一种汽轮机叶片T型叶根及其配合的轮缘槽的制作方法

本实用新型涉及一种汽轮机动叶片，尤其是一种用于反动式汽轮机动叶片的叶根及其配合的轮缘槽。

背景技术：

反动式汽轮机通常采用转鼓式转子，与轮盘式转子相比，转鼓式转子的相邻级的轮缘槽之间材料连续。在转鼓式转子上常用的动叶片叶根形式有：T型叶根、双T型叶根、叉型叶根、枞树型叶根等，这几种形式的叶根主要有以下特点。

T型叶根：结构简单，工作可靠，加工方便。叶根周向装配，固定叶根的轮缘槽至少需开设一个缺口，以便叶片从缺口处依次径向装入轮缘槽，并通过径向骑缝螺杆将封口叶片固定在缺口位置。T型叶根承载能力较小，适用于离心力较小的叶片。

双T型叶根：较T型叶根增加一对承载面，为保证承载面受力均匀，叶根和轮缘槽的承载面的尺寸公差要求较高，加工难度较大。与T型叶根类似，双T型叶根亦周向装配，需要在固定叶根的轮缘槽开设缺口，以便叶片从缺口依次径向装入轮缘槽。由于双T型叶根径向尺寸一般较大，用于锁紧封口叶片的径向骑缝螺孔较深，加工难度亦较大。此外，由于叶根体积相对较大，叶根部分的离心力占叶片总离心力的比重较大，一定程度上削弱了叶根的承载能力，总体而言，双T型叶根承载能力较大，适用于离心力较大的叶片。

叉型叶根：加工较方便，叶根叉径向插入轮缘对应的槽中，通过轴向销钉固定。叉数越多，承载能力越强，适用于可加工轴向销钉孔的末级叶片或根径较大的调节级叶片。

枞树型叶根：承载面较多，加工精度要求较高，工艺较复杂。叶根由轴向装入叶根槽，除末级和调节级外，当枞树型叶根用于其他级时，需在级间预留较多轴向空间供装配用。与其他几种类型的叶根相比，在同样的叶身尺寸下，枞树型叶根的承载能力最高，适用于载荷较大的末几级叶片或调节级叶片。

对于反动式汽轮机转鼓式转子，尽管叉型叶根和枞树型叶根的承载能力均较大，但受装配空间、加工精度和成本的限制，制约了其使用；而双T型叶根也因工艺和装配方面的因素给使用带来不便。从叶片加工、装配的角度考虑，除末级和调节级外的其他级，采用T型叶根是首选。当T型叶根用于中等高度叶片或离心力较大的末几级低压叶片时，由于其承载能力有限，不得不通过增大叶根尺寸来提高承载能力、降低应力水平。但随着叶根尺寸的增大，一方面，叶根部分的离心力占叶片总离心力的比重增大，叶根和轮缘的应力可能不降反升；另一方面，用于锁紧封口叶片的骑缝螺孔的直径、深度都相应增大，加工难度上升。这两方面的因素给中等高度叶片或离心力较大的末几级低压叶片采用T型叶根带来不利影响。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题是：反动式汽轮机转鼓式转子上的中等高度叶片或离心力较大的末几级低压叶片，若采用T型叶根，容易在叶根圆角和轮缘槽圆角产生较大的应力集中，影响叶片安全运行；若采用双T型叶根，虽然叶根圆角和轮缘槽圆角应力集中有所减小，但叶根和轮缘槽工艺要求较高，且末叶装配不便；若采用叉型叶根，除末级和调节级外，无法在有限空间内加工出销钉孔；若采用枞树型叶根，除末级和调节级外，需在级间预留较多轴向空间供装配用，且工艺要求较高。

综合考虑上述几种叶根结构，能同时满足有限装配空间、装配方便及加工工艺难度的条件下，排除其他几种叶根结构而选择T型叶根结构作为反动式汽轮机转鼓式转子上的中等高度叶片或离心力较大的末几级低压叶片的叶根。

在此基础上，解决传统T型叶根技术缺陷，提供一种避免T型叶根圆角和轮缘槽圆角较大应力集中，并具有安全性较高、工艺难度较低、结构紧凑、方便装配的新型汽轮机叶片斜T型叶根及其配合的轮缘槽。

本实用新型提供一种汽轮机叶片T型叶根，包括T型头部、颈部、叶根与叶身连接段，其特征是：从子午面剖视图观察，

1)叶根T型头部与轮缘槽配合的承载面为倾斜面，叶根T型头部承载面与汽轮机轴线方向成一夹角θ，形成斜T型头部叶根结构；叶根斜T型头部承载面与叶根颈部之间以圆角过渡。

2)叶根T型头部左右两侧承载面的倾斜角度θ大小相等。

3)所述夹角的取值范围为25°≤θ≤30°，以25°为最优角度。

4)斜T型头部的轴向宽度较叶根与叶身连接段的轴向宽度小。

5)叶根与叶身连接段轴向宽度与该段轮缘槽轴向宽度采用间隙配合公差，使叶片轴向定位。

6)叶根斜T型头部承载面与叶根颈部之间以圆角过渡，在保证承载面具有一定的有效接触面积的前提下，宜采用较大的圆角半径。

进一步的改进在于：所述叶根为周向安装的叶片叶根。

进一步的改进在于：所述叶根既适用于矩形叶根，又适用于菱形叶根。

进一步的改进在于：汽轮机相邻级叶片叶根均可采用所述叶根。

本实用新型提供一种与T型叶根配合的轮缘槽，其特征是：从子午面剖视察，图观

1)与斜T型头部承载面配合的轮缘槽承载面与汽轮机轴线方向成一夹角θ，形成斜T型轮缘槽结构；轮缘槽承载面与轮缘槽底部侧壁之间以圆角过渡。

2)轮缘槽左右两侧承载面的倾斜角度大小相等；

3)所述夹角的取值范围为25°≤θ≤30°，以25°为优选。

4)叶根与叶身连接段轴向宽度与该段轮缘槽轴向宽度采用间隙配合公差，使叶片轴向定位；

5)轮缘槽承载面与轮缘槽底部侧壁之间以圆角过渡，在保证承载面具有一定的有效接触面积的前提下，宜采用较大的圆角半径；

6)轮缘槽底部侧壁与轮缘槽底面之间以圆角过渡，在保证叶根与轮缘槽不干涉的前提下，宜采用较大的圆角半径；

7)叶根底部与轮缘槽底面之间安装垫隙条。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、由于斜T型叶根结构，使其承载面所受正压力F可分解为径向力F_r与轴向力F_a，同时，叶根承载面与叶根颈部侧壁的夹角、轮缘承载面与轮缘槽底部侧壁的夹角由直角增大为钝角，从而有效减小了圆角应力集中，降低叶根和轮缘的应力水平，提高叶片安全性。当叶根大小尺寸相同时，斜T型叶根较T型叶根具备更大的承载能力。

2、有利于适当减小叶根尺寸，降低叶根部分的离心力占叶片总离心力的比重，充分发挥叶根和轮缘的材料强度性能，适用于离心力较大的中等以上高度叶片。

3、两承载面对径向尺寸偏差、角度偏差均不敏感，具有较好的公差适应性。

4、轴向结构紧凑。

5、具有良好的工艺性，适用于大多数周向安装的汽轮机叶片，有利于推广。

附图说明

图1是斜T型叶根的叶根和轮缘槽装配的子午面剖视图。

图2是斜T型叶根的叶根和轮缘槽拆分的子午面剖视图。

图3是T型叶根的叶根和轮缘槽拆分的子午面剖视图。

图4是相邻斜T型轮缘承载面受力示意图。

图5是经有限元计算得到的叶根圆角最大应力和轮缘槽圆角最大应力随承载面倾斜角度的变化规律。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：

如图1所示，一种汽轮机叶片T型叶根及其配合的轮缘槽，包括汽轮机叶片斜T型叶根1、垫隙条2、轮缘槽3，斜T型叶根底部与轮缘槽底面之间安装垫隙条。汽轮机叶片斜T型叶根包括T型头部、颈部、叶根与叶身连接段。

如图1、图2所示，斜T型叶根1具有斜T型头部，因此形成斜T型头部承载面101、与其配合的轮缘槽承载面301均与汽轮机轴线方向成一夹角θ。装配后，斜T型叶根1被其底部的垫隙条2顶起，使斜T型头部承载面101、轮缘槽承载面301相互贴紧。叶根与叶身连接段端面103、轮缘槽端面303相互接触。

工作状态下，叶根斜T型头部承载面101、轮缘槽承载面301承受叶片的离心力和弯矩载荷，约束了叶根的径向位移。叶根与叶身连接段端面103、轮缘槽端面303承受叶片的轴向力载荷，约束了叶根的轴向位移。

如图2，叶根斜T型头部承载面与叶根颈部之间以圆角过渡，在保证承载面具有一定的有效接触面积的前提下，宜采用较大的圆角半径。轮缘槽承载面与轮缘槽底部侧壁之间以圆角过渡，在保证承载面具有一定的有效接触面积的前提下，宜采用较大的圆角半径。以及，轮缘槽底部侧壁与轮缘槽底面之间以圆角过渡，在保证叶根与轮缘槽不干涉的前提下，宜采用较大的圆角半径。

因此，与如图3所示的传统T型叶根结构对比，斜T型叶根的叶根圆角102、轮缘槽圆角302的圆角半径较同样尺寸的T型叶根的叶根圆角105、轮缘槽圆角305的圆角半径大，并且叶根承载面与叶根颈部侧壁的夹角、轮缘承载面与轮缘槽底部侧壁的夹角由直角增大为钝角，从而有效减小了圆角应力集中，降低叶根和轮缘的应力水平。当叶根大小尺寸相同时，斜T型叶根较T型叶根具备更大的承载能力。

如图4所示，由于斜T型叶根承载面所受正压力F可分解为径向力F_r与轴向力F_a，应尽量在采用斜T型叶根结构的相邻级也采用斜T型叶根，这样可以有效抵消斜T型轮缘所受弯矩，从而增加轮缘的安全性。

如图5所示，经有限元计算得到叶根圆角最大应力和轮缘槽圆角最大应力随承载面倾斜角度的变化规律，可见当夹角θ的取值范围为25°≤θ≤30°时，综合考虑叶根圆角和轮缘槽圆角的最大应力值均相对较低，其中，25°作为夹角θ的优选值。

如图2所示，由于承载面斜置的原因，当以下公差同时或部分存在时，1)叶根承载面101左右两侧径向高度公差、2)叶根左右两侧夹角θ的角度公差、3)轮缘槽承载面301左右两侧径向高度公差、4)轮缘槽左右两侧夹角θ的角度公差，不至于引起斜T型叶根结构的平均应力明显上升，亦不引起更大的局部应力集中。两承载面对径向尺寸偏差、角度偏差均不敏感，具有较好的公差适应性。

斜T型叶根结构的封口叶片采用径向骑缝螺杆固定。斜T型叶根轴向结构紧凑，具有良好的工艺性和通用性。