CN105626163A - 一种隔板静叶锻造转角的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔板静叶锻造转角的确定方法，其是将汽轮机隔板静叶叶片截面几何特征和锻造成形材料流动工程实际相结合的一种简便高效的确定锻件设计基本工艺参数锻造转角的一种新方法。通过选取典型截面，有序抽取系列简化典型截面几何与成形特征：内、背弧弦切线，进、出气边弦切线围成的矩形，背弧进气侧型线与半弦高线交点，背弧通过此交点的弦切线等系列几何特征。再通过合理控制弦切线与过平移中心的直线间夹角大小来确定隔板静叶锻造转角的一种新设计方法。此方法合理控制弦切线与过平移中心的直线间夹角的大小很好的简化和优化了隔板静叶锻造转角的设计，使锻造转角确定更趋合理。

Description

一种隔板静叶锻造转角的确定方法

技术领域

本发明属于汽轮机隔板静叶锻件成形技术，尤其涉及一种隔板静叶锻造转角的确定方法。

背景技术

汽轮机隔板静叶通常来说是指只有中间叶型部位的两端焊接在内外壁上的工作时并不转动的一大类汽轮机叶片。叶型部分仅由内、背弧空间扭曲面构成，通常隔板静叶又分为直隔板静叶和弯扭静叶两种，通常汽轮机隔板静叶以直隔板静叶为主。直隔板静叶通常也叫变截面隔板静叶，各档截面叶型沿Z轴方向基本从大端到小端成线性分布面积逐渐减小。而弯扭叶片中间或局部有弯曲部分，或两端叶型在XOY投影面中绕Z轴沿同一方向(顺时针或逆时针方向)扭转。锻造成形时，为保证进出气边材料均易在模具型腔中成形，叶片锻造时通常将叶片在理论坐标系XOY下，绕其纵轴或Z轴(叶根到叶顶的理论轴心称为纵轴或Z轴)移动,在新的锻造成形坐标原点o'点，旋转某一角度来进行锻造成形，这一角度就叫锻造平衡角，也称为锻造转角。

现有的隔板静叶锻造转角的确定方法包括以下步骤：

1)从输入的理论坐标系XOY中选取三档典型截面型线(通常选取叶根大端、叶顶小端和中间叶身的三档截面)均放在同一理论坐标系XOY中，请参阅图1所示；

2)新的锻造坐标原点0'的确定方法，及平移坐标系(X1O1Y1)的确定,请参阅图2所示。对于直隔板静叶，由于所有叶型截面在XOY平面中的投影均在靠叶根大端截面内，新的坐标原点通常选取叶根截面内，居相对底截面中心位置；

3)确定进出气边落差ΔH的值：请参阅图3所示，为了确保难成形部位出气边的充足，即使较平坦的叶片也要考虑进、出气边高低落差值ΔH的设计，根据叶型宽度和上述成形难点的分析其ΔH值可考虑为在一定范围内变动。

上述隔板静叶锻造转角的确定方法存在如下缺点：首先新的平移坐标中心确定只说居于大端截面几何中心位置，而这一中心位置又没有具体的方法来明确；而中心位置不同即使相同的锻造转角，也对同一叶片旋转后的进出气边在锻造坐标系下的高低落差也有较大影响，从而影响材料在进出气边流动的均匀性，对材料利用率的最终提高产生较大影响。其次还需要结合大量的工程实际设计经验来确定ΔH值的合理区间，这需要结合对隔板静叶的几何特性和成型工艺特性较高的工程实际认识来进一步细分确定。上述方法最终锻造转角确定还需根据实际成型工艺需要进行一定的调整和修正，存在一定的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隔板静叶锻造转角的确定方法，其具有准确、简洁、高效的特点，以解决现有技术中隔板静叶锻造转角的确定方法存在的上述问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种隔板静叶锻造转角的确定方法，其包括以下步骤：

1)从输入的理论坐标系XOY中选取三档典型截面型线并放在同一理论坐标系XOY中，该三档典型截面型线选取叶根大端、叶顶小端和中间叶身的三档截面分别为叶根截面型线、叶顶截面型线和中间截面型线，所述叶根截面型线、中间截面型线和叶顶截面型线的截面面积依次变小；

2)作叶根截面型线的内弧截面型线的弦切线L0，作叶根截面型线的背弧截面切线L1，作叶顶截面型线的进气边小圆弦宽方向相切线L2，作叶根截面型线的出气边小圆弦宽方向相切线L3；

3)将进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3的中点连线作为半弦高线L4；

4)将所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3这四条线围成的图形的几何中心作为平移中心，所述平移中心沿半弦高线L4向靠近进气边小圆弦宽方向相切线L2的一侧平移间距t后作为平移坐标原点O1,t取值原则为：t＝K*L0；K为平移系数，取值范围为0～1/4，根据平移坐标原点O1确定平移坐标系X1O1Y1,平移坐标系中的X1轴与理论坐标系中的X平行，平移坐标系中的Y1轴与理论坐标系中的Y平行；

5)作叶根截面型线的半弦高线弦切点Q的切线L5，所述半弦高线弦切点Q为半弦高线L4与叶根截面型线的进气侧背弧的交点，作过平移坐标原点O1与进气侧叶型切线L5夹角为β的直线X′，将直线X′作为锻造坐标系的水平轴，过平移坐标原点O1作直线X′的垂直线Y′，即锻造方向，将直线Y′作为锻造坐标系的垂直轴，此时平移坐标系的垂直轴Y1与锻造坐标系的垂直轴Y′之间的夹角即为锻造转角α，锻造转角α为锐角。

特别地，所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3四条线围成矩形后，所述弦切线L0≤150mm，K＝1/8；所述弦切线150mm＜L0≤300mm，K＝1/7；所述弦切线300mm＜L0≤400mm，K＝1/6。

特别地，所述β的取值范围为：55°～85°。

特别地，所述β优选的取值范围为：60°～80°。

特别地，所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3四条线围成矩形后，若L0/L3≥3.5，则β＝60°～70°，且坯料多选扁坯；若3.0≤L0/L3≤3.5时，则β＝65°～75°，且坯料多选扁坯；若2.5≤L0/L3≤3.0时，则β＝70°～80°，且坯料多选圆坯。

特别地，所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3四条线围成矩形后，若L0/L3≤2.5时，则β＝70°～85°，坯料多选圆坯。

本发明的有益效果为，与现有技术相比所述隔板静叶锻造转角的确定方法首次提出了通过控制半弦高线弦切点Q切线与过平移中心线夹角(也称半高线弦切角)的大小来确定锻造转角和锻造坐标系这一崭新方法。充分体现了隔板静叶叶型的几何特性与材料成形的难易的关键所在。叶型进出气边是隔板静叶材料流动的关键，尤其是进气边材料流动更为容易，但控制流动却很困难，如何使进出气边材料同时均衡达到就成为隔板静叶设计锻造转角的关键所在，而叶片叶型背弧通常曲率又是变化的，通过选取半弦高线弦切点Q的切线与过平移中心线夹角即半高线弦切角大小的方法，来代表整个叶型背弧进气边材料流动的难易程度，极好的用工程简化的思维方法和抓核心问题来解决工程实际设计问题；既简化了设计方法又在工程实践中取得了较为满意的实际效果。对材料利用率的提高产生积极影响。

附图说明

图1是常规隔板静叶三典型截面理论示意图；

图2是常规隔板静叶三典型截面的锻造坐标原点0'的确定示意图；

图3是常规隔板静叶三典型截面的锻造坐标系下锻造转角示意图；

图4是本发明具体实施方式1提供的隔板静叶锻造转角的确定方法的隔板静叶三典型截面理论示意图；

图5是本发明具体实施方式1提供的隔板静叶锻造转角的确定方法的几何要素及锻造转角示意图；

图6是本发明具体实施方式1提供的隔板静叶锻造转角的确定方法的锻造坐标系下锻造转角示意图。

图中：

1、叶根截面型线；2、叶顶截面型线；3、中间截面型线；4、内弧；5、背弧。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图4至图6所示，本实施例中，一种隔板静叶锻造转角的确定方法，其包括以下步骤：

1)从输入的理论坐标系XOY中选取三档典型截面型线并放在同一理论坐标系XOY中，该三档典型截面型线选取叶根大端、叶顶小端和中间叶身的三档截面分别为叶根截面型线1、叶顶截面型线2和中间截面型线3，所述叶根截面型1线、中间截面型线3和叶顶截面型线2的截面面积依次变小，且图4中A处为进气侧，B处为出气侧，所述叶根截面型线1具有内弧4和背弧5；

2)作叶根截面型线1的内弧截面型线的弦切线L0，作叶根截面型线1的背弧截面切线L1，作叶顶截面型线1的进气边小圆弦宽方向相切线L2，作叶根截面型线1的出气边小圆弦宽方向相切线L3；

3)将进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3的中点连线作为半弦高线L4；

4)将所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3这四条线围成矩形的几何中心作为平移中心，所述平移中心沿半弦高线L4向靠近进气边小圆弦宽方向相切线L2的一侧平移间距t后作为平移坐标原点O1,t取值原则为：t＝K*L0；K为平移系数，取值范围为0～1/4，根据平移坐标原点O1确定平移坐标系X1O1Y1,平移坐标系中的X1轴与理论坐标系中的X平行，平移坐标系中的Y1轴与理论坐标系中的Y平行；

5)作叶根截面型线的半弦高线弦切点Q的切线L5，所述半弦高线弦切点Q为半弦高线L4与叶根截面型线的进气侧背弧的交点，作过平移坐标原点O1与进气侧叶型切线L5夹角为β的直线X′，将直线X′作为锻造坐标系的水平轴，过平移坐标原点O1作直线X′的垂直线Y′，即锻造方向，将直线Y′作为锻造坐标系的垂直轴，此时平移坐标系的垂直轴Y1与锻造坐标系的垂直轴Y′之间的夹角即为锻造转角α，锻造转角α为锐角。

上述K的具体取值规律为：所述弦切线L0≤150mm，K＝1/8；所述弦切线150mm＜L0≤300mm，K＝1/7；所述弦切线300mm＜L0≤400mm，K＝1/6。

上述β的取值范围为：55°～85°。若L0/L3≤2.5时，则β＝70°～85°，坯料多选圆坯。优选的取值范围为：60°～80°，若L0/L3≥3.5，则β＝60°～70°，且坯料多选扁坯；若3.0≤L0/L3≤3.5时，则β＝65°～75°，且坯料多选扁坯；若2.5≤L0/L3≤3.0时，则β＝70°～80°，且坯料多选圆坯。

上述隔板静叶锻造转角的确定方法将汽轮机隔板静叶叶片截面几何特征和锻造成形材料流动工程实际相结合的一种简便高效的确定锻件设计基本工艺参数锻造转角的一种新方法。通过选取典型截面，有序抽取系列简化典型截面几何与成形特征：内、背弧弦切线，进、出气边弦切线围成的矩形，背弧进气侧型线与半弦高线交点，背弧通过此交点的弦切线等系列几何特征。再通过合理控制弦切线与过平移中心的直线间夹角大小来确定隔板静叶锻造转角的一种新设计方法。此方法合理控制弦切线与过平移中心的直线间夹角的大小很好的简化和优化了隔板静叶锻造转角的设计，使锻造转角确定更趋合理，也提高了模具使用寿命，降低了由于原模具中心确定不合理而引起的模具使用寿命的减少。这个方法相对来说准确、简洁、高效。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种隔板静叶锻造转角的确定方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)从输入的理论坐标系XOY中选取三档典型截面型线并放在同一理论坐标系XOY中，该三档典型截面型线选取叶根大端、叶顶小端和中间叶身的三档截面分别为叶根截面型线、叶顶截面型线和中间截面型线，所述叶根截面型线、中间截面型线和叶顶截面型线的截面面积依次变小；

2)作叶根截面型线的内弧截面型线的弦切线L0，作叶根截面型线的背弧截面切线L1，作叶顶截面型线的进气边小圆弦宽方向相切线L2，作叶根截面型线的出气边小圆弦宽方向相切线L3；

3)将进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3的中点连线作为半弦高线L4；

4)将所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3这四条线围成的图形的几何中心作为平移中心，所述平移中心沿半弦高线L4向靠近进气边小圆弦宽方向相切线L2的一侧平移间距t后作为平移坐标原点O1,t取值原则为：t＝K*L0；K为平移系数，取值范围为0～1/4，根据平移坐标原点O1确定平移坐标系X1O1Y1,平移坐标系中的X1轴与理论坐标系中的X平行，平移坐标系中的Y1轴与理论坐标系中的Y平行；

5)作叶根截面型线的半弦高线弦切点Q的切线L5，所述半弦高线弦切点Q为半弦高线L4与叶根截面型线的进气侧背弧的交点，作过平移坐标原点O1与进气侧叶型切线L5夹角为β的直线X′，将直线X′作为锻造坐标系的水平轴，过平移坐标原点O1作直线X′的垂直线Y′，即锻造方向，将直线Y′作为锻造坐标系的垂直轴，此时平移坐标系的垂直轴Y1与锻造坐标系的垂直轴Y′之间的夹角即为锻造转角α，锻造转角α为锐角。

2.根据权利要求1所述的隔板静叶锻造转角的确定方法，其特征在于，所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3四条线围成矩形后，所述弦切线L0≤150mm，K＝1/8；所述弦切线150mm＜L0≤300mm，K＝1/7；所述弦切线300mm＜L0≤400mm，K＝1/6。

3.根据权利要求1所述的隔板静叶锻造转角的确定方法，其特征在于，所述β的取值范围为：55°～85°。

4.根据权利要求3所述的隔板静叶锻造转角的确定方法，其特征在于，所述β优选的取值范围为：60°～80°。

5.根据权利要求4所述的隔板静叶锻造转角的确定方法，其特征在于，所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3四条线围成矩形后，若L0/L3≥3.5，则β＝60°～70°，且坯料多选扁坯；若3.0≤L0/L3≤3.5时，则β＝65°～75°，且坯料多选扁坯；若2.5≤L0/L3≤3.0时，则β＝70°～80°，且坯料多选圆坯。

6.根据权利要求3所述的隔板静叶锻造转角的确定方法，其特征在于，所述弦切线L0、背弧截面切线L1、进气边小圆弦宽方向相切线L2和出气边小圆弦宽方向相切线L3四条线围成矩形后，若L0/L3≤2.5时，则β＝70°～85°，坯料多选圆坯。