專利名稱：半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半轉(zhuǎn)速核電汽輪機通流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動 葉片，為1400MW核電汽輪機開發(fā)，同時適用于功率等級為1000MW-1700MW半轉(zhuǎn)速核電汽輪 機。
背景技術(shù)：
葉片型線設(shè)計與開發(fā)技術(shù)是汽輪機通流技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，其水平高低直接決定汽 輪機的通流經(jīng)濟(jì)性的好壞。好的型線不僅可以使得汽輪機通流經(jīng)濟(jì)性更好，同時也會使得 通流部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計更簡單。如何開發(fā)氣動性能、結(jié)構(gòu)性能更優(yōu)良的型線，是世界各國汽輪 機制造商的重點工作內(nèi)容。從傳統(tǒng)的葉片型線設(shè)計來講，全新開發(fā)一套型線的設(shè)計難度很大，涉及繁多的工 作內(nèi)容。好的汽輪機葉片型線不僅要具有好的設(shè)計工況性能，并且要具有好的變工況性能， 并且由于型線性能預(yù)測工具的不成熟，因此更多的時候型線開發(fā)需要通過氣動試驗來驗 證，費錢費時卻往往得不到好的效果。因此，對各大汽輪機制造商來講，型線一旦定型后一 般就不再改動。根據(jù)葉片的長短，人們習(xí)慣將葉片分為中短葉片與長葉片，末級長葉片自然屬于 長葉片的一種。對于末級長葉片的型線來講，其設(shè)計難度在整個汽輪機型線設(shè)計里面難度 最大，其不僅要滿足亞音、跨音、超音速流動特性，還要滿足苛刻的葉片強度要求。目前，世界上各大汽輪機制造廠均有自己的長葉片系列。如GE公司擁有的 3600rpm長葉片系列中，最長的葉片為40英寸(Ti)。3000rpm長葉片系列中，最長的葉片為 48英寸鋼葉片。日立和東芝公司在GE公司的長葉片系列基礎(chǔ)上，分別開發(fā)出了 3000rpm的 48英寸鋼葉片。阿爾斯通公司的最長3000rpm的葉片為46英寸鋼葉片。半轉(zhuǎn)速汽輪機方 面，阿爾斯通、西門子、GE、三菱等公司都有自己的50英寸、60英寸、70英寸系列長葉片。70英寸及以上的長葉片開發(fā)代表了目前半轉(zhuǎn)速汽輪機葉片領(lǐng)域的最高水平，也是 各大汽輪機廠商的競爭重點，其核心的技術(shù)就是要開發(fā)一套既具有較佳的氣動特性又能滿 足動葉片的強度振動特性要求的動葉片型線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在開發(fā)一套專用于核電70英寸等級的末級動葉片型線，型線使用的最 長氣道高度小于等于72英寸(1828. 8mm)，也就是說，以本動葉型線為基礎(chǔ)可容易設(shè)計出 氣道高度不大于1828. 8mm的半轉(zhuǎn)速核電用汽輪機末級葉片系列，特別是為長度為72英寸 (1828. 8mm)等級末級長葉片的成功開發(fā)提供必要的關(guān)鍵技術(shù)。從提高發(fā)電密度，降低電廠的基建投資和運行維修費用及降低汽機制造成本方面 考慮，開發(fā)設(shè)計用于4F-1400MW，6F-1700_等級大容量核電半轉(zhuǎn)速機組，長度為72英寸 (1828. 8mm)等級末級長葉片具有重要意義。它滿足了大容量機組對末級長葉片的需要，為 開發(fā)1400MW、1700MW等級容量核電半轉(zhuǎn)速機組提供了必要條件，對提高我國重大裝備行業(yè)的綜合實力和品牌效應(yīng)產(chǎn)生積極影響，將大大提高國產(chǎn)發(fā)電設(shè)備的市場競爭能力。本發(fā)明的技術(shù)方案是
半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動葉片，該葉片的葉身型線為變截面扭曲型線，型線的寬度、厚 度及橫截面積由根部到頂部遞減，平滑過渡，所述型線由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合 而成，所述特征截面的輪廓型線是由內(nèi)弧曲線和背弧曲線圍成的封閉曲線，具有特征參數(shù) 安裝角Cl、弦長bl、最大厚度wl、軸向?qū)挾萬e、截面積A ；截面的迭合規(guī)律是，沿葉高方向自 根端向頂端，各截面連續(xù)光滑過渡；其特征在于葉高H的相對值由0. 0單調(diào)增加到1. 0 ； 與之相對應(yīng)，安裝角的絕對值cl由80. 990單調(diào)減小到10. 80 ；從根截面到頂截面的弦長 bl的相對值變化規(guī)律為1. 557 ^bl ^ 1.0 ；從根截面到頂截面的最大厚度wl的相對值 變化規(guī)律為1. 9465 ^ wl ^ 1.0 ；從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萬e的相對值變化規(guī)律為 8. 387 ^ Xa ^ 1. 0 ；從根截面到頂截面的面積A的相對值變化規(guī)律為5. 553彡A彡1. 0。相關(guān)變量定義
H—葉片的有效高度，即葉片的葉身部分的長度葉身頂截面與葉身根截面之間的距
罔；
bl—弦長葉身截面進(jìn)、出汽邊的距離； cl一葉片安裝角弦長bl與Y向的夾角； Xa—軸向?qū)挾热~身根截面軸向?qū)挾龋?wl—最大厚度葉身截面切向?qū)挾?。所述葉身由25個輪廓形狀不同的特性截面沿葉身高度方向疊合，平滑過渡構(gòu)成， 由根部到頂部的順序為廣25，其中有三個是關(guān)鍵截面，分別為4. 58% H處的B-B截面，序號 為2，51. 00% H處的L-L截面，序號為12，96. 99% H處的W-W截面，序號為23，該三個關(guān)鍵截 面的理論輪廓線用如下28個離散點的坐標(biāo)(X、Y)描述，將該28個離散點平滑連接，即得各 關(guān)鍵截面的理論輪廓線；
權(quán)利要求
1.半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動葉片，該葉片的葉身型線為變截面扭曲型線，型線的寬度、 厚度及橫截面積由根部到頂部遞減，平滑過渡，所述型線由若干特征截面按一特定規(guī)律迭 合而成，所述特征截面的輪廓型線是由內(nèi)弧曲線和背弧曲線圍成的封閉曲線，具有特征參 數(shù)安裝角Cl、弦長bl、最大厚度wl、軸向?qū)挾?Ca、截面積A ；截面的迭合規(guī)律是，沿葉高方 向自根端向頂端，各截面連續(xù)光滑過渡；其特征在于葉高H的相對值由0. 0單調(diào)增加到 1. O ；與之相對應(yīng)，安裝角的絕對值Cl由80. 990單調(diào)減小到10. 80 ；從根截面到頂截面的弦 長bl的相對值變化規(guī)律為1. 557 ^bl ^ 1.0 ；從根截面到頂截面的最大厚度wl的相對值 變化規(guī)律為1. 9465 ^wl ^ 1.0 ；從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萬e的相對值變化規(guī)律為 8. 387 ^ Xa ^ 1. 0 ；從根截面到頂截面的面積A的相對值變化規(guī)律為5. 553彡A彡1. 0 ；相關(guān)變量定義H—葉片的有效高度，即葉片的葉身部分的長度葉身頂截面與葉身根截面之間的距1 ；bl—弦長葉身截面進(jìn)、出汽邊的距離； cl一葉片安裝角弦長bl與Y向的夾角； Xa—軸向?qū)挾热~身根截面軸向?qū)挾龋?wl—最大厚度葉身截面切向?qū)挾取?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動葉片，其特征在于所述葉身由25 個輪廓形狀不同的特性截面沿葉身高度方向疊合，平滑過渡構(gòu)成，由根部到頂部的順序為 廣25，其中有三個是關(guān)鍵截面，分別為4. 58% H處的B-B截面，序號為2，51. 00% H處的L-L 截面，序號為12，96. 99% H處的W-W截面，序號為23，該三個關(guān)鍵截面的理論輪廓線用如下 28個離散點的坐標(biāo)(X、Y)描述，將該觀個離散點平滑連接，即得各關(guān)鍵截面的理論輪廓 線·
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動葉片，其特征在于所述關(guān)鍵截面 的輪廓線許有公差帶，使關(guān)鍵截面的輪廓線在以理論輪廓線的離散點為圓心，半徑為0. 5mm 作包絡(luò)圓所形成的輪廓形狀范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動葉片，其特征在于所述關(guān)鍵截面 的輪廓線許以理論輪廓線為基準(zhǔn)，通過相似?；?、或旋轉(zhuǎn)、或平移所得到的形狀及相應(yīng)的公差。
全文摘要
本發(fā)明半轉(zhuǎn)速核電汽輪機末級動葉片，葉身型線為變截面扭曲型線，具有特征參數(shù)安裝角c1、弦長b1、最大厚度w1、軸向?qū)挾萖a、截面積A；葉高H的相對值由0.0單調(diào)增加到1.0；安裝角的絕對值c1由80.990單調(diào)減小到10.80；從根截面到頂截面的弦長b1的相對值變化規(guī)律為1.557≥b1≥1.0；從根截面到頂截面的最大厚度w1的相對值變化規(guī)律為1.9465≥w1≥1.0；從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對值變化規(guī)律為8.387≥Xa≥1.0；從根截面到頂截面的面積A的相對值變化規(guī)律為5.553≥A≥1.0；葉身由25個輪廓形狀不同的特性截面沿葉身高度方向疊合，平滑過渡構(gòu)成，其中有三個是關(guān)鍵截面4.58%H處，51.00%H處，96.99%H處，該截面的理論輪廓線用28個離散點的坐標(biāo)(X、Y)描述。
文檔編號F01D5/14GK102108883SQ20111007690
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者君明艷, 吳其林, 周顯丁, 孫奇, 曹守洪, 范小平, 范志飛, 鐘剛云, 雷雨 申請人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機有限公司