CN103362565B - 一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构及其与隔叶块配合结构 - Google Patents

一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构及其与隔叶块配合结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构及其与隔叶块配合结构，该汽轮机叶片的叶根呈阶梯状，阶梯状叶根的两个端面为阶梯面；该阶梯状叶根的叶根平台覆盖叶根平台上的叶型并满足叶片节距条件1）或2）：1）、设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根在叶片周向方向不接触；2）、未设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根在叶片周向方向接触。叶根在叶片工作时，相邻叶片或隔叶块间受到的正压力均为周向，不会像斜叶根结构下产生带有轴向分量的正压力从而形成扭转力矩，避免了叶片工作时叶根发生偏转，导致叶根与轮缘接触松动，出现局部点接触产生应力集中的问题。由于改善了叶根与轮缘接触面的接触状况，该叶根结构可以增大叶根的承载能力。

Description

一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构及其与隔叶块配合结构
技术领域
本发明属于透平机械领域，尤其涉及一种汽轮机叶片的叶根结构。
背景技术
透平机械是能源、化工以及国防领域重要的动力机械，叶片是透平机械（如汽轮机）工作时热能、机械能相互转化的最主要元件，叶片基本结构见图1a，主要由叶身1，叶根2以及部分叶片含有的围带3组成。
动叶片的叶根2是叶片中极其重要的，其与叶轮的轮槽4相配合，配合见图1b，在叶片工作时承载较大的应力，因此叶根的设计对于保证汽轮机叶片工作时的安全极为重要。国内外数十年的设计、运行经验表明，叶根齿面与轮槽对应面的良好接触是极其重要的，由于工作时相邻叶根端面相互胀紧并受力，如何保证叶根部分在受力膨胀时仍然与轮槽良好地接触是叶根设计时的重要目标。
无论是周向装入（如T型叶根、菱形叶根）还是轴向装入（如枞树形叶根），较多动叶片叶根平台表面都带有一定倾斜角度，如图2a和图2b，主要原因是动叶片安装时存在一安装角，采用倾斜的叶根平台表面比采用直叶根平台缩短了叶片周向距离，但采用倾斜角度叶根平台后，工作时相邻叶片或隔叶块胀紧时受到两个非周向的作用力，并产生一个扭矩时叶根平台出现扭转，此扭矩使得叶根与轮缘原本的面接触变成线接触甚至局部点接触，产生应力集中并降低了叶根的承载能力。另外对于大节距叶片，叶根之间往往添加隔叶块以夹紧叶片，隔叶块的结构应尽可能简化，因此需要设计更加合理的叶根结构以简化隔叶块。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构及其与隔叶块配合结构，尤其针对于周向安装的叶片（如T型叶根、菱形叶根），该叶根与隔叶块可以消除相邻叶根间产生的扭转力矩，从而在很大程度上抑制了叶片工作时叶根平台受扭矩而扭转，与叶轮轮槽接触位置出现应力集中的现象，也能改善斜叶根工作时叶根收扭矩后与轮缘接触面接触出现松动的问题；同时隔叶块在离心力作用下沿叶根槽道径向移动，与槽道位置接触，产生作用力从而使相邻叶片相互胀紧。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构，该汽轮机叶片的叶根呈阶梯状，阶梯状叶根的两个端面为阶梯面；该阶梯状叶根的叶根平台覆盖叶根平台上的叶型并满足叶片节距条件1）或2）：1）、设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根在叶片周向方向不接触；2）、未设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根在叶片周向方向接触。
本发明进一步的改进在于：阶梯面中位于周向的面相对于叶根平台倾斜设置；阶梯面中位于周向的若干个面上各加工形成一个配合槽道，配合槽道包括下部的垂直部和上部的倾斜部，垂直部垂直于叶根平台，倾斜部相对于叶根平台倾斜设置；两个阶梯面上设置的配合槽道中心对称。
本发明进一步的改进在于：所述叶根为周向安装的叶片的叶根。
本发明进一步的改进在于：所述叶根为T型叶根或菱形叶根。
一种汽轮机叶片阶梯状叶根与隔叶块配合结构，包括叶根和隔叶块；所述叶根呈阶梯状，阶梯状叶根的两个端面为阶梯面，该阶梯状叶根的叶根平台覆盖叶根平台上的叶型并满足叶片节距条件：两个相邻叶片的叶根在叶片周向方向不接触；阶梯面中位于周向的若干个面上各加工形成一个配合槽道，配合槽道包括下部的垂直部和上部的倾斜部，垂直部垂直于叶根平台，倾斜部相对于叶根平台倾斜设置；一个叶根的两个阶梯面上设置的配合槽道中心对称；隔叶块呈平板状，其正面包括与垂直部相配合的垂直面和与倾斜部相配合的倾斜面；其背面与相邻叶片的叶根的阶梯面相配合。
本发明进一步的改进在于：配合槽道的倾斜部与隔叶块的倾斜面的倾斜角均为α，tg(α)＜f；f为叶根配合槽道与隔叶块间的摩擦系数。
本发明进一步的改进在于：所述叶根为周向安装的叶片的叶根。
本发明进一步的改进在于：所述叶根为T型叶根或菱形叶根。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、阶梯状叶根在叶片工作时，相邻叶片或隔叶块间受到的正压力均为周向，不会像斜叶根结构下产生带有轴向分量的正压力从而形成扭转力矩，避免了叶片工作时叶根发生偏转，导致叶根与轮缘接触松动，出现局部点接触产生应力集中的问题。由于改善了叶根与轮缘接触面的接触状况，该叶根结构可以增大叶根的承载能力。
2、在叶片工作时，相邻叶片在隔叶块的作用下相互贴紧，并产生阻尼，隔叶块在离心力的作用下，沿槽道内向径向移动从而贴紧叶根槽道斜面，产生作用力，这样隔叶块能使得相邻叶片间相互挤紧，整圈叶片在周向上不会出现松动，提高了叶根工作的安全性。
3、该叶根型式为通用结构，其适用于大多数周向安装的汽轮机叶片，有利于大面积推广。
附图说明
图1a是叶片基本结构示意图；
图1b是叶片叶根与轮槽配合示意图；
图2a是斜叶根平台示意图（二维）；
图2b是斜叶根平台示意图（三维）；
图3a是阶梯状叶根的结构示意图（叶根平台二维）；
图3b是阶梯状叶根的结构示意图（三维）；
图3c是阶梯状叶根与隔叶块配合示意图；
图3d是两个叶片节距下叶根、隔叶块位置示意图；
图4a是常规斜叶根端面受力及扭矩示意图；
图4b是阶梯状叶根端面受力示意图；
图5是隔叶块与叶根接触受力示意图。
具体实施方式
请参阅图3a至图5所示，本发明一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构，以周向安装的菱形叶根为例；本发明的特点为：用图3a，图3b中描述的阶梯状叶根结构代替图2a，图2b中的斜叶根结构，阶梯状叶根的具体尺寸根据叶片载荷按照强度要求进行设计，要求为：阶梯状叶根的叶根平台21覆盖叶根平台上的叶型210并满足叶片节距条件（1、设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根2在叶片周向方向不接触；2、未设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根2在叶片周向方向接触）。阶梯状叶根的两个端面22为阶梯面；阶梯面中位于周向的面相对于叶根平台21倾斜设置。一个端面22的阶梯面中位于周向的两个面上各铣有一道配合槽道220，其包括下部的垂直部221（垂直于叶根平台21）和上部的倾斜部222；另一端面和相对的端面中心对称的设置有配合槽道。垂直部221和倾斜部222用以与叶片间的隔叶块4相配合，隔叶块4的结构型式简单且多样，以具有与叶根倾斜部222相配合的倾斜接触面41为原则，两个叶片节距下叶根垂直部221、倾斜部222与隔叶块4配合的示意见图3c，3d，隔叶块4填充了相邻叶根之间的空隙。
参见图4a，常规的斜叶根在叶片工作时与相邻的叶根或隔叶块相接触并胀紧，其受到两侧相邻固体垂直于斜端面的正压力，如图所示，由于正压力不仅存在沿周向的分量，还存在沿轴向的分量同时产生某一方向的扭转力矩，在扭转力矩的作用下叶根发生扭转，这样使得原本与轮槽工作面良好接触的位置出现松动，出现了局部的线、点接触现象，产生应力集中，不仅降低了叶根的承载能力，还增加了叶片安全性的风险；参见图4b，采用了本发明中的阶梯状叶根后，相邻叶根之间通过直隔叶块夹紧，在工作时叶根间相互胀紧，受到的正压力均沿周向方向，几乎不产生沿轴向的分量，这样避免了叶根平台受到扭转力矩出现扭转的现象。
参见图5，隔叶块4呈平板状，其正面41包括与垂直部221相配合的垂直面401和与倾斜部222相配合的倾斜面402；其背面42与相邻叶片的叶根的阶梯面相配合。阶梯状叶根端面22处的垂直部221、倾斜部222与隔叶块4相配合，在叶片工作时，隔叶块4受离心力F向配合槽道220顶部的倾斜部222移动，隔叶块4上部的倾斜面402与配合槽道22上的倾斜部222相接触形成正压力N2，而隔叶块4的背面42与相邻叶片叶根端面接触形成正压力N1，隔叶块4与叶片之间的作用力使得相邻叶片相互胀紧。其中叶根配合槽道22的倾斜部222与隔叶块4的倾斜面402的倾斜角可灵活设计，但依据自锁原则，此倾斜角应满足tg(α)＜f，f为叶根配合槽道22与隔叶块4间的摩擦系数。

Claims (7)

1.一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构，其特征在于，该汽轮机叶片的叶根(2)呈阶梯状，阶梯状叶根的两个端面(22)为阶梯面；该阶梯状叶根的叶根平台(21)覆盖叶根平台上的叶型并满足叶片节距条件1)或2)：
1)、设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根(2)在叶片周向方向不接触；
2)、未设置隔叶块的情形：两个相邻叶片的叶根(2)在叶片周向方向接触；
阶梯面中位于周向的面相对于叶根平台(21)倾斜设置；阶梯面中位于周向的若干个面上各加工形成一个配合槽道(220)，配合槽道(220)包括下部的垂直部(221)和上部的倾斜部(222)，垂直部(221)垂直于叶根平台(21)，倾斜部(222)相对于叶根平台(21)倾斜设置；两个阶梯面上设置的配合槽道(220)中心对称。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构，其特征在于，所述叶根(2)为周向安装的叶片的叶根。
3.根据权利要求1或2所述的一种汽轮机叶片阶梯状叶根结构，其特征在于，所述叶根(2)为T型叶根或菱形叶根。
4.一种汽轮机叶片阶梯状叶根与隔叶块配合结构，其特征在于，包括叶根(2)和隔叶块(4)；
所述叶根(2)呈阶梯状，阶梯状叶根的两个端面(22)为阶梯面，该阶梯状叶根的叶根平台(21)覆盖叶根平台上的叶型并满足叶片节距条件：两个相邻叶片的叶根(2)在叶片周向方向不接触；阶梯面中位于周向的若干个面上各加工形成一个配合槽道(220)，配合槽道(220)包括下部的垂直部(221)和上部的倾斜部(222)，垂直部(221)垂直于叶根平台(21)，倾斜部(222)相对于叶根平台(21)倾斜设置；一个叶根(2)的两个阶梯面上设置的配合槽道(220)中心对称；
隔叶块(4)呈平板状，其正面(41)包括与垂直部(221)相配合的垂直面(401)和与倾斜部(222)相配合的倾斜面(402)；其背面(42)与相邻叶片的叶根的阶梯面相配合。
5.根据权利要求4所述的一种汽轮机叶片阶梯状叶根与隔叶块配合结构，其特征在于，配合槽道(220)的倾斜部(222)与隔叶块(4)的倾斜面(402)的倾斜角均为α，tg(α)小于f；f为叶根配合槽道(220)与隔叶块(4)间的摩擦系数。
6.根据权利要求4所述的一种汽轮机叶片阶梯状叶根与隔叶块配合结构，其特征在于，所述叶根(2)为周向安装的叶片的叶根。
7.根据权利要求4、5或6所述的一种汽轮机叶片阶梯状叶根与隔叶块配合结构，其特征在于，所述叶根(2)为T型叶根或菱形叶根。
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