CN104832217B - 汽轮机动叶片的围带结构 - Google Patents

汽轮机动叶片的围带结构 Download PDF

Info

Publication number
CN104832217B
CN104832217B CN201510135259.1A CN201510135259A CN104832217B CN 104832217 B CN104832217 B CN 104832217B CN 201510135259 A CN201510135259 A CN 201510135259A CN 104832217 B CN104832217 B CN 104832217B
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
shroud
working face
face
steam turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510135259.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104832217A (zh
Inventor
周显丁
范小平
钟刚云
王顺德
范志飞
尹明艳
陈铁宁
苟小平
蒲守武
江南
郭殿斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Original Assignee
DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DEC Dongfang Turbine Co Ltd filed Critical DEC Dongfang Turbine Co Ltd
Priority to CN201510135259.1A priority Critical patent/CN104832217B/zh
Publication of CN104832217A publication Critical patent/CN104832217A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104832217B publication Critical patent/CN104832217B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明公开一种汽轮机动叶片的围带结构，特点是围带工作面预扭设计，静态时相邻叶片的围带工作面不平行，间隙空间是变间隙空间，动态时间隙随转速升高逐渐减小，直至完全吻合，实现面接触；围带的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，该重合部分的型面是按叶身部分的型面成型规律延伸成型。

Description

汽轮机动叶片的围带结构
技术领域
本发明涉及汽轮机动叶片，尤其涉及该动叶片的围带结构。
背景技术
汽轮机动叶片具有整体结构的叶根部分、叶身部分、叶冠部分，叶冠部分具有工作面S1和工作面P1，当所有动叶片呈辐射状安装在转子叶轮上后，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1、工作面P1相互配合，所有动叶片的叶冠部组合成圈，构成围带。在转子处于静态时，工作面S1、工作面P1不接触，它们之间有间隙，在转子处于动态时，叶片发生扭转，工作面S1、工作面P1之间的间隙随转速升高逐渐减小，直至接触。
参见图1，以往的围带设计，在转子处于静态时，工作面S1、工作面P1之间的间隙是等间隙空间，工作面S1、工作面P1是平行的，图2是图1截面SG1- SG1的间隙示意，其上、下间隙均为D1，图3是图1截面SG2- SG2的间隙示意，其上、下间隙均为D2。
参见图4，在转子处于动态、叶片发生扭转后，工作面S1、工作面P1就不平行了，图5是图4截面SG1- SG1的间隙示意，其上口间隙为0，下口间隙为D1，图6是图4截面SG2- SG2的间隙示意，其上口间隙为0，下口间隙为D2。不能实现面接触，围带接触状况不良，成圈特性欠佳，工作面容易磨损。叶片越长，其扭转恢复角就越大，围带成圈特性也就越差。
另外，以往的围带设计是包罩结构，参见图7，叶冠的俯视轮廓包罩了叶身的俯视轮廓，犹如一顶冠帽戴在叶身顶上，故习惯上称为叶冠。这种包罩结构使得叶冠的几何尺寸较大，叶片重量大，汽轮机自耗功大，且叶片工作时离心力大；同时，在转子旋转、叶片扭转后，叶冠成为扰流翼，会对通流介质产生扰动，导致汽轮机效率降低。
建设高参数、大容量、高效、环保型燃煤电站是火力发电建设的一个发展趋势，而末级长叶片的开发设计，是高参数、大容量机组开发的重点与难点。末级动叶片设计技术，因其涉及的技术面广、技术含金量高而成为汽轮机设计中的核心技术。随着汽轮机单机功率的增大，末级动叶片越来越长，相应的降低了叶片的刚性，不但使叶片运行时扭转恢复角增大，也降低了叶片抵抗动应力的能力。基于叶片阻尼结构良好的减振性，各汽轮机制造商都倾向于在长叶片上采用阻尼围带和阻尼拉筋结构。这些结构一方面增加了叶片阻尼，降低了动应力水平；另一方面当汽轮机运行到一定转速后，叶片阻尼器之间的间隙闭合，使叶片呈现整圈振动特性。虽然世界上各厂家开发的末级叶片围带基本结构存在很多相似的地方，但考虑到围带结构对末级叶片整体的强度、振动性能的影响以及围带结构对整级叶片通流扰流的影响。各汽轮机厂商开发的末级叶片围带结构具体参数存在较大的差异。目前已知的世界各大汽轮机制造厂设计的3000r/min长叶片系列中：如GE公司拥有的48〞钢叶片、国内目前投运的3000r/min国产长叶片1200 mm钢叶片，它们采用的围带结构都是上述等间隙、包罩型结构。
不言而喻，传统的围带结构已经严重地制约了汽轮机向大型化方向发展。
发明内容
本发明的目的，是提供一种没有上述缺点的动叶片的围带结构，为制造更长动叶片、更大功率的汽轮机提供技术支持。
本发明所采用的技术方案是：一种汽轮机动叶片的围带结构，所述动叶片具有整体结构的叶根部分、叶身部分、叶冠部分；所述叶冠部分具有工作面S1和工作面P1，当所有动叶片呈辐射状安装在转子叶轮上后，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1、工作面P1相互配合，所有动叶片的叶冠部组合成圈，构成围带；所述叶冠部分的工作面S1和工作面P1具有预扭角，该预扭角的扭转方向与叶片工作时的扭转方向相反，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1不接触，且不平行，它们之间的间隙空间是沿叶片的高度方向由下向上渐开,沿叶片扭转方向由内向外渐开的渐变性间隙空间,在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1间的间隙随转速升高逐渐减小，叶片扭转角沿叶高方向由下向上逐渐增大，工作面S1和工作面P1由不平行逐渐趋向平行，直至完全吻合，实现面接触。
所述围带的接触转速N1设计在0≤N1≤3000转/分范围内。
所述围带工作面的压应力F1满足0.01＜F1≤0.05倍材料的强度极限。
所述叶冠部分的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，该重合部分的型面是按叶身部分的型面成型规律延伸成型。
本发明的有益效果：
1、由于叶冠部分的工作面S1和工作面P1采用了预扭设计，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1之间的间隙空间是渐变性间隙空间,在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1完全吻合，实现面接触，极大地改善了围带的成圈特性，增强了叶片抵抗动应力的能力和减振性能。
2、由于叶冠部分的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，一方面，使围带的宽度变窄，减小了叶冠部分的体积，减轻了叶片重量，降低了汽轮机的自耗功；另一方面，减小了叶片的离心力，可降低材质要求，为使用现有常规材料制造超长叶片创造了条件；再一方面，叶片扭转后，没有扰流翼，汽道仍然光顺，汽轮机效率提高。
通过上述改进，成功地研制出适用于火电、核电、蒸汽/燃气联合循环汽轮机ISB1400mm超长末级动叶片。
附图说明
图1是现有叶片围带工作面静态时的示意图
图2是图1截面SG1- SG1的间隙示意图
图3是图1截面SG2- SG2的间隙示意图
图4是现有叶片围带工作面动态时的示意图
图5是图4截面SG1- SG1的间隙示意图
图6是图4截面SG2- SG2的间隙示意图
图7是现有叶片的围带、叶身轮廓型线示意图
图8是本发明叶片围带工作面静态时的示意图
图9是图8截面SG1- SG1的间隙示意图
图10是图8截面SG2- SG2的间隙示意图
图11是本发明叶片围带工作面动态时的示意图
图12是图11截面SG1- SG1的间隙示意图
图13是图11截面SG2- SG2的间隙示意图
图14是本发明叶片的围带、叶身轮廓型线示意图
图15本发明叶片的围带厚度示意图。
具体实施方式
本发明围带结构的第一个特点是工作面变间隙设计，围带在工作转速附近能够充分接触，且在叶片升速过程中，围带接触状况逐渐增强，极大的改善了末级叶片成圈特性。
参见图8，围带工作面静态时，所述叶冠部分的工作面S1和工作面P1具有预扭角，该预扭角的扭转方向与叶片工作时的扭转方向相反，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1不接触，且不平行，它们之间的间隙空间是沿叶片的高度方向由下向上渐开,沿叶片扭转方向由内向外渐开的渐变性间隙空间,从图9可以看出截面SG1- SG1的间隙d1＞d2，从图10可以看出截面SG2- SG2的间隙d3＞d4。
参见图11，在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1间的间隙随转速升高逐渐减小，叶片扭转角沿叶高方向由下向上逐渐增大，工作面S1和工作面P1由不平行逐渐趋向平行，直至完全吻合，实现面接触。
从图12可以看出截面SG1- SG1的间隙为“0”，从图13可以看出截面SG2- SG2的间隙为“0”。 也就是，工作面SB和工作面PB实现了面接触。在转速N1转/分时，围带背弧工作面S1与相邻叶片围带内弧工作面P1接触，产生压应力F1。
围带接触转速N1设计在0≤N1≤3000转/分范围内。
围带工作面的压应力F1满足0.01＜F1≤0.05倍材料的强度极限。
本发明围带结构的第二个特点是突破围带轮廓外包型线轮廓的理念，创新性的把叶片型线轮廓作为围带轮廓的一部分。叶冠部分的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，该重合部分的型面是按叶身部分的型面成型规律延伸成型。如图14所示，围带轮廓由直线段、和曲线段、、、、、组成。其中，背弧工作面S1由直线段所在的曲面构成，内弧工作面P1由直线段所在的曲面构成。曲线段、不仅是围带轮廓的一部分，同时也构成了叶身型线部分轮廓。
这样，降低了围带结构对气流的扰动，提高了效率。同时，该结构能大大的降低围带截面面积，同时降低了叶片围带的重量，为设计更长的末级叶片奠定了基础。
围带的宽度设计为窄型结构。在不削弱刚度强度的前提下，最大限度的减小宽度。使体积尽量小，降低了离心力。围带厚度设计理念为厚型结构，增加了强度刚度及抗耐磨性。大阻尼有利于叶片的减振，叶片调频更加容易。
由于围带采用窄型设计，为保证其强度，适当增大其厚度，围带厚度H1的值在10mm＜H1＜40mm范围内。

Claims (4)

1.一种汽轮机末级动叶片的围带结构，所述动叶片具有整体结构的叶根部分、叶身部分、叶冠部分；所述叶冠部分具有工作面S1和工作面P1，当所有动叶片呈辐射状安装在转子叶轮上后，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1、工作面P1相互配合，所有动叶片的叶冠部组合成圈，构成围带；其特征在于，所述叶冠部分的工作面S1和工作面P1具有预扭角，该预扭角的扭转方向与叶片工作时的扭转方向相反，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1不接触，且不平行，它们之间的间隙空间是沿叶片的高度方向由下向上渐开,沿叶片扭转方向由内向外渐开的渐变性间隙空间,在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1间的间隙随转速升高逐渐减小，叶片扭转角沿叶高方向由下向上逐渐增大，工作面S1和工作面P1由不平行逐渐趋向平行，直至完全吻合，实现面接触。
2.如权利要求1所述的汽轮机末级动叶片的围带结构，其特征在于，所述围带的接触转速N1设计在0≤N1≤3000转/分范围内。
3.如权利要求1所述的汽轮机末级动叶片的围带结构，其特征在于，所述围带工作面的压应力F1满足0.01倍材料的强度极限＜F1≤0.05倍材料的强度极限。
4.如权利要求1所述的汽轮机末级动叶片的围带结构，其特征在于，所述叶冠部分的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，该重合部分的型面是按叶身部分的型面成型规律延伸成型。
CN201510135259.1A 2014-12-31 2015-03-26 汽轮机动叶片的围带结构 Active CN104832217B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510135259.1A CN104832217B (zh) 2014-12-31 2015-03-26 汽轮机动叶片的围带结构

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410846147.2A CN104533536A (zh) 2014-12-31 2014-12-31 一种末级动叶片自带围带结构
CN2014108461472 2014-12-31
CN201510135259.1A CN104832217B (zh) 2014-12-31 2015-03-26 汽轮机动叶片的围带结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104832217A CN104832217A (zh) 2015-08-12
CN104832217B true CN104832217B (zh) 2017-02-22

Family

ID=52849133

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410846147.2A Withdrawn CN104533536A (zh) 2014-12-31 2014-12-31 一种末级动叶片自带围带结构
CN201510135259.1A Active CN104832217B (zh) 2014-12-31 2015-03-26 汽轮机动叶片的围带结构

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410846147.2A Withdrawn CN104533536A (zh) 2014-12-31 2014-12-31 一种末级动叶片自带围带结构

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN104533536A (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109057871A (zh) * 2018-04-20 2018-12-21 西门子（中国）有限公司 汽轮机叶冠及叶冠单元
CN115502654A (zh) * 2022-09-14 2022-12-23 哈电发电设备国家工程研究中心有限公司 一种汽轮机钛合金叶片围带间隙修复插片及间隙修复方法
CN116933447B (zh) * 2023-09-17 2024-01-09 浙江大学高端装备研究院 一种评估带涂层汽轮机叶片阻尼结构的可靠性的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101285404A (zh) * 2008-06-03 2008-10-15 东方电气集团东方汽轮机有限公司 汽轮机动叶片的围带结构及其加工工艺
CN101725373A (zh) * 2009-11-20 2010-06-09 东方电气集团东方汽轮机有限公司 空冷汽轮机末级动叶片
CN101793167A (zh) * 2009-11-26 2010-08-04 东方电气集团东方汽轮机有限公司 空冷汽轮机末级动叶片
CN102877892A (zh) * 2012-10-23 2013-01-16 湖南航翔燃气轮机有限公司 一种涡轮转子叶片及具有其的燃气轮机
CN103742203A (zh) * 2014-02-11 2014-04-23 上海电气电站设备有限公司 汽轮机末级长叶片

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6846160B2 (en) * 2001-10-12 2005-01-25 Hitachi, Ltd. Turbine bucket

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101285404A (zh) * 2008-06-03 2008-10-15 东方电气集团东方汽轮机有限公司 汽轮机动叶片的围带结构及其加工工艺
CN101725373A (zh) * 2009-11-20 2010-06-09 东方电气集团东方汽轮机有限公司 空冷汽轮机末级动叶片
CN101793167A (zh) * 2009-11-26 2010-08-04 东方电气集团东方汽轮机有限公司 空冷汽轮机末级动叶片
CN102877892A (zh) * 2012-10-23 2013-01-16 湖南航翔燃气轮机有限公司 一种涡轮转子叶片及具有其的燃气轮机
CN103742203A (zh) * 2014-02-11 2014-04-23 上海电气电站设备有限公司 汽轮机末级长叶片

Also Published As

Publication number Publication date
CN104832217A (zh) 2015-08-12
CN104533536A (zh) 2015-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104832217B (zh) 汽轮机动叶片的围带结构
CN105736227B (zh) 一种带连锁螺旋形叶片的水平轴潮流能水轮机
CN104204510B (zh) 具有导片的用于风力涡轮机的叶片
CN207315455U (zh) 涡轮叶尖泄漏流控制组件及航空发动机
CN105971931B (zh) 一种离心式叶轮分流叶片的设计方法
CN105545580B (zh) 一种带费马螺旋形叶片的水平轴潮流能水轮机
CN108829970A (zh) 基于涡动力学的轴流风扇叶片优化设计方法及优化系统
CN102359397A (zh) 全转速汽轮机1300mm末级动叶片
CN103291561A (zh) 尖部具有分裂小翼的风力机叶片
CN105736231B (zh) 一种带蜗牛螺旋形叶片的水平轴潮流能水轮机
CN102108882A (zh) 半转速核电汽轮机用的末级叶片
CN103410656A (zh) 一种叶根部位转捩延迟控制的风力机叶片
CN105401982B (zh) 半转速核电汽轮机用末级动叶片叶身结构
JP6983530B2 (ja) 水車のガイドベーン装置及びそのガイドベーン装置を備えた水車
CN105736229B (zh) 一种带喇叭螺旋形叶片的水平轴潮流能水轮机
CN106246234A (zh) 一种高背压空冷汽轮机用末级动叶片
CN110454310A (zh) 一种仿生学水轮机
CN106089314A (zh) 排汽面积3.2m2高效工业汽轮机的低压级组末级动叶片
CN101725373B (zh) 空冷汽轮机的末级动叶片
CN103061823B (zh) 一种汽轮机叶片拉筋孔结构及其松拉筋安装结构
CN201934146U (zh) 高转速驱动用工业汽轮机的低压末级叶片
CN204609953U (zh) 一种冲动式自带围带圆锥端壁弯扭静叶片
CN202140222U (zh) 预防水轮机固定导叶卡门涡振动的出水边截面形状
CN101749052A (zh) 空冷给水泵汽轮机的末级动叶片
CN209115245U (zh) 一种冲击式转轮

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant