專利名稱：汽輪機(jī)大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽輪機(jī)的葉根及輪槽結(jié)構(gòu)，尤其是一種大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)電用汽輪機(jī)的技術(shù)開發(fā)是以增大單機(jī)容量和提高機(jī)組熱效率、提高經(jīng)濟(jì)性及可靠性為目標(biāo)而進(jìn)行的。從最大的單機(jī)容量機(jī)組發(fā)展情況看，增大單機(jī)容量的技術(shù)手段通常有兩種，一是增加汽輪機(jī)的排汽口數(shù)目，二是增大末級(jí)排汽環(huán)形面積。增大末級(jí)排汽環(huán)形面積是通過增加葉片長(zhǎng)度及安裝直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣就會(huì)帶來(lái)葉片離心力顯著增大，導(dǎo)致葉根與輪槽的應(yīng)力水平高，對(duì)葉根與輪槽的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。
圖1表示了葉片不同長(zhǎng)度在與之匹配的安裝直徑下的單只葉片的離心力水平，可以看出，隨著葉片長(zhǎng)度的增加，葉片的離心力也在顯著增加，A-F點(diǎn)是600mm-1100mm葉片在轉(zhuǎn)速3000rpm時(shí)的離心力，約在70-400噸之間，這是現(xiàn)有公知的鋼制葉根與輪槽結(jié)構(gòu)形式所能承載的。但是，如圖1中G點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速3000rpm、葉片有效長(zhǎng)度大于1200mm時(shí)，離心力將大于500噸，在采用世界公知的力學(xué)性能最好材料的情況下，現(xiàn)有的葉根與輪槽結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)力水平仍超過材料的許用值。
顯然，解決問題的途徑有兩條，一是研發(fā)更高強(qiáng)度的新材料，但技術(shù)難度大，且產(chǎn)品的成本將大幅度增高；二是改進(jìn)葉根與輪槽結(jié)構(gòu)形式，改善離心力在葉根和輪槽配合面上的分布狀況，使其應(yīng)力水平不超過材料的許用值。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型采用上述第二條途徑，即改進(jìn)葉根與輪槽結(jié)構(gòu)形式，具體說(shuō)，就是改變?nèi)~根與輪槽配合面的形狀，從而改善離心力在葉根和輪槽配合面上的分布狀況，使其應(yīng)力水平不超過材料的許用值。具體技術(shù)方案是一種汽輪機(jī)大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)，包括樅樹型葉根和與之匹配輪槽；該葉根所在葉片的根部節(jié)距為T0；所述樅樹型葉根型線具有特征參數(shù)楔角YC；葉根的有效高度YH1；理論高度YH；葉根頂端處的節(jié)距YB；齒的工作面斜角YA；相鄰兩對(duì)齒工作面的距離DT；齒高d；齒的過渡圓角半徑Rr；齒的對(duì)數(shù)為n對(duì)。其特征在于齒的對(duì)數(shù)n≥4；齒高d＝(0.3-0.48)×DT；齒的過渡圓角半徑Rr＝(0.35-0.6)×d；楔角YC＝24°-40°；齒工作面斜角YA＝0°-30°；葉根的理論高度YH＝(0.85-1.9)×T0；葉根的有效高度YH1＝(0.45-0.9)×YH；YB/T0＝0.55-0.75。
所述樅樹型葉根與輪槽型線的匹配間隙為A1＝0.25-0.55mm、B1＝0.45-0.85mm、C1＝0.38-0.85mm、D1＝0.0mm、E1＝0.25-0.75mm、F1＝0.0-0.03mm、G1＝0.25-0.75mm。
所述樅樹型葉根與輪槽相對(duì)于葉輪軸向成一圓弧形狀，該圓弧半徑R與葉輪軸向?qū)挾菳z滿足R/Bz＝0.98-1.12的關(guān)系。
所述葉片工作部分的重心在葉輪軸向方向的安裝位置Dx滿足Dx/Bz＝0.0-0.1的關(guān)系，葉片工作部分的重心在葉輪切向方向的安裝位置Dy與葉片根部半徑R0之比滿足arc tan(Dy/R0)＝0.45°-1.5°的關(guān)系。
上述結(jié)構(gòu)有效地改善了離心力在葉根和輪槽配合面上的分布狀況，使其應(yīng)力水平不超過材料的許用值。本結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)速3000rpm、葉片有效長(zhǎng)度大于1200mm的大容量汽輪機(jī)；當(dāng)然，也可應(yīng)用于轉(zhuǎn)速3000rpm、葉片有效長(zhǎng)度小于1200mm的大容量汽輪機(jī)。


圖1是葉片長(zhǎng)度與單只葉片離心力關(guān)系圖圖2是本樅樹型葉根的結(jié)構(gòu)要素示意圖圖3是樅樹型葉根與輪槽型線匹配關(guān)系圖圖4是葉根與輪槽相對(duì)于葉輪軸向的形狀示意圖圖5-1、圖5-2是葉片工作部分重心線與樅樹型葉根重心線的位置關(guān)系圖具體實(shí)施方式
參見圖2。本實(shí)用新型的樅樹型葉根結(jié)構(gòu)，其截面型線具有特征參數(shù)楔角YC；葉根的有效高度YH1；理論高度YH；葉根頂端處的節(jié)距YB；齒的工作面斜角YA；相鄰兩對(duì)齒工作面的距離DT；齒高d；齒的過渡圓角半徑Rr；齒的對(duì)數(shù)為n對(duì)；該葉根所在葉片的根部節(jié)距為T0。
本實(shí)用新型的第1措施，是解決樅樹型葉根齒的載荷分布的不均勻性，齒的載荷分布的不均勻系數(shù)的變化，與相互接觸的齒對(duì)數(shù)n有關(guān)。在齒對(duì)數(shù)n＝4-5的情況下即能滿足樅樹型葉根與輪槽承載離心力500噸或離心力大于500噸的能力，又能使葉根齒的載荷分布的不均勻系數(shù)在合理的范圍內(nèi)。
本實(shí)用新型的第2措施，是解決樅樹型葉根的楔角YC對(duì)齒的作用力分布和根部連接的應(yīng)力影響；計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明，在楔角YC＝24°-40°范圍內(nèi)，在所述范圍內(nèi)的角度變化，對(duì)齒的作用力分布和根部連接的應(yīng)力影響不大，不會(huì)超過材料的許用值。
本實(shí)用新型的第3措施，是確定樅樹型葉根各結(jié)構(gòu)要素間的基本尺寸關(guān)系，經(jīng)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)滿足如下關(guān)系YB/T0＝0.55-0.75 (1)YH＝(0.85-1.9)×T0(2)YH1＝(0.45-0.9)×YH (3)本實(shí)用新型的第4措施，是確定樅樹型葉根齒的高度d，根據(jù)樅樹型葉根齒接觸面的擠壓應(yīng)力條件選擇齒的高度d，應(yīng)滿足如下關(guān)系d＝(0.3-0.48)×DT本實(shí)用新型的第5措施，是確定樅樹型葉根齒的過渡圓角半徑Rr，根據(jù)研究結(jié)果表明，過渡圓角半徑Rr＝(0.35-0.6)×d關(guān)系，樅樹型葉根齒拉伸(或彎曲)應(yīng)力集中系數(shù)降低20％-25％。
本實(shí)用新型的第6措施，是確定樅樹型葉根齒的工作面傾角YA，根據(jù)研究結(jié)果表明，工作面傾角YA＝0°-30°范圍內(nèi)，樅樹型葉根齒彎曲應(yīng)力滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
參見圖4。本實(shí)用新型的第7措施，是確定樅樹型葉根與輪槽相對(duì)于葉輪軸向的形狀。樅樹型葉根和輪槽相對(duì)于葉輪軸向成一圓弧形狀，圓弧半徑R。該圓弧半徑R與葉輪軸向?qū)挾菳z滿足R/Bz＝0.98-1.12的關(guān)系。
參見圖4。本實(shí)用新型的第8措施，是確定相鄰兩個(gè)輪槽1、2的位置關(guān)系。相鄰兩個(gè)輪槽的節(jié)距為P，滿足P/Bz＝0.15-0.30的關(guān)系。
參見圖3。本實(shí)用新型的第9措施，是解決葉根與輪槽的配合問題，確定與葉根匹配的輪槽型線，在滿足本實(shí)用新型第1-8措施的條件下，樅樹型葉根與輪槽型線的匹配間隙為A1＝0.25-0.55mm、B 1＝0.45-0.85mm、C1＝0.38-0.85mm、D1＝0.0mm、E1＝0.25-0.75mm、F1＝0.0-0.03mm、G1＝0.25-0.75mm的關(guān)系。
參見圖5-1、5-2。本實(shí)用新型的第10措施，是確定葉片工作部分重心線4相對(duì)于樅樹型葉根重心線3的位置關(guān)系。葉片工作部分重心線4相對(duì)于葉根重心線3在軸向方向的距離為Dx，在切向方向的距離為Dy；葉片的根部半徑為R0；Dx滿足Dx/Bz＝0.0-0.1的關(guān)系，Dy與葉片根部半徑R0之比滿足arc tan(Dy/R0)＝0.45°-1.5°的關(guān)系。
權(quán)利要求1.一種汽輪機(jī)大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)，包括樅樹型葉根和與之匹配輪槽，該葉根所在葉片的根部節(jié)距為T0，所述樅樹型葉根型線具有特征參數(shù)楔角YC、葉根的有效高度YH1、理論高度YH、葉根頂端處的節(jié)距YB、齒的工作面斜角YA、相鄰兩對(duì)齒工作面的距離DT、齒高d、齒的過渡圓角半徑Rr、齒的對(duì)數(shù)為n對(duì)，其特征在于齒的對(duì)數(shù)n≥4；齒高d＝(0.3-0.48)×DT；齒的過渡圓角半徑Rr＝(0.35-0.6)×d；楔角YC＝24°-40°；齒工作面斜角YA＝0°-30°；葉根的理論高度YH＝(0.85-1.9)×T0；葉根的有效高度YH1＝(0.45-0.9)×YH；YB/T0＝0.55-0.75。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)，其特征在于所述樅樹型葉根與輪槽型線的匹配間隙為A1＝0.25-0.55mm、B1＝0.45-0.85mm、C1＝0.38-0.85mm、D1＝0.0mm、E1＝0.25-0.75mm、F1＝0.0-0.03mm、G1＝0.25-0.75mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)，其特征在于所述樅樹型葉根與輪槽相對(duì)于葉輪軸向成一圓弧形狀，該圓弧半徑R與葉輪軸向?qū)挾菳z滿足R/Bz＝0.98-1.12的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)，其特征在于葉片工作部分的重心在葉輪軸向方向的安裝位置Dx滿足Dx/Bz＝0.0-0.1的關(guān)系，葉片工作部分的重心在葉輪切向方向的安裝位置Dy與葉片根部半徑R0之比滿足arc tan(Dy/R0)＝0.45°-1.5°的關(guān)系。
專利摘要一種汽輪機(jī)大承載樅樹型葉根及輪槽結(jié)構(gòu)，包括樅樹型葉根和與之匹配輪槽，葉根所在葉片的根部節(jié)距為TO，樅樹型葉根型線具有特征參數(shù)楔角YC、葉根的有效高度YH1、理論高度YH、葉根頂端處的節(jié)距YB、齒的工作面斜角YA、相鄰兩對(duì)齒工作面的距離DT、齒高d、齒的過渡圓角半徑Rr、齒的對(duì)數(shù)為n對(duì)；其n≥4，d＝(0.3－0.48)×DT，Rr＝(0.35－0.6)×d，YC＝24°－40°，YA＝0°－30°，YH＝(0.85－1.9)×TO，YH1＝(0.45－0.9)×YH，YB/TO＝0.55－0.75。該結(jié)構(gòu)有效地改善了離心力在葉根和輪槽配合面上的分布狀況，使其應(yīng)力水平不超過材料的許用值。
文檔編號(hào)F01D5/00GK2809222SQ20052003497
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2005年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月31日
發(fā)明者周顯丁, 范小平, 周振杰, 吳其林, 曹守洪, 何斌, 何東 申請(qǐng)人:東方汽輪機(jī)廠