CN109695479B - 一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片 - Google Patents

一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片 Download PDF

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Abstract

本发明公开的工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片，它是一种用于高转速工业汽轮机的变截面扭叶片，其围带、叶身和叶根由上至下模锻成一体；叶身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，叶身的高度H为93.30mm，根部轴向宽度V为32.76mm，根部直径为300.5mm，顶部轴向宽度V1为23.3mm，叶根为T型叶根，轴向宽度C为35.8mm，围带厚度W为5～10mm，轴向宽度C1为27.6mm，本发明公开的叶片，在高转速下具有气动效率高、强度振动性能好等优点，同时结构合理，装配方便，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片
技术领域
本发明属于叶轮机械领域，尤其是一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片。
背景技术
在工业发电领域，一般采用叶片转速为3000r/min的定转速汽轮机，这种汽轮机在50MW以下存在成本高、效率低的情况，严重影响能源利用效率，对节能减排不利。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片，该叶片转速为6600r/min，是常规3000r/min叶片转速的2.2倍，高转速提高了叶片的效率，减小了汽轮机尺寸，降低了汽轮机成本。高转速设计有利于提高叶片线速度，减小叶片的载荷系数，从而提高叶片的效率；该叶片采用T型叶根，该叶根结构具有加工装配简单、成本低的特点；该叶片采用碰撞阻尼围带，该围带结构具有加工装配简单、成本低、封汽效果好的特点。
为了实现上述目的，本发明的一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片，由上至下模锻成一体，包括围带、叶身和叶根，所述叶身型线为变截面扭叶片，即叶身根部截面至叶身顶部截面的截面面积逐渐减小，且叶身根部截面和叶身顶部截面间有相对扭转。所述叶身相对叶高H由0%单调增加到100%，所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.62≤T/b≤0.77；所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为：0.66≤T/B≤1.18；所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与叶型截面最大厚度比T/Dmax变化规律为：2.32≤T/B≤5.39；所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为0.08≤T/A≤0.24；所述叶身根部截面到叶身顶部截面安装角β的变化范围为70.95°~41.37°，所述叶身根部截面到叶身顶部截面进口角α的变化范围为27.53≤α≤65.74°，所述叶身根部截面到叶身顶部截面出口角θ的变化范围为66.16°≤θ≤71.04°。
更进一步的方案为，所述叶身的高度H为93.30mm，所述叶身根部轴向宽度V为32.76mm，所述叶身根部直径为300.5mm，所述叶身顶部轴向宽度V1为23.3mm，所述围带为台阶型结构，所述围带工作面距离M为27.36mm，所述围带的厚度W为5~10mm，所述围带轴向宽度C1为27.6mm，所述叶根为T型叶根，所述叶根的总高度K为42.03mm，所述叶根的轴向宽度C为35.8mm。
进一步的方案为，所述叶身高度分别为0，17.6mm，37.6mm，57.6mm，78.80mm，所对应的叶身部分的轴向宽度依次分别是：32.77mm，31.34mm，29.06mm，26.34mm，23.03mm，所对应的弦长依次分别是34.85mm，35.00mm，35.01mm，34.91mm，34.94mm，所对应的安装角依次分别是70.95°，64.40°,56.67°,49.31°,41.37°,所对应的型线最大厚度依次分别是9.25mm，7.81mm，6.68mm，6.05mm，5.03mm，所对应的进口角依次分别为27.53°,30.20°,37.56°,42.97°,65.74°，所对应的出口角依次分别为69.58°,70.66°,71.04°,70.99°,66.16°。
本发明的有益效果在于：采用三元流场设计技术设计而成的，沿叶高方向具有一定的扭曲规律，即兼顾了叶片静强度要求，还使得叶片具有很好的气动性能，叶身扭曲规律是按照三元流理论设计的，沿叶身各热力参数分布规律合理，经专业计算流体力学计算软件CFX和Numeca等计算验证，在出口流量为70t/h的设计工况下，叶片的气动效率可达94%。另外通过常规应力分析和三维有限元强度分析结果表明，该叶型具有足够的强度性能，设计工况下的气流弯应力较小。该叶片采用碰撞阻尼围带结构，围带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。该叶片根部为T型叶根，装配方便，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。
附图说明
图1为本发明的叶片的结构示意图。
图2为本发明的叶片图1 A-A截面处叶型几何参数图。
图3为本发明的叶片围带连接示意图。
图4为叶片型线示意图。
图5为相邻三只叶片连接示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步的说明：
实施例1：
如图1至5所示，本发明的高转速工业汽轮机的低压级组末四级叶片，它是一种变截面扭叶片，包括围带1、叶身2和叶根3。叶身2部分为变截面扭叶片，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成的封闭曲线，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渡，从根部至顶部的截面面积逐渐减少，相邻两截面间有相对扭转。所述叶身高度H为93.3mm，根部轴向宽度V为32.76mm，根部直径为300.5mm，顶部轴向宽度V1为23.3mm，叶根的轴向宽度C为35.8mm，围带的厚度W为5~10mm，围带轴向宽度C1为27.6mm。在装配整个叶片时，叶根周向安装在轮槽里；整个叶片松装配，即相邻叶片的围带与围带之间不接触，工作状况下，相邻叶片的围带发生碰撞和摩擦。
所述围带1工作面距离A1为27.36mm，相邻围带间贴合面有0-0.05mm间隙。工作状态下，围带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3为T型叶根，叶根3 的总高度K为42.03mm，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。
所述叶身2相对叶高H由0%单调增加到100%，从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.62≤T/b≤0.77；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面轴向宽度比T/B变化规律为：0.66≤T/B≤1.18；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面最大厚度比T/Dmax变化规律为：2.32≤T/B≤5.39；从叶根截面到叶顶截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为0.08≤T/A≤0.24；叶根截面到叶顶截面安装角β的变化范围为70.95°~41.37°，进口角α的变化范围为27.53≤α≤65.74°，出口角θ的变化范围为66.16°≤θ≤71.04°。
所述叶身2高度分别为0，17.6mm，37.6mm，57.6mm，78.80mm，所对应的叶身2部分的轴向宽度依次分别是：32.77mm，31.34mm，29.06mm，26.34mm，23.03mm，所对应的弦长依次分别是34.85mm，35.00mm，35.01mm，34.91mm，34.94mm，所对应的安装角依次分别是70.95°，64.40°,56.67°,49.31°,41.37°,所对应的型线最大厚度依次分别是9.25mm，7.81mm，6.68mm，6.05mm，5.03mm，所对应的进口角依次分别为27.53°,30.20°,37.56°,42.97°,65.74°，所对应的出口角依次分别为69.58°,70.66°,71.04°,70.99°,66.16°。
其中5个叶身特征截面具体参数如下表：
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1. 一种工业汽轮机用高转速高负荷低压级动叶片，动叶片的转速为6600r/min，由上至下模锻成一体，包括围带 (1)、叶身 (2)和叶根 (3)，其特征在于：所述叶身 (2)型线为变截面扭叶片，叶身 (2)根部截面至叶身 (2)顶部截面的截面面积逐渐减小，且叶身 (2)根部截面和叶身 (2)顶部截面间有相对扭转，所述叶身 (2)相对叶高由0％单调增加到100％，所述叶身 (2)根部截面到叶身 (2)顶部截面的节距与弦长比 T/b 变化规律为：0.62≤T/b≤0.77；所述叶身 (2)根部截面到叶身 (2)顶部截面的节距与叶型截面轴向宽度比 T/B 变化规律为：0.66≤T/B≤1.18；所述叶身 (2)根部截面到叶身 (2)顶部截面的节距与叶型截面最大厚度比 T/Dmax 变化规律为：2.32≤T/B≤5.39；所述叶身 (2)根部截面到叶身 (2)顶部截面的节距与叶型截面面积比 T/A 变化规律为0.08≤T/A≤0.24；所述叶身 (2)根部截面到叶身 (2)顶部截面安装角β的变化范围为70.95°～41.37°，所述叶身(2)根部截面到叶身 (2)顶部截面进口角α的变化范围为27.53≤α≤65.74°，所述叶身 (2)根部截面到叶身 (2)顶部截面出口角θ的变化范围为66.16°≤θ≤71.04°；
所述叶身 (2)的高度 H 为93.30mm，所述叶身 (2)根部轴向宽度 V 为32.76mm，所述叶身 (2)根部直径为300.5mm，所述叶身 (2)顶部轴向宽度 V1为23.3mm，所述围带 (1)为台阶型结构，所述围带 (1)工作面距离 M 为27.36mm，所述围带 (1)的厚度 W 为5～10mm，所述围带 (1)轴向宽度 C1为27.6mm，所述叶根 (3)为 T 型叶根，所述叶根 (3)的总高度K 为42.03mm，所述叶根 (3)的轴向宽度 C 为35.8mm；
叶身(2)高度分别为0，17.6mm，37.6mm，57.6mm，78.80mm，所对应的叶身(2)部分的轴向宽度依次分别是：32.77mm，31.34mm，29.06mm，26.34mm，23.03mm，所对应的弦长依次分别是34.85mm，35.00mm，35.01mm，34.91mm，34.94mm，所对应的安装角依次分别是70.95°，64.40°,56.67°,49.31°,41.37°,所对应的型线最大厚度依次分别是9.25mm，7.81mm，6.68mm，6.05mm，5.03mm，所对应的进口角依次分别为27.53°,30.20°,37.56°,42.97°,65.74°，所对应的出口角依次分别为69.58°,70.66°,71.04°,70.99°,66.16°；
叶根（3）周向安装在轮槽里，整个叶片松装配，相邻围带（1）间贴合面有0.05mm间隙。
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