專利名稱：新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種沖動式汽輪機隔板靜葉柵，尤其涉及一種適用于汽輪機變工況運行 的高壓級隔板靜葉柵。
背景技術(shù)：
承擔熱能與電能兩種產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)的熱力發(fā)電廠的汽輪機組稱為熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機。汽輪 機在設(shè)計條件下的運行工況稱為設(shè)計工況。熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機在實際運行過程中，易受外界對 熱電負荷要求的變化、蒸汽參數(shù)波動等因素影響，從而引起汽輪機組內(nèi)各項參數(shù)以及零部件 受力情況的變化，這種偏離設(shè)計工況的運行工況稱為汽輪機的變工況。為了提高熱電聯(lián)產(chǎn)汽 輪機在變工況下運行的經(jīng)濟性和安全性，就要求在汽輪機通流設(shè)計過程中選用適應變工況運 行的損失小、強度高的葉型。
汽輪機葉型按照工作原理可分為沖動式葉型和反動式葉型。在沖動式葉型構(gòu)成的級中汽 流的膨脹加速主要在靜葉柵中進行，動葉柵的作用是把蒸汽動能轉(zhuǎn)化成機械能。在汽輪機中 用相同葉型、相同安裝角按等距離排列形成的葉列稱為葉柵；在葉柵中兩相鄰葉型間形成的 通道稱為葉柵流道；蒸汽在葉柵流道中完成從熱能轉(zhuǎn)化成機械能的整個過程，所以葉型是汽 輪機通流部分效率的主要決定因素。葉型損失是指汽流繞葉柵流動時的能量損失，它包括葉 型表面上附面層中的摩擦損失以及葉片出汽邊的尾跡損失。
葉型內(nèi)弧面兩點公用切線與葉輪周線的交角稱為葉型安裝角。進汽角是指汽流進入葉柵 流道時的方向與葉型額線之間所形成的夾角。進汽角與葉柵幾何進口角的夾角稱為沖角，其 是汽輪機變工況運行時對葉柵損失有較大影響的因素之一。
在高溫高壓汽輪機通流部分設(shè)計方案中，由于高壓部分通流面積小，葉片高度短，且沖 動式汽輪機靜葉前后壓差大，隔板軸向?qū)挾容^大。早期設(shè)計采用窄葉片外加加強筋結(jié)構(gòu)，如 圖3所示。由于加強筋的型線與葉型不匹配，且加強筋與窄葉片不能實現(xiàn)完全對齊，所以造 成高壓隔板靜葉柵蒸汽流動損失大。
實用新型內(nèi)容
■本實用新型針對現(xiàn)有汽輪機高壓級組隔板靜葉柵設(shè)計結(jié)構(gòu)及運行中出現(xiàn)的問題，提供了 一種高效率、高強度，完全適應熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機變工況運行的新型適用于汽輪機變工況運行 的高壓級隔板靜葉柵。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn),一種新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵，它包括隔板外環(huán)，在隔板外環(huán) 內(nèi)側(cè)設(shè)有隔板外圍帶，與隔板外圍帶對應的是隔板內(nèi)圍帶，隔板內(nèi)圍帶安裝在隔板體上，所 述隔板外圍與隔板內(nèi)圍帶間設(shè)有多個主流葉柵和多個進汽邊加長導流葉柵，主流葉柵和進汽 邊加長導流葉柵沿隔板體圓周方向在水平中分面處為間隔布置方式，即兩相鄰進汽邊加長導 流葉柵間設(shè)有至少一個主流葉柵；同時，在隔板體圓周的其余各處則均勻的安裝主流葉柵； 各主流葉柵和各進汽邊加長導流葉柵采用相同的內(nèi)背弧出汽側(cè)型線，相鄰兩進汽邊加長導流 葉柵間構(gòu)成導流流道，主流葉柵間及主流葉柵與進汽邊加長導流葉柵間構(gòu)成主流流道。 所述主流葉柵葉片數(shù)n與進汽邊加長導流葉柵葉片數(shù)N的關(guān)系為2 (N-6)《n《2N。 所述主流葉柵型線采用小進汽側(cè)內(nèi)背弧過渡圓結(jié)構(gòu)；同時進汽邊加長導流葉柵型線也采 用小進汽側(cè)內(nèi)背弧過渡圓結(jié)構(gòu)。
所述進汽邊加長導流葉柵安裝角psl-68°~76°;主流葉柵安裝角&2=36°~44' 所述主流葉柵間以及進汽邊加長導流葉柵和主流葉柵間的節(jié)距相同。 所述進汽邊加長導流葉柵與主流葉柵的出汽邊厚度一致，同時兩類葉柵型線具有相同的 最大厚度。
本實用新型的新型隔板靜葉柵由主流葉柵和進汽邊加長導流葉柵組成，二者采用相同的 內(nèi)背弧出汽側(cè)型線，蒸汽進入隔板的通流區(qū)域首先經(jīng)過進汽邊加長導流葉柵構(gòu)成的導流流道 對汽流進行導流，然后再進入主流葉柵間及主流葉柵與加長導流葉柵間的主流流道完成膨脹 加速。除在隔板水平中分面處采用主流葉柵與加長導流葉柵間隔布置外，在隔板圓周方向上 其余各處均采用多主流葉柵布置方式。
'主流葉柵采用先進的設(shè)計方法，通過控制葉片內(nèi)背弧型線使汽流膨脹加速區(qū)往葉型出汽 邊后移，葉型表面大部分區(qū)域的附面層處于層流態(tài)，減少葉型摩擦損失，使背弧面出汽側(cè)的 邊界層不易產(chǎn)生脫流，從而減少葉型尾跡區(qū)；葉柵通道前段內(nèi)背弧面的壓差較小，橫向壓力 梯度也較小，從而推遲了根部端壁二次流的生成和發(fā)展，葉柵流道后半段因汽流膨脹加速， 主流區(qū)的速度較高，減小了葉柵根部和頂部附面層汽流的堆積，使二次流損失降低。二種先 進的葉型設(shè)計方法相結(jié)合，有效地減少了葉型損失。
汽輪機變工況運行時，隔板靜葉柵汽流來流方向?qū)⑵x設(shè)計值，對沖動式汽輪機而言， 靜葉片承擔了大部分焓降，因此靜葉片的沖角適應性直接影響機組的變工況性能。主汽葉柵 型線采用小的進汽側(cè)內(nèi)背弧過渡圓Dsl設(shè)計，在保證葉片強度的條件下，Dsl僅為葉型最大 厚度Ds3的16%~23%，比傳統(tǒng)葉型減少了 45%~52%，所以比傳統(tǒng)葉型具有更大的沖角適應性 范圍。
進汽邊加長導流葉柵型線采用小的進汽側(cè)內(nèi)背弧過渡圓Ds4，有效地減少了由于導流葉柵厚度所引起的對蒸汽的阻流作用，導流葉柵的進汽側(cè)圓角與最大厚度間采用高階光順曲線 連接，這樣的型線設(shè)計可使汽輪機在變工況運行時，在導流流道中緩解由于汽流進口角變化 在進口部分所形成的擴壓，汽流速度變化率連接平滑，提高了導流流道的蒸汽流動效率。
進汽邊加長導流葉柵的加長段有效地提高了汽輪機高壓級段焊接隔板內(nèi)外圍帶的焊接剛 度，并滿足了變工況運行時前后壓差變化對隔板整體強度的要求。由于采用了層流葉型設(shè)計， 主流葉柵葉型的最大厚度Ds3相對于傳統(tǒng)葉型增加43%~58%，提高了葉柵適應汽輪機變工況 運行的能力，增強了主流葉片的剛性。
本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，效率高，強度高，高了機組運行的安全性和穩(wěn)定性。


圖1為本實用新型隔板靜葉柵結(jié)構(gòu)示意圖； '圖2為本實用新型隔板靜葉柵節(jié)圓截面示意圖； 圖3為常規(guī)隔板靜葉柵結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為常規(guī)隔板靜葉柵節(jié)圓截面示意圖； 圖5為本實用新型進汽邊加長導流葉柵與主流葉柵布置圖； 圖6為進汽邊加長導流柵與主流葉柵型線對照圖； 圖7為圖6的I部分局部放大圖。
其中1、隔板外環(huán)，2、隔板外圍帶，3、隔板內(nèi)圍帶，4、隔板體，5、進汽邊加長導 流葉柵，6、主流葉柵，7、主流流道，8、導流流道，9、加強筋，10、窄葉片，11、主流流 道喉部，12、進汽邊加長導流葉柵葉型線，13、主流葉柵葉型線，14、背弧出汽側(cè)型線，15、 內(nèi)弧出汽側(cè)型線。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
由圖3、圖4可知，現(xiàn)有的隔板靜葉柵是采用隔板外圍帶2和隔板內(nèi)圍帶3間設(shè)置加強 筋9和窄葉片IO的結(jié)構(gòu)。
圖l、圖2中，本實用新型的隔板靜葉柵結(jié)構(gòu)為它包括隔板外環(huán)l，在隔板外環(huán)l內(nèi)側(cè) 設(shè)有隔板外圍帶2,與隔板外圍2帶對應的是隔板內(nèi)圍帶3，隔板內(nèi)圍3帶安裝在隔板體4 上，所述隔板外圍2與隔板內(nèi)圍帶3間設(shè)有多個主流葉柵6和多個進汽邊加長導流葉柵5， 主流葉柵6和進汽邊加長導流葉柵5沿隔板體4圓周方向在水平中分面處為間隔布置方式， 即M相鄰進汽邊加長導流葉柵5間設(shè)有至少一個主流葉柵6;同時，在隔板體4圓周的其余 各處則均勻的安裝主流葉柵6;各主流葉柵6和各進汽邊加長導流葉柵5采用相同的背弧出汽側(cè)型線14和內(nèi)弧出汽側(cè)型線15，相鄰兩進汽邊加長導流葉柵5間構(gòu)成導流流道8，主流葉 柵6間及主流葉柵6與進汽邊加長導流葉柵5間構(gòu)成主流流道7。
主流葉柵葉型線13采用小進汽側(cè)內(nèi)背弧過渡圓結(jié)構(gòu)；同時進汽邊加長導流葉柵葉型線
12 ik采用小進汽側(cè)內(nèi)背弧過渡圓結(jié)構(gòu)。
進汽邊加長導流葉柵5的寬度Bsl為隔板體4寬度B的72%~82%，有效地解決了在運行 中承受翻轉(zhuǎn)力矩的隔板體4內(nèi)外環(huán)由于高壓級段隔板寬度B遠遠大于主流葉柵6寬度Bs2的 強度問題。兩個進汽邊加長導流葉柵5間構(gòu)成了汽流的導流流道8;主流葉柵6間及主流葉 柵6與進汽邊加長導流葉柵5間構(gòu)成了汽流的主流流道7。
圖5顯示了本新型隔板靜葉柵的兩類葉柵的布置方式。通過氣動計算分析和試驗及隔板 體4強度分析和試驗，主流葉柵7的葉片數(shù)n與進汽邊加長導流葉柵5的葉片數(shù)N關(guān)系為 2 (N-6)《n《2N。進汽邊加長導流葉柵5安裝角psl=68°~76°，主流葉柵安裝角Ps2=36°~44°, 由于其與主流葉柵6具有相同的出汽側(cè)內(nèi)背弧型線，所以不論兩類葉柵在隔板體4周向上如 何布置，任兩只靜葉片間的節(jié)距t都是相等的，且主流流道喉部ll都是完全相同的，這就保 證了蒸汽流動的穩(wěn)定性。
圖6、圖7顯示進汽邊加長導流葉柵5與主流葉柵6出汽側(cè)內(nèi)背弧型線的一致性，特別 是出汽邊厚度Ds2是完全一致的，兩類葉柵型線具有相同的最大厚度Ds3。主流葉柵間以及 進汽邊加長導流葉柵和主流葉柵間的節(jié)距相同。
本實用新型提出的適用于變工況運行的隔板靜葉柵的實施例，是用于超高壓及高溫高壓 熱電聯(lián)產(chǎn)沖動式汽輪機的高壓級段的焊接隔板的靜葉柵。通過對主流葉柵及進汽邊加長導流 葉柵型線的氣動優(yōu)化設(shè)計和試驗分析，降低了葉型損失，提高了蒸汽在葉柵通道中的流動效 率，同時保證了高壓級段隔板葉柵的強度，提高了機組運行的安全性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵，它包括隔板外環(huán)，在隔板外環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)有隔板外圍帶，與隔板外圍帶對應的是隔板內(nèi)圍帶，隔板內(nèi)圍帶安裝在隔板體上，其特征是，所述隔板外圍與隔板內(nèi)圍帶間設(shè)有多個主流葉柵和多個進汽邊加長導流葉柵，主流葉柵和進汽邊加長導流葉柵沿隔板體圓周方向在水平中分面處為間隔布置方式，即兩相鄰進汽邊加長導流葉柵間設(shè)有至少一個主流葉柵；同時，在隔板體圓周的其余各處則均勻的安裝主流葉柵；各主流葉柵和各進汽邊加長導流葉柵采用相同的內(nèi)背弧出汽側(cè)型線，相鄰兩進汽邊加長導流葉柵間構(gòu)成導流流道，主流葉柵間及主流葉柵與進汽邊加長導流葉柵間構(gòu)成主流流道。
2. 如權(quán)利要求1所述的新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵，其主流葉柵 型線采用小進汽側(cè)內(nèi)背弧過渡圓結(jié)構(gòu)；同時進汽邊加長導流葉柵型線也采用小進汽側(cè)內(nèi)背弧 過渡圓結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求1所述的新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵，其特征是， 所述進汽邊加長導流葉柵安裝角|3sl=68°~76°;主流葉柵安裝角Ps2=36°~44°
4. 如權(quán)利要求2所述的新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵，其特征是，所述主流葉柵間以及進汽邊加長導流葉柵和主流葉柵間的節(jié)距相同。
5. 如權(quán)利要求2所述的新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵，其特征是， 所述進汽邊加長導流葉柵與主流葉柵的出汽邊厚度一致，同時兩類葉柵的型線具有相同的最 大厚度。
專利摘要本實用新型公開了一種新型適用于汽輪機變工況運行的高壓級隔板靜葉柵。它具有高效率、高強度，運行穩(wěn)定等優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)為它包括隔板外環(huán)，其內(nèi)側(cè)設(shè)有隔板外圍帶，與隔板外圍帶對應的是隔板內(nèi)圍帶，隔板內(nèi)圍帶安裝在隔板體上，隔板外圍與隔板內(nèi)圍帶間設(shè)有多個主流葉柵和多個進汽邊加長導流葉柵，主流葉柵和進汽邊加長導流葉柵沿隔板體圓周方向在水平中分面處間隔布置，即兩相鄰進汽邊加長導流葉柵間設(shè)有至少一個主流葉柵；同時，在隔板體圓周的其余各處則均勻的安裝主流葉柵；各主流葉柵和各進汽邊加長導流葉柵采用相同的內(nèi)背弧出汽側(cè)型線，相鄰兩進汽邊加長導流葉柵間構(gòu)成導流流道，主流葉柵間及主流葉柵與進汽邊加長導流葉柵間構(gòu)成主流流道。
文檔編號F01D9/02GK201330620SQ200820233398
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者奇 周, 姍 屠, 張忠海, 徐大偉, 坤 林, 權(quán) 高 申請人:山東齊魯電機制造有限公司