式表示。
(L+3×D)×f＝1.3×104(3)在圖5中，由區(qū)域III、IV和V表示的L×(L+D)×f2≥1.55×107或者(L+3×D)×f≥1.45×104(4)的區(qū)域中，有必要由鈦合金形成汽輪機(jī)動(dòng)葉片，并且通過使嵌入部成圓弧嚙合三角形，以減輕葉片重量，并減輕葉片和葉輪的離心力。若采用圓弧嚙合三角形嵌入部形狀，則使嵌入部的形狀與有效部的根部截面相符并且向葉輪軸方向彎曲，與葉輪側(cè)槽的嵌合部成勾掛嚙合的形狀。由于圓弧嚙合三角形可以使嵌入部的容積較小，所以除了使葉片重量減輕之外，可以使葉輪的中間部大大的變薄，因此可以降低葉輪孔徑部的應(yīng)力。
并且，在由圖5中的區(qū)域II表示的1.45×104≥(L+3×D)×f≥1.30×104(5)且L×(L+D)×f2≤1.55×107(6)的區(qū)域中，有必要通過使由鋼材形成的汽輪機(jī)動(dòng)葉片的嵌入部形成圓弧嚙合三角形，以減輕葉片的重量、減小葉輪的離心力。
并且，在作為本發(fā)明對(duì)象的葉片，為葉片有效長(zhǎng)度大的葉片的情況下，為了減輕振動(dòng)應(yīng)力，將該級(jí)的所有葉片彼此相鄰的連接起來是有效的。在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，通過可動(dòng)地連接相鄰的葉片，利用在連接部的摩擦造成的抗振效果，可以充分降低振動(dòng)應(yīng)力。
特別地，在減振接觸面中，為了提高其摩擦性能并使其耐磨，進(jìn)行炭化鎢鍍覆效果顯著。因此，可以充分發(fā)揮消減具有產(chǎn)生大的振動(dòng)應(yīng)力的可能性的低頻一級(jí)振動(dòng)的全部一組特性。
并且，作為用于相鄰葉片相互連接的結(jié)構(gòu)均不采用貫穿葉片的孔結(jié)構(gòu)，通過使嵌入部也采用三角(クリスマス)形嵌入部，可以提供完全沒有銷釘孔等貫通孔的可靠性高的動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)。
圓弧嚙合三角形嵌入部形狀與全部一組連接結(jié)構(gòu)組合的效果如下由于連接結(jié)構(gòu)是可動(dòng)的，所以葉片的變形不會(huì)受到牢固的約束，進(jìn)而，由于嵌入部不是被完全固定在葉輪上，所以葉片相對(duì)于離心力成獨(dú)立的狀態(tài)，具有不產(chǎn)生過大的彎曲應(yīng)力的良好效果。
上面所述從葉片強(qiáng)度的方面來講是重要的條件，將過去設(shè)計(jì)的葉片按照要求的葉片長(zhǎng)度而擴(kuò)大的葉片，滿足上述要求，但是，在單純擴(kuò)大的葉片中，葉片前端的間距相對(duì)變大，在前端附近不能形成正常的氣流。
圖6表示葉片前端附近的葉片形狀。蒸汽流量依賴于蒸汽流路面積，且葉片的各截面的流路面積由圖6中標(biāo)記的葉片狹縫寬度T和葉片間距P的比T/P來確定，當(dāng)葉片的重疊量為1、葉片的塞繩長(zhǎng)度為C、葉片的后邊緣端角為β時(shí)，形成狹縫的重要條件為數(shù)學(xué)式1 即P/C≤1/1-(T/P)2------(8)]]>由于T/P＝0.1～0.3左右，所以(8)式的右邊為1.01～1.05，在性能方面，有必要使P/C≤1.0。并且，這時(shí)，前端部的葉片軸向?qū)挾萕為數(shù)學(xué)式2W≌C×sinβ≌C×T/P (9)在此，進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)測(cè)定。如上所述，在通常的設(shè)計(jì)中，由于P/T為0.1～0.3，若狹縫寬度T一定則可由P/C≤1.0大致解決葉片的塞繩長(zhǎng)度C。
另一方面，當(dāng)在(9)式中代入T/P＝0.1～0.3時(shí)，可知葉片軸向?qū)挾萕為葉片塞繩長(zhǎng)度C的0.1～0.3倍。因而，若假設(shè)狹縫寬度T為1.0，則葉片的軸向?qū)挾萕大致為0.9～1.0，P/W為從3.2到10.8左右。實(shí)際上，若考慮最有效率的葉片形狀(P/C)和間距/狹縫寬度的比(P/T)，則P/W優(yōu)選為從3.5到7.0。
通過滿足上述(8)式或(9)式，可以達(dá)到葉片的性能，但是，在本發(fā)明中，由于具有圓弧嚙合三角形的嵌入部，所以在葉片組裝上存在限制。即，在沿著彎曲的葉輪嵌入部插入葉片時(shí)，葉片的蒸汽通路部截面需要在相鄰葉片之間不會(huì)相互干擾。
圖7是葉片列展開、并從葉輪半徑方向觀察的狀態(tài)，R表示嵌入槽的彎曲半徑。為了沿該半徑R插入葉片，有必要使以與R相同的點(diǎn)為中心的葉片前邊緣側(cè)半徑Ro和葉片后邊緣側(cè)半徑Ri，不與前后相鄰的葉片干擾。是否產(chǎn)生干擾，可以由同一圖中所示的葉片間距P、葉片截面塞繩長(zhǎng)度C、和組裝后的葉片前邊緣端部/葉片后邊緣端部與嵌入彎曲中心軸的x方向/y方向距離的函數(shù)表示出來，而對(duì)于葉片前端部，P/C≥0.8為葉片組裝的條件。
因而，在葉片前端部中，0.8≤P/C≤1.0的關(guān)系成立，是作為可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的汽輪機(jī)動(dòng)葉片的條件。
對(duì)于在如前面所述的高應(yīng)力場(chǎng)中使用的葉片，其材料也是重要的因素。通過使用作為鈦合金被最廣泛地使用的Ti-6Al-4V合金等的α+β型鈦合金作為汽輪機(jī)材料，可以提供L×f≥2400的范圍內(nèi)的汽輪機(jī)動(dòng)葉片。
相對(duì)而言，Ti-10V-2Fe-3Al合金和Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(Ti-17)等的nearβ型鈦合金，由于相對(duì)于α+β型合金具有1.2倍以上的高強(qiáng)度，所以可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的汽輪機(jī)動(dòng)葉片。nearβ型鈦合金位于α+β型和β型的中間，具有強(qiáng)度密度比高、熱鍛時(shí)抗變形力小的特點(diǎn)。
另一方面，對(duì)于采用鋼材的情況下的本發(fā)明的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，需要承受由于伴隨高速旋轉(zhuǎn)在葉片上負(fù)荷的離心力造成的應(yīng)力、和由于加在葉片上的氣流而造成的葉片本身的振動(dòng)而造成的應(yīng)力。因此，葉片材料必須同時(shí)具有承受這些應(yīng)力的拉伸強(qiáng)度和高循環(huán)疲勞強(qiáng)度。因而，葉片材料最好選用具有馬氏體組織的材料。此外，作為為了在高強(qiáng)度和高溫環(huán)境下的耐氧性高所必需的元素Cr的含量，與C、Mo、Ni等其它元素含量的關(guān)系優(yōu)選為10％到18％。
因此，作為馬氏體不銹鋼的一個(gè)實(shí)施例，表示出了使用具有以下組成(質(zhì)量％)的M152或GTD450的情況。
表1

任何承受力都具有超過80kg/mm2的充分的材料強(qiáng)度，同時(shí)，具有足夠的韌性、沖擊值。
圖8是表示葉片根部形狀的一部分的圖示，在嵌入寬度Wr、根部間距Pr一定的條件下，前邊緣端部/后邊緣端部的相鄰葉片間的距離Y比在葉片中央部的相鄰的間隔距離(Pr-d)小，容易想象，其傾向是顯著地減小嵌入半徑R。
并且，與此相反，背腹最大距離G有隨著嵌入半徑R變大而變小的傾向，為了確保背腹最大距離G不變而增大嵌入半徑R，有必要增大嵌入尺寸d，在這種情況下，前邊緣端部/后邊緣端部的相鄰葉片之間的距離Y隨嵌入半徑R變大而減小。
嵌入尺寸d是與葉片根部的最大厚度有關(guān)的尺寸，由于是對(duì)增大與根部應(yīng)力有關(guān)的截面系數(shù)有用的尺寸，所以有必要具有對(duì)應(yīng)于葉片尺寸的一定程度以上的寬度。并且，背腹最大距離G有賴于從葉片中央部至后邊緣端部的蒸汽流出角度，從葉片性能方面考慮，有必要具有一定寬度。
由于葉輪嵌入部的應(yīng)力與相鄰葉片間的距離大致成反比，所以為了使葉輪嵌入部的應(yīng)力最佳化，在d≥dmin、G≥Gmin(dmin、Gmin有賴于葉片截面形狀的一定值)的制約條件下，求出1/(Pr-d)或1/Y最小時(shí)的嵌入尺寸d、背腹最大距離G、及嵌入半徑R也可。
圖9中是表示由于嵌入半徑R的變化，而造成的1/(Pr-d)和1/Y的最小值(相對(duì)值)的變化傾向的一個(gè)例子。1/(Pr-d)和1/Y的最小值在R變小時(shí)都受到d≥dmin的制約條件的限制，在R變大時(shí)都受到G≥Gmin的制約條件的限制。1/Y的最小值在R＜0.8Wr的范圍內(nèi)由于R變小而急劇增加，并且，1/(Pr-d)和1/Y的最小值在R＞W(wǎng)r的范圍內(nèi)均隨著R的增大而增加。因此，在本發(fā)明中，1/Y的最小值不會(huì)急劇增加的范圍，是嵌入半徑R在0.8Wr～1.2Wr范圍內(nèi)。
即，通過滿足0.8＜R/Wr＜1.2 (10)可提供葉輪嵌入部的離心應(yīng)力最小化的最末級(jí)葉片。
并且，圖10是根據(jù)本發(fā)明的葉片應(yīng)用于低壓最末級(jí)的60Hz/1200MW的汽輪機(jī)的例子。由于最末級(jí)的環(huán)狀面積比現(xiàn)有技術(shù)中的更大，所以現(xiàn)有的三機(jī)室的低壓機(jī)室可以由兩機(jī)室構(gòu)成，可以在制造性能更好的汽輪機(jī)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)大幅度的緊湊化。
圖11是將根據(jù)本發(fā)明的葉片用于低壓最末級(jí)的50Hz/1000MW的汽輪機(jī)、或者50Hz/600MW汽輪機(jī)的例子。由于在這種情況下最末級(jí)的環(huán)狀面積也比現(xiàn)有技術(shù)的更大，所以現(xiàn)有的兩機(jī)室的低壓機(jī)可以由一機(jī)室構(gòu)成，可以在制造性能更好的汽輪機(jī)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)大幅度的緊湊化。
進(jìn)而，圖12是根據(jù)本發(fā)明的葉片用于低壓最末級(jí)的60Hz/400MW混合循環(huán)式設(shè)備的例子，由于最終極的環(huán)狀面積比現(xiàn)有技術(shù)的更大，在現(xiàn)有技術(shù)中，必須采用雙流的低壓機(jī)室可以由單流構(gòu)成。
發(fā)明效果本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)，所以對(duì)于60Hz用的汽輪機(jī)最末級(jí)葉片，可以提供具有超過每一氣流9.6m2的環(huán)狀面積的最末級(jí)動(dòng)葉片，并且，對(duì)于50Hz用汽輪機(jī)最末級(jí)葉片，可以提供具有超過每一氣流15.4m2環(huán)形面積的最末級(jí)動(dòng)葉片。并且，對(duì)于50Hz用汽輪機(jī)最末級(jí)葉片，可以提供具有超過每一氣流11.5m2的環(huán)形面積的鋼制最末級(jí)動(dòng)葉片。并且，充分降低了產(chǎn)生于動(dòng)葉片的有效部、嵌入部、葉輪中心孔上的離心應(yīng)力，且對(duì)于在汽輪機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)可具有良好的減弱特性，提供可靠性高的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，同時(shí)，在葉片組裝時(shí)，葉片蒸汽通路截面不會(huì)在相鄰葉片間相互干擾。
進(jìn)而，通過使用上述本發(fā)明的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，在實(shí)現(xiàn)60Hz/120MW級(jí)串級(jí)式低壓兩機(jī)室汽輪機(jī)或50Hz/1000MW級(jí)和50Hz/600MW級(jí)串級(jí)式低壓?jiǎn)螜C(jī)室汽輪機(jī)或60Hz/400MW級(jí)混合循環(huán)式設(shè)備的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)大幅度的緊湊化。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其額定運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)頻率f，在50Hz或60Hz的低壓汽輪機(jī)級(jí)中，其特征為當(dāng)動(dòng)葉片的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)英寸、動(dòng)葉片根部直徑為D英寸時(shí)，在具有(L+3×D)×f≥14500或L×(L+D)×f2≥1.55×107的關(guān)系的情況下，由鈦合金形成該動(dòng)葉片，同時(shí)，在與葉輪的結(jié)合部中設(shè)有圓弧嚙合三角形的嵌入部，以葉片前端部的葉片截面的汽輪機(jī)軸方向?qū)挾萕和葉片間距P的比P/W，滿足3.5≤P/W≤7.0的關(guān)系，或者葉片前端部中的葉片截面的塞繩長(zhǎng)度C和在該截面位置中的葉片間距P的比P/C，以滿足0.8≤P/C≤1.0的關(guān)系的方式形成，并且，該級(jí)的所有相鄰葉片彼此可動(dòng)地連接起來。
2.如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為在L×f≥2400的范圍中，其結(jié)構(gòu)材料由α+β型鈦合金形成。
3.如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為在L×f≥2700范圍中，其結(jié)構(gòu)材料由nearβ型鈦合金形成汽輪機(jī)動(dòng)葉片。
4.一種汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其額定運(yùn)轉(zhuǎn)的頻率f，在50Hz或60Hz的低壓汽輪機(jī)級(jí)中，其特征為當(dāng)動(dòng)葉片的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)英寸、動(dòng)葉片根部的直徑為D英寸時(shí)，在具有1.45×104≥(L+3×D)×f≥1.3×104、及L×(L+D)×f2≤1.55×107的關(guān)系的情況下，其動(dòng)葉片由Cr含量為10～18％的馬氏體不銹鋼形成，同時(shí)，在與葉輪的結(jié)合部中設(shè)有圓弧嚙合三角形的嵌入部，以葉片前端部的葉片截面的汽輪機(jī)軸方向?qū)挾萕和葉片間距P的比P/W，滿足3.5≤P/W≤7.0的關(guān)系，或者葉片前端部中的葉片截面的塞繩長(zhǎng)度C、和在該截面位置上的葉片間距P的比P/C，滿足0.8≤P/C≤1.0的關(guān)系的方式形成，并且，該級(jí)的所有相鄰葉片彼此可動(dòng)地連接起來。
5.如權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為與動(dòng)葉片的蒸汽通路部分、嵌入部、及相鄰葉片結(jié)合的結(jié)合部的任何一個(gè)上都沒有貫通孔，利用與動(dòng)葉片成一體地切削出的減振蓋，將動(dòng)葉片的前端與相鄰葉片可動(dòng)地連接起來。
6.如權(quán)利要求5所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為通過與動(dòng)葉片成一體的切削出的突出部和套筒，將葉片有效部的中間部與相鄰葉片可動(dòng)地連接起來。
7.如權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為圓弧嚙合三角形嵌入部的形狀成為與葉輪軸向相對(duì)的圓弧狀，該圓弧半徑R和嵌入部的寬度Wr的關(guān)系滿足0.8＜R/Wr＜1.2的關(guān)系。
8.如權(quán)利要求7所述的汽輪機(jī)動(dòng)葉片，其特征為通過與動(dòng)葉片成一體的切削出來的突出部和套筒將葉片有效部的中間部與相鄰葉片可動(dòng)地連接起來。
全文摘要
發(fā)明提供一種用于實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的大容量化的增加最末級(jí)動(dòng)葉片的環(huán)形面積的汽輪機(jī)動(dòng)葉片。用于額定運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)頻率f為50Hz或60Hz的低壓汽輪機(jī)級(jí)中，其特征為對(duì)于當(dāng)動(dòng)葉片的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)英寸、動(dòng)葉片根部直徑為D英寸時(shí)，在具有(L+3×D)×f
文檔編號(hào)F01D5/28GK1403688SQ02132158
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者村上格, 鈴木登志雄, 奧野研一, 織田亮 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝