間接空冷末級(jí)動(dòng)葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種間接空冷末級(jí)動(dòng)葉片，葉高H的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0；與之相對(duì)應(yīng)，安裝角c1由77.06°單調(diào)減小到11.67°；從根截面到頂截面的截面積A的相對(duì)值由7.770單調(diào)減小到1.0；從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對(duì)值由7.820單調(diào)減小到1.0；從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)b1的相對(duì)值由1.716單調(diào)減小到1.0；從根截面到頂截面的最大厚度w1的相對(duì)值由3.199單調(diào)減小到1.0。本發(fā)明采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式－阻尼式自帶圍帶和整體拉筋，具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性和氣動(dòng)性能，安全可靠；葉根采用大承載的直線形樅樹(shù)型葉根設(shè)計(jì)，葉片與轉(zhuǎn)子結(jié)合牢固、穩(wěn)定，便于裝配，操作簡(jiǎn)便、快捷；具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性；大大減少設(shè)備投資和基建及運(yùn)行維修費(fèi)用，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】間接空冷末級(jí)動(dòng)葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽輪機(jī)的動(dòng)葉片，適用于功率600麗?1200麗，轉(zhuǎn)速3000rpm的亞臨界、超臨界、超超臨界間接空冷汽輪機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]空冷汽輪機(jī)是一種特殊的蒸汽輪機(jī)，特殊性表現(xiàn)在:它經(jīng)常處于高背壓小容積流量工況運(yùn)行，且背壓變化范圍大、變化頻繁，這些運(yùn)行條件極大地限制了末級(jí)葉片的設(shè)計(jì)。且空冷汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性與安全性在很大程度上與低壓末級(jí)的熱力、氣動(dòng)、強(qiáng)度、振動(dòng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，其中尤以低壓末級(jí)葉片設(shè)計(jì)難度最大，必須統(tǒng)籌兼顧，進(jìn)行繁雜的多因素約束條件下的方案設(shè)計(jì)優(yōu)選，才能設(shè)計(jì)出高性能的末級(jí)葉片。
[0003]空冷汽輪機(jī)一般分為直接空冷和間接空冷，間接空冷汽輪機(jī)相對(duì)于直接空冷汽輪機(jī)，其設(shè)計(jì)背壓更低，在相同的質(zhì)量流量下，所需末級(jí)葉片高度更長(zhǎng)，設(shè)計(jì)難度也更大。
[0004]世界上各大汽輪機(jī)廠家均擁有自己風(fēng)格的適合于間接空冷汽輪機(jī)的末級(jí)葉片。如:KWU公司在Kendal電廠已成功投運(yùn)了間接空冷686MW汽輪機(jī)，該機(jī)末級(jí)葉片高668mm，圓弧揪樹(shù)型葉根，型根寬230mm，自由葉片；哈汽廠在山西陽(yáng)城電廠間接空冷600麗工程中采用了 620mm末級(jí)葉片，根徑1700mm，排氣環(huán)形面積4.52m2。上述葉片屬于第二、三代空冷末級(jí)葉片，結(jié)構(gòu)落后，葉片的動(dòng)應(yīng)力高，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較差。
[0005]最近幾年來(lái)，以燃煤為主的新建火力發(fā)電站逐步向高參數(shù)、大容量、高發(fā)電密度方向發(fā)展。最近的市場(chǎng)需求表明，以高參數(shù)(超臨界、超超臨界)、高發(fā)電密度(雙排汽)66(MW間接空冷汽輪機(jī)為代表的新一代大容量緊湊型空冷電站具有巨大的市場(chǎng)前景和推廣應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:以2F-66(MW、4F_120(MW等級(jí)的先進(jìn)的間接空冷機(jī)組作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的具有優(yōu)良?xì)鈩?dòng)性能以及強(qiáng)度振動(dòng)特性的末級(jí)動(dòng)葉片。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目的，采用的技術(shù)方案是:
一種間接空冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，具有葉根和葉身，所述葉身頂部設(shè)有圍帶，腰部設(shè)有凸臺(tái)拉筋，葉根、葉身、圍帶和凸臺(tái)拉筋是整體結(jié)構(gòu)；所述葉身是由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合而成的異形體；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(zhǎng)bl、最大厚度《1、軸向?qū)挾萖a、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(guò)渡、呈塔形變化；所述葉身的有效高度為H、根徑為Dr ;葉高H的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0 ;與之相對(duì)應(yīng)，安裝角Cl由77.06°單調(diào)減小到11.67° ;從根截面到頂截面的截面積A的相對(duì)值由7.770單調(diào)減小到1.0 ;從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對(duì)值由7.820單調(diào)減小到1.0 ;從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)bl的相對(duì)值由1.716單調(diào)減小到1.0 ;從根截面到頂截面的最大厚度wl的相對(duì)值由3.199單調(diào)減小到1.0。
[0008]所述圍帶具有背弧工作面SI和內(nèi)弧工作面P1，SI和Pl是相互平行的平面，在轉(zhuǎn)速NI轉(zhuǎn)/分時(shí)，圍帶背弧工作面SI與相鄰葉片圍帶內(nèi)弧工作面Pl接觸，產(chǎn)生壓應(yīng)力F1，Al為工作面S1、P1間的距離，Tl為工作面S1、P1幾何中心間的距離；
所述圍帶厚度Hl滿足關(guān)系式:
10 < Hl < 20mm ;
所述背弧工作面SI與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角BI滿足關(guān)系式:
Al=Tl.C0SB1,30° ≤ BI ≤ 50° ;
所述相鄰葉片的圍帶接觸轉(zhuǎn)速NI滿足關(guān)系式:
O ≤ NI ≤ 2500 轉(zhuǎn) / 分；
所述工作面的壓應(yīng)力Fl滿足關(guān)系式:
0.0136 ≤ Fl ≤ 0.054倍材料的強(qiáng)度極限。
[0009]所述凸臺(tái)拉筋具有背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，S2和P2是相互平行的平面，A2為工作面S2、P2間的距離，T2為工作面S2、P2幾何中心間的距離；
所述背弧工作面S2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B2滿足關(guān)系式:
A2=T2.C0SB2，30° ≤ B2 ≤ 50° ;
所述凸臺(tái)拉筋截面最大厚度B滿足關(guān)系式:
20 ≤ B ≤ 30mm ;
所述凸臺(tái)拉筋的高度Lj滿足關(guān)系式:
0.5 < Lj/H < 0.75。
[0010]所述葉根為四齒直線型揪樹(shù)型葉根。
[0011]本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果是:
上述結(jié)構(gòu)的間接空冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式一阻尼式自帶圍帶和整體拉筋，具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性和氣動(dòng)性能，安全可靠；葉根采用大承載的直線形揪樹(shù)型葉根設(shè)計(jì)，葉片與轉(zhuǎn)子結(jié)合牢固、穩(wěn)定，便于裝配，操作簡(jiǎn)便、快捷；它使葉片的技術(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。它不但適用于四排汽1200MW間接空冷汽輪機(jī)，而且可推廣應(yīng)用于兩排汽660MW間接空冷汽輪機(jī)，從而可減少一個(gè)低壓缸，大大減少設(shè)備投資和基建及運(yùn)行維修費(fèi)用，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0013]圖1是本葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是葉身截面示意圖；
圖3是圍帶結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是拉筋結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4的A向視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0015]參見(jiàn)圖1，采用合適的合金鋼葉片和轉(zhuǎn)子材料，按本專利設(shè)計(jì)圖制造的動(dòng)葉片由4個(gè)部分組成，分別是:圍帶體1，阻尼凸臺(tái)拉筋2，葉身3，葉根4。各部分是用同一種高強(qiáng)度性能的合金鋼整體地制造完成。葉片通過(guò)葉根4安裝在轉(zhuǎn)軸外圓上的葉輪槽中，每圈輪槽安裝70只葉片，當(dāng)葉輪上一周的葉輪槽中均裝上葉片后，就形成了大功率汽輪機(jī)的末級(jí)。對(duì)1200MW等級(jí)的間接空冷汽輪機(jī)，每臺(tái)機(jī)組需要正反共四級(jí)(4個(gè)排汽口)；對(duì)660麗等級(jí)的間接空冷汽輪機(jī)，每臺(tái)機(jī)組需要正反共2級(jí)(2個(gè)排汽口);具有這樣大的排汽面積的汽輪機(jī)才能滿足大容量，高經(jīng)濟(jì)性，高發(fā)電密度的要求。為發(fā)電廠節(jié)省大量的設(shè)備投資和維修費(fèi)用，提高其經(jīng)濟(jì)效益。
[0016]本動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)載體選擇間接空冷4F_120(MW等級(jí)汽輪機(jī),此機(jī)最適宜的設(shè)計(jì)背壓為10.0kPa,在此設(shè)計(jì)背壓范圍內(nèi)，最終方案確定的末級(jí)動(dòng)葉片葉身的有效高度H為1030mm,根徑Dr為1905mm,其環(huán)形面積等于9.50m2 ,以此根徑和葉高為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)完成了低壓模塊的通流。一般的設(shè)計(jì)原則是低壓末三級(jí)作為一個(gè)積木塊進(jìn)行通流匹配設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的機(jī)型，通過(guò)設(shè)計(jì)低壓前幾級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)不同功率的低壓通流模塊。
[0017]如圖1?5，本發(fā)明的相關(guān)變量定義如下:
H—葉身3有效高度:葉身3頂截面與葉身3根截面之間的距離。
[0018]Hl—圍帶體I厚度。
[0019]Lj一阻尼拉筋凸臺(tái)2位置高度:葉身3根截面與阻尼凸臺(tái)拉筋2中心的垂直距離。
[0020]B—阻尼凸臺(tái)拉筋2的厚度。
[0021]Al—圍帶工作面S1、P1之間的距離。
[0022]Bl0 一圍帶工作面S1、Pl與X軸的水平夾角。
[0023]T一節(jié)距:相鄰兩葉片同一高度截面在周向的安裝距離。
[0024]wl—葉身3截面切向?qū)挾?即最大厚度)。
[0025]bl—弦長(zhǎng):葉身截面進(jìn)、出汽邊的距離。
[0026]A—葉身3根截面面積。
[0027]Xa—葉身3根截面軸向?qū)挾取?br> [0028]01—葉身3根截面出口喉寬:出口邊與相鄰葉身3截面背弧的最小距離。
[0029]α I?！隹趲缀谓?SirT1(OlZT)。
[0030]Cl0 一葉型安裝角:弦長(zhǎng)線與周向(Y向)的夾角。
[0031]W—葉根軸向?qū)挾取?br> [0032](I)葉型設(shè)計(jì),沿葉高若干個(gè)特征葉身截面的氣動(dòng)設(shè)計(jì)
參見(jiàn)圖1、圖2，采用專用的通流設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)了本發(fā)明頂截面以下的葉身3部分若干個(gè)典型截面型線要素及安裝位置，各典型截面之間的葉型采用型面光滑連接，沿葉高各基本葉型的特征是:根部為亞音速葉型、中部為跨音速葉型、頂部為超音速葉型，超音速葉型截面是葉型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為了協(xié)調(diào)強(qiáng)度和氣動(dòng)對(duì)葉型的制約，通過(guò)對(duì)葉型參數(shù)的優(yōu)化改進(jìn)，最終基本實(shí)現(xiàn)了沿葉高等強(qiáng)度極限應(yīng)力設(shè)計(jì)，同時(shí)滿足葉根4強(qiáng)度和葉片氣動(dòng)性能的要求?；救~型的橫截面積沿高度單調(diào)減小，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(guò)渡、呈塔形變化。葉高H的相對(duì)值(葉片的某一截面高度與總的葉高值之比)由0.0單調(diào)增加到1.0 ;與之相對(duì)應(yīng):安裝角Cl的絕對(duì)值由77.06°單調(diào)減小到11.67。;從根截面到頂截面的截面積A的相對(duì)值由7.770單調(diào)減小到1.0 (頂截面的截面積為1.0);從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對(duì)值由7.820單調(diào)減小到1.0 (頂截面的軸向?qū)挾葹?.0);從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)bl的相對(duì)值由1.716單調(diào)減小到1.0 (頂截面的弦長(zhǎng)為1.0);從根截面到頂截面的最大厚度wl的相對(duì)值由3.199單調(diào)減小到1.0 (頂截面的最大厚度為1.0)。基本葉型沿高度單調(diào)扭轉(zhuǎn)成型，其出口幾何角αr沿高度單調(diào)可控地減小。
[0033](2)圍帶結(jié)構(gòu)一大變形阻尼葉片的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
參見(jiàn)圖3，與葉身3自成一體的圍帶I厚度為Η1，厚度Hl滿足關(guān)系式:10mm < Hl
<20mm,自帶圍帶結(jié)構(gòu)在氣動(dòng)方面阻止了葉頂?shù)臋M向竄流和徑向流,在約轉(zhuǎn)速NI轉(zhuǎn)/分時(shí)，圍帶背弧工作面SI與相鄰葉片圍帶內(nèi)弧工作面Pl接觸，產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力F1，接觸轉(zhuǎn)速NI滿足關(guān)系式:0≤NI≤2500轉(zhuǎn)/分，工作面壓應(yīng)力Fl滿足關(guān)系式:0.0136 < Fl ^ 0.054倍材料的強(qiáng)度極限；圍帶內(nèi)弧工作面Pl與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角BI滿足關(guān)系式:Al=Tl.C0SB1，30°≤BI≤50° ;圍帶在葉片工作時(shí)增加葉片剛性，使靜態(tài)下的自由葉片在額定轉(zhuǎn)速時(shí)較大地限制了葉頂?shù)呐まD(zhuǎn)恢復(fù)，形成整圈約束結(jié)構(gòu)，大幅度降低葉片動(dòng)應(yīng)力。
[0034](3)凸臺(tái)拉筋結(jié)構(gòu)一大變形阻尼葉片的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
參見(jiàn)圖4、圖5，在葉身3上高度為L(zhǎng)j的位置設(shè)置凸臺(tái)拉筋結(jié)構(gòu)(其中0.5 < Lj/H
<0.75)凸臺(tái)拉筋截面最大厚度為B，滿足關(guān)系式:20 < B < 30mm，凸臺(tái)拉筋2具有背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，S2和P2是相互平行的平面，A2為工作面S2、P2間的距離，T2為工作面S2、P2幾何中心間的距離；背弧工作面S2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B2滿足關(guān)系式:A2=T2.C0SB2，30° < B2 < 50° ;本拉筋結(jié)構(gòu)的功能是在額定轉(zhuǎn)速時(shí)工作面接觸形成合適的壓應(yīng)力，增加葉片的阻尼，大幅度降低葉片動(dòng)應(yīng)力，同時(shí)提高葉片剛性。
[0035](4)葉根設(shè)計(jì)
葉根4為四齒直線形揪樹(shù)型葉根，該結(jié)構(gòu)能使葉片簡(jiǎn)便、快捷的裝配在轉(zhuǎn)子上，并且裝配后的葉片與轉(zhuǎn)子結(jié)合更加牢固、穩(wěn)定。
[0036]本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于上述實(shí)施例，上述實(shí)施例只是本發(fā)明眾多較佳實(shí)施例中的一個(gè)，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)擴(kuò)展到權(quán)利要求書(shū)所披露的特征或它們的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種間接空冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，具有葉根和葉身，所述葉身頂部設(shè)有圍帶，腰部設(shè)有凸臺(tái)拉筋，葉根、葉身、圍帶和凸臺(tái)拉筋是整體結(jié)構(gòu)；所述葉身是由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合而成的異形體；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(zhǎng)bl、最大厚度《1、軸向?qū)挾萖a、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(guò)渡、呈塔形變化；其特征在于，所述葉身的有效高度為H、根徑為Dr ;葉高H的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0 ;與之相對(duì)應(yīng)，安裝角cl由77.06°單調(diào)減小到11.67° ;從根截面到頂截面的截面積A的相對(duì)值由7.770單調(diào)減小到1.0 ;從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對(duì)值由7.820單調(diào)減小到1.0 ;從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)bl的相對(duì)值由1.716單調(diào)減小到1.0 ;從根截面到頂截面的最大厚度wl的相對(duì)值由3.199單調(diào)減小到1.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接空冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，其特征在于，所述圍帶具有背弧工作面SI和內(nèi)弧工作面Pl，SI和Pl是相互平行的平面，在轉(zhuǎn)速NI轉(zhuǎn)/分時(shí)，圍帶背弧工作面SI與相鄰葉片圍帶內(nèi)弧工作面Pl接觸，產(chǎn)生壓應(yīng)力F1，Al為工作面S1、P1間的距離，Tl為工作面S1、P1幾何中心間的距離； 所述圍帶厚度Hl滿足關(guān)系式:
10 < Hl < 20mm ; 所述背弧工作面SI與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角BI滿足關(guān)系式:
Al=Tl.C0SB1,30° ≤ BI ≤ 50° ; 所述相鄰葉片的圍帶接觸轉(zhuǎn)速NI滿足關(guān)系式:
O ^ NI ^ 2500 轉(zhuǎn) / 分； 所述工作面的壓應(yīng)力Fl滿足關(guān)系式: 0.0136 < Fl ^ 0.054倍材料的強(qiáng)度極限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接空冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，其特征在于，所述凸臺(tái)拉筋具有背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，S2和P2是相互平行的平面，A2為工作面S2、P2間的距離，T2為工作面S2、P2幾何中心間的距離； 所述背弧工作面S2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B2滿足關(guān)系式:
A2=T2.C0SB2，30°≤ B2 ≤ 50° ; 所述凸臺(tái)拉筋截面最大厚度B滿足關(guān)系式:
20 ^ B ^ 30mm ; 所述凸臺(tái)拉筋的高度Lj滿足關(guān)系式:
0.5 < Lj/H < 0.75。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間接空冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，其特征在于，所述葉根為四齒直線型揪樹(shù)型葉根。
【文檔編號(hào)】F01D5/16GK104074554SQ201410262550
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】曹守洪, 李音, 陳濤, 鄧國(guó)梁, 尹明艷, 賀偉, 王端, 李銀鳳, 靳亞峰, 何磊 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司