CN103806947A - 排汽面积5.0m2大负荷末级叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业汽轮机叶片领域，尤其是公开了一种排汽面积大、气动效率高、且可满足大负荷变工况运行要求的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，其围带、叶片工作部分和叶根由上至下模锻成一体，凸台拉筋设置在叶片工作部分从下至上相对叶高0.550处，且与叶片工作部分制成一体。叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，工作部分高度为661.92mm，工作部分根部轴向宽度为231.11mm，根部直径为728mm，叶片工作部分的排汽面积为5.0m2，叶根为枞树型斜叶根，轴向宽度为272mm。该排汽面积5.0m2大负荷末级叶片具有气动效率高、强度性能好、排汽面积大等优点，同时具备装配方便、结构稳定的特点，可以广泛应用于大负荷变工况工业汽轮机中。

Description

排汽面积5.0m2大负荷末级叶片
技术领域
本发明涉及工业汽轮机叶片领域，尤其是一种排汽面积5.0m2大负荷末级叶片。
背景技术
工业汽轮机组是一种典型的变工况运行机组，它的大范围变工况运行的特点，给汽轮机叶片提出很高要求。尤其对于大负荷机组的末级叶片，其工作条件十分恶劣，叶片的可靠性直接影响机组的安全运行。末级动叶片的设计技术，因涉及的技术面广、技术含量高而成为汽轮机设计中的核心技术。
此前，大部分工业汽轮机组排汽面积较小、气动效率低、能源消耗大，针对大负荷的运行工况，无法满足运行要求，因此需要开发满足大负荷运行要求的工业汽轮机，其中的末级叶片至关重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种排汽面积大、气动效率高、且可满足大负荷变工况运行要求的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片。
为了达到上述目的，本发明所设计的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，它由叶片工作部分、叶根、围带和凸台拉筋组成，围带、叶片工作部分和叶根由上至下模锻成一体，凸台拉筋位于叶片工作部分从下至上相对叶高0.550处，且与叶片工作部分制成一体；叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，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；所述的叶片工作部分的高度为661.92mm，根部轴向宽度为231.11mm，根部直径为728mm，顶部轴向宽度为47.37mm，叶片工作部分的排汽面积5.0m2，叶根的轴向宽度为272mm，围带的厚度为25mm，围带轴向宽度为58.46mm。
叶片围带部分具有背弧工作面和内弧工作面，两个工作面是相互平行的平面，工作状态下，围带背弧工作面与相邻叶片围带内弧工作面接触，围带工作面距离为91.56mm，工作面几何中心距离为129.22mm；叶片凸台拉筋截面为椭圆形，是在叶片工作部分的内、背弧面上外凸形成翼形的凸台拉筋，凸台拉筋的内弧工作面和背弧工作面相互平行，凸台拉筋的横截面为椭圆形，其长轴为38.17mm，短轴为18.71mm，凸台拉筋的两个工作面相互平行，工作面距离为41.86mm，工作面几何中心距离为99.06mm；叶根为枞树型斜叶根，叶根的总高度为79.21mm。
叶片工作部分的根部轴向宽度至顶部轴向宽度的变化范围为231.11mm～47.37mm、弦长的变化范围为236.99mm～142.28mm、安装角的变化范围为78.13°～18.60°、型线最大厚度的变化范围为23.41mm～10.69mm、进口角的变化范围为50.40°～161.57°，出口角的变化范围为35.21°～14.06°。
叶片工作部分的高度分别为0mm、165.48mm、330.96mm、496.44mm、661.92mm处所对应的叶片工作部分的轴向宽度依次分别为：231.11mm、170.93mm、127.05mm、82.03mm、47.37mm，所对应的弦长依次分别为：236.99mm、185.06mm、159.89mm、146.45mm、142.28mm，所对应的安装角依次分别为：78.13°、68.25°、52.99°、33.32°、18.60°，所对应的型线最大厚度依次分别为：23.41mm、24.84mm、26.94mm、24.57mm、10.69mm，所对应的进口角依次分别为：50.40°、62.73°、88.55°、133.95°、161.57°，所对应的出口角依次分别为：35.21°、31.61°、26.21°、19.06°、14.06°。
本发明所得到的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，具有更大的排汽面积，可有效提高机组的单机容量，满足大负荷工况的运行要求，对提高大负荷工业汽轮机的经济性和安全可靠性具有重大意义。
该末级叶片是基于强承载、高效率以及跨音性能好的概念，采用先进的全三维气动设计方法及有限元分析方法进行设计。其中，采用全三维气动设计技术开发的先进大负荷跨音速叶型，具有很高的气动效率，经专业计算流体动力学软件CFX和Numeca等计算验证，在背压为0.05bar的设计工况下，所在低压机组的气动效率为84.44%；背压为0.09bar的常用工况下，气动效率为82.47%；背压为0.15bar的强度工况下，气动效率为86.95%，几种典型工况下气动效率均很高，并且在较大的流量范围内变化时，气动效率均大于79.91%，通流能力范围广，因此该叶型具有很好的变工况性能。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。该末级叶片采用整体围带和凸台拉筋的结构，通过旋转时离心力引起的叶片扭转恢复形成整圈连接结构，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三齿斜叶根，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。
该末级叶片采用整圈自锁形式，排汽面积为5.0m2，，在经济性和安全可靠性方面均达到设计要求。
该末级叶片具有气动效率高、强度性能好、排汽面积大等优点，同时具备装配方便、结构稳定的特点，可在背压0.05bar～0.25bar，3000rpm下安全运行，满足多种运行工况要求，可以广泛应用于大负荷变工况工业汽轮机中。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图。
图2是本发明的叶片工作部分各截面型线叠合示意图。
图3是本发明的围带结构示意图。
图4是本发明的凸台拉筋结构示意图。
图5是本发明的叶根结构示意图。
图6是本发明的叶片工作部分横截面示意图。
图7是图5的II局部放大图。
图8是图5的I局部放大图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本实施例描述的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，它由叶片工作部分1、叶根2、围带3和凸台拉筋4组成，围带3、叶片工作部分1和叶根2由上至下模锻成一体，凸台拉筋4位于叶片工作部分1从下至上相对叶高0.550处，且与叶片工作部分1制成一体。叶片工作部分1的型线为变截面扭叶片，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。其特征在于所述叶片工作部分1的高度L为661.92mm，根部轴向宽度V为231.11mm，根部直径为728mm，顶部轴向宽度V1为47.37mm，叶片工作部分1的排汽面积5.0m2，叶根2的轴向宽度W为272mm，围带3的厚度h为25mm，围带3轴向宽度B1为58.46mm，在装配整个叶片时，叶根2轴向安装在轮槽里；叶顶为自带冠阻尼围带3；整个叶片松装配，即相邻叶片的围带3和围带3、凸台拉筋4和凸台拉筋4之间不接触，工作状态下通过扭转恢复，相邻叶片的围带3和围带3接触、凸台拉筋4和凸台拉筋4接触，使动叶片形成整圈连接。
围带3工作面距离A1为91.56mm，工作面几何中心距离T1为129.22mm；凸台拉筋4的横截面为椭圆形，其长轴f为38.17mm，短轴t为18.71mm，凸台拉筋4的两个工作面相互平行，工作面距离A2为41.86mm，工作面几何中心距离T2为99.06mm；工作状态下，围带工作面间以及拉筋工作面间的碰撞和摩擦阻尼，能够消耗掉叶片的共振能量，大大降低叶片的动应力；叶根2为枞树型斜叶根，叶根2的总高度K为79.21mm，这种结构使叶片能牢固地装入轮缘，接触稳定、安全可靠，保证强度、振动的要求，确保叶片的长期安全高效运行。
叶片工作部分1的根部轴向宽度V至顶部轴向宽度V1的变化范围为231.11mm～47.37mm、弦长b的变化范围为236.99mm～142.28mm、安装角βy的变化范围为78.13°～18.60°、型线最大厚度T的变化范围为23.41mm～10.69mm、进口角α的变化范围为50.40°～161.57°，出口角θ的变化范围为35.21°～14.06°。
叶片工作部分1的高度L分别为0mm、165.48mm、330.96mm、496.44mm、661.92mm处所对应的叶片工作部分1的轴向宽度V依次分别为：231.11mm、170.93mm、127.05mm、82.03mm、47.37mm，所对应的弦长b依次分别为：236.99mm、185.06mm、159.89mm、146.45mm、142.28mm，所对应的安装角βy依次分别为：78.13°、68.25°、52.99°、33.32°、18.60°，所对应的型线最大厚度T依次分别为：23.41mm、24.84mm、26.94mm、24.57mm、10.69mm，所对应的进口角α依次分别为：50.40°、62.73°、88.55°、133.95°、161.57°，所对应的出口角θ依次分别为：35.21°、31.61°、26.21°、19.06°、14.06°
叶片工作部分1的各截面具体参数如下表：
Figure BDA0000404641490000051

Claims (4)

1.一种排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，它由叶片工作部分、叶根、围带和凸台拉筋组成，围带、叶片工作部分和叶根由上至下模锻成一体，凸台拉筋位于叶片工作部分从下至上相对叶高0.550处，且与叶片工作部分制成一体；叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，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；其特征在于：所述的叶片工作部分的高度为661.92mm，根部轴向宽度为231.11mm，根部直径为728mm，顶部轴向宽度为47.37mm，叶片工作部分的排汽面积5.0m2，叶根的轴向宽度为272mm，围带的厚度为25mm，围带轴向宽度为58.46mm。
2.根据权利要求1所述的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，其特征在于：围带工作面距离为91.56mm，工作面几何中心距离为129.22mm；凸台拉筋的横截面为椭圆形，其长轴为38.17mm，短轴为18.71mm，凸台拉筋的两个工作面相互平行，工作面距离为41.86mm，工作面几何中心距离为99.06mm；叶根为枞树型斜叶根，叶根的总高度为79.21mm。
3.根据权利要求1所述的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，其特征在于：叶片工作部分的根部轴向宽度至顶部轴向宽度的变化范围为231.11mm～47.37mm、弦长的变化范围为236.99mm～142.28mm、安装角的变化范围为78.13°～18.60°、型线最大厚度的变化范围为23.41mm～10.69mm、进口角的变化范围为50.40°～161.57°，出口角的变化范围为35.21°～14.06°。
4.根据权利要求1或3所述的排汽面积5.0m2大负荷末级叶片，其特征在于：叶片工作部分的高度分别为0mm、165.48mm、330.96mm、496.44mm、661.92mm处所对应的叶片工作部分的轴向宽度依次分别为：231.11mm、170.93mm、127.05mm、82.03mm、47.37mm，所对应的弦长依次分别为：236.99mm、185.06mm、159.89mm、146.45mm、142.28mm，所对应的安装角依次分别为：78.13°、68.25°、52.99°、33.32°、18.60°，所对应的型线最大厚度依次分别为：23.41mm、24.84mm、26.94mm、24.57mm、10.69mm，所对应的进口角依次分别为：50.40°、62.73°、88.55°、133.95°、161.57°，所对应的出口角依次分别为：35.21°、31.61°、26.21°、19.06°、14.06°。
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