CN110242355B - 一种工业汽轮机用的645mm末级动叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业汽轮机叶片领域，尤其是公开了一种工业汽轮机用的645mm末级动叶片，包括一体成型的叶身、叶根及用于使叶片形成整圈自锁的凸台拉金，叶身的型线为变截面扭叶片，叶身高度H=645mm、底部半径Dr=560mm，叶身的排汽面积为3.6m2，自锁凸台拉金中心设置在叶身从下至上相对叶高0.65处，该排汽面积3.6m2工业汽轮机用大负荷末级动叶片具有气动效率高、强度性能好、排汽面积大、制造装配方便等优点，可广泛应用于余热利用和PTA制造流程用工业汽轮机。

Description

一种工业汽轮机用的645mm末级动叶片
技术领域
本发明涉及工业汽轮机领域，尤其是一种工业汽轮机用的645mm末级动叶片。
背景技术
在PTA工业流程中，会产生大量温度小于150℃的低品质蒸汽，利用该低品质蒸汽驱动工业汽轮机进行发电是实现节能减排、创造经济效益的良好方式。我国电网为50Hz，相应的汽轮机转速为3000r/min，3600r/min的末级长叶片产品少，存在以下问题：应用的3600r/min的末级叶片排汽面积小、效率低、转子尺寸大、成本高。
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定转速大负荷工业汽轮机用末级动叶，该叶片转速为3600r/min，是常规3000r/min叶片转速的1.2倍。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；开发了互锁阻尼凸台结构，显著降低了叶片的动应力。该叶片具有良好的变工况性能和强度振动性能，同时结构合理，装配方便。
本发明所涉及的工业汽轮机用的645mm末级动叶片，包括叶身、叶根及用于使叶片形成整圈自锁的凸台拉金；叶身的型线为变截面扭叶片，相邻两截面间有相对扭转，从根部至顶部截面面积逐渐减小；所述叶身高度为H=645mm，工作部分底部截面轴向宽度为175.5mm，底部截面半径Dr=560mm，顶部截面轴向宽度为70.6mm，叶身排汽面积为3.6m2。这种结构的特点是，采用特殊尺寸结构提高叶片转速。
进一步的，所述叶身1相对叶高Ld由0%单调增加到100%，叶身从叶根截面到叶顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.31≤T/b≤0.74；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：0.31≤T/B≤1.67；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：0.02≤T/A≤0.15。这种结构的特点是，针对叶片使用环境，采用特殊结构角度变化减小叶根所受离心力。
更进一步的，叶片凸台为椭圆台，凸台中心设置在叶身从下至上相对叶高0.65处，叶片凸台拉金横截面为椭圆形，其长轴为30.0mm，短轴为15.0mm，凸台拉金的两个工作面之间夹角为3.23°，工作面几何中心距离为96.62mm；叶根为枞树型斜叶根，轴向宽度为200mm，叶根的总高度为55.97mm。
进一步的，叶身从根部至顶部的轴向宽度变化范围为175.5~70.6mm，弦长变化范围为178.1~159.0mm，安装角的变化范围为25.9°~74.6°，叶片型线最大厚度变化范围为21.24mm~7.33mm，进口角的变化范围为66.3°~150.5°，出口角的变化范围为24.0°~38.5°。
更进一步的，叶身的高度分别为0mm、71.67mm、143.33mm、215mm、286.67mm、358.33mm、430mm、501.67mm、573.33mm、645mm处所对应的叶身轴向宽度依次为：175.5mm、165.4mm、151.8mm、135.7mm、120.3mm、105.5mm、92.0mm、83.2mm、77.1mm、70.6mm，所对应的弦长依次为：，所对应的安装角依次为：74.6°、67.0°、59.0°、51.0°、44.2°、38.4°、33.2°、30.1°、28.1°、25.9°，所对应的型线最大厚度依次为：20.30mm、21.24mm、20.64mm、19.17mm、18.07mm、16.0mm、13.24mm、10.7mm、9.06mm、7.33mm，所对应的进口角依次为：66.3°、73.1°、82.0°、93.8°、107.6°、121.6°、135.5°、146.0°、149.2°、150.5°，所对应的出口角依次为：38.5°、35.3°、32.0°、28.9°、27.4°、26.2°、24.8°、24.8°、24.2°、24.0°。
本发明所得的工业汽轮机用的645mm末级动叶片，叶身采用三元流设计技术设计而成，截面的弦长、宽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0.09bar下，所在低压级组的气动效率在94%左右，最大流量在280t/h以上，同时具有良好的变工况性能；叶片为自带凸台拉金自锁阻尼型的长叶片，叶身中上部具有凸台，相邻叶片凸台间均有0~0.3mm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，使相邻叶片凸台与凸台间贴合，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，提高叶片的刚度，降低叶片所受的振动应力；叶根采用枞树型斜叶根设计，叶片装配方便，可在背压0.05bar~0.15bar下安全运行，在余热利用和PTA制造流程中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是本发明相邻两叶片凸台剖视图。
图6是本发明相邻三叶片自锁连接示意图；
图中：叶身1，凸台拉金2，叶根3。
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，本实施例所描述的工业汽轮机用的645mm末级动叶片，它是一种变截面扭叶片，包括叶身1、叶根3及用于使叶片形成整圈自锁的凸台拉金2，所述叶身1高度为645mm；所述叶根3为枞树型斜叶根，叶根3轴向宽度为200mm，叶片通过枞树型叶根3安装在叶轮槽中，轴向装配；所述凸台为椭圆台，凸台中心设置在叶身从下至上相对叶高0.65处；所述的叶身1，其进汽边背弧处设有淬硬部分，淬硬长度根据需要而定。
所述叶身1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：0.31≤T/b≤0.74；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：0.31≤T/B≤1.67；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：2.72≤T/Dmax≤16.05；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：0.02≤T/A≤0.15；从叶根截面到叶顶截面的叶型前缘半径R0变化规律为：1.45mm≤R0≤2.35mm；从叶根截面到叶顶截面的叶型尾缘半径R1变化规律为：0.85mm≤R1≤1.75mm。
如图5、6所示，静态时叶片为单片结构，相邻叶片的凸台拉金2均不贴合，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身1产生一定的反扭，使相邻叶片的凸台与凸台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，提高叶片的振动性能。
本发明所得的工业汽轮机用的645mm末级动叶片，叶身采用三元流设计技术设计而成，截面的弦长、宽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0.09bar下，所在低压级组的气动效率在94%左右，最大流量在280t/h以上，同时具有良好的变工况性能；叶片为自带凸台拉金2整圈自锁阻尼型的长叶片，叶身中上部具有凸台，相邻叶片凸台2间均有0-0.3mm的间隙，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身1产生一定的反扭，使相邻叶片间凸台2与凸台2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3采用枞树型斜叶根设计，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。
如图4所示，叶身的各截面具体参数如下表：
截面号 叶高 相对叶高 截面面积 弦长 轴向宽度 安装角 最大厚度 进口角 出口角
mm mm<sup>2</sup> mm mm ° mm ° °
A-A 0 0 2723.74 178.1 175.5 74.6 20.31 66.3 38.5
B-B 71.67 0.11 2594.82 175.8 165.4 67.0 21.24 73.14 35.3
C-C 143.33 0.22 2354.57 173.3 151.8 59.0 20.64 82 32
D-D 215 0.33 2113.12 171.3 135.7 51.0 19.17 93.8 30.2
E-E 286.67 0.44 1913.54 168.7 120.3 44.2 18.07 107.6 28.9
F-F 358.33 0.56 1664.08 166.3 105.5 38.4 16 121.6 27.4
G-G 430 0.67 1378.07 164.3 92.0 33.2 13.24 135.5 26.2
H-H 501.67 0.78 1156.49 162.5 83.2 30.1 10.70 146 24.8
J-J 573.33 0.89 968.87 160.0 77.1 28.1 9.06 149.2 24.2
K-K 645 1 779.60 159.0 70.6 25.9 7.33 150.5 24

Claims (1)

1.一种工业汽轮机用的645mm末级动叶片，具有一体成型的叶身（1）、叶根（3）以及凸台拉金（2）；其特征在于：所述叶身（1）的型线为变截面扭叶片，所述叶身（1）的高度H=645mm、叶身（1）的底部半径Dr=560mm，从底截面到顶截面，安装角βb变化规律为：25.9°≤βb≤74.6°；截面积A1变化规律为：2723.74mm2≥A1≥779.60 mm2；弦长b变化规律为：178.1mm≥b≥159.0mm；截面轴向宽度B变化规律为：175.5mm≤B≤70.6mm；截面最大厚度Dmax变化规律：21.24mm≥Dmax≥7.33mm；所述的叶根（3）为三齿枞树型斜叶根，轴向宽度为200mm，叶根（3）的总高度为55.97mm；所述叶身（1）相对叶高Ld由0%单调增加到100%，所述的叶身（1）从底截面到顶截面的节距与弦长比T/b变化规律为：0.31≤T/b≤0.74；从底截面到顶截面的节距与截面轴向宽度比T/B变化规律为：0.31≤T/B≤1.67；从底截面到顶截面的节距与截面积比T/A变化规律为：0.02≤T/A≤0.15；所述凸台拉金（2）为椭圆台，其中心设置在叶身（1）从下至上相对叶高0.65处。
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