排汽面积3.2m²高效工业汽轮机的低压级组末级动叶片的制作方法

排汽面积3.2m²高效工业汽轮机的低压级组末级动叶片的制作方法
【专利摘要】本发明所设计的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级动叶片是一种变截面扭叶片，由叶身、叶根和设置在叶身上的拉筋凸台组成。叶片工作部分即叶身为变截面扭叶片，由若干特征截面按特定规律迭合而成，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，截面的迭合规律是沿叶高方向自根部至顶部各截面连续光滑过度，从根部至顶部的截面面积逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转，这种工业汽轮机低压级组末级叶片的排汽面积为3.2m2，可用于15万千瓦等级的工业汽轮机组，用于四级低压级组末级，能在较大的背压范围内运行，具有高效的变工况运行性能，提高了联合循环效率。
【专利说明】
排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级动叶片
技术领域
[0001]本发明涉及一种联合循环用工业汽轮机的末级动叶片，特别是排汽面积为3.2m2变工况运行时，气动效率均在88.9%以上的低压级组末级动叶片。
【背景技术】
[0002]燃机-蒸汽联合循环的发展十分迅速，与燃气轮机相匹配的的汽轮机的设计、制造也势在必得。为提高联合循环效率，其高效的汽轮机叶片设计逐渐凸现其重要性。联合循环用汽轮机的低压级组末级叶片既要满足变工况运行时的高性能，又要满足恶劣工况下的强度振动要求，末级叶片的设计至关重要。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是提供一种排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，该叶片具有良好的变工况气动性能和强度性能，结构合理，装配方便。
[0004]本发明所设计的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级动叶片是一种变截面扭叶片，由叶身、叶根和设置在叶身上的拉筋凸台组成。叶片工作部分即叶身为变截面扭叶片，由若干特征截面按特定规律迭合而成，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，截面的迭合规律是沿叶高方向自根部至顶部各截面连续光滑过度，从根部至顶部的截面面积逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转，叶身相对叶高Ld由0%单调增加到100%，从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为:0.38<T/b<0.91;从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为:0.39^ΞΤ/Β^1.26;从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面最大厚度比T/Dmax变化规律为:2.44<T/Dmax<15.30;从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为:0.02彡T/A彡
0.12；从叶根截面到叶顶截面的叶型前缘半径RO变化规律为:2.03mm^R0^4.04mm;从叶根截面到叶顶截面的叶型尾缘半径Rl变化规律为:1.0ImmSRlS2.03mm。
[0005]进一步的方案是，所述的叶身高度为560mm。叶身根部轴向宽度为149.37mm，根部直径为1120mm，顶部轴向宽度为93.61mm，叶身的排汽面积为3.2m2。所述叶根为枞树型，叶根轴向宽度为160mm。叶片叶根为枞树型叶根，叶根的轴向宽度为160mm。
[0006]更进一步的方案是，拉筋凸台位于叶片工作部分从下至上相对叶高0.625处，且与叶片工作部分制成一体;且拉筋凸台上设有拉筋孔，叶片拉筋凸台截面为圆形，是在叶片工作部分的内、背弧面上外凸形成凸台结构，拉筋凸台的内弧工作面和背弧工作面相互平行，拉筋凸台中心距叶身底部350mm，拉筋凸台的内弧工作面和背弧工作面之间的距离为26mm，拉筋孔直径为14mm;;叶身进汽边背弧处设有淬硬部分，淬硬部分的长度视实际使用情况而定。
[0007]本发明具有以下有益效果:
[0008]本发明工业汽轮机低压级组末级叶片的排汽面积为3.2m2，可用于15万千瓦等级的工业汽轮机组，用于四级低压级组末级，能在较大的背压范围内运行，具有高效的变工况运行性能，提高了联合循环效率。本发明对提高了工业汽轮机的经济型和安全可靠性具有重大意义。
[0009]该末级叶片采用三元流场设计技术设计而成的，沿叶高方向叶片具有一定的扭曲规律，既兼顾了叶片静强度要求，还使得叶片具有很好的气动性能，叶身扭曲规律是按照三元流理论设计的，沿叶身各热力参数分布规律合理，经专业计算流体动力学计算软件CFX和Numeca等计算验证，在背压为0.09bar，出流量为57.4kg/s的设计工况下，所在的低压级组的气动效率可达90.3%；且在背压为0.05-0.25bar的范围内，其气动效率均在88.9 %以上，具有良好的变工况性能；另外通过常规应力分析和三维有限元强度分析表明，该叶型具有足够的强度性能，各工况下的气流弯应力均较小。该末级叶片采用凸台拉筋的结构，叶轮旋转时离心力引起的叶片扭转在拉筋的作用下形成整圈多组叶片结构。该结构消除了多种振型的振动频率，使叶片振型相对简单，大大降低了叶片的动应力，有利于动调频，可以保证在多种工况下均能安全可靠运行。该叶片叶根部分为枞树型斜叶根，叶根型线采用先进的三维结构优化方法获得，承载能力强，各齿承载均匀，能使叶片和转子结合牢固、稳定，保证了整个叶片的安全性，该叶片可在背压0.05bar?0.25bar下安全运行，具有广阔的市场应用前景。
【附图说明】
[0010]图1是本发明叶片的结构示意图；
[0011]图2是本发明叶片图1E-E处，相对叶高Ld截面叶型几何参数图；
[0012]图3是本发明叶片侧视图；
[0013]图4是本发明叶片俯视图；
[0014]图5是本发明叶片型线示意图；
[0015]图6是相邻三只叶片用拉筋连接的示意图；
[0016]图中:叶身1、拉筋凸台2、叶根3、拉筋4。图1中H为叶片叶身高度，Ld为叶身相对高度，L为进汽边背弧处淬硬长度。图2中A是剖面线区域面积。图5中A-A、E-E、1-1分别为相对叶身高度为0%、50%、100%对应的叶片型线；
【具体实施方式】
[0017]下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
[0018]如图1、2、3、4所示，本实施例所描述的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，它是一种变截面扭叶片，包括叶身1、叶根3和设置在叶身I上的拉筋凸台2。叶身部分为变截面扭叶片，由若干特征截面按特定规律迭合而成，特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围城的封闭曲线，截面的迭合规律是沿叶高方向自根部至顶部各截面连续光滑过度，从根部至顶部的截面面积逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转，见图4。
[0019]所述叶身I高度为560mm，叶身根部轴向宽度为149.37mm，根部直径为1120mm，顶部轴向宽度为93.61mm，叶身的排汽面积为3.2m2。其相对高度Ld由0%单调增加至1」100%，从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为:0.38<T/b<0.91;从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为:0.39^Τ/Β^Ξ 1.26；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面最大厚度比T/Dmax变化规律为:2.44^T/Dmax^ 15.30;从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为:0.02彡T/A彡0.12;从叶根截面到叶顶截面的叶型前缘半径RO变化规律为:2.03mm彡RO彡4.04mm;从叶根截面到叶顶截面的叶型尾缘半径Rl变化规律为:1.0Imm彡Rl彡2.03mm。
[0020]所述叶根3为枞树型叶根3，叶根3轴向宽度为160mm，叶片通过枞树型叶根安装在转轴外圆的叶轮槽中；所述拉筋凸台2位于叶片工作部分从下至上相对于叶高0.625处，且与叶片工作部分制成一体，且拉筋凸台和上设有拉筋孔。拉筋凸台截面为圆形，是在叶片工作部分的内、背弧面上外凸形成凸台结构，拉筋凸台的内弧工作面和背弧工作面相互平行。；所述拉筋孔直径14mm，距叶身I底部350mm，拉筋凸台的内弧工作面和背弧工作面之间的距离为26_，拉筋孔在装配时插入拉筋4，如图5。静态时叶片为单片结构，拉筋4不与拉筋孔上部贴合，在工作转速下，由于离心力的作用，拉筋4将与拉筋孔上部贴合，并产生较大的正压力，在离心力的作用下，这种结构一方面使拉筋4与拉筋孔之间产生摩擦力，增加了系统的阻尼；另一方面，拉筋4使叶片成组，提高叶片的振动性能;所述的叶身I，其进汽边背弧处设有淬硬部分，淬硬长度L根据实际需要而定，见图1。
【主权项】
1.一种排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，它是一种变截面扭叶片，包括叶身、叶根和设置在叶身上的拉筋凸台；其特征是，叶身为变截面扭叶片，由若干特征截面按特定规律迭合而成，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，截面的迭合规律是沿叶高方向自根部至顶部各截面连续光滑过度，从根部至顶部的截面面积逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转;叶身相对叶高Ld由O %单调增加到100 %，从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为:0.38<T/b<0.91;从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为:0.39^Τ/Β^Ξ 1.26；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面最大厚度比T/Dmax变化规律为:2.44^T/Dmax^ 15.30;从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为:0.02彡T/A彡0.12;从叶根截面到叶顶截面的叶型前缘半径RO变化规律为:2.03mm彡RO彡4.04mm;从叶根截面到叶顶截面的叶型尾缘半径Rl变化规律为:1.0Imm彡Rl彡2.03mm。2.根据权利要求1所述的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，其特征是所述的叶身高度为560mm，叶身根部轴向宽度为149.37mm，根部直径为1120mm，顶部轴向宽度为93.61mm,叶身的排汽面积为3.2m2。3.根据权利要求1所述的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，其特征是所述叶根为枞树型，叶根轴向宽度为160mm。4.根据权利要求1所述的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，其特征是所述拉筋凸台位于叶片工作部分从下至上相对于叶高0.625处，且与叶片工作部分制成一体，且拉筋凸台上设有拉筋孔，拉筋凸台截面为圆形，是在叶片工作部分的内、背弧面上外凸形成凸台结构，拉筋凸台的内弧工作面和背弧工作面相互平行。5.根据权利要求4所述的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，其特征是所述拉筋孔直径为14mm，拉筋凸台中心距叶身底部350mm，拉筋凸台的内弧工作面和背弧工作面之间的距离为26_，在叶环装配时将拉筋插入拉筋凸台中，将叶片分组。6.根据权利要求1所述的排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级叶片，其特征是所述的叶身，其进汽边背弧处设有淬硬部分。
【文档编号】F01D5/22GK106089314SQ201610619739
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月29日 公开号201610619739.X, CN 106089314 A, CN 106089314A, CN 201610619739, CN-A-106089314, CN106089314 A, CN106089314A, CN201610619739, CN201610619739.X
【发明人】孔建强, 隋永枫, 毛汉忠, 徐志明, 张春梅, 杨雄民, 郑健生, 吴林林
【申请人】杭州汽轮机股份有限公司