半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用末級(jí)動(dòng)葉片葉身結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，具體是一種半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用末級(jí)動(dòng)葉片的葉 身結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 核電作為清潔能源之一，具有穩(wěn)定生產(chǎn)大量電力的特點(diǎn)，它有效應(yīng)對(duì)了能源耗竭、 地球溫室效應(yīng)W及控制二氧化碳排放等一系列環(huán)境問題。
[0003] 近年來，積極推進(jìn)核電建設(shè)成為我國(guó)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略，對(duì)于滿足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展 不斷增長(zhǎng)的能源需求，保障能源供應(yīng)與安全，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)我國(guó)溫室氣體控制目標(biāo)，達(dá)到 電力工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展，提升我國(guó)綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力、工業(yè)技術(shù)水平和國(guó)際地位，都具 有重要的意義。截止目前，我國(guó)電力總裝機(jī)容量中，核電機(jī)組僅占其中的1.8%，發(fā)電量?jī)H占 2. 3%，但運(yùn)一局面正在逐步改變。根據(jù)國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的規(guī)劃設(shè)想，到2020年，我國(guó)核 電在全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量中的比例要占到4%，占總發(fā)電量的6%，即核電投運(yùn)規(guī)模將達(dá)到 3600~4000萬千瓦。可W預(yù)見，作為一種技術(shù)成熟，可大規(guī)模生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的能 源，核電在我國(guó)的遠(yuǎn)景規(guī)劃中將有更大的發(fā)展空間。
[0004] 汽輪機(jī)是核電廠的主力設(shè)備之一。我國(guó)自主研發(fā)的APlOOO機(jī)型（1250麗等級(jí)） 已成為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的第S代核電機(jī)型，其無論在沿海、還是內(nèi)陸（背壓5.5~7KPa)均擁有潛 在的最大市場(chǎng)。相較APlOOO機(jī)型而言，我國(guó)自主研發(fā)的功率稍小的ACP1000 (背壓約6~ 7KPa)和ACPR1000機(jī)型也在核電領(lǐng)域具有潛在的市場(chǎng)，尤其是ACP1000機(jī)型出口國(guó)外已提 到議事日程。然而，制約我國(guó)核電汽輪機(jī)（尤其是上述=款機(jī)型）大力發(fā)展、推廣步伐的技 術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于匹配的末級(jí)動(dòng)葉片。
[0005] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員眾所周知，安裝于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸上的末級(jí)動(dòng)葉片是汽輪機(jī)中的 重要關(guān)鍵部件，其因設(shè)及的技術(shù)面廣、技術(shù)含金量高而成為汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中的核屯、技術(shù)，尤其 是，世界頂級(jí)的末級(jí)長(zhǎng)葉片技術(shù)是世界上各大汽輪機(jī)制造商致力研發(fā)的目標(biāo)。葉片的設(shè)計(jì) 與制造是尖端技術(shù)，每一系列的葉片研制均面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是末級(jí)動(dòng)葉片更為 突出。末級(jí)動(dòng)葉片的研制需要結(jié)合考慮材料強(qiáng)度、氣動(dòng)和強(qiáng)度振動(dòng)設(shè)計(jì)、制造等各種因素。 因而，汽輪機(jī)末級(jí)的長(zhǎng)動(dòng)葉片的開發(fā)成為世界上各大汽輪機(jī)制造商關(guān)注的重點(diǎn)，也是其設(shè) 計(jì)制造的難點(diǎn)，其水平代表了開發(fā)者的綜合實(shí)力。先進(jìn)的末級(jí)長(zhǎng)動(dòng)葉片技術(shù)是制造商的核 屯、技術(shù)，對(duì)外高度保密，一般不會(huì)輕易轉(zhuǎn)讓，即使轉(zhuǎn)讓，其費(fèi)用也非常高昂。因此，世界上各 大汽輪機(jī)制造廠商均在積極開發(fā)具有自己風(fēng)格的末級(jí)長(zhǎng)動(dòng)葉片系列。
[0006] 目前，我國(guó)核電主流汽輪機(jī)常用的末級(jí)動(dòng)葉片為57英寸的半轉(zhuǎn)速末級(jí)動(dòng)葉片（國(guó) 外引進(jìn)技術(shù)）和1828mm的半轉(zhuǎn)速末級(jí)動(dòng)葉片（自主研發(fā)技術(shù)）。然而，運(yùn)些末級(jí)動(dòng)葉片無 法與我國(guó)核電主流汽輪機(jī)、尤其是上述=款汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)要求相匹配，導(dǎo)致汽輪機(jī)的做功 效率相對(duì)低下，性價(jià)比不高，運(yùn)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，使得我國(guó)核電主流汽輪機(jī)處于競(jìng)爭(zhēng)劣 勢(shì)，影響了大力發(fā)展、推廣步伐，不利于走出國(guó)口。
[0007] 綜上所述，為了提高我國(guó)核電主流汽輪機(jī)、尤其是上述=款汽輪機(jī)的做功效率，提 高性價(jià)比，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中提升競(jìng)爭(zhēng)力，有必要針對(duì)我國(guó)核電主流汽輪機(jī)、尤其是上述 =款汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)特性，開發(fā)與之相匹配的末級(jí)動(dòng)葉片。
[0008] 然而，葉片開發(fā)的關(guān)鍵核屯、在于葉身型線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，葉身型線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平 高低，將直接決定著葉片的氣動(dòng)性能、W及葉片在汽輪機(jī)上應(yīng)用的通流經(jīng)濟(jì)性。有鑒于此， 亟待針對(duì)我國(guó)核電主流汽輪機(jī)所需的匹配末級(jí)動(dòng)葉片，設(shè)計(jì)出具有針對(duì)性的葉身型線結(jié) 構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，自主研發(fā)一種半轉(zhuǎn)速核電 汽輪機(jī)用末級(jí)動(dòng)葉片葉身結(jié)構(gòu)，該葉身結(jié)構(gòu)所成型的出氣道高度《1651mm的末級(jí)動(dòng)葉片 能夠匹配我國(guó)目前核電主流汽輪機(jī)機(jī)型，尤其是能夠匹配APlOOO機(jī)型、ACP1000機(jī)型和 ACPR1000 機(jī)型。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用末級(jí)動(dòng)葉片葉身結(jié)構(gòu)，所 述葉身為變截面扭曲型線，由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合而成，具有特征參數(shù)葉身高 度H;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wl、軸向?qū)挾萖a、截面積A;所述特征截面的迭合規(guī)律是沿葉 身高度方向自根端向頂端各截面連續(xù)遞減，平滑過渡，所述葉身高度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的絕對(duì)值由81°單調(diào)減小到10. 7°，弦長(zhǎng)bl的相對(duì) 值從根截面到頂截面由1.76單調(diào)減小到1.0,最大厚度Wl的相對(duì)值從根截面到頂截面由 5. 43單調(diào)減小到1. 0,軸向?qū)挾萖a的相對(duì)值從根截面到頂截面由8. 86單調(diào)減小到1. 0,截 面積A的相對(duì)值從根截面到頂截面由8. 7單調(diào)減小到1. 0。
[0011] 所述葉身由25個(gè)輪廓形狀不同的特征截面沿葉身高度方向疊合、且平滑過渡構(gòu) 成，其中有S個(gè)是關(guān)鍵截面，分別為4. 59%H處的B-B截面、51. 07 %H處的L-L截面和 98. 49%H處的X-X截面；所述S個(gè)關(guān)鍵截面的理論輪廓線分別用如下28個(gè)離散點(diǎn)的坐標(biāo) 狂、Y)描述，將各關(guān)鍵截面的28個(gè)離散點(diǎn)平滑連接起來，即得對(duì)應(yīng)關(guān)鍵截面的理論輪廓線：


[0015] 所述葉身的各特征截面的輪廓線許有公差帶，所述公差帶的范圍為：W對(duì)應(yīng)特征 截面的理論輪廓線的離散點(diǎn)為圓屯、，半徑為0. 5mm作包絡(luò)圓所形成的輪廓形狀范圍W內(nèi)。
[0016] 所述葉身的高度H《1651mm。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明自主研發(fā)而成，葉身各截面的氣動(dòng)性能優(yōu)良，沿葉身 高度方向的面積變化合理，葉身特征截面高階光順，亞音、跨音、超音速的流動(dòng)特性優(yōu)異；W 此葉身結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)能夠設(shè)計(jì)出氣道高度《1651mm的汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，葉片的葉身應(yīng)力 小，滿足現(xiàn)有材料的強(qiáng)度規(guī)范結(jié)構(gòu)要求；W此葉身所成型葉片能夠適應(yīng)于1500巧m核電低 壓四排汽1250MW等級(jí)的凝汽式汽輪機(jī)，也就是能夠匹配并滿足我國(guó)目前核電主流汽輪機(jī) 機(jī)型（尤其是APlOOO機(jī)型、ACP1000機(jī)型和ACPR1000機(jī)型）的設(shè)計(jì)參數(shù)，有助于完善我國(guó) 自主化核電末級(jí)動(dòng)葉片的系列，進(jìn)而可靠提高我國(guó)目前核電主流汽輪機(jī)的做功效率和性價(jià) 比，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中穩(wěn)定、顯著的提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【附圖說明】
[0018] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019] 圖1是本發(fā)明葉身的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是圖1的俯視圖。
[0021] 圖3是圖1、圖2中葉身截面的特征示意圖。
[0022] 圖4是包括圖3所示葉身截面在內(nèi)的各截面疊合圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明為半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用末級(jí)動(dòng)葉片的葉身結(jié)構(gòu)，它要解決的技術(shù)問題及采 取的技術(shù)措施是：
[0024] 一.葉型特性參數(shù)設(shè)計(jì)
[00巧]基于工程所需邊界條件，確定本套葉型的排氣速度范圍為200~250m/s，使用根 徑的范圍為2800~3200mm，最大排氣面積為24.Im2,有