>[0030]W—叶根3轴向宽度。
[0031 ] D—叶型背弧。
[0032]E—叶型内弧。
[0033]F—叶型出汽边。
[0034]G—叶型进汽边。
[0035]
(1)叶型设计，沿叶高若干个特征叶身2截面的气动设计
参见图3、图5:采用专用的通流设计程序设计了本末级叶片沿叶高各截面的基本叶型要素及安装位置，沿叶高各基本叶型的特征是:气动特征为根部为亚音速叶型、中上部为跨音速叶型、顶部为超音速叶型。基本叶型的横截面积沿高度单调减小，呈塔形变化，安装角cl由83.03°单调减小到16.55° ;从根截面到顶截面的面积A变化规律为:8.935 2 A 2 1.0，即根截面到顶截面的面积A由8.935单调减小至1.0;从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为:5.602 2 Xa 2 1.0，即根截面到顶截面的轴向宽度Xa由5.602单调减小至1.0;从根截面至IJ顶截面的弦长bl变化规律为:1.63 2 bl 2 1.0，即根截面到顶截面的弦长bl由1.63单调减小至1.0;从根截面到顶截面的最大厚度wl变化规律为:4.227 2 wl 2 1.0，即根截面到顶截面的最大厚度wl由1.63单调减小4.227至1.0。基本叶型沿高度单调扭转成型。基本叶型的出口几何角al°沿高度单调可控地减小。采用全三维气动分析程序分析并优化设计了各叶型截面沿叶高的成型规律，最终实现了本叶片级流场特性的优化。
[0036]动叶片顶截面以下的叶身2部分设计了若干个典型截面型线，各典型截面之间的叶型采用型面光滑连接，高次样条插值求出。超音速叶型截面是叶型设计的重点和难点。为了协调强度和气动对叶型的制约，对叶型作了数次改进，最终基本实现了沿叶高等强度极限应力设计，同时满足叶根3强度和叶片气动性能的要求。
[0037]动叶片流道中的流动特性复杂，沿叶高均存在从亚音速、跨音速、超音速流动变化，型线气动特性的优劣是叶片设计成功的关键要素之一。以气动性能最佳为目标，分别设计一套静、动叶基本型线，基本型线常常不能满足叶片的结构、强度、振动设计要求，在后续的叶片的结构、强度、振动设计时，可以对基型进行相似模化设计，这样不仅可满足结构、强度、振动设计要求，而且能保证气动性能基本不变。
[0038]在完成基本叶型之上，就须进行末级叶片的流型及三维气动分析研究。流型研究主要是在整缸(至少末三级)环境下，利用准三维方法来设计级的焓降、速比、反动度沿叶高分布等流型参数。在可控涡流型设计的基础上，对静、动叶进行三维空间积迭设计。静叶主要采用切向和轴向复合弯扭成型，以最高效率为目标;动叶主要采用动态重心重合且通过辐射线的扭转成型设计，以叶片在工作状态时离心力产生的弯应力(对叶身2和叶根3)最小及最高效率为目标。如前所述，气动设计和叶片的结构、强度、振动设计相互耦合，有时是不可调和的，先进的末级长叶片设计就是要达到叶片的气动特性和结构、强度、振动特性的良好协调，使叶片具有高的可靠性和高经济性。因此，叶片的全三维气动设计一般要经过许多方案的逐步优化得到。
[0039](2)大离心载荷下的叶身2结构强度振动特性设计
在工作状态下，叶片各扭转变截面的离心力产生应力非常高，而且受力状态复杂，这对叶片的强度振动设计是一个极大的挑战。这一部分设计时，将受到下列因素的相互制约: ?叶片各截面型线的气动特性制约 ?叶片和转子材料的强度极限制约 ?叶片各截面的应力状态制约 ?叶片振动调频特性制约
为克服上述主要的制约因素，保持各截面的应力水平基本相当，从而最大限度地应用材料的强度极限。在保持各截面的形状基本相似的前提下，来调整叶片的受力状态和振动特性，最终使各制约因素相互协调。采用了全三维气动和三维有限元强度弱藕合分析方法对本叶片进行了设计分析，最终优化设计了能满足气动特性和强度振动特性要求的叶身2结构。叶身2结构的强度特性为:叶身2局部最大应力小于叶片材料的强度极限，局部最大应力与根截面平均应力之比小于2.0。
[0040](3)大变形阻尼叶片的连接结构设计
由于在工作状态下，叶片中上部分的截面相对于静止状态时有较大的扭转变形，采用结构有限元分析方法优化设计了叶片的连接结构。其特征为:设计了与叶身2自成一体的围带结构(参见图3、图4)，其厚度为Hl(8mm〈Hl〈18mm)，自带围带结构在气动方面阻止了叶顶的横向窜流和径向流，在约转速N1转/分时，围带工作面(S1面)与相邻叶片围带工作面(P1面)接触，产生较大的压应力F1，围带工作面与X轴(轴向)的夹角B1满足关系式:A1=T1*C0SB1，35° <B1 <52°，在叶片工作时增加叶片刚性，使静态下的自由叶片在额定转速时较大地限制了叶顶的扭转恢复，形成整圈约束结构，大幅度降低叶片动应力。连接结构的接触转速满足关系式:0 < N1 < 2400转/分。工作面压应力满足关系式:0.0126〈F1 < 0.055倍材料的强度极限。
【主权项】
1.一种660MW等级汽轮机的给水系统，其特征在于，该汽轮机的给水栗由一部给水栗汽轮机驱动。2.—种给水栗汽轮机末级动叶片，具有整体结构的叶根、叶身、围带，所述围带位于叶身的顶部，叶根位于叶身的根部;所述叶身是由若干特征截面按一特定规律迭合而成的异形体，其有效高度为H、根径为Dr;所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，具有特征参数安装角cl、弦长bl、最大厚度wl、截面积A;截面的迭合规律是:沿叶高方向自根端向顶端，各截面连续光滑过渡;其特征在于，叶高Η的相对值由0.0单调增加到1.0;与之相对应，安装角cl由83.03°单调减小到16.55°;从根截面到顶截面的面积A变化规律为:8.935 2 A 2 1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为:5.602 2 Xa 2 1.0，从根截面到顶截面的弦长bl变化规律为:1.63 >bl>1.0,从根截面到顶截面的最大厚度wl变化规律为:3.593之W1 > 1.0ο3.根据权利要求2所述的给水栗汽轮机末级动叶片，其特征在于，所述叶身的有效高度为 H=530mm、根径为 Dr=1000mm。4.根据权利要求2所述的给水栗汽轮机末级动叶片，其特征在于，所述围带具有背弧工作面S1和内弧工作面P1，背弧工作面S1和内弧工作面P1是相互平行的平面；围带的截面形状具有特征参数:背弧工作面S1和内弧工作面P1间的距离A1，背弧工作面S1和内弧工作面P1几何中心间的距离T1;所述背弧工作面S1与汽轮机转子中轴线X轴的夹角B1满足关系式: A1=T1.C0SB1；35° <Bl<52°； 围带厚度HI满足关系式: 8mm<Hl<18mm 05.根据权利要求2所述的给水栗汽轮机末级动叶片，其特征在于，所述叶根是4齿直线轴向装入型纵树型叶根。
【专利摘要】本发明涉及660MW等级汽轮机的给水系统及其给水泵汽轮机末级动叶片，该汽轮机只配置一台100%的给水泵汽轮机；其叶片有效高度为530mm，叶高H的相对值由0.0单调增加到1.0；与之相对应，安装角c1由83.03°单调减小到16.55°；从根截面到顶截面的面积A变化规律为：8.935≥A≥1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为：5.602≥Xa≥1.0，从根截面到顶截面的弦长b1变化规律为：1.63≥b1≥1.0，从根截面到顶截面的最大厚度w1变化规律为：3.593≥w1≥1.0。适用于功率22MW～35MW，单向排汽（1个排气口），转速2600～6380rpm的变转速、超超临界660MW等级汽轮机的100%容量给水泵汽轮机。
【IPC分类】F01D15/08, F01D5/14
【公开号】CN105422187
【申请号】CN201510956272
【发明人】李伯武, 马少林, 张元林, 肖向浩, 肖晓玲, 谭成成, 文谋, 贾丹, 师春燕, 曾洪勇
【申请人】东方电气集团东方汽轮机有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月17日