CN106870011A - 用于半速大容量核电涡轮机的末级转子叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于半速大容量核电涡轮机的末级转子叶片，具体而言，提供了一种用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片(10)。该叶片(10)包括单件式钢叶片主体(12)，其包括具有在末梢(16)和基部(14)之间延伸1850mm到2000mm之间的高度(h)的翼型件(13)和2900mm到3050mm之间的基部直径(D)。此外，翼型件(13)具有对于限定的翼型件高度(H)的翼型件质量(M)，其中翼型件质量(M)对高度(H)的比值在70kg/m到80kg/m的范围内，从而实现在转子上显著更小的离心力。叶片(10)还包括叶根(18)，其从基部延伸，构造成可附接地安装在转子的转子凹槽中。这样的构造能够承受1.5倍的对于半速涡轮机的涡轮机转速。

Description

用于半速大容量核电涡轮机的末级转子叶片

技术领域

本发明公开大体上涉及涡轮机叶片，且更具体地，涉及用于半速大容量核电涡轮机的末级转子叶片。

背景技术

近年来，由于核电是一种清洁能源的事实，具有电力生产稳定的特性，并且能够有效地响应于能量消耗、全球变暖和二氧化碳排放控制以及其他环境问题，因此对于核电设备的需求在全球都得到了增长。

蒸汽涡轮机是核电设备的主要装备项之一，并且因此其设计影响核电设备的效率。核蒸汽涡轮机典型地设计成全速(其中涡轮轴与电力系统的频率同步操作，例如，对于50Hz的系统为3000rpm)或者半速 (其中对于50Hz的系统涡轮轴以1500rpm的速度操作)涡轮机。

蒸汽涡轮机包括安装在涡轮轴上的转子叶片。转子叶片，尤其是末级叶片(LSB)对于限定环状排放面积是重要的部件，其对于半速涡轮机的效率有重大影响。环状排放面积可由LSB的可用长度和排放流的数量决定。继而，最大LSB长度受LSB的强度及其承受叶根区段中离心应力的能力限制。

对于具有更长长度的叶片一直存在需求，这些叶片能够满足包括转子上的叶片的应力、频率特性、腐蚀和有限且最优的离心力在内的标准。

发明内容

本发明公开公开了用于半速核蒸汽涡轮机的末级叶片，其将在以下的简要概述中呈现，以提供本发明公开的一个或更多个方面的基础理解，该一个或更多个方面旨在克服所讨论的缺陷，但包括其所有优点，并提供一些附加的优点。此概述并非是本发明公开的广泛综述。其既不意图确定本公开的关键或重要元件，也不意图描绘本发明公开的范围。相反，此概述的唯一目的是以简化的形式作为在后文中呈现的更详细描述的前奏而呈现本发明公开的一些概念、其多个方面和优点。

本发明公开的大体目标是提供一种用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片，且该叶片长度以如下方式延伸得更远，可以能够满足各种其他标准，诸如叶片的应力、频率特性、腐蚀以及有限的且最优的离心力。

在本发明公开的一个方面，提供了一种用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片。叶片包括单件式钢叶片主体，其包括具有末梢、基部和在末梢和基部之间延伸的翼型件高度的翼型件。翼型件高度可在1850mm到2000mm的范围内，并且基部可具有2900mm到3050mm范围内的基部直径。此外，翼型件具有对于限定的翼型件高度的翼型件质量，其中该翼型件质量对高度的比值在70kg/m到80kg/m的范围内。这样的翼型件高度(H)和翼型件质量(M)组合可实现在转子上低的离心力。叶片还包括叶根，其从基部延伸，构造成可附接地安装在转子的转子凹槽中。叶片的构造可为能够承受1.5倍的对于半速涡轮机的涡轮机转速。

在最优选的实施例中，翼型件高度为1900mm。此外，当翼型件高度为1900mm时，对于翼型件的翼型件质量为大约142kg。

在最优选的实施例中，基部直径为2940 mm。

在最优选的实施例中，叶片具有在3.5到4范围内的翼型件高度对叶片弦长比值。

在一个实施例中，叶根包括在翼型件的基部沿着弦长弯曲的杉树型根部(fir-tree root)，其中曲率具有500到400mm范围内的半径。在最优选的实施例中，叶根包括在450mm到550mm范围内的根部轴向宽度。

在一个实施例中，叶片还可包括在主体上构造在翼型件高度的大约70%到85%位置处的减振器(snubber)。在最优选的实施例中，该减振器可在主体上定位在翼型件高度的81%处。

在本发明公开的另一个方面，如以上所概述的的末级叶片的圆周列构造成具有用于由其流出的流的在27m²到31m²范围内的出口面积。在这样的圆周列中，相邻的叶片限定其间的节距，此外在末梢处节距对弦长的比值在0.9到1.1的范围内。

在本发明公开的又一个方面，在以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机中使用末级叶片的圆周列。

在本发明公开的又另一个方面，提供了一种用来制造用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片的过程。该方法包括将单件式钢叶片主体构造成包括翼型件和叶根，如上所概述的。此外，步骤包括将该叶片构造成承受1.5倍的涡轮机的转速。在另一个步骤中，当多个叶片安装在半速核蒸汽涡轮机中以形成末级叶片的圆周列时，将叶片构造成为由其流出的流提供在27m²到31m²范围内的出口面积。

本发明的第一技术方案提供了一种用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片(10)，所述叶片(10)具有单件式钢叶片主体(12)，其包括：具有末梢(16)、基部(14)和在所述末梢(16)与所述基部(14)之间延伸的翼型件高度(H)的翼型件(13)，其中所述翼型件高度(H)在1850mm到2000mm的范围内，且所述基部(14)具有在2900mm到3050mm范围内的基部直径(D)，所述翼型件(13)具有对于限定的翼型件高度(H)的翼型件质量(M)，其中翼型件质量(M)对高度(H)的比值在70kg/m到80kg/m的范围内，其中所述翼型件高度(H)和所述翼型件质量(M)实现在转子上低的离心力；以及叶根(18)，其从所述基部(14)延伸，构造成可附接地安装在所述转子的转子凹槽中。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述翼型件高度(H)为1900mm。

本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，具有约142kg的质量。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述基部直径(D)为2940 mm。

本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述叶片(10)具有在3.5到4范围内的翼型件高度(H)对叶片弦长(C)比值。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述叶根(18)包括在所述翼型件(13)的所述基部处沿着弦长弯曲的杉树型根部，其中曲率具有在500到400mm范围内的半径(Rr)。

本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述叶根(18)包括在450mm到550mm内的根部轴向宽度(Rw)。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，还包括在所述主体(12)上构造在所述翼型件高度(H)的大约70%到85%位置处的减振器(19)。

本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，所述减振器(19)在所述主体(12)上定位在所述翼型件高度(H)的81%处。

本发明的第十技术方案提供了一种根据技术方案1至9中的任一项所述的末级叶片(10)的圆周列(30)，其构造成具有用于由其流出的流的在27m²到31m²范围内的出口面积。

本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，相邻叶片(10)在其间限定节距(P)，而且在所述末梢(16)处的节距(P)对弦长(C)的比值在0.9到1.1的范围内。

本发明的第十二技术方案提供了一种根据技术方案10或11所述的末级叶片(10)的圆周列(30)在以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机中的使用。

本发明的第十三技术方案提供了一种用来制造用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片(10)的过程，包括如下步骤：将单件式钢叶片主体(12)构造成包括：具有末梢(16)、基部(14)和在所述末梢(16)与所述基部(14)之间延伸的翼型件高度(H)的翼型件(13)，其中所述翼型件高度(H)在1850mm到2000mm的范围内，且所述基部(14)具有在2900mm到3050mm范围内的基部直径(D)，所述翼型件(13)具有对于限定的翼型件高度(H)的翼型件质量(M)，其中翼型件质量(M)对高度(H)的比值在70kg/m到80kg/m的范围内；以及叶根(18)，其从所述基部(14)延伸，构造成可附接地安装在转子的转子凹槽中；以及将所述叶片(10)构造成为由其流出的流提供在27m²到31m²范围内的出口面积。

本发明的第十四技术方案提供了一种根据技术方案1至13所述的末级叶片(10)的构造，其能够承受大约1.5倍的所述涡轮机的转速。

本文提及的某些尺寸以“毫米(mm)”为单位，但是，本领域技术人员在适当的地方可将这样的尺寸转换成国际单位。

本发明公开的这些以及其他方面和表征本发明公开的各种新颖性的特征一起，在本发明公开中被特别地指出。为了更好地理解本发明公开、其运行益处及其用途，应参考附图和描述性事实，其中存在示出的本发明公开的示例性实施例。

附图说明

结合附图参考以下详细描述和权利要求将更好地理解本发明公开的益处和特征，附图中相似的元件用相似的标号标注，且其中：

图1图示了按照本发明公开的一个示例性实施例的用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的单件式末级叶片；

图2A和2B图示了按照本发明公开的一个示例性实施例的叶片的根部；以及

图3A和3B图示了按照本发明公开的不同示例性实施例的构造成使用多个末级叶片的圆周列。

贯穿附图的若干视图的描述，相似的标号指代相似的部分。

部件列表

10 末级叶片，LSB

12 主体

11 第一挂钩

13 翼型件

16 末梢

14 基部

18 叶根

19 减振器

30 圆周列

H 翼型件高度

C 弦长

D 基部直径

M 翼型件质量

E1, E2 边缘

Rr 曲率的根部半径

Rw 根部轴向宽度

P 节距。

具体实施方式

为了本发明公开的透彻理解，结合上述附图而参考了以下详细描述，包括所附的权利要求。在以下描述中，出于解释的目的，罗列了许多具体细节以便提供对本发明公开的透彻理解。但是对于本领域技术人员将显而易见的是，可以没有这些具体细节而实践本发明公开。在其他实例中，仅以方块图形式示出结构和装置，以便避免公开的模糊。在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”、“不同实施例”的引用，指的是结合该实施例而描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明公开的至少一个实施例中。在说明书中多处出现的短语在“一个实施例中”并不一定都指相同的实施例，也不是指相互排除其他实施例的单独或替代的实施例。此外，所描述的多种特征可由一些实施例但不能由其他实施例展示。类似地，所描述的各种要求可以是对一些实施例的要求但并不是其他实施例的要求。

尽管以下描述包含了出于说明目的的许多细节，但本领域技术人员将会理解的是对于这些细节的许多变型和/或变更处在本发明公开的范围内。类似地，尽管本发明公开的许多特征是关于彼此或者与彼此相联系而描述的，但本领域技术人员将会理解的是这些特征中的许多可以独立于其他特征而提供。因此，本发明公开的此描述是不损失本发明公开的任何普遍性且不对其构成限制而提出的。另外，本文使用的相对用语不代表任何顺序、高度或重要性，而只是用来将一个元件与另一个元件区分开。此外，本文的用词“一”、“一个”和“多个”并不代表数量的限制，而是代表至少一个所指项目的存在。

参考图1，图示了按照本发明公开的一个示例性实施例用于能够以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片(LSB)(10)。该半速核涡轮机速度是1500 rpm，是全速涡轮机的速度的一半，全速涡轮机的速度是3000 rpm。在一个实施例中，本文中所示的尺寸通常是用于能够以50 Hz操作的半速核蒸汽涡轮机。对于能够以60Hz操作的涡轮机，叶片的尺寸可能相应地缩放。

LSB(10)包括具有翼型件(13)的单件式钢叶片主体(12)。翼型件(13)包括末梢(16)、基部(14)和在该末梢(16)和该基部(14)之间延伸的翼型件高度(H)。LSB(10)还包括从基部(14)延伸的叶根(18)。叶根(18)构造成可附接地安装在转子的转子凹槽中。在一个实施例中，如图2A和2B中所示，叶根(18)可包括适于插在转子的互补转子凹槽中的杉树型根部，从而将LSB(10)与转子连接。杉树型根部可与转子的轴线同轴，向该轴线倾斜，或者是弯曲的。在一个优选实施例中，该杉树型根部在翼型件(13)的基部处沿着弦长(C)可以是弯曲的。

在一个实施例中，翼型件高度(H)可在1850mm到2000mm的范围内，并且基部(14)可具有2900mm到3050mm范围内的基部直径(D)。此外，翼型件(13)可包括对于限定的翼型件高度(H)的翼型件质量(M)，其中该翼型件质量(M)对高度(H)的比值可在70kg/m到80kg/m的范围内。

在一个最优选的实施例中，翼型件高度(H)可为大约1900 mm。在这样的实施例中，其中翼型件高度(H)为大约1900 mm，主体(12)的质量(其包括翼型件(13)的质量和叶根(18)的质量)可为大约142 kg。在另一个优选的实施例中，基部直径(D)可为大约2940 mm。

在一个实施例中，LSB (10)可包括构造在形成单件式钢叶片主体的主体(12)上的减振器(19)。该减振器(19)在主体(12)上定位在叶片高度的大约70%到85%处。在一个具体实施例中，该减振器(19)可在主体(12)上定位在翼型件高度的81%处。例如，如果叶片高度为1900 mm，在叶片高度的81%处，减振器(19)在主体(12)上定位在1539 mm的高度处。减振器(19)可提供刚性并且减轻LSB (10)中的振动应力。

如图2A和2B中所示，在一个实施例中，LSB(10)具有1900 mm的高度和142 kg的重量，还有多个其它尺寸参数，使得这样长度的LSB(10)能够适合于其可操作性。例如，翼型件高度(H)对叶片弦长(C)的比值(即纵横比)在3.5到4的范围内。这里，叶片弦长(C)定义为LSB(10)的前缘(E1)和后缘(E2)之间的距离。此外，具有弯曲的杉树型根部的叶根(18)可包括具有在500到400mm范围内的半径(Rr)的曲率。另外，叶根(18)具有在450mm到550mm范围内的根部轴向宽度(Rw)。

参考图3A和3B，如上所述，LSB(10)可用来构造在涡轮机的末级处使用多个此类LSBs(10)的圆周列(30)。在一个示例中，圆周列(30)可使用73个叶片构造。在这样的圆周列(30)中，相邻叶片(10)在其间限定节距(P)，这里节距(P)对弦长(C)的比值在末梢(16)处可在0.9到1.1的范围内。在运行中，该圆周列(30)构造成用于由其流出的流具有在27 m²到31m²范围内的出口面积。在一个实施例中，出口面积可以在后缘(E2)处计算或者在叶片LSB10的轴线上计算。在叶片的轴线上获得27 m²的出口面积。

半速核蒸汽涡轮机中的LSB(10)的圆周列(30)可以以大约50Hz或60Hz操作。如上所述，该半速核涡轮机速度是1500 rpm，是全速涡轮机的速度的一半，全速涡轮机的速度是3000 rpm。在用于此类构造的一个示例性实施例中，每个叶片均构造成承受涡轮机转速的至少1.5倍，即，对于以1500 rpm操作的半速涡轮机，该构造构造成承受至少2250 rpm的涡轮机速度。

本发明公开的LSB在如上所述的不同范围中是有利的。本发明的叶片较长(大约1900mm)，并且满足不同的标准，诸如叶片的应力、频率特性、腐蚀以及有限且最优的离心力。叶片是长的，因此大的出口面积给出允许减少低压模块的数量的性能益处。不管其长度如何，本发明的叶片也是轻的，从而导致涡轮机上低的离心力。离心力可低于600 T，其可沿着翼型件高度(H)计算并且包括直至叶片(10)的第一挂钩(11)(见图2A)的长度。低于600T的离心力是直至第一挂钩(11)计算的，这是因为在叶片丢失的情况下，根部附接件会留在转子凹槽中。低的离心力在叶片丢失的情况下实现轴线(shaftline)整体性。此外，取决于更少(用负号图示)或更多(用正号图示)的需求，这样的叶片可以以大约-6%到+5%的电网频率变化操作。此外，具有此叶片构造的涡轮机可以能够以20到80毫巴之间的冷凝器真空工作。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明公开的具体实施例的前述描述。它们并非意图为穷尽性的或者将本发明公开限于所公开的具体形式，并且明显地依据以上教导许多改型和变化都是可能的。选择并描述实施例以便最好地解释本发明公开的原理及其实际应用，以由此使本领域技术人员能够最好地利用本发明公开和适合所设想的特定用途的带有各种改型的各种实施例。

Claims (10)

1.一种用于以50Hz或60Hz操作的半速核蒸汽涡轮机的末级叶片(10)，所述叶片(10)具有单件式钢叶片主体(12)，其包括：

具有末梢(16)、基部(14)和在所述末梢(16)与所述基部(14)之间延伸的翼型件高度(H)的翼型件(13)，其中所述翼型件高度(H)在1850mm到2000mm的范围内，且所述基部(14)具有在2900mm到3050mm范围内的基部直径(D)，

所述翼型件(13)具有对于限定的翼型件高度(H)的翼型件质量(M)，其中翼型件质量(M)对高度(H)的比值在70kg/m到80kg/m的范围内，其中所述翼型件高度(H)和所述翼型件质量(M)实现在转子上低的离心力；以及

叶根(18)，其从所述基部(14)延伸，构造成可附接地安装在所述转子的转子凹槽中。

2.根据权利要求1所述的叶片(10)，其特征在于，所述翼型件高度(H)为1900mm。

3.根据权利要求2所述的叶片(10)，其特征在于，具有约142kg的质量。

4. 根据权利要求1所述的叶片(10)，其特征在于，所述基部直径(D)为2940 mm。

5.根据权利要求1所述的叶片(10)，其特征在于，所述叶片(10)具有在3.5到4范围内的翼型件高度(H)对叶片弦长(C)比值。

6.根据权利要求1所述的叶片(10)，其特征在于，所述叶根(18)包括在所述翼型件(13)的所述基部处沿着弦长弯曲的杉树型根部，其中曲率具有在500到400mm范围内的半径(Rr)。

7.根据权利要求1所述的叶片(10)，其特征在于，所述叶根(18)包括在450mm到550mm内的根部轴向宽度(Rw)。

8.根据权利要求1所述的叶片(10)，其特征在于，还包括在所述主体(12)上构造在所述翼型件高度(H)的大约70%到85%位置处的减振器(19)。

9.根据权利要求8所述的叶片(10)，其特征在于，所述减振器(19)在所述主体(12)上定位在所述翼型件高度(H)的81%处。

10.一种根据权利要求1至9中的任一项所述的末级叶片(10)的圆周列(30)，其构造成具有用于由其流出的流的在27m²到31m²范围内的出口面积。