CN102102545A

CN102102545A - 半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构

Info

Publication number: CN102102545A
Application number: CN2011100693637A
Authority: CN
Inventors: 范小平; 范志飞; 曹守洪; 周显丁; 靳亚峰; 江南
Original assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Current assignee: DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: CN102102545B

Abstract

本发明提供一种半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构，包括枞树型叶根和与之匹配的轮槽，所述枞树型叶根第一齿与叶根下平台的过渡部分型线由一条直线L和一条曲线N连接而成，该曲线N是由若干段圆弧平滑连接而成，所述曲线N的曲率半径RN沿叶根平台到叶根底部方向由大变小，从12.8mm单调减小至8.8mm，所述直线L的水平夹角B1=10°—20°。所述与枞树型叶根相匹配的轮槽下部的过渡部分型线是由四段曲率不同的圆弧平滑连接而成的曲线M。本发明改善离心力在叶根和轮槽配合面上的分布状况，使其应力水平不超过材料的许用值。特别是其过渡部分，由于采用多段圆弧光滑连接的过渡方式，应力大大减小，有效保证叶根及轮槽的强度。

Description

半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构

技术领域

本发明涉及汽轮机的叶根及轮槽结构，尤其是一种半转速核电汽轮发电机设备用的动叶片枞树型叶根及轮槽型线。

背景技术

核电以其清洁、经济、安全的综合特性，被视为未来能源产业发展的主流方向之一。截至2009年底，我国核电项目在建规模达2192万千瓦共20台机组，我国已成为世界上在建核电规模最大的国家。根据我国政府制定的规划，到2020年，我国投入使用的核电装机容量将从目前的尚不足1000万千瓦提高到7500万千瓦。届时，核电占全国电力装机容量的比重将从目前的2％提高到5％左右。而当前核电机组的单机容量也在逐步增大，从1000MW到1700MW均有相应的机组在运行中或建设中。

发电用汽轮机的技术开发是以增大单机容量和提高机组热效率、提高经济性及可靠性为目标而进行的。从最大的单机容量机组发展情况看，随着单机容量的增大，在汽轮机的型式上一是增加汽轮机的排汽口数目；或者是提高汽轮机末级叶片长度，增大末级排汽环形面积。增大末级排汽环形面积是通过增加叶片长度及安装直径来实现的，这样就会带来叶片离心力显著增大，导致叶根与轮槽的应力水平高，对叶根与轮槽的材料和结构设计带来困难。这在半转速核电汽轮机末级叶片设计中，体现得尤为明显。

中国专利CN200520034974.8公开了一种汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构，该结构有效地改善了离心力在叶根和轮槽配合面上的分布状态，但是，该结构最多是用于转速3000rpm、叶片有效长度大于1200mm的全转速大容量的火电汽轮机。无法简单地套用在核电汽轮机的叶根及轮槽结构上，特别是半转速核电大承载的枞树型叶根及轮槽结构。由于核电汽轮机的尺寸相对较大，其承载的应力相对较大，如果采用该专利公开的工艺参数制作，其叶片离心力非常大，导致叶根与轮槽应力不过关。特别是其枞树型叶根第一齿与叶根下平台过渡部分的型线，由于采用一根直线和一段圆弧连接的过渡，其应力远远大于许用值；另外，轮槽下部过渡部分型线也可是采用一段圆弧过渡，同样存在以上问题，其应力远远大于许用值，无法制作出符合工作标准的叶根及轮槽结构。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种应力不会超过材料的许用值的半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构。

本发明所采用的技术方案是：

一种半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构，包括枞树型叶根和与之匹配的轮槽，所述枞树型叶根第一齿与叶根下平台的过渡部分型线由一条直线L和一条曲线N连接而成，该曲线N是由若干段圆弧平滑连接而成，所述曲线N的曲率半径RN沿叶根平台到叶根底部方向由大变小，从12.8mm单调减小至8.8mm，所述直线L的水平夹角B1=10°—20°。

所述与枞树型叶根相匹配的轮槽下部的过渡部分型线是由四段曲率不同的圆弧平滑连接而成的曲线M，所述曲线M的四段圆弧由叶根平台到轮槽型线底部分别为M1、M2、M3、M4，其曲率半径满足关系式：RM1＜RM4＜RM3＜RM2，且RM=4.5mm—25mm。

所述叶根所在叶片的根部节距为T0，所述枞树型叶根型线具有特征参数：叶根的有效高度YH1、理论高度YH、叶根顶端处的节距YB、齿的工作面斜角YA、相邻两对齿工作面的距离DT、齿高d、齿的过渡圆角半径Rr、齿的对数为n对，齿的对数n＝4或5；齿高d＝(0.28—0.6)×DT；

齿的过渡圆角半径Rr＝(0.3-0.7)×d；

齿工作面斜角YA＝0°-45°；

叶根的理论高度YH＝(0.8-1.8)×T0；

叶根的有效高度YH1＝(0.4-0.85)×YH；

YB/T0＝0.5-0.7。

所述枞树型叶根与轮槽型线的匹配间隙为A1=0.8—1.1mm、E1=0.45—0.85mm、C1=0—0.04mm、D1=0.55—0.85mm、F1=0.52—0.83mm、G1=0.55—0.85m、H1=0.48—0.82mm。

本发明所产生的有益效果是：

本发明通过改进叶根与轮槽的工艺参数配置，对应力比较集中的叶根第一齿与叶根下平台过渡部位、叶轮最下部过渡部位采用若干段圆弧光滑连接的枞树型叶根及轮槽型线，改善离心力在叶根和轮槽配合面上的分布状况，使其应力水平不超过半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构的材料许用值。本发明的叶根与轮槽结构能够承载离心力1000吨或离心力大于1000吨，适用于1500rpm的半转速核电汽轮机用72inch等级末级动叶片，或超过单只叶片离心力1000吨的枞树型叶根及轮槽型线。

附图说明

图1 是本枞树型叶根的结构示意图；

图2 是本枞树型叶根与轮槽型线匹配关系图。

具体实施方式

如图1所示：本发明的半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构包括枞树型叶根和与之匹配轮槽，该叶根所在叶片的根部节距为T0，其枞树型叶根的截面型线具有特征参数：楔角YC、叶根的有效高度YH1、理论高度YH、叶根顶端处的节距YB、齿的工作面斜角YA、相邻两对齿工作面的距离DT、齿高d、齿的过渡圆角半径Rr、齿的对数为n对。

本发明的第1措施是解决枞树型叶根齿的载荷分布的不均匀性，齿的载荷分布的不均匀系数的变化，与相互接触的齿对数n有关。在齿对数n=4—5的情况下即能满足枞树型叶根与轮槽承载离心力1000吨或离心力大于1000吨的能力，又能使叶根齿的载荷分布的不均匀系数在合理的范围内。

本发明的第2措施是解决枞树型叶根第一齿过渡部位在超大离心力作用下的应力集中系数过大情况。通过数十种的过渡部位形状的计算分析，该过渡部位的型线由一条直线L和一条曲线N连接而成，该曲线N是由若干段圆弧平滑连接而成，其中圆弧为2—5段。如此，增大应力集中区域的曲率半径，降低其应力集中系数，使得过渡部位应力大幅下降，不超过材料的许用值。曲线N的曲率半径RN满足由叶根平台到叶根底部由大变小的规律，满足关系式：RN=12.8mm—8.8mm。直线L的水平夹角B1满足关系式：B1=10°—20°。

本发明第3措施是解决与枞树型叶根相匹配的轮槽型线下部过渡部位在超大离心力作用下的应力集中系数过大情况。通过数十种的过渡部位形状的计算分析，使用四段曲率不同的圆弧平滑连接的曲线M，所述曲线M的四段圆弧由叶根平台到轮槽型线底部分别为M1、M2、M3、M4。如此，增大应力集中区域的曲率半径，降低其应力集中系数，使得过渡部位应力大幅下降，不超过材料的许用值。四段圆弧的曲率半径满足图示RM1＜RM4＜RM3＜RM2的规律，曲率半径RM满足关系式：RM=4.5mm—25mm。

本发明的第4措施是解决枞树型叶根根部连接的基本尺寸，满足（1）—（3）式子的关系：

YB/T0=0.5—0.7 （1）

YH=（0.8—1.8）×T0 （2）

YH1=（0.4—0.85）×YH （3）

本发明的第5措施是解决枞树型叶根齿的高度d，根据枞树型叶根齿接触面的挤压应力条件选择齿的高度d，满足d=（0.28—0.6）×DT关系。

本发明的第6措施是解决枞树型叶根齿的过渡圆角半径Rr，根据研究结果表明，过渡圆角半径Rr=（0.3—0.7）×d关系，枞树型叶根齿拉伸（或弯曲）应力集中系数降低25%—30%。

本发明的第7措施是解决枞树型叶根齿的工作面倾角YA，根据研究结果表明，工作面倾角YA=0⁰—45⁰范围内，枞树型叶根齿弯曲应力满足强度设计要求。

如图2所示：本发明的第8措施是解决与枞树型叶根匹配的轮槽型线，在满足本发明第1—6措施的条件下，其结构特征为：枞树型叶根与轮槽型线的匹配间隙为A1=0.8—1.1mm、E1=0.45—0.85mm、C1=0—0.04mm、D1=0.55—0.85mm、F1=0.52—0.83mm、G1=0.55—0.85m、H1=0.48—0.82mm的关系。

同时，枞树型叶根的楔角YC对齿的作用力分布和根部连接的的应力影响如下：计算和试验表明，在楔角YC＝24°-40°的范围内，对齿的作用力分布和根部连接的应力影响不大，不会超过材料的许用值。

Claims

1.一种半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构，包括枞树型叶根和与之匹配的轮槽，其特征在于：所述枞树型叶根第一齿与叶根下平台的过渡部分型线由一条直线L和一条曲线N连接而成，该曲线N是由若干段圆弧平滑连接而成，所述曲线N的曲率半径RN沿叶根平台到叶根底部方向由大变小，从12.8mm单调减小至8.8mm，所述直线L的水平夹角B1=10°—20°。

2.根据权利要求1所述的半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构，其特征在于：所述与枞树型叶根相匹配的轮槽下部的过渡部分型线是由四段曲率不同的圆弧平滑连接而成的曲线M，所述曲线M的四段圆弧由叶根平台到轮槽型线底部分别为M1、M2、M3、M4，其曲率半径满足关系式：RM1＜RM4＜RM3＜RM2，且RM=4.5mm—25mm。

3.根据权利要求1所述的半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构，其特征在于：所述叶根所在叶片的根部节距为T0，所述枞树型叶根型线具有特征参数：叶根的有效高度YH1、理论高度YH、叶根顶端处的节距YB、齿的工作面斜角YA、相邻两对齿工作面的距离DT、齿高d、齿的过渡圆角半径Rr、齿的对数为n对，

齿的对数n＝4或5；齿高d＝(0.28—0.6)×DT；

齿的过渡圆角半径Rr＝(0.3-0.7)×d；

齿工作面斜角YA＝0°-45°；

叶根的理论高度YH＝(0.8-1.8)×T0；

叶根的有效高度YH1＝(0.4-0.85)×YH；

YB/T0＝0.5-0.7。

4.根据权利要求1所述的半转速核电大承载枞树型叶根及轮槽结构，其特征在于：所述枞树型叶根与轮槽型线的匹配间隙为A1=0.8—1.1mm、E1=0.45—0.85mm、C1=0—0.04mm、D1=0.55—0.85mm、F1=0.52—0.83mm、G1=0.55—0.85m、H1=0.48—0.82mm。