CN108487938A - 一种新型燃机透平第一级动叶 - Google Patents

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郭祖光
李岩
姜东坡
于宁
孟凡刚
王辉
孙立权
赵俊明
梁培培
郭旭晓
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Abstract

一种新型燃机透平第一级动叶，属于燃气轮机领域。本发明为了解决目前重型中低热值燃气轮机透平一级动叶片后缘与叶片平台接触处的应力集中问题。本发明包括叶身、伸根和叶根，叶身的型线为变截面扭叶片，叶身与伸根通过叶片平台相连接，叶身与叶片平台相连接处具有过渡部分，过渡部分的截面面积由顶部到根部逐渐增大，过渡部分的高度H为125mm，叶身、叶片平台、伸根、叶根由上至下依次设置，并铸造成一体。本发明解决了此位置的应力集中问题，使该位置的应力分布更加合理，提高了叶片的使用寿命，保证了叶片的安全运行。

Description

一种新型燃机透平第一级动叶
技术领域
本发明用于重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片，具体涉及一种减小重型中低热值燃气轮机第一级动叶后缘与叶片平台接触处应力的方法。
背景技术
燃气轮机是将高温的燃烧气体所带的热能转换为旋转能并作为电力取出的装置，被装配在燃气轮机上的燃气轮机动叶片，经常是在高温的燃烧气体中使用。
由于重型中低热值燃气轮机透平动叶处在高温、高速旋转的环境当中，其工作条件恶劣，叶片的整体承受着较大的载荷，对于结构尺寸变化较大的部位尤其如此，受重型中低热值燃气轮机第一级动叶的叶片结构限制，重型中低热值燃气轮机第一级动叶后缘与叶片平台接触处位置在工作过程很容易产生应力集中现象，而这种应力集中恰恰影响着燃气轮机动叶片使用寿命的重要因素，因此急需提出一种减小动叶尾缘与叶片平台接触处应力的方法，解决燃气轮机动叶片与叶片平台接触处的应力集中，增大燃气轮机动叶片使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前重型中低热值燃气轮机透平一级动叶片后缘与叶片平台接触处的应力集中问题，进而提供一种新型燃机透平第一级动叶。
本发明的技术方案：
一种新型燃机透平第一级动叶包括叶身、伸根和叶根，所述的叶身的型线为变截面扭叶片，叶身与伸根通过叶片平台相连接，叶身与叶片平台相连接处具有过渡部分，所述的过渡部分的截面面积由顶部到根部逐渐增大，过渡部分的高度H为125mm，叶身、叶片平台、伸根、叶根由上至下依次设置，并铸造成一体。
进一步地、所述的叶身由叶身前缘、叶身后缘、压力面、吸力面共同构成，所述的叶身的凹侧为压力面，叶身的凸侧为吸力面，所述的叶身的左侧端面为叶身前缘，叶身的右侧端面为叶身后缘，所述的过渡部分在叶身的横向延伸为沿叶身前缘向叶身后缘方向延伸，延伸的截面具有延伸中弧线。
进一步地、伸根由压力侧凹进部分、吸力侧凸起部分、伸根侧壁、伸根翼构成。
进一步地、所述的过渡部分在叶身上沿叶身前缘向叶身后缘方向的延伸规律为：
a、叶身的根部截面A-A处的截面高度为0mm，此时截面A-A处的叶身后缘延伸距离T最大，为2.8mm；
b、截面A-A处的截面高度为0mm向上各截面的叶身后缘延伸距离逐渐变小直至截面高度为125mm的E-E处，截面E-E处的叶身后缘延伸距离T变为0mm，截面高度为125mm以上各截面不再变化；
c、过渡部分31的截面由顶部E-E处到根部A-A处还具有截面B-B、截面C-C和截面D-D，其中截面B-B处到截面A-A处的高度为30mm，此时截面B-B处的叶身后缘延伸距离T为2mm，截面C-C处到截面A-A处的高度为60mm，此时截面C-C处的叶身后缘延伸距离T为1.2mm，截面D-D处到截面A-A处的高度为90mm，此时截面D-D处的叶身后缘延伸距离T为0.5mm。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明从叶片的结构入手，延长了重型中低热值燃气轮机第一级动叶后缘的长度，解决了此位置的应力集中问题，使该位置的应力分布更加合理，提高了叶片的使用寿命，保证了叶片的安全运行；
2、本发明的燃气轮机第一级动叶叶身后缘的延伸可以降低叶身后缘与叶片平台相连接位置的应力，提高叶身后缘与叶片平台相连接的使用寿命；
3、通过对重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片的全三维计算，该叶片后缘延伸方案，对机组效率以及气动特性影响极小，但叶片后缘与叶片平台接触处应力的最大应力减小34％，其余部分的应力降低11％以上,综合寿命提高到原来的2.05倍。
附图说明
图1燃气轮机透平第一级动叶片透视图
图2燃气轮机透平第一级动叶片正视透视图
图3燃气轮机透平第一级动叶片叶根透视图
图4叶身截面型线示意图
图5叶身截面型线后缘出气边厚度示意图
图中1-叶身，11-叶身前缘，12-叶身后缘，13-压力面，14-吸力面，2-伸根，21-压力侧凹进部分，22-吸力侧凸起部分，23-伸根侧壁，24-伸根翼，3-叶片平台，31-过渡部分，4-叶根，5-延伸中弧线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的一种新型燃机透平第一级动叶包括叶身1、伸根2和叶根4，所述的叶身1的型线为变截面扭叶片，叶身1与伸根2通过叶片平台3相连接，叶身1与叶片平台3相连接处具有过渡部分31，所述的过渡部分31的截面面积由顶部到根部逐渐增大，过渡部分31的高度H为125mm，叶身1、叶片平台3、伸根2、叶根4由上至下依次设置，并铸造成一体。所述的过渡部分31在叶身1的纵向延伸由顶部到根部逐渐增大。如此设置，过渡部分31有利于降低重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片运行导向的运行应力，与现有技术叶片相比，过渡部分31为弧形过渡部分能够使得在第一级动叶片的内压力面13与外吸力面14与叶片平台3形成受力层，同时弧形过渡有利于降低叶片叶身1与叶片平台3的连接处的裂纹出现，因此，本发明提出的叶身1与叶片平台连接处的几何形状设计可靠，有利于保证燃气轮机透平动叶处在高温、高速旋转的环境中，叶片的整体承受较大的载荷，提高了叶片的使用寿命，保证了叶片的安全运行；
通过对重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片的全三维计算，过渡部分31的截面面积由顶部到根部逐渐增大，过渡部分31的高度H为125mm时，叶片后缘与叶片平台接触处应力的最大应力减小最多，而此时这个过渡部分31对机组运行效率以及气动特性影响最小；
过渡部分31的延伸可以降低叶身后缘12与叶片平台3相连接位置32的应力，过渡部分31的延伸可以提高叶身后缘12与叶片平台3相连接位置32的寿命。
具体实施方式二：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的一种新型燃机透平第一级动叶，所述的叶身1由叶身前缘11、叶身后缘12、压力面13、吸力面14共同构成，所述的叶身1的凹侧为压力面13，叶身1的凸侧为吸力面14，所述的叶身1的左侧端面为叶身前缘11，叶身1的右侧端面为叶身后缘12，所述的过渡部分31在叶身1的横向延伸为沿叶身前缘11向叶身后缘12方向延伸，延伸的截面具有延伸中弧线5；
过渡部分31的延伸方向为沿各截面的中弧线5向叶身后缘12的方向。
具体实施方式三：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的一种新型燃机透平第一级动叶，伸根2由压力侧凹进部分21、吸力侧凸起部分22、伸根侧壁23、伸根翼24构成。伸根2及叶根4统称为叶片的根部，其中伸根2包括一对伸根侧壁23以及三个伸根翼24，其中两个伸根翼24由上至下依次固接在左侧伸根侧壁21的外壁，另一个伸根翼24固接在右侧伸根侧壁23的外侧壁，两个伸根侧壁21之间设有连接弧板，所述连接弧板的一侧面为压力侧凹面，另一侧面为吸力侧凸面，伸根2的各部件的连接方式为铸造。
具体实施方式四：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式的一种新型燃机透平第一级动叶，所述的过渡部分31在叶身1上沿叶身前缘11向叶身后缘12方向的延伸规律为：
a、叶身1的根部截面A-A处的截面高度为0mm，此时截面A-A处的叶身后缘12延伸距离T最大，为2.8mm；
b、截面A-A处的截面高度为0mm向上各截面的叶身后缘延伸距离逐渐变小直至截面高度为125mm的E-E处，截面E-E处的叶身后缘12延伸距离T变为0mm，截面高度为125mm以上各截面不再变化；
c、过渡部分31的截面由顶部E-E处到根部A-A处还具有截面B-B、截面C-C和截面D-D，其中截面B-B处到截面A-A处的高度为30mm，此时截面B-B处的叶身后缘12延伸距离T为2mm，截面C-C处到截面A-A处的高度为60mm，此时截面C-C处的叶身后缘12延伸距离T为1.2mm，截面D-D处到截面A-A处的高度为90mm，此时截面D-D处的叶身后缘12延伸距离T为0.5mm。
具体实施方式五：结合图2、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的一种新型燃机透平第一级动叶，其中叶身1与页面平台3连接处的截面A-A(高度为0mm)的后缘延伸长度T为2.8mm，使得对应截面A-A的型线轴向宽度Q变为127.936mm、弦长b变为136.841mm、安装角度βy变为71.723°、出气边厚度δ变为5.455mm，其余参数保持不变。本实施方案中未公开的技术特征与具体实施方式一、具体实施方式二、具体实施方式三和具体实施方式四相同。
具体实施方式六，结合图2、图4和图5来说明，截面B-B(高度为30mm)的后缘延伸长度2.0mm，使得对应截面B-B的型线的轴向宽度Q变为123.085mm、弦长b变为134.241mm、安装角度βy变为68.547°、出气边厚度δ变为5.682mm，其余参数保持不变。本实施方案中未公开的技术特征与具体实施方式一、具体实施方式二、具体实施方式三和具体实施方式四相同。
具体实施方式七，结合图2、图4和图5来说明，截面C-C(高度为60mm)的后缘延伸长度1.2mm，使得对应截面C-C的型线的轴向宽度Q变为118.429mm、弦长b变为132.421mm、安装角度βy变为65.707°、出气边厚度δ变为5.618mm，其余参数保持不变。本实施方案中未公开的技术特征与具体实施方式一、具体实施方式二、具体实施方式三和具体实施方式四相同。
具体实施方式八，结合图2、图4和图5来说明，截面D-D(高度为90mm)的后缘延伸长度0.5mm，使得对应截面D-D的型线的轴向宽度Q变为113.967mm、弦长b变为129.250mm、安装角度βy变为62.987°、出气边厚度δ变为5.496mm，其余参数保持不变。本实施方案中未公开的技术特征与具体实施方式一、具体实施方式二、具体实施方式三和具体实施方式四相同。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种新型燃机透平第一级动叶，包括叶身(1)、伸根(2)和叶根(4)，所述的叶身(1)的型线为变截面扭叶片，叶身(1)与伸根(2)通过叶片平台(3)相连接，其特征在于：叶身(1)与叶片平台(3)相连接处具有过渡部分(31)，所述的过渡部分(31)的截面面积由顶部到根部逐渐增大，过渡部分(31)的高度H为125mm，叶身(1)、叶片平台(3)、伸根(2)、叶根(4)由上至下依次设置，并铸造成一体。
2.根据权利要求1所述的一种新型燃机透平第一级动叶，其特征在于：所述的叶身(1)由叶身前缘(11)、叶身后缘(12)、压力面(13)、吸力面(14)共同构成，所述的叶身(1)的凹侧为压力面(13)，叶身(1)的凸侧为吸力面(14)，所述的叶身(1)的左侧端面为叶身前缘(11)，叶身(1)的右侧端面为叶身后缘(12)，所述的过渡部分(31)在叶身(1)的横向延伸为沿叶身前缘(11)向叶身后缘(12)方向延伸，延伸的截面具有延伸中弧线(5)。
3.根据权利要求1所述的一种新型燃机透平第一级动叶，其特征在于：伸根(2)由压力侧凹进部分(21)、吸力侧凸起部分(22)、伸根侧壁(23)、伸根翼(24)构成。
4.根据权利要求1所述的一种新型燃机透平第一级动叶，其特征在于：所述的过渡部分(31)在叶身(1)上沿叶身前缘(11)向叶身后缘(12)方向的延伸规律为：
a、叶身(1)的根部截面A-A处的截面高度为0mm，此时截面A-A处的叶身后缘(12)延伸距离T最大，为2.8mm；
b、截面A-A处的截面高度为0mm向上各截面的叶身后缘延伸距离逐渐变小直至截面高度为125mm的E-E处，截面E-E处的叶身后缘(12)延伸距离T变为0mm，截面高度为125mm以上各截面不再变化；
c、过渡部分(31)的截面由顶部E-E处到根部A-A处还具有截面B-B、截面C-C和截面D-D，其中截面B-B处到截面A-A处的高度为30mm，此时截面B-B处的叶身后缘(12)延伸距离T为2mm，截面C-C处到截面A-A处的高度为60mm，此时截面C-C处的叶身后缘(12)延伸距离T为1.2mm，截面D-D处到截面A-A处的高度为90mm，此时截面D-D处的叶身后缘(12)延伸距离T为0.5mm。
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