排汽面積3.2m²高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級動(dòng)葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明所設(shè)計(jì)的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級動(dòng)葉片是一種變截面扭葉片，由葉身、葉根和設(shè)置在葉身上的拉筋凸臺組成。葉片工作部分即葉身為變截面扭葉片，由若干特征截面按特定規(guī)律迭合而成，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，截面的迭合規(guī)律是沿葉高方向自根部至頂部各截面連續(xù)光滑過度，從根部至頂部的截面面積逐漸減小，相鄰兩截面間有相對扭轉(zhuǎn)，這種工業(yè)汽輪機(jī)低壓級組末級葉片的排汽面積為3.2m2，可用于15萬千瓦等級的工業(yè)汽輪機(jī)組，用于四級低壓級組末級，能在較大的背壓范圍內(nèi)運(yùn)行，具有高效的變工況運(yùn)行性能，提高了聯(lián)合循環(huán)效率。
【專利說明】
排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級動(dòng)葉片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種聯(lián)合循環(huán)用工業(yè)汽輪機(jī)的末級動(dòng)葉片，特別是排汽面積為3.2m2變工況運(yùn)行時(shí)，氣動(dòng)效率均在88.9%以上的低壓級組末級動(dòng)葉片。
【背景技術(shù)】
[0002]燃機(jī)-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展十分迅速，與燃?xì)廨啓C(jī)相匹配的的汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)、制造也勢在必得。為提高聯(lián)合循環(huán)效率，其高效的汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)逐漸凸現(xiàn)其重要性。聯(lián)合循環(huán)用汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片既要滿足變工況運(yùn)行時(shí)的高性能，又要滿足惡劣工況下的強(qiáng)度振動(dòng)要求，末級葉片的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，該葉片具有良好的變工況氣動(dòng)性能和強(qiáng)度性能，結(jié)構(gòu)合理，裝配方便。
[0004]本發(fā)明所設(shè)計(jì)的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級動(dòng)葉片是一種變截面扭葉片，由葉身、葉根和設(shè)置在葉身上的拉筋凸臺組成。葉片工作部分即葉身為變截面扭葉片，由若干特征截面按特定規(guī)律迭合而成，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，截面的迭合規(guī)律是沿葉高方向自根部至頂部各截面連續(xù)光滑過度，從根部至頂部的截面面積逐漸減小，相鄰兩截面間有相對扭轉(zhuǎn)，葉身相對葉高Ld由0%單調(diào)增加到100%，從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與弦長比T/b變化規(guī)律為:0.38<T/b<0.91;從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面軸向?qū)挾缺萒/B變化規(guī)律為:0.39^ΞΤ/Β^1.26;從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面最大厚度比T/Dmax變化規(guī)律為:2.44<T/Dmax<15.30;從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面面積比T/A變化規(guī)律為:0.02彡T/A彡
0.12；從葉根截面到葉頂截面的葉型前緣半徑RO變化規(guī)律為:2.03mm^R0^4.04mm;從葉根截面到葉頂截面的葉型尾緣半徑Rl變化規(guī)律為:1.0ImmSRlS2.03mm。
[0005]進(jìn)一步的方案是，所述的葉身高度為560mm。葉身根部軸向?qū)挾葹?49.37mm，根部直徑為1120mm，頂部軸向?qū)挾葹?3.61mm，葉身的排汽面積為3.2m2。所述葉根為樅樹型，葉根軸向?qū)挾葹?60mm。葉片葉根為樅樹型葉根，葉根的軸向?qū)挾葹?60mm。
[0006]更進(jìn)一步的方案是，拉筋凸臺位于葉片工作部分從下至上相對葉高0.625處，且與葉片工作部分制成一體;且拉筋凸臺上設(shè)有拉筋孔，葉片拉筋凸臺截面為圓形，是在葉片工作部分的內(nèi)、背弧面上外凸形成凸臺結(jié)構(gòu)，拉筋凸臺的內(nèi)弧工作面和背弧工作面相互平行，拉筋凸臺中心距葉身底部350mm，拉筋凸臺的內(nèi)弧工作面和背弧工作面之間的距離為26mm，拉筋孔直徑為14mm;;葉身進(jìn)汽邊背弧處設(shè)有淬硬部分，淬硬部分的長度視實(shí)際使用情況而定。
[0007]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0008]本發(fā)明工業(yè)汽輪機(jī)低壓級組末級葉片的排汽面積為3.2m2，可用于15萬千瓦等級的工業(yè)汽輪機(jī)組，用于四級低壓級組末級，能在較大的背壓范圍內(nèi)運(yùn)行，具有高效的變工況運(yùn)行性能，提高了聯(lián)合循環(huán)效率。本發(fā)明對提高了工業(yè)汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)型和安全可靠性具有重大意義。
[0009]該末級葉片采用三元流場設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)而成的，沿葉高方向葉片具有一定的扭曲規(guī)律，既兼顧了葉片靜強(qiáng)度要求，還使得葉片具有很好的氣動(dòng)性能，葉身扭曲規(guī)律是按照三元流理論設(shè)計(jì)的，沿葉身各熱力參數(shù)分布規(guī)律合理，經(jīng)專業(yè)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件CFX和Numeca等計(jì)算驗(yàn)證，在背壓為0.09bar，出流量為57.4kg/s的設(shè)計(jì)工況下，所在的低壓級組的氣動(dòng)效率可達(dá)90.3%；且在背壓為0.05-0.25bar的范圍內(nèi)，其氣動(dòng)效率均在88.9 %以上，具有良好的變工況性能；另外通過常規(guī)應(yīng)力分析和三維有限元強(qiáng)度分析表明，該葉型具有足夠的強(qiáng)度性能，各工況下的氣流彎應(yīng)力均較小。該末級葉片采用凸臺拉筋的結(jié)構(gòu)，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力引起的葉片扭轉(zhuǎn)在拉筋的作用下形成整圈多組葉片結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)消除了多種振型的振動(dòng)頻率，使葉片振型相對簡單，大大降低了葉片的動(dòng)應(yīng)力，有利于動(dòng)調(diào)頻，可以保證在多種工況下均能安全可靠運(yùn)行。該葉片葉根部分為樅樹型斜葉根，葉根型線采用先進(jìn)的三維結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法獲得，承載能力強(qiáng)，各齒承載均勻，能使葉片和轉(zhuǎn)子結(jié)合牢固、穩(wěn)定，保證了整個(gè)葉片的安全性，該葉片可在背壓0.05bar?0.25bar下安全運(yùn)行，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明葉片圖1E-E處，相對葉高Ld截面葉型幾何參數(shù)圖；
[0012]圖3是本發(fā)明葉片側(cè)視圖；
[0013]圖4是本發(fā)明葉片俯視圖；
[0014]圖5是本發(fā)明葉片型線示意圖；
[0015]圖6是相鄰三只葉片用拉筋連接的示意圖；
[0016]圖中:葉身1、拉筋凸臺2、葉根3、拉筋4。圖1中H為葉片葉身高度，Ld為葉身相對高度，L為進(jìn)汽邊背弧處淬硬長度。圖2中A是剖面線區(qū)域面積。圖5中A-A、E-E、1-1分別為相對葉身高度為0%、50%、100%對應(yīng)的葉片型線；
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0018]如圖1、2、3、4所示，本實(shí)施例所描述的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，它是一種變截面扭葉片，包括葉身1、葉根3和設(shè)置在葉身I上的拉筋凸臺2。葉身部分為變截面扭葉片，由若干特征截面按特定規(guī)律迭合而成，特征截面的輪廓型線是由內(nèi)弧曲線和背弧曲線圍城的封閉曲線，截面的迭合規(guī)律是沿葉高方向自根部至頂部各截面連續(xù)光滑過度，從根部至頂部的截面面積逐漸減小，相鄰兩截面間有相對扭轉(zhuǎn)，見圖4。
[0019]所述葉身I高度為560mm，葉身根部軸向?qū)挾葹?49.37mm，根部直徑為1120mm，頂部軸向?qū)挾葹?3.61mm，葉身的排汽面積為3.2m2。其相對高度Ld由0%單調(diào)增加至1」100%，從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與弦長比T/b變化規(guī)律為:0.38<T/b<0.91;從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面軸向?qū)挾缺萒/B變化規(guī)律為:0.39^Τ/Β^Ξ 1.26；從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面最大厚度比T/Dmax變化規(guī)律為:2.44^T/Dmax^ 15.30;從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面面積比T/A變化規(guī)律為:0.02彡T/A彡0.12;從葉根截面到葉頂截面的葉型前緣半徑RO變化規(guī)律為:2.03mm彡RO彡4.04mm;從葉根截面到葉頂截面的葉型尾緣半徑Rl變化規(guī)律為:1.0Imm彡Rl彡2.03mm。
[0020]所述葉根3為樅樹型葉根3，葉根3軸向?qū)挾葹?60mm，葉片通過樅樹型葉根安裝在轉(zhuǎn)軸外圓的葉輪槽中；所述拉筋凸臺2位于葉片工作部分從下至上相對于葉高0.625處，且與葉片工作部分制成一體，且拉筋凸臺和上設(shè)有拉筋孔。拉筋凸臺截面為圓形，是在葉片工作部分的內(nèi)、背弧面上外凸形成凸臺結(jié)構(gòu)，拉筋凸臺的內(nèi)弧工作面和背弧工作面相互平行。；所述拉筋孔直徑14mm，距葉身I底部350mm，拉筋凸臺的內(nèi)弧工作面和背弧工作面之間的距離為26_，拉筋孔在裝配時(shí)插入拉筋4，如圖5。靜態(tài)時(shí)葉片為單片結(jié)構(gòu)，拉筋4不與拉筋孔上部貼合，在工作轉(zhuǎn)速下，由于離心力的作用，拉筋4將與拉筋孔上部貼合，并產(chǎn)生較大的正壓力，在離心力的作用下，這種結(jié)構(gòu)一方面使拉筋4與拉筋孔之間產(chǎn)生摩擦力，增加了系統(tǒng)的阻尼；另一方面，拉筋4使葉片成組，提高葉片的振動(dòng)性能;所述的葉身I，其進(jìn)汽邊背弧處設(shè)有淬硬部分，淬硬長度L根據(jù)實(shí)際需要而定，見圖1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，它是一種變截面扭葉片，包括葉身、葉根和設(shè)置在葉身上的拉筋凸臺；其特征是，葉身為變截面扭葉片，由若干特征截面按特定規(guī)律迭合而成，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，截面的迭合規(guī)律是沿葉高方向自根部至頂部各截面連續(xù)光滑過度，從根部至頂部的截面面積逐漸減小，相鄰兩截面間有相對扭轉(zhuǎn);葉身相對葉高Ld由O %單調(diào)增加到100 %，從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與弦長比T/b變化規(guī)律為:0.38<T/b<0.91;從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面軸向?qū)挾缺萒/B變化規(guī)律為:0.39^Τ/Β^Ξ 1.26；從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面最大厚度比T/Dmax變化規(guī)律為:2.44^T/Dmax^ 15.30;從葉根截面到葉頂截面的節(jié)距與葉型截面面積比T/A變化規(guī)律為:0.02彡T/A彡0.12;從葉根截面到葉頂截面的葉型前緣半徑RO變化規(guī)律為:2.03mm彡RO彡4.04mm;從葉根截面到葉頂截面的葉型尾緣半徑Rl變化規(guī)律為:1.0Imm彡Rl彡2.03mm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，其特征是所述的葉身高度為560mm，葉身根部軸向?qū)挾葹?49.37mm，根部直徑為1120mm，頂部軸向?qū)挾葹?3.61mm,葉身的排汽面積為3.2m2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，其特征是所述葉根為樅樹型，葉根軸向?qū)挾葹?60mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，其特征是所述拉筋凸臺位于葉片工作部分從下至上相對于葉高0.625處，且與葉片工作部分制成一體，且拉筋凸臺上設(shè)有拉筋孔，拉筋凸臺截面為圓形，是在葉片工作部分的內(nèi)、背弧面上外凸形成凸臺結(jié)構(gòu)，拉筋凸臺的內(nèi)弧工作面和背弧工作面相互平行。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，其特征是所述拉筋孔直徑為14mm，拉筋凸臺中心距葉身底部350mm，拉筋凸臺的內(nèi)弧工作面和背弧工作面之間的距離為26_，在葉環(huán)裝配時(shí)將拉筋插入拉筋凸臺中，將葉片分組。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排汽面積3.2m2高效工業(yè)汽輪機(jī)的低壓級組末級葉片，其特征是所述的葉身，其進(jìn)汽邊背弧處設(shè)有淬硬部分。
【文檔編號】F01D5/22GK106089314SQ201610619739
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610619739.X, CN 106089314 A, CN 106089314A, CN 201610619739, CN-A-106089314, CN106089314 A, CN106089314A, CN201610619739, CN201610619739.X
【發(fā)明人】孔建強(qiáng), 隋永楓, 毛漢忠, 徐志明, 張春梅, 楊雄民, 鄭健生, 吳林林
【申請人】杭州汽輪機(jī)股份有限公司