全转速低压级动叶片、动叶片组和工业汽轮机
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片技术领域,尤其涉及一种全转速低压级动叶片、动叶片组和工业汽轮机。
背景技术
为了适应工业余热利用领域的叶片开发需求,需要不断开发多种动叶片,以满足对于动叶片日益增长的强度振动、安全性能和气动效率等的需求。
低压级动叶片通常位于汽轮机的末几级中,为了满足末几级的蒸汽膨胀需求,通常将低压级动叶片设计为长叶片。相关技术中,低压级动叶片在静止状态和工作状态会发生扭转,且在3000r/min的全转速汽轮机运行环境下,扭转程度与低压级动叶片的长度密切相关,对于长度较短的低压级动叶片来讲,通常会出现有低压级动叶片扭转程度不足以使相邻围带之间贴紧而导致蒸汽泄漏,影响气动效率的情况发生。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种全转速低压级动叶片,以在一定程度上解决现有技术中的低压级动叶片由于扭转程度不足以使相邻围带之间贴紧而导致蒸汽泄漏的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种全转速低压级动叶片组,以在一定程度上解决现有技术中的低压级动叶片由于扭转程度不足以使相邻围带之间贴紧而导致蒸汽泄漏的技术问题。
本发明的第三目的在于提供一种工业汽轮机,以在一定程度上解决现有技术中的低压级动叶片由于扭转程度不足以使相邻围带之间贴紧而导致蒸汽泄漏的技术问题。
为了实现上述目的,本发明提供了以下技术方案;
基于上述第一目的,本发明提供的全转速低压级动叶片,包括叶根、叶身和围带;
所述叶根连接于所述叶身的根部,所述围带连接于所述叶身的顶部的围带;
所述围带包括围带主体以及设置于所述围带主体沿所述围带主体长度方向的两侧的第一工作表面和第二工作表面;
所述第一工作表面和所述第二工作表面包括呈Z字形顺次连接的第一子工作表面、第二子工作表面和第三子工作表面;
所述围带的第一工作表面与相邻的所述围带的所述第二工作表面相贴合。
在上述任一技术方案中,可选地,所述第一子工作表面和所述第三子工作表面平行设置,所述第三子工作表面与所述围带的长度方向形成第一夹角,所述第一夹角为46°;
所述第二子工作表面与所述第一子工作表面形成第二夹角,所述第二夹角为82°。
在上述任一技术方案中,可选地,所述围带的几何中心距离为73.4mm,所述围带的第一工作表面和所述第二工作表面之间的距离为45.3mm。
在上述任一技术方案中,可选地,所述叶身的总高度为290-300mm,所述叶身的底部直径为1456mm;
所述叶身的底部轴向宽度为76-80mm,所述叶身的顶部轴向宽度为40-42mm。在上述任一技术方案中,可选地,所述叶身的总高度为295.6mm,所述叶身的横向截面从所述叶身的底部至顶部单向扭转且面积逐渐减小;
从所述叶身的底部至顶部,所述横向截面的轴向宽度从78.2mm单调递减至41.1mm,所述横向截面的弦长从90.5mm单调递减至86.4mm,所述横向截面的安装角从64.8°单调递减至28.4°,所述横向截面的最大厚度从25.6mm单调递减至8.1mm,所述横向截面的进口角从25.0°单调递增至83.8°。
在上述任一技术方案中,可选地,所述叶身包括以下横向截面:
第一横向截面,所述第一横向截面形成于所述叶身高度为0处,所述第一横向截面的轴向宽度、弦长、安装角、最大厚度、进口角分别为78.2mm、90.5mm、64.8°、28.6mm、25.0°;
第二横向截面,所述第二横向截面形成于所述叶身高度为100mm处,所述第二横向截面的轴向宽度、弦长、安装角、最大厚度、进口角分别为72.4mm、91.1mm、57.1°、28.2mm、30.3°;
第三横向截面,所述第三横向截面形成于所述叶身高度为200mm处,所述第三横向截面的轴向宽度、弦长、安装角、最大厚度、进口角分别为65.3mm、90.6mm、49.4°、21.6mm、34.0°;
第四横向截面,所述第四横向截面形成于所述叶身高度为300mm处,所述第四横向截面的轴向宽度、弦长、安装角、最大厚度、进口角分别为58.7mm、89.5mm、42.9°、15.7mm、45.6°;
第五横向截面,所述第五横向截面形成于所述叶身高度为400mm处,所述第五横向截面的轴向宽度、弦长、安装角、最大厚度、进口角分别为49.6mm、87.6mm、35.1°、12.6mm、61.5°;
第六横向截面,所述第六横向截面形成于所述叶身高度为500mm处,所述第六横向截面的轴向宽度、弦长、安装角、最大厚度、进口角分别为41.1mm、86.4mm、28.4°、10.7mm、83.8°。
在上述任一技术方案中,可选地,所述全转速低压级动叶片还包括连接于所述叶身的底部的叶根,所述叶根包括第一插接部、第二插接部和支撑部,所述第一插接部、所述第二插接部分别与所述支撑部的顶部和底部呈T字形连接;
所述第一插接部和所述第二插接部的轴向宽度均为89.8mm,所述第一插接部的顶部与所述第二插接部的底部的距离为116mm。
基于上述第二目的,本发明提供的全转速低压级动叶片组,包括多个上述任一技术方案提供的全转速低压级动叶片。
在上述任一技术方案中,可选地,所述全转速低压级动叶片的数量为88只。
基于上述第三目的,本发明提供的工业汽轮机,包括上述任一技术方案提供的全转速低压级动叶片组。
采用上述技术方案,本发明的有益效果:
本发明提供的全转速低压级动叶片,包括叶身、连接于叶身的根部的叶根以及连接于叶身的顶部的围带。围带包括围带主体以及设置于围带主体沿围带主体长度方向的两侧的第一工作表面和第二工作表面;第一工作表面和第二工作表面包括呈Z字形顺次连接的第一子工作表面、第二子工作表面和第三子工作表面;围带的第一工作表面与相邻的围带的第二工作表面相贴合,也就是说,第一工作表面的第一子工作表面与第二工作表面的第一子工作表面贴合,第一工作表面的第二子工作表面与第二工作表面的第二子工作表面相贴合,第一工作表面的第三子工作表面与第二工作表面的第三子工作表面相贴合,由于在该全转速低压级动叶片在静止状态下就能够使相邻围带紧配合,所以即使在工作状态下扭转不明显也不会发生轴流泄露,有利于提高该全转速低压级动叶片的气动效率。
本发明提供的全转速低压级动叶片组,包括多个上述的全转速低压级动叶片。因而能够实现该全转速低压级动叶片的所有有益效果。
本发明提供的工业汽轮机,包括上述的全转速低压级动叶片组。因而能够实现该全转速低压级动叶片组的所有有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式,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为本发明实施例一提供的全转速低压级动叶片的结构示意图;
图2为图1在全转速低压级动叶片的叶身的六个不同高度处的横向截面的堆积示意图;
图3为图2中的横向截面的结构示意图;
图4为图3在I处的局部示意图;
图5为图1提供的全转速低压级动叶片的围带的俯视图;
图6为本发明实施例二提供的全转速低压级动叶片组的结构示意图;
图7为本发明实施例二提供的全转速低压级动叶片组的围带在组装状态下的结构示意图。
图标:1-全转速低压级动叶片;10-叶根;100-第一插接部;101-支撑部;102-第二插接部;11-叶身;12-围带;120-围带主体;121-第一工作表面;122-第二工作表面;123-第一子工作表面;124-第二子工作表面;125-第三子工作表面;2-全转速低压级动叶片组;20-围带组件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,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发明和简化描述,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发明的限制。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。
在本发明的描述中,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发明中的具体含义。
实施例一
本实施例提供的全转速低压级动叶片用于工业汽轮机。
参见图1至图5并结合图6和图7所示,本实施例提供的全转速低压级动叶片1,包括叶身11,叶身11的横向截面从叶身11的底部至顶部单向扭转且面积逐渐减小。垂直于叶身11的高度方向,叶身11在指定的叶身11高度下的截面为横向截面。也就是说,对于叶身11的所有横向截面中的任意两个,位于顶部的横向截面相对于位于底部的横向截面单向扭转且面积更小。特定方向是指顺时针或逆时针中的一个方向。
叶身11的总高度H为290-300mm,叶身11的底部轴向宽度V2为76-80mm,叶身11的顶部轴向宽度V1为40-42mm。可选地,为了更加精确地满足容积流量的需求,叶身11的总高度H为295.6mm,叶身11的底部直径Dr为1456mm,叶身11的底部轴向宽度V2为78.2mm,叶身11的顶部轴向宽度V1为41.1mm,从而使得叶身11的扭转规律和叶型变化规律,能够使叶身11的各热力学参数沿叶身11高度方向按照合理的规律分布,气动性能得到显著提高。且通过专业流体动力学计算软件Numeca和CFX等计算验证,证明该全转速低压级动叶片1具有足够的强度性能,且在设计工况下的气流弯应力较小,也即结构可靠、振动小且气动效率高。
可选地,叶身11为钢制叶身。
本实施例的可选方案中,从叶身11的底部至顶部,横向截面的轴向宽度V从78.2mm单调递减至41.1mm,横向截面的安装角e从64.8°单调递减至28.4°,横向截面的弦长b从90.5mm单调递减至86.4mm,横向截面的最大厚度T从25.6mm单调递减至8.1mm,横向截面的进口角c从25.0°单调递增至83.8°。从而使叶身11沿高度方向的横向截面的扭转和面积变化规律,保证叶身11沿自身高度方向的各热力参数分布规律合理的同时,兼顾叶片静强度要求,进而使叶片具有更好的气动性能。
具体地,如图2所示,示出了沿叶身11在六个不同的高度下的横向截面A-A、B-B、C-C、D-D、E-E、F-F以及它们之间的相对逆转关系;并结合图3和图4,在表1中给出上述六个横向截面对应的轴向宽度V、弦长b、安装角e、最大厚度T和进口角c的参数。
具有表1中示出的六个横向截面,并在相邻截面之间形成平滑过渡的叶身11,在保证叶片具有更好的气动性能的前提下,在背压为0.8bar下,所在级气动效率在94.7%;还能满足强度和振动的要求,能够在背压10bar以下的工作环境中长期可靠运行。
本实施例的可选方案中,全转速低压级动叶片1还包括连接于叶身11的底部的叶根10。叶根10是该全转速低压级动叶片1与工业汽轮机的转子连接的连接结构。
叶根10包括第一插接部100、第二插接部102和支撑部101,第一插接部100、第二插接部102分别与支撑部101的顶部和底部呈T字形连接,这种T型的叶根10结构能够使叶片与工业汽轮机的转子结合牢固、稳定,保证该全转速低压级动叶片1的安全性,且直接与工业汽轮机的转子插槽插接即可完成装配,装配方便。这种T型的叶根10具有结构简单,便于加工的优势,因而有利于控制成本。
本实施例的可选方案中,第一插接部100和第二插接部102的轴向宽度C均为89.8mm,第一插接部100的顶部与第二插接部102的底部的距离也即叶根10的总高度K为116mm,既能够满足离心力需求,又能够保证承载均匀,使应用该全转速低压级动叶片1的动叶片组在运行范围内达到600t/h的质量流量。
本实施例的可选方案中,全转速低压级动叶片1还包括连接于叶身11的顶部的围带12,围带12包括围带主体120以及设置于围带主体120沿围带主体120长度方向的两侧的第一工作表面121和第二工作表面122。其中,围带主体120的总高度W为7mm,围带主体120的轴向宽度C1为46.5mm。
第一工作表面121和第二工作表面122包括呈Z字形顺次连接的第一子工作表面123、第二子工作表面124和第三子工作表面125。可选地,第一子工作表面123和第二子工作表面124之间、第二子工作表面124和第三子工作表面125之间分别设置有圆角。进一步地,圆角的半径为2mm。
需要将多个全转速低压级动叶片1呈辐射状连接在工业汽轮机的转子上,从而所有的全转速低压级动叶片1的围带12共同组成围带组件20。
围带12的第一工作表面121与相邻的围带12的第二工作表面122相贴合,由于第一子工作表面123、第二子工作表面124和第三子工作表面125呈Z字形顺次连接,也即第一工作表面121和第二工作便面均呈阶梯状,在向转子装配动叶片的过程中,因而第一工作表面121能够与待贴合的第二工作表面122顺畅安装,且不发生相邻动叶片的围带12之间发生空间干涉和刮擦,从而实现相邻围带12之间的紧配合。此外,由于围带组件20中的围带12在装配状态下就能够实现紧配合,可以保证动叶片在工作状态下相邻围带12之间贴合得更加紧密,避免围带12不能有效成组自锁的情况发生,有利于减小漏气损失、提高动叶片的刚性以及降低动叶片的动应力。
在动叶片处于工作状态下,叶身11在离心力的作用下将产生反扭,同时围带12在叶身11的带动下会偏离于安装位置,围带组件20中所有的围带12形成整圈自锁且相邻的围带12之间产生正压力和摩擦力,产生阻尼效应,从而消除该全转速低压级动叶片1的多种振型,使该全转速低压级动叶片1的合振型被简化,显著降低动应力,有利于动调频,进而保证该全转速低压级动叶片1能安全、可靠地运行。
本实施例的可选方案中,第一子工作表面123和第三子工作表面125平行设置,第三子工作表面125与围带12的长度方向形成第一夹角a,第一夹角a为46°;第二子工作表面124与第一子工作表面123形成第二夹角d,第二夹角d为82°。通过限定第一工作表面121、第二工作表面122和第三工作表面之间的夹角,不仅能够兼顾动叶片在静止状态下的安装顺畅性以及工作状态下围带组件20自锁的贴合程度。
本实施例的可选方案中,围带12的几何中心距离B为73.4mm,围带12的第一工作表面121和第二工作表面122之间的距离A为45.3mm。围带12本体的尺寸特征与第一工作表面121、第二工作表面122的尺寸特征相结合,能够使围带12的振型消除作用最佳化,进一步提高该全转速低压级动叶片1的安全性。其中,沿围带12的长度方向过围带12的形心的直线为长度轴线,长度轴线与第一工作表面121的第二子工作表面124的交点为第一交点,长度轴线与第二工作表面122的第二子工作表面124的交点为第二交点,第一交点和第二交点之间的距离为围带12的几何中心距离。在该全转速低压级动叶片1的工作状态下,与转子的转动方向的切线保持一致的方向即为围带12的长度方向。
实施例二
实施例二提供了一种全转速低压级动叶片组,该实施例包括实施例一中的全转速低压级动叶片,实施例一所公开的全转速低压级动叶片的技术特征也适用于该实施例,实施例一已公开的全转速低压级动叶片的技术特征不再重复描述。
结合图1至图5并参见图6和图7所示,本实施例提供的全转速低压级动叶片组2,包括多个全转速低压级动叶片1。
本实施例的可选方案中,全转速低压级动叶片1的数量为88只,88只全转速低压级动叶片1呈辐射状连接于工业汽轮机的转子。具体地,转子上设置有88个插槽,插槽与全转速低压级动叶片1的叶根10相匹配。
本实施例中的全转速低压级动叶片组具有实施例一中的全转速低压级动叶片的优点,实施例一所公开的全转速低压级动叶片的优点在此不再重复描述。
实施例三
实施例三提供了一种工业汽轮机,该实施例包括实施例二中的全转速低压级动叶片组,实施例二所公开的全转速低压级动叶片组的技术特征也适用于该实施例,实施例二已公开的全转速低压级动叶片组的技术特征不再重复描述。
本实施例提供的工业汽轮机包括全转速低压级动叶片组。
本实施例中的工业汽轮机具有实施例一中的全转速低压级动叶片组的优点,实施例一所公开的全转速低压级动叶片组的优点在此不再重复描述。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,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发明各实施例技术方案的范围。此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。