CN109707461B - 一种工业汽轮机用高转速高负荷末级动叶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业汽轮机叶片领域，尤其是公开了一种可满足高转速高负荷运行要求的排汽面积1.3m2高负荷末级动叶，包括叶身、叶根及用于使叶片形成整圈自锁的围带和凸台。叶身的型线为变截面扭叶片，工作部分高度为393.05mm，工作部分根部轴向宽度为113.07mm，根部直径为662.44mm，从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.28≤T/b≤0.89，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：0.28≤T/B≤3.9，叶身的排汽面积为1.3m2，叶根为枞树型斜叶根，轴向宽度为120mm，叶根的总高度为34.20mm。该排汽面积1.3m2高转速高负荷末级动叶具有气动效率高、强度性能好、结构合理、装配方便等优点，可广泛应用于高转速高负荷工业汽轮机。
Description
技术领域
本发明涉及工业汽轮机领域，尤其是一种排汽面积1.3m2高转速高负荷末级动叶片。
背景技术
在工业发电领域，一般采用转速为3000r/min定转速的汽轮机，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高转速高负荷工业汽轮机用末级动叶，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。该叶片叶型分别采用亚音速、跨音速、超音速设计；开发了大承载力的枞树形叶根结构，显著降低了叶根所受离心应力；开发了互锁阻尼围带、互锁阻尼凸台结构，显著降低了叶片的动应力。
本发明所涉及的一种高转速高负荷工业汽轮机用末级动叶，包括叶身、叶根及用于使叶片形成整圈自锁的围带和凸台，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。
进一步的方案为，所述的叶身从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：0.28≤T/b≤0.89；从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：0.28≤T/B≤3.9；从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： 0.03≤T/A≤0.30。
更进一步的方案为，所述叶身高度为393.05mm，所述叶身根部轴向宽度为113.07mm，所述叶身根部直径为662.44mm，所述叶身顶部轴向宽度为 22.16mm，所述叶身排汽面积为1.3m2。
进一步的方案为，所述的叶根为枞树型斜叶根，所述叶根轴向宽度为 120mm，所述叶根的总高度为34.20mm。
更进一步的方案为，所述围带的厚度为8-12mm，所述围带的轴向宽度为22.16mm。
进一步的方案为，所述叶片凸台为椭圆台，凸台中心距叶身底部235mm，叶片凸台拉筋横截面为椭圆形，其长轴为15.76mm，短轴为7.88mm，凸台拉筋的两个工作面相互平行，工作面距离为22.16mm，工作面几何中心距离为52.44mm；叶根为枞树型斜叶根，轴向宽度为120mm，叶根的总高度为 34.20mm。
更进一步的方案为，叶身从根部至顶部的轴向宽度变化范围为 110.53mm～17.18mm，弦长变化范围为111.47mm～55.33mm，安装角的变化范围为101.23°～164.92°，叶片型线最大厚度变化范围为11.51mm～3.98mm，进口角的变化范围为53.57°～168.28°，出口角的变化范围为145.89°～167.52°。
进一步的方案为叶身的高度分别为0mm、48.94mm、98.19mm、147.43mm、 196.67mm、245.92mm、295.16mm、344.40mm、393.05mm处所对应的叶身轴向宽度依次为：113.07mm、101.32mm、91.01mm、78.17mm、65.08mm、50.95mm、 38.06mm、27.44mm、22.16mm，所对应的弦长依次为：111.47mm、101.92mm、 95.19mm、88.40mm、83.67mm、80.74mm、78.83mm、67.27mm、55.33mm，所对应的安装角依次为：101.23°、105.34°、111.47°、120.48°、130.75°、142.43°、152.81°、160.83°、164.92°，所对应的型线最大厚度依次为：11.51mm、11.30mm、11.16mm、11.21mm、10.29mm、7.91mm、5.61mm、 4.40mm、3.98mm，所对应的进口角依次为：53.57°、55.16°、63.04°、 72.51°、88.51°、114.32°、136.59°、155.95°、168.28°，所对应的出口角依次为：145.89°、145.98°、145.13°、146.27°、151.91°、 154.19°、156.77°、161.45°、167.52°。
本发明所得的高转速高负荷工业汽轮机用末级动叶，叶身采用三元流设计技术设计而成，截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，单调平滑过渡，沿叶高方向叶身具有一定的扭曲规律，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能。经专业计算流体动力学软件CFX和Numeca验证，在背压为0.06bar、出口马赫数为0.5的工况下，所在低压级组的气动效率在92％左右，最大流量在80t/h以上，同时具有良好的变工况性能；叶片为自带围带整圈自锁阻尼型的长叶片，叶身中上部具有凸台，叶顶有围带，各叶片凸台间和围带间均有0.1-0.6mm的间隙，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身产生一定的反扭，使叶片间凸台与凸台、围带与围带间贴合，产生正压力和摩擦力，增加了系统的阻尼；同时达到叶片整圈自锁结构，提高叶片的振动性能，降低叶片所受的动应力；叶根采用枞树型叶根设计，叶片装配方便，可在背压0.05bar～0.15bar，下安全运行，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本发明叶片正视图；
图2是本发明叶片侧视图；
图3是本发明叶片俯视图；
图4是本发明叶片型线积叠示意图；
图5相邻两叶片围带俯视图；
图6是本发明相邻两叶片凸台剖视图。
图7是本发明相邻三叶片自锁连接示意图；
图中：围带1，凸台2，叶身3，叶根4。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1：
如图1、2、3所示，本实施例所描述的一种排汽面积1.3m2工业汽轮机用高转速高负荷末级动叶，包括叶身3、叶根4及用于使叶片形成整圈自锁的围带1和凸台2，所述叶身3型线为变截面扭叶片，即叶身3根部截面至叶身3顶部截面的截面面积逐渐减小，且叶身3根部截面和叶身3顶部截面间有相对扭转，所述叶身3相对叶高Ld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：0.28≤T/b≤0.89；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：0.28≤ T/B≤3.9；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：2.5≤T/Dmax≤21.5；从叶身3根部截面至叶身3顶部截面的截面的节距与叶型截面面积比T/A变化规律为：0.03≤T/A≤0.30；从叶身3 根部截面至叶身3顶部截面的截面的叶型前缘半径R0变化规律为：1.5mm ≤R0≤1.8mm；从叶根截面到叶顶截面的叶型尾缘半径R1变化规律为：1.2mm ≤R1≤1.7mm。其中，所述叶身3高度为386mm；所述叶根4为枞树型叶根，叶根4轴向宽度为120mm，叶片通过枞树型叶根4安装在叶轮槽中，轴向装配；所述凸台为椭圆台，凸台中心距叶身3底部235mm；所述的叶身3，其进汽边背弧处设有淬硬部分，淬硬长度根据需要而定。
静态时叶片为单片结构，凸台2与围带1均不贴合，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身3产生一定的反扭，使凸台与凸台、围带1与围带1间产生正压力和摩擦力，增加了系统的阻尼；同时使叶片整圈成组(如图7)，提高叶片的振动性能。
本发明所得的排汽面积1.3m2变转速空冷工业汽轮机低压级组末级叶片，叶身采用三元流设计技术设计而成，截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，单调平滑过渡，沿叶高方向叶身具有一定的扭曲规律，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能。经专业计算流体动力学软件CFX和Numeca验证，在背压为0.06bar、出口马赫数为0.5的工况下，所在低压级组的气动效率在92％左右，最大流量在80t/h以上，同时具有良好的变工况性能；叶片为自带围带1整圈自锁阻尼型的长叶片，叶身3中上部具有凸台，叶顶有围带1，各叶片凸台间和围带1间均有0.1-0.6mm的间隙，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身3产生一定的反扭，使叶片间凸台2与凸台2、围带 1与围带1间贴合，产生正压力和摩擦力，增加了系统的阻尼；同时达到叶片整圈自锁结构，提高叶片的振动性能，降低叶片所受的动应力；叶根4 采用枞树型叶根设计，叶片装配方便，可在背压0.05bar～0.15bar下安全运行，具有广阔的市场应用前景。
叶身的各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)
1.一种排汽面积1.3m2工业汽轮机用高转速高负荷末级动叶，包括叶身 (3)、叶根 (4)及用于使叶片形成整圈自锁的围带 (1)和凸台 (2)，其特征在于：所述叶身 (3)型线为变截面扭叶片，即叶身 (3)根部截面至叶身 (3)顶部截面的截面面积逐渐减小，且叶身 (3)根部截面和叶身 (3)顶部截面间有相对扭转； 所述的叶身 (3)从叶身 (3)根部截面到叶身 (3)顶部截面的节距与弦长比 T/b 变化规律为：0.28≤T/b≤0.89；从叶身 (3)根部截面到叶身 (3)顶部截面的节距与叶型截面轴向宽度比 T/B 变化规律为：0.28≤T/B≤3.9；从叶身 (3)根部截面到叶身 (3)顶部截面的节距与叶型截面面积比 T/A 变化规律为：0.03≤T/A≤0.30； 所述叶身 (3)高度为393.05mm，所述叶身 (3)根部轴向宽度为113.07mm，所述叶身 (3)根部直径为662.44mm，所述叶身 (3)顶部轴向宽度为22.16mm，所述叶身 (3)排汽面积为1.3m2； 所述的叶根 (4)为枞树型斜叶根，所述叶根 (4)轴向宽度为120mm，所述叶根 (4)的总高度为34.20mm； 所述围带 (1)的厚度为8-12mm，所述围带(1)的轴向宽度为22.16mm； 所述凸台(2)为椭圆台，所述凸台(2)中心距叶身(3)底部235mm；所述的叶身（3）的高度分别为0mm、48.94mm、98.19mm、147.43mm、 196.67mm、245.92mm、295.16mm、344.40mm、393.05mm处所对应的叶身轴向宽度依次为：113.07mm、101.32mm、91.01mm、78.17mm、65.08mm、50.95mm、 38.06mm、27.44mm、22.16mm，所对应的弦长依次为：111.47mm、101.92mm、 95.19mm、88.40mm、83.67mm、80.74mm、78.83mm、67.27mm、55.33mm，所对应的安装角依次为：101.23°、105.34°、111.47°、120.48°、130.75°、142.43°、152.81°、160.83°、164.92°，所对应的型线最大厚度依次为：11.51mm、11.30mm、11.16mm、11.21mm、10.29mm、7.91mm、5.61mm、 4.40mm、3.98mm，所对应的进口角依次为：53.57°、55.16°、63.04°、 72.51°、88.51°、114.32°、136.59°、155.95°、168.28°，所对应的出口角依次为：145.89°、145.98°、145.13°、146.27°、151.91°、 154.19°、156.77°、161.45°、167.52° 。
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