CN111963253A - 电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及水泵汽轮机技术领域，尤其是涉及一种电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，包括叶身本体，叶身本体的沿着垂直于其高度方向的截面叶型的面积、轴向宽度、弦长、型线的最大厚度以及出口气流角的角度均由叶身本体的根部到顶部均逐渐减小，而进口气流角的角度逐渐增大，且任意相邻的两个截面叶型相对扭转。本发明提供的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，采用三元流场设计技术设计而成，沿着叶身本体的高度方向由叶身本体的根部到顶部，截面叶型的面积、轴向宽度、弦长以及型线的最大厚度均逐渐减小，而且叶身外形平滑过渡，沿着叶高方向叶片具有一定的扭曲规律，即兼顾了叶片的强度要求，还使得叶片具有很好地应对变工况的性能。

Description

电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片
技术领域
本申请涉及水泵汽轮机技术领域，尤其是涉及一种电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片。
背景技术
目前，锅炉给水泵是火电机组的重要辅机，它将凝结水加压后通过各级加热器再进入锅炉，水泵出口的给水压力加上锅炉、管道、各种换热设备阻力之和。管阻大小随着流量而变化，流量随着主机负荷而变化。为满足主机汽轮机变负荷运行时给水流量、压力和锅炉匹配的要求，给水泵必须变负荷运行，从而要求驱动给水泵的汽轮机满足变功率、变转速运行，但现有的水泵汽轮机内的叶片的气动性能较差，导致水泵汽轮机的效率低、能耗高，不具备良好的变工况性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，在一定程度上解决了现有技术中存在的水泵汽轮机内的叶片的气动性能较差，导致水泵汽轮机的效率低、能耗高，不具备良好的变工况性能的技术问题。
本申请提供了一种电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，包括叶身本体，所述叶身本体的沿着垂直于其高度方向的截面叶型的面积、轴向宽度、弦长、型线的最大厚度以及出口气流角的角度均由所述叶身本体的根部到顶部均逐渐减小，所述叶身本体的沿着垂直于其高度方向的截面叶型的进口气流角的角度由所述叶身本体的根部到顶部逐渐增大，且任意相邻的两个所述截面叶型相对扭转。
在上述技术方案中，进一步地，所述叶身本体的顶部设置有围带。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述围带的径向厚度为13mm。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述围带的工作面的轴向距离为21mm。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片还包括连接于所述叶身本体的叶根，所述叶根为枞树形斜叶根结构。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述叶根的高度为43mm。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述叶身本体与所述叶根一体式模锻成型，且所述叶身本体以及所述叶根的材质均为钢。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述叶身本体的工作部分的高度为240mm，沿着所述叶身本体的高度方向由所述叶身本体的根部到所述叶身本体的顶部，所述截面叶型的轴向宽度由76.47mm逐渐减小至20.99mm，所述截面叶型的弦长由76.60mm逐渐减小至63.97mm，所述截面叶型的安装角由71.70°逐渐减小至17.39°，所述截面叶型的型线的最大厚度由12.95mm逐渐减小至5.09mm，所述截面叶型的面积由2081.36mm2逐渐减小至440.54mm2。
在上述任一技术方案中，进一步地，沿着所述叶身本体的高度方向由所述叶身本体的根部到所述叶身本体的顶部，所述截面叶型的进口气流角的角度由39.98°逐渐增加至161.84°，所述截面叶型的出口气流角的角度由26.98°逐渐减小至16.97°。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述叶身本体的工作部分的排气面积为0.85m2。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
采用三元流场设计技术设计而成，沿着叶身本体的高度方向由叶身本体的根部到顶部，截面叶型的面积、轴向宽度、弦长、型线的最大厚度以及出口气流角均逐渐减小，进口气流角的角度则逐渐增大，通过控制叶身本体的进口气流角以及出口气流角的变化规律，和叶身本体的积叠规律来控制叶片反动度，使其沿叶身本体的高度方向分布得更加均匀，提高了叶身本体的根部的反动度，降低了叶身本体的顶部的反动度，使得出口气流参数更加均匀，此外由于提高了根部的反动度，能够使得叶身本体在低负荷工况下，根部不出现逆压梯度，不会导致分离损失，降低顶部反动度，能够减小顶部的漏汽损失，减小顶部的激波损失，同时，本叶身本体属于跨音速、超音速叶型，减小了叶型损失，最终提高了叶片变工况性能(变工况，既包含设计工况，又包含低负荷工况等)。此外，沿着叶身本体的高度方向叶身本体具有一定的扭曲规律，即兼顾了叶片的强度要求，还使得叶片具有很好的气动性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的围带的俯视图；
图3为本申请实施例提供的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片的多个截面叶型的积叠示意图；
图4为本申请实施例提供的叶身本体的截面叶型的示意图；
图5为图4在Ⅰ处的局部放大示意图；
图6为图4在Ⅱ处的局部放大示意图。
附图标记：
1-叶身本体，2-叶根，3-围带。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面参照图1至图6描述根据本申请一些实施例所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片。
参见图1和图3所示，本申请的实施例提供了一种电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，包括叶身本体1，叶身本体1的沿着垂直于其高度方向的截面叶型的面积、轴向宽度、弦长、型线的最大厚度以及出口气流角的角度均由叶身本体1的根部到顶部逐渐减小，而进口气流角的角度则逐渐增大，且任意相邻的两个截面叶型相对扭转，即本叶身本体1为变截面扭叶身结构。
本申请提供的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，采用三元流场设计技术设计而成，沿着叶身本体1的高度方向由叶身本体1的根部到顶部，截面叶型的面积、轴向宽度、弦长、型线的最大厚度以及出口气流角的角度均逐渐减小，进口气流角的角度则逐渐增大，通过控制叶身本体1的进口气流角以及出口气流角的变化规律，和叶身本体1的积叠规律来控制反动度，使其沿叶身本体1的高度方向分布得更加均匀，且相对来说提高了叶身本体1的根部的反动度，降低了叶身本体1的顶部的反动度，使得出口气流参数更加均匀，此外由于提高了根部的反动度，能够使得叶身本体1在低负荷工况下，根部不出现逆压梯度，不会导致分离损失，降低顶部反动度，能够减小顶部的漏汽损失，减小顶部的激波损失，同时，本叶身本体1属于跨音速、超音速叶型，减小了叶型损失，综上，提高了具有本叶身本体1的叶片变工况性能(变工况，既包含设计工况，又包含低负荷工况等)。
此外，沿着叶身本体1的高度方向叶身本体1具有一定的扭曲规律，即兼顾了叶片的强度要求，还使得叶片具有很好的气动性能。
在该实施例中，优选地，如图1、图4至图6所示，叶身本体1的工作部分的高度L为240mm，沿着叶身本体1的高度方向由叶身本体1的根部到叶身本体1的顶部，截面叶型的轴向宽度B由76.47mm逐渐减小至20.99mm，截面叶型的弦长b由76.60mm逐渐减小至63.97mm，截面叶型的安装角β由71.70°逐渐减小至17.39°，截面叶型的型线的最大厚度Dmax由12.95mm逐渐减小至5.09mm，截面叶型的进口气流角α的角度由39.98°逐渐增加至161.84°，截面叶型的出口气流角θ的角度由26.98°逐渐减小至16.97°。
叶身本体1扭曲规律是按照三元流理论设计的，并兼顾了沿叶身本体1的高度的等强度设计原则，沿叶身本体1的各热力参数分布规律合理，并且经专业计算流体动力学计算软件CFX和Numeca等计算验证，在背压为0.06bar出口马赫数0.5的工况下，所在叶片气动效率超过91％左右，最大流量在100t/h以上，且具有良好的变工况性能。
此外，叶身扭曲规律是按照三元流理论设计的，并兼顾了沿叶高的等强度设计原则，沿叶身各热力参数分布规律合理。
进一步地，如图3所示，沿着叶身的高度方向选择几个截面叶型，而且给出每一个截面叶型所对应的参数，具体参见如下表一所示，表一中所涉及到的数据包括截面叶型的弦长b、面积、轴向宽度B、型线最大厚度Dmax、安装角β、进口气流角α、出口气流角θ以及相对叶高等参数，其中，相对叶高为截面高度与叶身本体1的高度L的比值)：
Figure BDA0002665134170000071
表一沿着叶身1的高度方向的几个截面叶型参数
通过以上表格可获得详细的叶身本体1的结构参数，兼顾了叶片的强度要求，还使得叶片具有很好的气动性能，而且叶身扭曲规律兼顾了沿叶高的等强度设计原则，沿叶身各热力参数分布规律合理，此外，在外形结构尺寸上也符合实际的需要，使得叶片装配更加容易。
在该实施例中，优选地，如图1所示，叶身本体1的顶部设置有围带3。
根据以上描述的结构可知，静态时叶身本体1为单片结构，围带均不贴合，在工作转速下，由于离心力的作用，叶身本体1产生一定的反扭，使围带3与围带3之间贴合，产生正压力和摩擦力，增加了系统的阻尼，保证叶片运转过程中的安全性以及可靠性。
进一步，优选地，可按照如下尺寸制造围带3，围带3的径向厚度E为13mm，围带3的工作面的轴向距离B1为21mm。
在该实施例中，优选地，如图1所示，电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片还包括连接于叶身本体1的叶根2，叶根2为枞树形斜叶根结构。
根据以上描述的结构可知，叶根2采用枞树型叶根设计，这种结构使叶片能牢固地装入轮缘，装配稳定、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。具体地，可在背压0.05bar～0.1bar，转速2500rpm～5700rpm下安全运行，具有广阔的市场应用前景。
其中，可选地，叶根2的高度K为43mm。
其中，可选地，叶身本体1与叶根2一体式模锻成型，整体强度高，不易损坏，而且成型方便，此外，叶身本体1以及叶根2的材质均为钢，在保证本叶片的外形结构尺寸满足设计要求的同时，可有效降低成本。
在该实施例中，优选地，叶身本体1的工作部分的排气面积为0.85m2，保证快速排气，保证工作效率。
此处注意，叶身本体1的工作部分也即除却下文所述的围带3的部分，且排气面积的计算公式如下：π×(R22-R12)，其中，R2为叶身本体1的工作部分的顶部到轴心的直径长，R1为叶身本体1的工作部分的根部到轴心的直径长。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，包括叶身本体，所述叶身本体的沿着垂直于其高度方向的截面叶型的面积、轴向宽度、弦长、型线的最大厚度以及出口气流角的角度均由所述叶身本体的根部到顶部均逐渐减小，所述叶身本体的沿着垂直于其高度方向的截面叶型的进口气流角的角度由所述叶身本体的根部到顶部逐渐增大，且任意相邻的两个所述截面叶型相对扭转。
2.根据权利要求1所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述叶身本体的顶部设置有围带。
3.根据权利要求2所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述围带的径向厚度为13mm。
4.根据权利要求2所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述围带的工作面的轴向距离为21mm。
5.根据权利要求1所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片还包括连接于所述叶身本体的叶根，所述叶根为枞树形斜叶根结构。
6.根据权利要求5所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述叶根的高度为43mm。
7.根据权利要求5所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述叶身本体与所述叶根一体式模锻成型，且所述叶身本体以及所述叶根的材质均为钢。
8.根据权利要求1所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述叶身本体的工作部分的高度为240mm，沿着所述叶身本体的高度方向由所述叶身本体的根部到所述叶身本体的顶部，所述截面叶型的轴向宽度由76.47mm逐渐减小至20.99mm，所述截面叶型的弦长由76.60mm逐渐减小至63.97mm，所述截面叶型的安装角由71.70°逐渐减小至17.39°，所述截面叶型的型线的最大厚度由12.95mm逐渐减小至5.09mm，所述截面叶型的面积由2081.36mm2逐渐减小至440.54mm2。
9.根据权利要求8所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，沿着所述叶身本体的高度方向由所述叶身本体的根部到所述叶身本体的顶部，所述截面叶型的进口气流角的角度由39.98°逐渐增加至161.84°，所述截面叶型的出口气流角的角度由26.98°逐渐减小至16.97°。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电站全容量给水泵汽轮机次末级动叶片，其特征在于，所述叶身本体的工作部分的排气面积为0.85m2。
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