CN103498813B - 一种20-30mw等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片 - Google Patents
一种20-30mw等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片 Download PDFInfo
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Abstract
一种20-30MW等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片，它涉及一种压气机叶片，以解决燃气轮机用的压气机低压首级动叶片工作效率低、使用寿命短及影响压气机安全运行的问题，它由叶片工作部分和叶根组成，叶片工作部分和叶根由上到下制成一体，叶片工作部分为变截面扭叶片，沿叶片高度截面形状不同，截面积由根部至顶部逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分从根部至顶部的截面的几何数据：截面号A-A至截面号L-L的截面高度为12.90～309.00mm，弦长为158.87～229.80mm，安装角为86.37°～31.57°，型线最大厚度为14.20～4.70mm，距出气边距离为2mm处的出气边厚度为3.26～1.15mm，距进气边距离为2mm处的进气边厚度D2为2.36～1.14mm，叶片工作部分的高度为270.42mm。本发明用于燃气轮机用的压气机上。
Description
技术领域
本发明涉及一种压气机低压首级动叶片，具体涉及一种燃气轮机用压气机的低压首级动叶片。
背景技术
目前燃气轮机用的压气机低压首级动叶片品种单一，设计方法原始，计算精度较低，叶片型面设计不光顺，工作效率低，使用寿命短，已严重影响了压气机的经济性和安全性。
发明内容
本发明的目的是为解决燃气轮机用的压气机低压首级动叶片工作效率低、使用寿命短及影响压气机安全运行的问题，进而提供一种20-30MW等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的一种20-30MW等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片由叶片工作部分和叶根组成，叶片工作部分和叶根由上到下制成一体，叶片工作部分为变截面扭叶片，沿叶片高度截面形状不同，截面积由根部至顶部逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分从根部至顶部的截面的几何数据：截面号A-A至截面号L-L的截面高度为12.90～309.00mm，弦长为158.87～229.80mm，安装角为86.37°～31.57°，型线最大厚度为14.20～4.70mm，距出气边距离为2mm处的出气边厚度为3.26～1.15mm，距进气边距离为2mm处的进气边厚度为2.36～1.14mm，叶片工作部分的高度为270.42mm；
叶片工作部分的截面号A-A的截面高度为12.90mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为158.87mm、安装角为86.37°、型线最大厚度为14.20mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为3.26mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为2.36mm；
叶片工作部分的截面号B-B的截面高度为33.70mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为161.01mm、安装角为77.31°、型线最大厚度为14.12mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为3.12mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为2.37mm；
叶片工作部分的截面号C-C的截面高度为48.40mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为163.67mm、安装角为71.71°、型线最大厚度为13.75mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为2.99mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为2.36mm；
叶片工作部分的截面号D-D的截面高度为71.10mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为169.38mm、安装角为63.79°、型线最大厚度为12.29mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为2.67mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为2.27mm；
叶片工作部分的截面号E-E的截面高度为101.80mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为175.85mm、安装角为54.86°、型线最大厚度为10.69mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为2.40mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.73mm；
叶片工作部分的截面号F-F的截面高度为131.40mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为184.67mm、安装角为49.16°、型线最大厚度为9.07mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为1.89mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.44mm；
叶片工作部分的截面号G-G的截面高度为161.00mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为192.20mm、安装角为45.97°、型线最大厚度为6.74mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为1.56mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.32mm；
叶片工作部分的截面号H-H的截面高度为190.60mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为199.43mm、安装角为43.56°、型线最大厚度为5.90mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为1.42mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.22mm；
叶片工作部分的截面号I-I的截面高度为220.20mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为206.71mm、安装角为41.00°、型线最大厚度为5.11mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为1.28mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.24mm；
叶片工作部分的截面号J-J的截面高度为249.90mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为214.08mm、安装角为38.07°、型线最大厚度为4.87mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为1.27mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.14mm；
叶片工作部分的截面号K-K的截面高度为279.40mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长b为222.29mm、安装角为34.85°、型线最大厚度为4.58mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为1.27mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.20mm；
叶片工作部分的截面号L-L的截面高度为309.00mm，该位置所对应的叶片工作部分的弦长为229.80mm、安装角为31.57°、型线最大厚度为4.70mm、距出气边距离为2mm处的出气边厚度为1.15mm、距进气边距离为2mm处的进气边厚度为1.14mm。
本发明的有益效果是：本发明是在以一维/准三维/全三维气动、热力分析计算该低压首级动叶片的全三维设计，计算精度高，使得本发明的低压首级动叶片安全性和高效性有机结合，保证了低压首级动叶片变工况下能安全高效运行，增加了叶片的稳定性，提高了叶片工作效率，叶片工作效率相比现有的叶片工作效率提高了3个百分点；本发明的叶片延长了使用寿命，本发明的叶片的使用寿命相比现有的使用寿命延长了40％～60％。
附图说明
图1是本发明的主视图(图中p为进气边，n为出气边)，图2是图1的左视图，图3是图1的俯视图(图中X代表叶片工作部分二维坐标X轴，Y代表叶片工作部分二维坐标Y轴)，图4是叶片型线部分各截面断层叠合示意图(图中X代表叶片工作部分二维坐标X轴，Y代表叶片工作部分二维坐标Y轴)，图5是叶片工作部分显示叶型参数b、β、D2、D1、δ、L2、L1的示意图(图中X代表叶片工作部分二维坐标X轴，Y代表叶片工作部分二维坐标Y轴)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式的一种20-30MW等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片由叶片工作部分1和叶根2组成，叶片工作部分1和叶根2由上到下制成一体，叶片工作部分1为变截面扭叶片，沿叶片高度截面形状不同，截面积由根部至顶部逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转，其特征在于：叶片工作部分1从根部至顶部的截面的几何数据：截面号A-A至截面号L-L的截面高度h为12.90～309.00mm，弦长b为158.87～229.80mm，安装角β为86.37°～31.57°，型线最大厚度δ为14.20～4.70mm，距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为3.26～1.15mm，距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为2.36～1.14mm，叶片工作部分的高度L0为270.42mm；
叶片工作部分1的截面号A-A的截面高度h为12.90mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为158.87mm、安装角β为86.37°、型线最大厚度δ为14.20mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为3.26mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为2.36mm；
叶片工作部分1的截面号B-B的截面高度h为33.70mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为161.01mm、安装角β为77.31°、型线最大厚度δ为14.12mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为3.12mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为2.37mm；
叶片工作部分1的截面号C-C的截面高度h为48.40mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为163.67mm、安装角β为71.71°、型线最大厚度δ为13.75mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为2.99mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为2.36mm；
叶片工作部分1的截面号D-D的截面高度h为71.10mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为169.38mm、安装角β为63.79°、型线最大厚度δ为12.29mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为2.67mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为2.27mm；
叶片工作部分1的截面号E-E的截面高度h为101.80mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为175.85mm、安装角β为54.86°、型线最大厚度δ为10.69mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为2.40mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.73mm；
叶片工作部分1的截面号F-F的截面高度h为131.40mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为184.67mm、安装角β为49.16°、型线最大厚度δ为9.07mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为1.89mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.44mm；
叶片工作部分1的截面号G-G的截面高度h为161.00mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为192.20mm、安装角β为45.97°、型线最大厚度δ为6.74mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为1.56mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.32mm；
叶片工作部分1的截面号H-H的截面高度h为190.60mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为199.43mm、安装角β为43.56°、型线最大厚度δ为5.90mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为1.42mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.22mm；
叶片工作部分1的截面号I-I的截面高度h为220.20mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为206.71mm、安装角β为41.00°、型线最大厚度δ为5.11mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为1.28mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.24mm；
叶片工作部分1的截面号J-J的截面高度h为249.90mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为214.08mm、安装角β为38.07°、型线最大厚度δ为4.87mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为1.27mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.14mm；
叶片工作部分1的截面号K-K的截面高度h为279.40mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为222.29mm、安装角β为34.85°、型线最大厚度δ为4.58mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为1.27mm、距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.20mm；
叶片工作部分1的截面号L-L的截面高度h为309.00mm，该位置所对应的叶片工作部分1的弦长b为229.80mm、安装角β为31.57°、型线最大厚度δ为4.70mm、距出气边距离L1为2mm处的出气边厚度D1为1.15mm，距进气边距离L2为2mm处的进气边厚度D2为1.14mm。如此设计，能保证叶片的最佳受力状态，并避免在叶根各齿根部和承载面出现应力峰值。本实施方式采用上述结构参数，在保证叶片的外形结构尺寸满足设计要求的同时，还可使叶片容易装配。本实施方式中定义叶根截面M-N为基准面。
本实施方式用于功率为20MW～30MW的燃气轮机的压气机中，该压气机的转速为7000～8000转/分。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的叶根2为齿型叶根。如此设置，这种结构使叶片能牢固地装入轮缘，便于轴向装入轮槽，安全可靠。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的叶根2的宽度W为165.00mm，叶根2的总宽度W1为197.00mm。本实施方式的叶根总宽度为叶根宽度与锁紧伸出端之和。如此设置，这种结构使叶片能牢固地装入轮缘，便于轴向装入轮槽，这样的尺寸承载面积大，安全可靠。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的叶根2的基准高度k为12.80mm，叶根2的高度k1为41.18mm。如此设置，这种结构使叶片能牢固地装入轮缘，承载面积大、安全可靠，本实施方式的叶根基准高度的数值取绝对值为正数。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
Claims (2)
1.一种20-30MW等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片，其特征在于：它由叶片工作部分(1)和叶根(2)组成，叶片工作部分(1)和叶根(2)由上到下制成一体，叶片工作部分(1)为变截面扭叶片，沿叶片高度截面形状不同，截面积由根部至顶部逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转，其特征在于：叶片工作部分(1)从根部至顶部的截面的几何数据：截面号A-A至截面号L-L的截面高度(h)为12.90～309.00mm，弦长(b)为158.87～229.80mm，安装角(β)为86.37°～31.57°，型线最大厚度(δ)为14.20～4.70mm，距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为3.26～1.15mm，距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为2.36～1.14mm，叶片工作部分的高度(L0)为270.42mm；
叶片工作部分(1)的截面号A-A的截面高度(h)为12.90mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为158.87mm、安装角(β)为86.37°、型线最大厚度(δ)为14.20mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为3.26mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为2.36mm；
叶片工作部分(1)的截面号B-B的截面高度(h)为33.70mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为161.01mm、安装角(β)为77.31°、型线最大厚度(δ)为14.12mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为3.12mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为2.37mm；
叶片工作部分(1)的截面号C-C的截面高度(h)为48.40mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为163.67mm、安装角(β)为71.71°、型线最大厚度(δ)为13.75mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为2.99mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为2.36mm；
叶片工作部分(1)的截面号D-D的截面高度(h)为71.10mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为169.38mm、安装角(β)为63.79°、型线最大厚度(δ)为12.29mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为2.67mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为2.27mm；
叶片工作部分(1)的截面号E-E的截面高度(h)为101.80mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为175.85mm、安装角(β)为54.86°、型线最大厚度(δ)为10.69mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为2.40mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.73mm；
叶片工作部分(1)的截面号F-F的截面高度(h)为131.40mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长b为184.67mm、安装角(β)为49.16°、型线最大厚度(δ)为9.07mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为1.89mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.44mm；
叶片工作部分(1)的截面号G-G的截面高度(h)为161.00mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为192.20mm、安装角(β)为45.97°、型线最大厚度(δ)为6.74mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为1.56mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.32mm；
叶片工作部分(1)的截面号H-H的截面高度(h)为190.60mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为199.43mm、安装角(β)为43.56°、型线最大厚度(δ)为5.90mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为1.42mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.22mm；
叶片工作部分(1)的截面号I-I的截面高度(h)为220.20mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为206.71mm、安装角(β)为41.00°、型线最大厚度(δ)为5.11mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为1.28mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.24mm；
叶片工作部分(1)的截面号J-J的截面高度(h)为249.90mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为214.08mm、安装角(β)为38.07°、型线最大厚度(δ)为4.87mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为1.27mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.14mm；
叶片工作部分(1)的截面号K-K的截面高度(h)为279.40mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为222.29mm、安装角(β)为34.85°、型线最大厚度(δ)为4.58mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为1.27mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.20mm；
叶片工作部分(1)的截面号L-L的截面高度(h)为309.00mm，该位置所对应的叶片工作部分(1)的弦长(b)为229.80mm、安装角(β)为31.57°、型线最大厚度(δ)为4.70mm、距出气边距离(L1)为2mm处的出气边厚度(D1)为1.15mm、距进气边距离(L2)为2mm处的进气边厚度(D2)为1.14mm；叶根(2)为齿型叶根；叶根(2)的基准高度(k)为12.80mm，叶根(2)的高度(k1)为41.18mm。
2.根据权利要求1所述一种20-30MW等级燃气轮机用压气机的低压首级动叶片，其特征在于：叶根(2)的宽度(W)为165.00mm，叶根(2)的总宽度(W1)为197.00mm。
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