CN112664276A - 一种高转速汽轮机动叶片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高转速汽轮机动叶片结构，所述转子叶轮外圆加工为若干均匀分布在转子叶轮圆周方向上的动叶片，所述动叶片顶部固定安装有绕若干动叶片一圈的一体的整圈围带，所述整圈围带的顶部沿圆周方向上布置有叶顶汽封。该结构在上述日立公司方案的基础上，在不增加动叶片和转子离心应力的前提下，在动叶片顶部增加整圈围带，并在动叶围带外圆布置叶顶汽封。
Description
技术领域
本发明属于蒸汽轮机及其他叶轮机械，具体涉及一种高转速汽轮机动叶片结构。
背景技术
工业汽轮机因工质流量小，提高汽轮机工作转速是提高工业汽轮机效率的有效方法，采用高转速汽轮机直接驱动高转速动力设备，系统经济性优势更为显著。
在其他条件不变的前提下，汽轮机转速越高，动叶片和转子的离心应力越大，对于装配式动叶片，其应力最高的位置通常是动叶片与转子本体连接的叶根部位，当转子或叶片工作应力超出了材料的许用应力时，装配式动叶片结构就不再适用了。
为解决上述应力超限问题，日立公司的解决方案是，动叶片直接在转子轮盘外圆位置加工出来，由于加工动叶片的轮盘与转子主轴为一个整体，加工叶片的刀具只能从轮盘外径方向进刀，所以这种加工方式决定了动叶片顶部是开口的，动叶片没有叶顶围带，当蒸汽通过动叶片间的汽流通道做功时，动叶片顶部蒸汽泄漏比重较大。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种高转速汽轮机动叶片结构，该结构在上述日立公司方案的基础上，在不增加动叶片和转子离心应力的前提下，在动叶片顶部增加整圈围带，并在动叶围带外圆布置叶顶汽封。
本发明采用的技术方案如下：
一种高转速汽轮机动叶片结构，所述转子叶轮外圆加工为若干均匀分布在转子叶轮圆周方向上的动叶片，所述动叶片顶部固定安装有绕若干动叶片一圈的一体的整圈围带，所述整圈围带的顶部沿圆周方向上布置有叶顶汽封。
优选的，所述整圈围带的内径小于动叶片顶部到转子叶轮轴心的距离，采用过盈配合将整圈围带装配到动叶片顶部。
优选的，所述动叶片顶部一体设置有动叶顶部凸台，所述整圈围带对应设置有围带内孔凹槽，所述动叶顶部凸台与围带内孔凹槽过盈配合。
优选的，顶部设置有动叶顶部凸台的动叶片沿转子叶轮周向方向均匀分布。
优选的，所述动叶片顶部设置的动叶片顶部凸台为球形，所述围带内孔凹槽对应为球形槽。
优选的，过盈配合采用热装法进行装配。
本发明的优点在于，本发明在上述日立公司方案的基础上，在不增加动叶片和转子离心应力的前提下，在动叶片顶部增加整圈围带，并在动叶围带外圆布置叶顶汽封，减少叶顶漏汽，提高汽轮机的经济性能。在转子转动后，整圈围带的离心力全部由围带的切向力平衡抵消，不再向动叶片及其根部传递，因此，适用于高转速的汽轮机。
附图说明
图1是整体转子及叶顶汽封示意图；图1(b)是图1(a)的A向视图；
图2是图1中Ⅰ部分放大图；图2(a)是动叶片顶部径向汽封放大图；图2(b)是动叶片顶部结构放大图；
图3是图2(b)的B向视图；
图4是图1(b)的C-C截面图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-整圈围带；2-动叶片；3-转子叶轮；4-叶顶汽封；5-动叶顶部凸台；6-围带内孔凹槽。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
本发明提供了一种高转速汽轮机动叶片结构，其结构如图1所示，所述转子叶轮3外圆加工为若干均匀分布在转子叶轮3圆周方向上的动叶片2，所述动叶片2顶部固定安装有绕若干动叶片2一圈的一体的整圈围带1，所述整圈围带1的顶部沿圆周方向上布置有叶顶汽封4。在不增加动叶片2和转子离心应力的前提下，在动叶片2顶部增加整圈围带，并在动叶整圈围带1外圆布置叶顶汽封4，减少叶顶漏汽，提高汽轮机的经济性能。
动叶片2与整圈围带1具体的连接结构如下：如图1-4所示，在动叶片2的顶部加工出固定安装整圈围带1的动叶顶部凸台5，整圈围带1内径对应加工出围带内孔凹槽6，所述动叶顶部凸台5与围带内孔凹槽6过盈配合进行连接。加工动叶顶部凸台5的动叶片2的数量根据需要选取，可以是每只都加工，也可以是每一组加工一片或几片，组内其余动叶片2不加工动叶顶部凸台5，只需保证整圈围带1的围带内孔凹槽6与动叶片2的动叶顶部凸台5一一对应，从而实现两者对应连接。当并不是每只动叶片2均加工动叶顶部凸台5时，优选的，加工动叶顶部凸台5的动叶片2沿转子叶轮3周向方向均匀分布。
在本发明中，整圈围带1在装配到一整圈动叶片2上以前，整圈围带1的半径比动叶片2顶部到转子叶轮3的距离小，包括围带内孔凹槽6到整圈围带的轴心的距离小于动叶顶部凸台5到到转子叶轮3的距离；围带安装后，整圈围带1与动叶片2产生过盈紧力，过盈紧力的大小根据转子转动后，整圈围带1的离心力计算，从而保证在可能的最高转速下，整圈围带1不松动，且有一定的径向紧力，其计算过程为本领域技术人员所知，可以根据转动的角速度、材料性能(如材料密度、材料的弹性模量)等获得过盈量，保证高速运转时，整圈围带不松动，在这里不在进行详细的阐述。转子转动后，围带的离心力全部由围带的切向力平衡抵消，不再向动叶片及其根部传递。
在本发明中，通过热装法将整圈围带与动叶片进行装配，将整圈围带1加工完成后，将整圈围带1均匀加热，整圈围带1直径增大到略大于动叶片2的外圆直径后再进行安装，通过控制加热温度控制整圈围带1的内径尺寸。整圈围带1冷却后，整圈围带1收缩，整圈围带1与动叶片2之间产生过盈紧力。
在本发明中，整圈围带1的过盈紧力除了满足整圈围带的离心力由径向力的过盈紧力抵消的要求以外，同时需要满足整圈围带1安装后，在转子没有转动以前，整圈围带1的拉伸应力和动叶片2的挤压应力在许可范围以内，防止整圈围带1和动叶片2在过盈状态下出现损坏。
此外，动叶片2顶部的凸台及整圈围带1内孔凹槽的形状除了本文所示的球形以外，也可以是其它形状，选取的原则除了可靠定位以外，需要满足低应力集中的要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种高转速汽轮机动叶片结构，其特征在于，所述转子叶轮外圆加工为若干均匀分布在转子叶轮圆周方向上的动叶片，所述动叶片顶部固定安装有绕若干动叶片一圈的一体的整圈围带，所述整圈围带的顶部沿圆周方向上布置有叶顶汽封。
2.根据权利要求1所述的一种高转速汽轮机动叶片结构，其特征在于，所述整圈围带的内径小于动叶片顶部到转子叶轮轴心的距离，采用过盈配合将整圈围带装配到动叶片顶部。
3.根据权利要求2所述的一种高转速汽轮机动叶片结构，其特征在于，所述动叶片顶部一体设置有动叶顶部凸台，所述整圈围带对应设置有围带内孔凹槽，所述动叶顶部凸台与围带内孔凹槽过盈配合。
4.根据权利要求3所述的一种高转速汽轮机动叶片结构，其特征在于，顶部设置有动叶顶部凸台的动叶片沿转子叶轮周向方向均匀分布。
5.根据权利要求2或3所述的一种高转速汽轮机动叶片结构，其特征在于，所述动叶片顶部设置的动叶片顶部凸台为球形，所述围带内孔凹槽对应为球形槽。
6.根据权利要求2或3所述的一种高转速汽轮机动叶片结构，其特征在于，过盈配合采用热装法进行装配。
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