一种3600rpm湿冷汽轮机末级动叶片的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及汽轮机的动叶片，适用于背压为5?12kPa、功率为100MW?300MW、转速为3600RPM的湿冷汽轮机。
【背景技术】
[0002]世界上有两大频率不同的电力系统，欧洲、亚洲多数国家为50Hz，采用3000RPM汽轮机，而美国、加拿大、日本、拉美和部分亚、非洲国家为60Hz，采用3600RPM汽轮机。
[0003]伴随着国内经济发展新常态，装备制造业走向世界已成为最新国家战略，李克强总理多次向世界强力推介中国装备，包括3600RPM汽轮机，适用国外60Hz电网的3600RPM汽轮机市场前景广阔，为我国汽轮机行业带来极佳的发展机遇。
[0004]与3000RPM相比，3600RPM汽轮机末级动叶片，由于转速更高，离心力就更大，从而动应力增加，保障其安全性就更难。为安全可靠，必须降低动应力，这就需要进行结构优化，导致末级动叶片结构设计难度增加。加之，末级叶片处于通流末端，易因电网波动和背压改变而降低经济性，严重时可能造成叶片喘振而断裂，所以同时保障其经济性和安全可靠性难度就更高。
[0005]迄今为止，我国一直是制造3000RPM汽轮机，尽管也知道3600RPM汽轮机的基本构造，但不知末级动叶片的具体结构，国外制造商也不愿公开该叶片的结构，只能立足自主开发。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:目苗准国际3600RPM发电设备市场，以适用于核电、火电和燃气-蒸汽联合循环的先进性能的汽轮机为目标，开发出一种具有高经济性和高安全可靠性的3600RPM汽轮机末级动叶片。
[0007]本发明为实现其技术目的，采用的技术方案是:
一种3600RPM湿冷汽轮机末级动叶片，具有整体结构的叶根、叶身、围带、拉筋，所述围带位于叶身的顶部，叶根位于叶身的根部，拉筋位于叶身的腰部;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，其特征截面的轮廓由内弧曲线和背弧曲线合围而成，具有特征参数安装角cl、弦长bl、最大厚度wl、轴向宽度Xa、截面积Ar;特征截面的迭合规律为沿叶高方向自根端向顶端、各截面连续光滑过渡且呈塔形变化;所述叶身的根径为Dr、有效高度为H;其特征在于，从根端截面到顶端截面，有效高度Η的相对值由0.0单调增加到1.0;与之相对应，从根端截面到顶端截面，特征参数安装角cl由74.23°单调减小到15.11°，弦长bl的相对值由1.32单调减小到1.0，最大厚度wl的相对值由3.58单调减小到1.0，轴向宽度Xa的相对值由4.55单调减小到1.0，截面积Ar的相对值由4.51单调减小到1.0。
[0008]所述围带具有围带厚度H1、背弧工作面S1和内弧工作面P1，且S1和P1是相互平行的平面，A1为工作面S1、P1之间的距离，T1为工作面S1、P1几何中心之间的距离;在转速N1转/分时，围带背弧工作面S1与相邻叶片的围带内弧工作面P1接触，产生压应力F1; 所述围带厚度HI满足关系式:
10<Hl<20mm；
所述背弧工作面S1与汽轮机转子中轴线X轴的夹角Bl满足关系式:
A1=T1.C0SB1，10。<B1 <50° ；
所述围带工作面接触时的转速N1满足关系式:
0<N1 <2500转/分；
所述围带工作面接触时的压应力F1满足关系式:
0.005<F1 < 0.038倍材料的强度极限。
[0009]所述拉筋具有拉筋高度Lj、截面最大厚度Bj、背弧工作面S2和内弧工作面P2，且S2和P2是相互平行的平面，A2为工作面S2、P2之间的距离，T2为工作面S2、P2几何中心之间的距离；
所述拉筋高度Lj满足关系式:
0.5<Lj/H<0.75；
所述截面最大厚度Bj满足关系式:
20<Bj <30mm；
所述背弧工作面S2与汽轮机转子中轴线X轴的夹角B2满足关系式:
A2=T2.C0SB2，20。<B2 <50。。
[0010]所述叶根为三齿直线型枞树形叶根。
[0011]本发明的有益效果:
上述构造的3600RPM湿冷汽轮机末级动叶片，具有高经济性和高安全可靠性。适用于核电、火电和燃气-蒸汽联合循环的先进性能的汽轮机。
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0013]图1是本叶片的结构示意图；
图2是叶身截面示意图；
图3是围带结构示意图；
图4是拉筋结构示意图；
图5是拉筋厚度示意图，其中:图5-1是图1中拉筋2的放大图，图5-2是图5-1的A向放大图。
【具体实施方式】
[0014]在没有任何3600RPM末级动叶片技术资料和实物及照片的情况下，在我国成熟的3000RPM末级叶片设计经验基础上，兼顾热力、气动、强度、振动等多项性能指标，采用世界先进的大型三维工程设计软件，进行繁杂的多个关联约束条件的设计对比、参数优化，自主开发出此具有高经济性、高安全可靠性的3600RPM末级动叶片。
[0015]本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0016]参见图1，采用合适的合金钢叶片和转子材料，按本专利设计图制造的动叶片由4个部分组成，分别是:围带1，拉筋2，叶身3，叶根4。各部分是采用同一种高强度性能的合金钢、整体地制造完成。叶片通过叶根4安装在转子外圆的轮槽中，转子上有84只轮槽，当84只叶片都装进轮槽组成一圈，就形成了完整的汽轮机末级。
[0017]本动叶片的设计载体选择3600RPM湿冷双排汽185MW等级汽轮机，此机最适宜的设计背压为9kPa，在此设计背压范围内，最终方案确定的末级动叶片有效高度Η为635mm，根径Dr为1300mm，其环形面积为3.86m2，并以此根径和叶高为基准设计了由多个叶片级次组成的低压模块。针对不同的机型，可通过组合低压模块的某几个级次，实现不同功率等级的汽轮机发电量。
[0018]如图1?图5，本发明的相关变量定义如下:
Η—叶身3的有效高度，即叶身3的顶端截面与根端截面之间的距离。
[0019]Η1—围带1的厚度。
[0020]Lj—拉筋2的高度，即叶身3的根端截面到拉筋2的几何中心的垂直距离。
[0021 ] Bj—拉筋2的厚度。
[0022]A1—围带1的两工作面S1、P1之间的距离。
[0023]B1—围带1的两工作面S1、P1与转子中轴线X轴的水平夹角。
[0024]T 一节距，即叶身3在同一高度上相邻两个截面在周向(Y向)的距离。
[0〇25] wl—截面最大厚度。
[0026]bl—弦长，即截面的几何最大长度。
[0027]Ar—截面面积。
[0028]Xa—截面轴向宽度。
[0029]01—喉宽，即叶身3在同一高度上相邻两个截面在出口处的最小距离。
[0030]al°—出口几何角，大小等于sin-l(01/T)。
[0031]cl°—叶型安装角，即弦长线与周向(Y向)的夹角。
[0032]W—叶根轴向宽度。
[0033](1)叶型设计一一沿有效高度Η上若干个特征截面的气动设计
参见图1