CN112253260A - 次末级动叶片及动叶片组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽轮机叶片技术领域，尤其涉及一种次末级动叶片及动叶片组。该次末级动叶片包括叶身、叶根和围带，叶根连接于叶身的根部，围带连接于叶身的顶部；围带包括围带主体与形成于围带主体两侧的第一工作面和第二工作面；在次末级动叶片处于静止状态下，围带的第一工作面与相邻的围带的第二工作面形成预定间隙；在次末级动叶片处于运转状态下，围带的第一工作面与相邻的围带的第二工作面相贴合。该动叶片组包括该次末级动叶片。该次末级动叶片和次末级动叶片组，通过采用该围带，能够提高安装便利性，并为次末级动叶片提供足够充足的扭转空间，通过相邻围带之间的接触、压紧和摩擦，形成阻尼减振效果，减小振动应力。

Description

次末级动叶片及动叶片组
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片技术领域，尤其涉及一种次末级动叶片及动叶片组。
背景技术
更高效的叶片是提高汽轮机效率、实现节能减排的有效途径。火力发电用汽轮机向大容量发展，目前在大容量火力发电用汽轮机末级叶片方面，国内其他汽轮机厂已开发出最长为1450mm的汽轮机末级动叶。
而在光热、生物质、垃圾等再生能源领域和PTA等工业余热利用领域，需要不同容量的高效汽轮机。蒸汽在叶片间的空间轴向流动，由于入口处的蒸汽是高温高压状态，因而此处汽轮机叶片间形成的空间也就较小，蒸汽在汽轮机内做工后出口处的压力和温度相较于入口处也就降低了，因而体积也发生了膨胀，因而要求末级或次末级叶片这些在低压级运行的叶片使用长叶片，也提高叶片之间形成的空间的容积流量。
相关技术中，将低压末级或者次末级叶片的设计开发统称为汽轮机长叶片开发，当长叶片的长度达到一定程度，气动参数从叶片的根部至顶部的变化幅度大，因而需要扭转程度更加明显的长叶片，现有技术中的长叶片通常采用整体围带，这种整体围带由于相邻的长叶片之间的围带在安装时就要求紧配合，因而大幅限制了长叶片在转动过程中的可扭转范围。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种次末级动叶片，以解决现有技术中的整体围带大幅限制了全转速汽轮机次末级动叶片在转动过程中的可扭转范围的技术问题。
本发明的第二目的在于提供次末级动叶片组，以解决现有技术中的整体围带大幅限制了全转速汽轮机次末级动叶片在转动过程中的可扭转范围的技术问题。
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，本发明提供的次末级动叶片，包括叶身、叶根和围带，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；
所述围带包括围带主体与形成于所述围带主体两侧的第一工作面和第二工作面；
在所述次末级动叶片处于静止状态下，所述围带的第一工作面与相邻的所述围带的所述第二工作面形成预定间隙；
在所述次末级动叶片处于运转状态下，所述围带的第一工作面与相邻的所述围带的所述第二工作面相贴合。
在上述任一技术方案中，可选地，所述预定间隙的长度不大于3mm；
所述第一工作面和所述第二工作面与所述围带的长度方向的夹角均为45.1°。
在上述任一技术方案中，可选地，所述围带还包括形成于所述围带主体两侧的第一冠状部和第二冠状部，所述第一冠状部与所述第一工作面相面对并形成冠形夹角，所述第二冠状部与所述第二工作面相面对并形成所述冠形夹角，所述冠形夹角为100.8°。
在上述任一技术方案中，可选地，所述叶身的总高度为528mm，所述叶身的根部直径为1344mm；
所述叶身的根部轴向宽度为140.8mm，所述叶身的顶部轴向宽度为57.7mm；
所述围带的总高度为22mm，所述围带的轴向宽度为58.4mm。
在上述任一技术方案中，可选地，从所述叶身的根部至顶部，所述横向截面的弦长从146.3mm单调减小至139.9mm，所述横向截面的最大厚度从28.6mm单调减小至10.7mm，所述横向截面的安装角从75.0°单调减小至25.6°，所述横向截面的进口角从40.2°单调增加至123.7°。
在上述任一技术方案中，可选地，所述第一工作面和所述第二工作面与所述围带的长度方向的夹角均为45.1°；
所述围带还包括形成于所述围带主体两侧的第一冠状部和第二冠状部，所述第一冠状部与所述第一工作面相面对并形成冠形夹角，所述第二冠状部与所述第二工作面相面对并形成所述冠形夹角，所述冠形夹角为100.8°。
在上述任一技术方案中，可选地，所述围带的总高度为22mm，所述围带的轴向宽度为58.4mm。
在上述任一技术方案中，可选地，所述叶身的顶部背弧处设置有防水蚀部；
所述防水蚀部由司太立合金形成，或者所述防水蚀部由激光淬硬形成。
基于上述第二目的，本发明提供的次末级动叶片组，包括上述任一技术方案提供的次末级动叶片。
在上述任一技术方案中，可选地，所述次末级动叶片的数量为64只。
采用上述技术方案，本发明的有益效果：
本发明提供的次末级动叶片，包括叶身、叶根和围带。在次末级动叶片处于静止状态下，围带的第一工作面与相连的围带的第二工作面形成预定间隙，便于安装次末级动叶片，且有利于降低对于次末级动叶片的安装精度的要求，提高安装效率；在次末级动叶片处于运转状态下，围带的第一工作面与相邻的围带的第二工作面贴合，也就是说，一方面通过设置预定间隙为叶身发生的扭转幅度提供了足够的空间，从而避免限制叶身扭转的情况发生，另一方面通过相邻围带之间的第一工作面与第二工作面的接触、压紧和摩擦，能够明显提高次末级动叶片的刚度，并减小次末级动叶片的振动应力。
本发明提供的次末级动叶片组，包括多个上述的次末级动叶片。因而，该次末级动叶片组能够实现该次末级动叶片的所有有益效果。
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次末级动叶片的结构示意图；
图2为图1在次末级动叶片的叶身的六个不同高度下的横向截面的叠置示意图；
图3为图2中的横向截面的结构示意图；
图4为图3的局部示意图；
图5为图1提供的次末级动叶片的围带的俯视图；
图6为本发明实施例二提供的次末级动叶片组的结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的次末级动叶片组的围带在静止状态下的结构示意图；
图8为本发明实施例二提供的次末级动叶片组的围带在运转状态下的结构示意图。
图标：1-次末级动叶片；10-叶身；11-叶根；110-叶根主体；111-齿状部；12-围带；120-围带主体；121-第一工作面；122-第二工作面；123-第一冠状部；124-第二冠状部；2-次末级动叶片组；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
本实施例提供的次末级动叶片以多个为单位组成次末级动叶片组，用于全转速汽轮机的次末级气动需求。其中，全转速是指汽轮机的转速为3000r/min，电网频率为50Hz。
参见图1至图5并结合图6至图8所示，本实施例提供的次末级动叶片1，包括叶身10，叶身10的根部直径Dr为1344mm，叶身10的总高度L为515-540mm，叶身的根部轴向宽度V2为138-142mm，叶身的顶部轴向宽度V1为56-59mm，叶身10从根部至顶部的横向截面单向扭转且横向截面的面积逐渐较小。其中，横向截面是指，沿垂直于叶身高度的方向在指定的叶身高度下所对应的叶身截面。也就是说，沿叶身10的高度方向从叶身10的根部至叶身10的顶部，任两个相邻高度所对应的横向截面相对单向扭转且面积单调变小。优选地，为了满足对于容积流量的精确需求，叶身10的总高度为528mm。
在叶身10的总高度L为528mm且叶身10的根部直径Dr为1344mm的前提下，叶身10的根部的轴向宽度V2为140.8mm，叶身10的顶部的轴向宽度V1为57，7mm，所限定的横向截面的扭转规律以及尺寸的变化规律，能够使叶身10沿叶身10的高度方向的各热力参数分布规律合理。且通过专业流体动力学计算软件Numeca和CFX等计算验证，该次末级动叶片1能够显著提高气动性能、气动效率和排气面积。
可选地，叶身10为钢制叶身。
本实施例的可选方案中，从叶身10的根部至顶部，横向截面的轴向宽度从140.8mm单调减小至60.9mm，横向截面的弦长b从146.3mm单调减小至139.9mm，横向截面的最大厚度T从28.6mm单调减小至10.7mm，横向截面的安装角α2从75.0°单调减小至25.6°，横向截面的进口角α1从40.2°单调增加至123.7°，从而使叶身10沿高度方向的横向截面的扭转和面积变化规律，保证叶身10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10的高度方向的六个横向截面A-A、B-B、C-C、D-D、E-E、F-F以及上述六个横向截面之间的相对扭转关系；并结合图3和图4，在表1中给出每个横向截面对应的轴向宽度V、弦长b、安装角α2、最大厚度T和进口角α1的参数。
Figure BDA0002747753830000061
Figure BDA0002747753830000071
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10，在保证叶片具有更好的气动性能的前提下，在背压为0.16bar下，次末级的气动效率超过94％，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，次末级动叶片1还包括叶根11，叶根11连接于叶身10的根部，使该次末级动叶片1与全转速汽轮机的转子之间的连接的基础结构。
叶根11为多齿枞树型斜叶根，具体地，叶根11包括叶根主体110以及连接于叶根主体110沿厚度方向两侧的多个齿状部111，叶根主体110的顶部的厚度大于叶根主体110的底部的厚度。可选地，叶根11为三齿枞树形斜叶根，也就是说，叶根主体110沿厚度方向两侧均连接有三个齿状部111。
多齿枞树形斜叶根，使得该次末级动叶片1与全转速汽轮机的转子装配方便且可靠，能够广泛应用于全转速汽轮机，具有承载力大、应力集中低的特点，尤其适合离心力大的低参数余热利用的工业汽轮机。为了在满足上述力学要求的前提下，尽量降低成本，将多齿枞树形斜叶根限定为三齿枞树形斜叶根即可。
本实施例的可选方案中，叶根11的轴向宽度W为180mm，叶根11的总高度K为77.9mm，经过专业的流体动力学验证手段延展，具有这种叶根11的次末级动叶片1，能够在背压0.14bar～0.45bar下安全运行，质量流量超过500t/h。
本实施例的可选方案中，参见图4、图5所示，次末级动叶片1还包括围带12，围带12连接于叶身10的顶部，围带12包括围带主体120与形成于围带主体120两侧的第一工作面121和第二工作面122。
需要将多个次末级动叶片1呈辐射状连接在全转速汽轮机的转子上，从而所有的次末级动叶片1的围带12形成围带组件20。
参见图7所示，在动叶片处于静止状态下，围带12的第一工作面121与相邻的围带12的第二工作面122形成不大于3mm的间隙，也即围带组件20中相邻的两个围带12之间形成间隙，提高每个次末级动叶片1与全转速汽轮机的转子之间连接的顺畅性，避免相邻的围带12之间发生刮擦。
参见图8所示，在动叶片处于运转状态下，由于离心力的作用，叶身10将产生一定的反扭，围带12在叶身10的带动下相对于安装位置发生扭转，以使围带12的第一工作面121与相邻的围带12的第二工作面122相贴合，围带组件20形成整圈自锁并产生正压力和摩擦力，增加阻尼，这种自锁阻尼型围带能够明显提高次末级动叶片1的刚度，并减小次末级动叶片1的振动应力。
本实施例的可选方案中，第一工作面121和第二工作面122与围带12的长度方向的夹角β2均为45.1°，从而能够兼顾动叶片在静止状态下的安装顺畅性以及围带组件20自锁的贴合程度，使次末级动叶片1的刚度、抗振动性能以及安装顺畅性均达到最佳化。
值得强调的是，当动叶片在运转状态下，围带12的长度方向与动叶片的转动方向的切线保持一致。
围带12还包括形成于围带主体120两侧的第一冠状部123和第二冠状部124。通过设置第一冠状部123和第二冠状部124有利于减小泄露、提高封气效果，从而提高气动效率。
第一冠状部123与第一工作面121相面对并形成冠形夹角β1，第二冠状部124与第二工作面122相面对并形成冠形夹角β1，冠形夹角β1为100.8°，通过将冠状夹角β1设置为100.8°，有利于使围带12的质量分布最佳化，并有效减小围带12产生的离心弯应力。
本实施例的可选方案中，围带12的总高度H为22mm，围带12的轴向宽度B为58.4mm，以使围带12具有足够的结构强度，有效抵抗围带12产生的离心弯应力。
本实施例的可选方案中，叶身10的顶部背弧处设置有防水蚀部；防水蚀部由司太立合金形成，或者防水蚀部由激光淬硬形成，叶身10的顶部背弧处是水蚀风险最大的位置，针对性地设置防水蚀部，在有效避免水蚀的基础上，有利于节约成本。
实施例二
实施例二提供了一种次末级动叶片组，该实施例包括实施例一中的次末级动叶片，实施例一所公开的次末级动叶片的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的次末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至图8所示，本实施例提供的次末级动叶片组2包括多个次末级动叶片1。
在本实施例的可选方案中，次末级动叶片1的数量为64只，64只次末级动叶片1呈辐射状插接于汽轮机的转子。
本实施例中的次末级动叶片组具有实施例一中的次末级动叶片的优点，实施例一所公开的次末级动叶片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。

Claims (10)

1.一种次末级动叶片，其特征在于，包括叶身、叶根和围带，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；
所述围带包括围带主体与形成于所述围带主体两侧的第一工作面和第二工作面；
在所述次末级动叶片处于静止状态下，所述围带的第一工作面与相邻的所述围带的所述第二工作面形成预定间隙；
在所述次末级动叶片处于运转状态下，所述围带的第一工作面与相邻的所述围带的所述第二工作面相贴合。
2.根据权利要求1所述的次末级动叶片，其特征在于，所述预定间隙的长度不大于3mm；
所述第一工作面和所述第二工作面与所述围带的长度方向的夹角均为45.1°。
3.根据权利要求2所述的次末级动叶片，其特征在于，所述围带还包括形成于所述围带主体两侧的第一冠状部和第二冠状部，所述第一冠状部与所述第一工作面相面对并形成冠形夹角，所述第二冠状部与所述第二工作面相面对并形成所述冠形夹角，所述冠形夹角为100.8°。
4.根据权利要求1所述的次末级动叶片，其特征在于，所述叶身的总高度为515-540mm，所述叶身的根部直径为1344mm；
所述叶身的根部轴向宽度为138-142mm，所述叶身的顶部轴向宽度为56-59mm；
所述围带的总高度为22mm，所述围带的轴向宽度为58.4mm。
5.根据权利要求4所述的次末级动叶片，其特征在于，所述叶身的总高度为528mm，所述叶身的横向截面从所述叶身的根部至顶部单向扭转且面积单调减小；
从所述叶身的根部至顶部，所述横向截面的轴向宽度从140.8mm单调减小至60.9mm，所述横向截面的弦长从146.3mm单调减小至139.9mm，所述横向截面的最大厚度从28.6mm单调减小至10.7mm，所述横向截面的安装角从75.0°单调减小至25.6°，所述横向截面的进口角从40.2°单调增加至123.7°。
6.根据权利要求4所述的次末级动叶片，其特征在于，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140.8mm、146.3mm、75°、28.6mm、40.2°；
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133.1mm、144.8mm、65.4°、28.2mm、53.9°；
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113.0mm、143.6mm、52.1°、21.6mm、65.3°；
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92.8mm、142.2mm、41.6°mm、15.7mm、87.6°；
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75.4mm、140.9mm、32.3°、12.6mm、102.5°；
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60.9mm、139.9mm、25.6°、10.7mm、123.7°。
7.根据权利要求3所述的次末级动叶片，其特征在于，所述叶根为多齿枞树型斜叶根；
所述叶根的轴向宽度为180mm，所述叶根的总高度为77.9mm。
8.根据权利要求7所述的次末级动叶片，其特征在于，所述叶身的顶部背弧处设置有防水蚀部；
所述防水蚀部由司太立合金形成，或者所述防水蚀部由激光淬硬形成。
9.一种次末级动叶片组，其特征在于，包括多个如权利要求1至8中任一项所述的次末级动叶片。
10.根据权利要求9所述的次末级动叶片组，其特征在于，所述次末级动叶片的数量为64只。
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