CN114278391B - 一种安装紧配的汽轮机用静叶片组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，安装于汽轮机内，于汽轮机内安装有可调集成式持环，可调集成式持环内设有由一端向另一端径向渐大的内腔所述安装紧配的汽轮机用静叶片组包括轴向插装于内腔中的多级静叶片单元，各级静叶片单元均布置有多个静叶片，各静叶片均包括叶型以及分别成型于叶型两端的围带和叶根，围带上形成围带背面，叶根上形成有叶根背面，围带背面与叶根背面间非同一平面设置，各级静叶片单元的各静叶片整圈组对时，相邻的叶根背面的接触间隙为零，相邻的围带背面间过盈配合。本发明的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，使静叶片单元整圈组对时构成整圈刚性件，而增强了静叶片的动刚度，进一步改善振动性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种安装紧配的汽轮机用静叶片组。
背景技术
随着国家上大压小、降低煤耗以及碳达峰、碳中和目标的提出，传统的中小型煤耗式高耗能汽轮机已经逐步淘汰而退出市场，随之而来的，是高效率的汽轮机越来越备受关注，而用于工业发电的电站汽轮机中，其高效率取决于汽轮机的通流设计，即取决于汽轮机的叶型设计、叶片间的通流面积设计等。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，安装紧配，使静叶片单元整圈组对时构成整圈刚性件，而增强了静叶片的动刚度，进一步改善振动性能。
本发明采用的技术方案是：一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，安装于汽轮机内，于所述汽轮机内安装有可调集成式持环，所述可调集成式持环内设有由一端向另一端径向渐大的内腔，所述安装紧配的汽轮机用静叶片组包括轴向插装于所述内腔中的多级静叶片单元，各级所述静叶片单元均布置有多个静叶片，各所述静叶片均包括叶型以及分别成型于所述叶型两端的围带和叶根，所述围带上形成围带背面，所述叶根上形成有叶根背面，所述围带背面与所述叶根背面间非同一平面设置，各级所述静叶片单元的各所述静叶片整圈组对时，相邻的所述叶根背面的接触间隙为零，相邻的所述围带背面间过盈配合。
作为对上述技术方案的进一步限定，于所述叶根的底部开设有叶根槽，于所述可调集成式持环内开设有供所述叶根的底部插装的插装槽，所述叶根槽和所述插装槽的槽底间设有安装间隙。
作为对上述技术方案的进一步限定，于所述安装间隙内过盈填充有垫片，所述垫片为含镍不锈钢垫片。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述叶型由RON1～RON2曲线段、RON2～RON3曲线段、RON3～RON4曲线段、RON4～RON5曲线段、RON5～RON6曲线段、RON6～RON1曲线段依次圆滑过渡而成，所述RON6～RON1曲线段的上顶端设置有所述叶型的出汽边，所述RON3～RON4曲线段的下顶端设置有所述叶型的进汽边，所述进汽边和所述出汽边的两侧间分别围构有所述叶型的吸力面和所述叶型的压力面。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述进汽边肥厚，所述出汽边纤薄，而使汽轮机的蒸汽由进汽边到出汽边呈渐缩状，各所述叶型的前缘厚为0.8mm～1mm，各所述叶型的尾缘厚为0.15～0.19mm。
作为对上述技术方案的进一步限定，于各所述叶型的高度方向上形成有静叶高，各级所述静叶片单元的静叶高为21.6mm～33.8mm，于所述汽轮机上设有与各静叶片适配的动叶片，各所述动叶片均形成有动叶高，各静叶高均低于适配位置的动叶高2mm。
作为对上述技术方案的进一步限定，所述静叶片单元为十四级，所述内腔的直径较小一端为高压进汽端，十四级静叶片单元中的第一级静叶片单元靠近所述高压进汽端设置，各级所述静叶片单元布置的静叶片数量为104～126片。
作为对上述技术方案的进一步限定，各所述静叶片的叶宽为11.2mm～14.96mm，弦长为16mm或20mm，静叶片安装角为450～490，所述叶根插装于所述可调集成式持环内时，所述围带相对所述叶根围绕所述静叶片安装角产生预扭。
作为对上述技术方案的进一步限定，于各所述静叶片上分别形成有节圆直径，各所述节圆直径处于各所述静叶高的中部位置，在各所述节圆直径的截面上，相邻的所述静叶片之间于所述出汽侧间设有喉部宽度和叶片节距，所述喉部宽度为3.83mm～5.31mm，所述叶片节距为13.97mm～17.33mm。
作为对上述技术方案的进一步限定各所述静叶片的相对节距为0.85mm～0.9mm。
本发明的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，通过于汽轮机内安装有可调集成式持环，可调集成式持环内设有由一端向另一端径向渐大的内腔，安装紧配的汽轮机用静叶片组包括轴向插装于内腔中的多级静叶片单元，能够将多级静叶片单元密布于可调集成式持环内，而替代各级静叶片单元单独布置的方式，而实现静叶片组的紧配安装；且围带背面与叶根背面间非同一平面设置，各级静叶片单元的各静叶片整圈组对时，相邻的叶根背面的接触间隙为零，相邻的围带背面间过盈配合，能够使各静叶片安装时，各围带相对于自身的叶根围绕静叶片安装角产生预扭，而实现静叶片间在圆周方向上的紧配安装，进而使静叶片单元整圈组对时构成整圈刚性件，而增强了静叶片的动刚度，进一步改善振动性能，同时通过前述结构的设计，缩短了动、静叶片的轴向分布，有效减少了汽轮机的轴向长度以及外形尺寸，以在相同跨距下，使该通流结构能够设计更多的静叶片单元级数，从而使焓降分配更均匀，而保证通流总效率达到最佳。
附图说明
图1为本发明一种安装紧配的汽轮机用静叶片组的装配结构示意图；
图2为本发明单级静叶片单元的装配结构示意图；
图3为图2的A-A节圆展开结构示意图；
图4为静叶片的结构示意图；
图5为图4的侧视图；
图6为图5的B处结构放大图；
图7为图4的轴测图；
图8为图4的右视图；
图9为图8的C-C向视图；
图10为叶型的型线结构示意图。
图中：
1-静叶片单元，11-静叶片，111-叶型，1111-出汽边，1112-进汽边，1113-吸力面，1114-压力面，1115-进汽圆弧，112-围带，1121-围带背面，1122-围带角，1123-高叶顶，1124-低叶顶，113-叶根，1131-叶根背面，1132-叶根槽，1133-叶根角，1134-矩形插槽，H1-静叶高，W1-叶宽，C1-弦长，GM1-静叶片安装角，ΦD-节圆直径，O-喉部宽度，Tn-叶片节距，t--相对节距，LT1-前缘厚，TT1-尾缘厚，2-可调集成式持环，21-内腔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例
一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，安装于汽轮机内，为实现汽轮机用静叶片组的紧配安装，于汽轮机内安装有可调集成式持环2，由图1中所示，可调集成式持环2内设有由一端向另一端径向渐大的内腔21，本实施例中，为满足蒸汽膨胀做功的最优化，本实施例采用三元流场设计技术优化，将内腔21的锥度设计为1:6，安装紧配的汽轮机用静叶片组包括轴向插装于内腔21中的多级静叶片单元1，由图2中所示，各级静叶片单元1均布置有多个静叶片11，由图4结合图5中所示，各静叶片11均包括叶型111以及分别成型于叶型111两端的围带112和叶根113，围带112上形成围带背面1121，叶根113上形成有叶根背面1131，围带背面1121与叶根背面1131间非同一平面设置，各级静叶片单元1的各静叶片11整圈组对时，相邻的叶根背面1131的接触间隙为零，相邻的围带背面1121间过盈配合，通过围带背面1121与叶根背面1131间非同一平面设置，各级静叶片单元1的各静叶片11整圈组对时，相邻的叶根背面1131的接触间隙为零，相邻的围带背面1121间过盈配合，能够使各静叶片11安装时，各静叶片11的围带112相对于自身的叶根113围绕静叶片11安装角产生预扭，而实现静叶片11间在圆周方向上的紧配安装，进而使静叶片单元1整圈组对时构成整圈刚性件，而增强了静叶片的动刚度，进一步改善振动性能。
本实施例中，围带背面1121高于叶根背面1131设置，具体的，围带背面1121高于叶根背面1131的高度为0.06698mm，以使各级静叶片11在整圈组对时，静叶片11间的叶根背面1131接触间隙为零，围带背面1121间接触面的过盈量为0.06698mm，而使静叶片11在安装过程中，围带112相对于叶根113围绕着静叶片11安装角产生一个预扭动作，而增强装配强度；同时表现为静叶片11之间在整圈组对后的圆周方向上实现了一个超紧配的安装动作，从而形成稳定可靠无间隙的整圈静叶片11，而增强了静叶片11在动、静应力作用下的动刚度、抗振性能及安全性，以满足高温高压蒸汽的不断冲刷；且由于围带背面1121间接触面的过盈量为0.06698mm，而使围带112间为过盈配合，进而改变了静叶片11的自振频率，减少了静叶片11随蒸汽冲刷的振幅，而提高静叶片11的振动安全性，还能相对减少漏气损失，而提高蒸汽利用率。
本实施例中，由图7结合图9中所示，围带112上形成有横截面呈菱形设置的围带角1122，叶根113上形成有横截面呈菱形设置的叶根角1133，静叶片安装角GM1为叶型111弦线与额线之间的夹角。
由图4中所示，为便于静叶片11的安装，于叶根113的底部开设有叶根槽1132，本实施例中，于可调集成式持环2内开设有供叶根113的底部插装的插装槽，为便于装配，叶根槽1132和插装槽的槽底间设有安装间隙，为保证可调集成式持环2上安装的静叶片11在径向上实现紧配安装，于安装间隙内过盈填充有垫片，而降低叶根113承受的动应力，具体的，垫片的厚度不等，分别0.1mm、0.2mm、0.25mm、0.5mm规格可选，本实施例中，为了保证强度、耐蚀性，垫片为含镍不锈钢垫片。
为便于与可调集成式持环2的插装，由图4中所示，于叶根113的两侧沿其中心线对称开设有矩形插槽1134，于持环本体上设有内孔T型槽，通过沿叶根113的中心线对称开设于其两侧的矩形插槽1134的设置，能够使矩形插槽1134与内孔T型槽插装，而保证装配方便，以及装配的质量，本实施例中，为保证叶根113的装配强度，两个矩形插槽1134的间距与叶根槽1132的宽度相等。
本实施例中，为便于装配，由图4中所示，于各矩形插槽1134的高度方向上，各矩形插槽1134的开设面呈弧面设置，即沿静叶片11的高度方向，于矩形插槽1134上、下面的叶根113上分别设置有弧形面。
由图10中所示，叶型111由RON1～RON2曲线段、RON2～RON3曲线段、RON3～RON4曲线段、RON4～RON5曲线段、RON5～RON6曲线段、RON6～RON1曲线段依次圆滑过渡而成，通过将叶型111设置成前述六段曲线段依次圆滑过渡而成，改进了现有的离散点的叶型111，而提高了工作效率，且能够使静叶片11的加工工艺得到简化，而降低了静叶片11的加工成本。
本实施例中，由图10中所示，RON6～RON1曲线段的上顶端设置有叶型111的出汽边1111，RON3～RON4曲线段的下顶端设置有叶型111的进汽边1112，进汽边1112和出汽边1111的两侧间分别围构有叶型111的吸力面1113和叶型111的压力面1114，而实现汽轮机的高效率。
为满足蒸汽加速后膨胀并产生压降，进而实现热能向动能的转变，本实施例中，由图3中所示，进汽边1112肥厚，出汽边1111纤薄，而使汽轮机的蒸汽由进汽边1112到出汽边1111呈渐缩状。本实施例中，由图9中所示，叶型111涉及有前缘厚LT1及尾缘厚TT1，前缘厚LT1指前缘直径，即在构成叶型111通道的横截面上，内弧(压力面1114)数据点构成的曲线段与背弧(吸力面1113)数据点构成的曲线段在进汽端位置(前缘位置)相切的圆形直径尺寸；尾缘厚TT1指尾缘直径，即在构成叶型111通道的横截面上，内弧(压力面1114)数据点构成的曲线段与背弧(吸力面1113)数据点构成的曲线段在出汽端位置(尾缘位置)相切的圆形直径尺寸，具体的，各叶型111的前缘厚LT1为0.8mm～1mm可选，各叶型111的尾缘厚TT1为0.15～0.19mm可选。
由图4中所示，于各叶型111的高度方向上形成有静叶高H1，各级静叶片单元1的静叶高H1为21.6mm～33.8mm，于汽轮机上设有与各静叶片11适配的动叶片，各动叶片均形成有动叶高，各静叶高H1均低于适配位置的动叶高2mm，而便于使气流充满整个叶片流道。
本实施例中，由图1中所示，静叶片单元1为十四级，内腔21的直径较小一端为高压进汽端，十四级静叶片单元1中的第一级静叶片单元靠近高压进汽端设置，各级静叶片单元布置的静叶片11数量为104～126片。
具体的，由图3结合图8及图9中所示，各静叶片11的叶宽W1为11.2mm～14.96mm，弦长C1为16mm或20mm，静叶片安装角GM1为450～490，叶根113插装于可调集成式持环2内时，围带112相对叶根113围绕静叶片安装角GM1产生预扭。于各静叶片11上分别形成有节圆直径ΦD，各节圆直径ΦD处于各静叶高H1的中部位置，在各节圆直径ΦD的截面上，相邻的静叶片11之间于出汽侧间设有喉部宽度O和叶片节距Tn，喉部宽度O为3.83mm～5.31mm，叶片节距Tn为13.97mm～17.33mm，各静叶片11的相对节距t-为0.85mm～0.9mm。
由图1中所示，节圆直径ΦD连接的各级静叶片11的连接线呈喇叭状锥度散射，本实施例中，圆锥角优选为6°，以满足蒸汽在动、静叶片11通流间膨胀做功并产生压力降。
其中，叶宽W1是叶型111的进汽边1112与出汽边1111额线之间的垂直距离，弦长C1是叶型111在弦线上的投影长度，喉部宽度O是叶栅中相邻两静叶片11间通道的最小宽度，叶片节距Tn是叶栅中相邻两静叶片11上对应点之间的距离，相对节距t-为叶片节距Tn与弦长C1之比，本实施例中，叶宽W1和弦长C1决定叶型111的大小，喉部宽度O和叶片节距Tn用于检验静叶片11安装完毕后的配合间隙，相对节距t-的数值用于把控叶片自身的强度的同时，避免叶片材料加工的浪费。
本实施例中，静叶高H1、叶宽W1、弦长C1、喉部宽度O、叶片节距Tn、相对节距t-、静叶片安装角GM1、前缘厚LT1、尾缘厚TT1以及各级静叶片单元中静叶片11数量的最优选为下表所示：
由图5结合图6中所示，为利于蒸汽气流由汽轮机的动叶片流入静叶片11，减少气流向围带112、叶根113两端扩散的趋向，进而减少气流于围带112、叶根113两端的漏气量，本实施例中，于叶型111高度方向的进汽边1112上设置有进汽圆弧1115。
在静叶片11效率下降受限的前提下，为使静叶片11的加工工艺得到简化，本实施例中，叶型111的型面为等截面直叶片型面，即叶型111的断面型线和面积沿静叶高H1是相同的，而使加工方便，制造成本低，且利于叶型111的通用性。
由图4中所示，围带112上开设有相邻的高叶顶1123和低叶顶1124，以与汽轮机的转子阻汽片间形成通流径向间隙，通过设置相邻的高叶顶1123和低叶顶1124，可以与汽轮机的转子上的相同位置安装的阻汽片间形成较佳的通流径向间隙，而通过通流软件模拟以及实际使用效果比对，围带112上开设有相邻的高叶顶1123和低叶顶1124比现有技术中的平叶顶的汽封效果好，本实施例中，通流径向间隙为0.5mm。
以上所述仅为本发明较佳实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，安装于汽轮机内，其特征在于：于所述汽轮机内安装有可调集成式持环，所述可调集成式持环内设有由一端向另一端径向渐大的内腔，所述安装紧配的汽轮机用静叶片组包括轴向插装于所述内腔中的多级静叶片单元，各级所述静叶片单元均布置有多个静叶片，各所述静叶片均包括叶型以及分别成型于所述叶型两端的围带和叶根，所述围带上形成围带背面，所述叶根上形成有叶根背面，所述围带背面与所述叶根背面间非同一平面设置，各级所述静叶片单元的各所述静叶片整圈组对时，相邻的所述叶根背面的接触间隙为零，相邻的所述围带背面间过盈配合；
各所述静叶片的叶宽为11.2mm～14.96mm，弦长为16mm或20mm，静叶片安装角为450～490，所述叶根插装于所述可调集成式持环内时，所述围带相对所述叶根围绕所述静叶片安装角产生预扭；
所述围带上开设有相邻的高叶顶和低叶顶，以与所述汽轮机的转子阻汽片间形成通流径向间隙。
2.根据权利要求1所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：于所述叶根的底部开设有叶根槽，于所述可调集成式持环内开设有供所述叶根的底部插装的插装槽，所述叶根槽和所述插装槽的槽底间设有安装间隙。
3.根据权利要求2所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：于所述安装间隙内过盈填充有垫片，所述垫片为含镍不锈钢垫片。
4.根据权利要求2所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：所述叶型由RON1～RON2曲线段、RON2～RON3曲线段、RON3～RON4曲线段、RON4～RON5曲线段、RON5～RON6曲线段、RON6～RON1曲线段依次圆滑过渡而成，所述RON6～RON1曲线段的上顶端设置有所述叶型的出汽边，所述RON3～RON4曲线段的下顶端设置有所述叶型的进汽边，所述进汽边和所述出汽边的两侧间分别围构有所述叶型的吸力面和所述叶型的压力面。
5.根据权利要求4所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：所述进汽边肥厚，所述出汽边纤薄，而使汽轮机的蒸汽由进汽边到出汽边呈渐缩状，各所述叶型的前缘厚为0.8mm～1mm，各所述叶型的尾缘厚为0.15～0.19mm。
6.根据权利要求4所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：于各所述叶型的高度方向上形成有静叶高，各级所述静叶片单元的静叶高为21.6mm～33.8mm，于所述汽轮机上设有与各静叶片适配的动叶片，各所述动叶片均形成有动叶高，各静叶高均低于适配位置的动叶高2mm。
7.根据权利要求6所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：所述静叶片单元为十四级，所述内腔的直径较小一端为高压进汽端，十四级静叶片单元中的第一级静叶片单元靠近所述高压进汽端设置，各级所述静叶片单元布置的静叶片数量为104～126片。
8.根据权利要求7所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：于各所述静叶片上分别形成有节圆直径，各所述节圆直径处于各所述静叶高的中部位置，在各所述节圆直径的截面上，相邻的所述静叶片之间于所述出汽侧间设有喉部宽度和叶片节距，所述喉部宽度为3.83mm～5.31mm，所述叶片节距为13.97mm～17.33mm。
9.根据权利要求8所述的一种安装紧配的汽轮机用静叶片组，其特征在于：各所述静叶片的相对节距为0.85mm～0.9mm。
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