CN113513369A - 一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法，本发明的涡轮叶片喉道面积调整方法，通过修磨叶背型面来达到涡轮叶片喉道面积增大的目的。本发明解决了采用更换叶片或修理叶片尾缘两种调整方法存在的一些弊端：只更换同模具生产叶片使喉道面积达到目标值难度较大，一般是设计时增加多档位喉道面积叶片，需要多套模具，生产周期长，成本高；而修理叶片尾缘的方法虽然能够直接达到调整喉道面积的目的，但修理尾缘容易造成尾缘区域强度储备不足、内腔冷却结构被破坏等问题。本发明的喉道面积调整方法可以提高喉道面积调整的效率，节约成本，同时避免了修理尾缘会造成强度储备不足和内腔冷却结构被破坏的问题。

Description

一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机设计方法，具体地说是涡轮设计方法。

背景技术

船用燃气轮机是复杂且精密的高科技产品，工作在高温、高压、高转速及高盐雾腐蚀的恶劣环境下，其中涡轮是船用燃气轮机的主要部件之一，将高温高压燃气的能量转化为动能和机械能从而带动压气机、螺旋桨及附件传动系统。涡轮部件通流的喉道面积指标对于涡轮部件的功率、效率乃至整机性能参数都有重要的影响，当整机性能尤其是轴向力、效率等参数达不到设计要求时，调整喉道面积大小是很重要的手段之一。

目前发动机涡轮叶片调整喉道面积多采用修磨叶片尾缘或者更换叶片的方式，这两种调整方法都存在一些弊端。只更换同模具生产叶片使喉道面积达到目标值难度较大，实际情况一般是设计时增加多档位喉道面积叶片，需要多套模具，生产周期长，成本高；而修理叶片尾缘的方法虽然能够直接达到调整喉道面积的目的，但对于空心冷却叶片来说，修理尾缘容易造成尾缘区域强度储备不足、内腔冷却结构被破坏等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供能克服现有船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法周期长、成本高、容易造成尾缘区域强度储备不足、内腔冷却结构被破坏等劣势的一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法，其特征是：

(1)根据整圈叶片初始喉道面积值S、喉道面积需要增大的百分比Z以及整圈叶片的窗口数n，确定单个窗口喉道面积的调整值△S＝S*Z/n，

S_i＝(X_i+Y_i)×H_i/2，X_i、Y_i、H_i为通流喉道面积窗口的特征尺寸；

(2)根据单个窗口喉道面积的调整值△S以及每个窗口喉道面积的初始值S₁、S₂、……、S_n，确定每个窗口喉道面积增大的百分比Z₁＝△S/S₁、Z₂＝△S/S₂、……、Z_n＝△S/S_n；

(3)根据每个窗口喉道面积增大的百分比Z₁、Z₂、……、Z_n以及每个窗口对应的特征尺寸(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、……、(X_n，Y_n)，确定每个窗口喉宽特征尺寸的调整值(X₁*Z₁，Y₁*Z₁)、(X₂*Z₂，Y₂*Z₂)……、(X_n*Z_n，Y_n*Z_n)，即特征尺寸(X_i，Y_i)，其中i＝1、2、……、n，对应位置叶片叶背修磨最大深度d_ix＝X_i*Z_i、d_iy＝Y_i*Z_i；

(4)选取d_ix＝X_i*Z_i、d_iy＝Y_i*Z_i中最大修磨深度，结合壁厚下偏差，建立叶背喉部最小壁厚叶片模型进行静强度储备评估，若强度储备系数满足设计要求，则按最大修磨深度要求d_ix＝X_i*Z_i、d_iy＝Y_i*Z_i沿叶高方向对叶背均匀打磨去量，修磨部位应与周边平滑转接；若强度储备系数不满足设计要求，则先通过更换叶片使单个窗口喉道面积值更接近目标值，然后返回步骤(1)；

(5)修磨每个喉道窗口使喉道面积目标值达到S0＝S*(1+Z)/n。

本发明还可以包括：

1、采用超声波测厚仪对修磨位置进行壁厚控制，保证壁厚不小于强度校核确定的下限值。

2、叶背喉部位置壁厚为2±0.1mm，静强度储备系数为3±0.1，许用储备系数为1.5±0.1，通过修磨叶背型面达到涡轮叶片喉道面积增大的目的。

本发明的优势在于：

1、本发明的涡轮叶片喉道面积调整方法与单纯更换叶片的调整方法相比，可以提高喉道面积调整的效率，节约时间和经济成本。

2、本发明的涡轮叶片喉道面积调整方法，充分利用涡轮叶片的结构特点，通过修磨叶背型面来达到通流喉道面积调整的目的。

3、本发明的涡轮叶片喉道面积调整方法是基于单个窗口喉道面积调整，使单个窗口喉道面积达到目标值S₀，结合叶背喉部最小壁厚叶片强度储备评估，保证了叶片修理后的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的原理图；

图3为本发明的尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-3，本发明包括如下步骤：

(1)根据整圈叶片初始喉道面积值S、喉道面积需要增大的百分比Z以及整圈叶片的窗口数n，确定单个窗口喉道面积的调整值ΔS＝S×Z/n。其中

S_i＝(X_i+Y_i)×H_i/2，X_i、Y_i、H_i为通流喉道面积窗口的特征尺寸。

(2)根据单个窗口喉道面积的调整值△S以及每个窗口喉道面积的初始值S₁、S₂、……、S_n，确定每个窗口喉道面积增大的百分比Z₁＝△S/S₁、Z₂＝△S/S₂、……、Z_n＝△S/S_n。

(3)根据每个窗口喉道面积增大的百分比Z₁、Z₂、……、Z_n以及每个窗口对应的特征尺寸(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、……、(X_n，Y_n)，确定每个窗口喉宽特征尺寸的调整值(X₁×Z₁，Y₁×Z₁)、(X₂×Z₂，Y₂×Z₂)……、(X_n×Z_n，Y_n×Z_n)，即特征尺寸(X_i，Y_i)(i＝1、2、……、n)对应位置叶片叶背修磨最大深度d_ix＝X_i×Z_i、d_iy＝Y_i×Z_i(i＝1、2、……、n)。

(4)选取d_ix＝X_i×Z_i、d_iy＝Y_i×Z_i(i＝1、2、……、n)中最大修磨深度，结合壁厚下偏差，建立叶背喉部最小壁厚叶片模型进行静强度储备评估，若强度储备系数满足设计要求，则按修磨深度要求d_ix＝X_i×Z_i、d_iy＝Y_i×Z_i(i＝1、2、……、n)对每片叶片如图2和图3所示沿叶高方向对叶背均匀打磨去量(黑色条带区域为叶背打磨去量位置)，修磨部位应与周边平滑转接。若强度储备系数不满足设计要求，则先通过更换叶片使单个窗口喉道面积值更接近目标值，然后从第一步确定单个窗口喉道面积的调整值重新开始以上实施流程。

(5)修磨每个喉道窗口使喉道面积目标值达到S₀＝S×(1+Z)/n；

在有条件的情况下，应采用超声波测厚仪对修磨位置进行壁厚控制，保证壁厚不小于强度校核确定的下限值。

基于船用燃气轮机涡轮叶片结构的特点，即叶背喉部位置壁厚一般在2mm左右，静强度储备系数一般在3左右，许用储备系数一般为1.5左右，因此可以通过修磨叶背型面来达到涡轮叶片喉道面积增大的目的。

Claims (3)

1.一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法，其特征是：

(1)根据整圈叶片初始喉道面积值S、喉道面积需要增大的百分比Z以及整圈叶片的窗口数n，确定单个窗口喉道面积的调整值△S＝S*Z/n，

S_i＝(X_i+Y_i)×H_i/2，X_i、Y_i、H_i为通流喉道面积窗口的特征尺寸；

(2)根据单个窗口喉道面积的调整值△S以及每个窗口喉道面积的初始值S₁、S₂、……、S_n，确定每个窗口喉道面积增大的百分比Z₁＝△S/S₁、Z₂＝△S/S₂、……、Z_n＝△S/S_n；

(3)根据每个窗口喉道面积增大的百分比Z₁、Z₂、……、Z_n以及每个窗口对应的特征尺寸(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、……、(X_n，Y_n)，确定每个窗口喉宽特征尺寸的调整值(X₁*Z₁，Y₁*Z₁)、(X₂*Z₂，Y₂*Z₂)……、(X_n*Z_n，Y_n*Z_n)，即特征尺寸(X_i，Y_i)，其中i＝1、2、……、n，对应位置叶片叶背修磨最大深度d_ix＝X_i*Z_i、d_iy＝Y_i*Z_i；

(4)选取d_ix＝X_i*Z_i、d_iy＝Y_i*Z_i中最大修磨深度，结合壁厚下偏差，建立叶背喉部最小壁厚叶片模型进行静强度储备评估，若强度储备系数满足设计要求，则按最大修磨深度要求d_ix＝X_i*Z_i、d_iy＝Y_i*Z_i沿叶高方向对叶背均匀打磨去量，修磨部位应与周边平滑转接；若强度储备系数不满足设计要求，则先通过更换叶片使单个窗口喉道面积值更接近目标值，然后返回步骤(1)；

(5)修磨每个喉道窗口使喉道面积目标值达到S0＝S*(1+Z)/n。

2.根据权利要求1所述的一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法，其特征是：采用超声波测厚仪对修磨位置进行壁厚控制，保证壁厚不小于强度校核确定的下限值。

3.根据权利要求1所述的一种用于船用燃气轮机涡轮叶片喉道面积调整方法，其特征是：叶背喉部位置壁厚为2±0.1mm，静强度储备系数为3±0.1，许用储备系数为1.5±0.1，通过修磨叶背型面达到涡轮叶片喉道面积增大的目的。

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