CN115929411A - 一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片 - Google Patents

Abstract

本发明包括整圈均匀布置的静叶片和整圈均匀布置的动叶片，其中静叶片包括叶身，动叶片是由叶身、叶根、围带和两个凸台拉筋模锻成型的一体，静叶片与动叶片保持一定的轴向间隙依次布置构成末级叶片。从静叶片的叶身、动叶片的叶身、相邻动叶片的围带间配合面、相邻动叶片的凸台拉筋间配合面、静叶片和动叶片的级间轴向距离配合等几何结构方面优化设计，有效的减小末级损失，提高末级效率同时满足静强度要求和降低动应力，减少机组在变背压情况下发生振动、颤振的风险。本发明可用于35KPa宽幅变背压(5kPa～40kPa)、最大排汽流量270t/h供暖发电汽轮机组，有效解决35kPa宽幅变背压供暖发电汽轮机组在冬季40kPa高背压和夏季5kPa低背压工况下运行的经济和安全稳定问题。

Description

一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片

技术领域

本发明涉及供暖发电汽轮机技术领域，尤其是涉及一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片。

背景技术

随着我国自主研发能力的提高，当前汽轮机行业的一大趋势是量身定制满足客户需求的汽轮机产品，其需求越来复杂，叶片工作条件越来越恶劣，从而对叶片的气动和强度要求越来越高。在北方地区对供暖发电机组的需求较高，其供暖发电汽轮机在夏季和冬季有两种不同需求：夏季多发电、冬季多供暖，常年运行过程中需要在冬季低真空供暖发电和夏季低背压发电的工况之间切换，大幅度变工况运行使得机组效率波动幅度大，末级叶片工作条件十分恶劣，特别在过高背压和过小容积流量下，末级叶片做负功，消耗功率，机组效率急剧降低，更是非常容易引起机组的强烈振动和疲劳损伤，危及运行安全。为了解决这些问题，第一种方法就是一些大机组采用双背压双转子互换，即：机组冬季高背压供暖期间使用级数相对较少的转子；非供暖期换回级数相对较多的转子，恢复原纯凝低背压工况运行。第二种方法就是降低供暖期间的背压或者抽取部分蒸汽直接供暖。采用第一种方法虽然解决了安全供暖的问题，但每年需例行更换转子两次，投资偏大。采用第二种方法会影响供暖效果，供暖的蒸汽品位不够或者流量达不到需求。综上所述宽幅变背压供暖发电汽轮机组需要既能满足一定通流能力，又能保证冬季和夏季不同工况通用的高效率长寿命的末级叶片。对于35kPa宽幅变背压(5kPa～40kPa)、最大排汽流量270t/h供暖发电汽轮机组，尤其需要一种特殊设计的排气面积2.8m²等级的末级叶片。

发明内容

本发明的目的是为了解决宽幅变背压供暖发电汽轮机组在冬季高背压和夏季低背压工况下运行的经济和安全稳定问题，进而提供一种排气面积2.8m²等级的末级叶片，尤其适用于35kPa宽幅变背压(5kPa～40kPa)、最大排汽流量270t/h供暖发电汽轮机组。

本发明的技术方案是：一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，包括整圈均匀布置的静叶片、整圈均匀布置的动叶片，静叶片和动叶片依次轴向布置，静叶片包括叶身，动叶片包括叶身、叶根、围带和两个凸台拉筋，叶身的底部与叶根固定连接，叶身的顶部与围带固定连接，两个凸台拉筋分别分布在叶身的腹面和背面且其主轴共线。静叶片的叶身和动叶片叶身均为变截面扭叶片，静叶片的叶身和动叶片叶身沿自身叶高方向具有一定的扭曲规律，使得自身相邻两个截面之间有相对的扭转，静叶片的叶身的截面面积由根部向顶部逐渐增大，动叶片叶身的截面面积由根部向顶部逐渐减小。动叶片叶身的叶顶为带自锁型摩擦阻尼围带，动叶片叶身中间的凸台拉筋带自锁型摩擦阻尼，安装时相邻动叶片间的围带不接触，留间隙，相邻动叶片间的凸台不接触，留间隙，运行时动叶片叶身扭转恢复使得相邻动叶片间的围带接触、拉筋接触，使得动叶片形成整圈连接。

进一步地，所述的末级叶片包括76只静叶片和66只动叶片。静叶片叶身的出汽边工作高度H1为465mm，出汽边叶身底部直径Φ1为1335mm；动叶片叶身的出汽边工作高度H2为502mm，出汽边叶身底部直径Φ2为1335mm，静叶片叶身和动叶片叶身保持辐射线间的轴向距离t为157.2mm，顺着汽流方向轴向依次布置静叶片和动叶片形成末级。76只静叶片叶身固定在隔板上形成整圈连接，66只动叶片通过锥销与主轴上的末级叶轮连接，运动时通过相邻动叶片间的围带间接触、拉筋间接触，使得动叶片形成整圈连接。

进一步地，所述的静叶片与相邻静叶片之间的栅距P由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为55.16mm≤P≤93.69mm；静叶片叶身的弦长C由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为85.12mm≤C≤131.77mm；静叶片叶身的轴向宽度B由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为54.25mm≤B≤91.87mm；静叶片叶身的安装角α_g由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为39.6°≤α_g≤44.2°；静叶片叶身的进口几何角α₁由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为81.8°≤α₁≤84.8°；静叶片叶身的进口几何角α₂由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为20.0°≤α₂≤24.0°；静叶片叶身的头缘半径R1由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为2.79mm≤R1≤4.13mm；静叶片叶身的尾缘半径R2由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为0.24mm≤R2≤0.35mm；静叶片叶身的最大厚度t_max由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为15.0mm≤t_max≤26.59mm；静叶片叶身为变截面弯扭叶片，静叶片叶身的各截面沿着叶高方向辐射线以尾缘圆心积叠，然后静叶片叶身的各截面沿着轴向和周向弯曲，静叶片叶身的截面轴向偏移距离dx由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为0≤dx≤31.23mm，静叶片叶身的截面周向偏移距离dy由静叶片叶身的根部至静叶片叶身的顶部的变化范围为0≤dx≤52.78mm；静叶片叶身的各截面光滑过渡。

进一步地，所述的静叶片叶身的截面高度与静叶片叶身出汽边工作高度H1之比分别为0、0.167、0.333、0.5、0.667、0.833、1，所对应的静叶片叶身弦长C依次分别为85.12mm、92.97mm、100.7mm、107.91mm、115.8mm、123.63mm、131.77mm，所对应的静叶片叶身轴向宽度B依次分别为54.25mm、60.50mm、66.73mm、71.92mm、78.23mm、84.63mm、91.87mm，所对应的静叶片叶身安装角α_g依次分别为39.6°、40.6°、41.5°、41.8°、42.5°、43.2°、44.2°，所对应的静叶片叶身进口几何角α₁依次分别为84.8°、81.8°、81.9°、82.3°、83.5°、81.8°、84.7°，所对应的静叶片叶身出口几何角α₂依次分别为24.0°、23.4°、22.5°、21.8°、21.3°、20.8°、20.0°，所对应的静叶片叶身头缘半径R1依次分别为2.79mm、3.03mm、3.21mm、3.43mm、3.65mm、3.85mm、4.13mm，所对应的静叶片叶身尾缘半径R2依次分别为0.24mm、0.25mm、0.26mm、0.28mm、0.31mm、0.32mm、0.35mm，所对应的静叶片叶身最大厚度t_max依次分别为15.00mm、19.36mm、20.74mm、22.17mm、24.07mm、25.23mm、26.59mm。所对应的静叶片叶身轴向偏移距离dx依次分别为0mm、5.44mm、10.74mm、16mm、21.24mm、26.17mm、31.23mm。所对应的静叶片叶身周向偏移距离dy依次分别为0mm、15.39mm、29.83mm、38.82mm、43.36mm、47.66mm、52.78mm。

进一步地，所述的动叶片与相邻动叶片之间的栅距P由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为63.6mm≤P≤111.3mm；动叶片的外形总长度L为640mm，所述动叶片叶身出汽边工作高度H2为502mm，围带的厚度H3为20mm，凸台拉筋中心所在的动叶片叶身高度H4为282.5mm处。动叶片叶身的弦长C由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为176.2mm≥C≥158.1mm；动叶片叶身的轴向宽度B由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为173.4mm≥B≥87.8mm；动叶片叶身的安装角α_g由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为12.9°≤α_g≤57°；动叶片叶身的进口几何角α₁由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为52.3°≤α₁≤133.2°；动叶片叶身的进口几何角α₂由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为42.2°≥α₂≥25.2°；动叶片叶身的头缘半径R1由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为2.92mm≥R1≥1.88mm；动叶片叶身的尾缘半径R2由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为2.90mm≥R1≥1.27mm；动叶片叶身的最大厚度t_max由动叶片叶身的根部至动叶片叶身的顶部的变化范围为21.9mm≥t_max≥8.7mm；动叶片叶身为变截面弯扭叶片，动叶片叶身的各截面沿着叶高方向辐射线以中心积叠，各截面光滑过渡生成动叶片叶身。

进一步地，所述的动叶片叶身的截面高度与动叶片叶身出汽边工作高度H1之比分别为0、0.167、0.333、0.5、0.667、0.833、1，所对应的动叶片叶身弦长C依次分别为176.2mm、176.6mm、176.3mm、173.8mm、170.8mm，165.8mm、158.1mm，所对应的动叶片叶身轴向宽度B依次分别为173.4mm、163.6mm、152.8mm、139.6mm、125.1mm、106.1mm、87.8mm，所对应的动叶片叶身安装角α_g依次分别为12.9°、22.2°、29.9°、36.6°、42.9°、50.2°、57°，所对应的动叶片叶身进口几何角α₁依次分别为52.3°、62.5°、69.5°、80.2°、99.5°、116.9°、133.2°，所对应的动叶片叶身出口几何角α₂依次分别为42.2°、39.5°、36.5°、31.1°、30.7°、28.5°、25.2°，所对应的动叶片叶身头缘半径R1依次分别为2.92mm、2.63mm、2.41mm、2.25mm、2.12mm、2.00mm、1.88mm，所对应的动叶片叶身尾缘半径R2依次分别为2.90mm、2.34mm、1.98mm、1.95mm、1.70mm、1.47mm、1.27mm，所对应的动叶片叶身最大厚度t_max依次分别为21.9mm、17.1mm、14.3mm、12.0mm、10.5mm、9.8mm、8.7mm。

进一步地，所述的叶根为叉型叶根，叶根的叉数为5叉，叶根的轴向宽度为181mm，叶根的高度为117.5mm。

进一步地，所述的围带为带自锁型摩擦阻尼围带，围带的厚度为20mm，围带的轴向宽度为89.24mm，重量为1.115kg，围带的中心与叶身中心沿叶高方向辐射线重合，减小动叶片的离心力应力。动叶片在安装于叶轮上时，相邻叶片的围带之间具有0～0.1mm的间隙，在运行时由于离心力的作用时动叶片叶身扭转恢复，使得相邻动叶片的围带接触，围带接触面积最大为617mm²。

进一步地，所述的两个凸台拉筋为带自锁型摩擦阻尼凸台，凸台拉筋中心距离动叶片叶身根部的距离H4为282.5mm，凸台拉筋的外侧端面为椭圆形，凸台拉筋的椭圆长轴为40mm，凸台拉筋的椭圆短轴为20mm，凸台拉筋的外侧端面的椭圆长轴与叶身的轴向的夹角为25°，凸台拉筋外侧端面的椭圆长轴与动叶片叶身的周向的夹角为9°，动叶片叶身的腹面侧凸台拉筋端面的椭圆中心点距离叶身的轴向中心线的距离为37mm，动叶片叶身的背面侧凸台拉筋端部的椭圆中心点距离动叶片叶身的轴向中心线的距离为53.44mm，两个凸台拉筋一体的中心与动叶片叶身中心辐射线重合，减小动叶片的离心力应力。动叶片在安装于叶轮上时，相邻动叶片的凸台拉筋之间具有0～0.05mm的间隙，在运行时由于离心力的作用时叶身扭转恢复，使得相邻动叶片的凸台拉筋接触。

进一步地，所述的动叶片叶身、叶根、围带和两个凸台拉筋的模锻成型一体。

本发明与现有技术相比包含的有益技术效果是：

1、本发明的末级叶片以全三维非定常设计，注意级间轴向间隙的匹配问题，改善静-动流场相互作用，末级具有更优良的气动性能。静叶片和动叶片都是以气动、热力计算为基础的弯扭联合成型叶片，静叶片各截面沿叶高方向辐射线以尾缘中心积叠方式并通过轴向和轴向偏移形成扭弯长叶片，与沿叶高方向辐射线以中心积叠方式形成的扭曲长动叶片配合。静叶片和动叶片按照辐射线间的轴向距离t为157.2mm依次布置，上述的整体设计使末级级间的轴向间隙沿叶高方向较均匀处于70.2+-24..56mm范围内。经过非定常数值三维流场分析得出，轴向间隙能影响静-动的尾迹相互作用和势流相互作用，从而级效率发生变化。级轴向间隙最佳值沿叶高方向并不是线性变化的，每一个沿叶高方向的截面流场都有一个效率最高的最佳轴向间隙值。本发明的上述末级沿叶高方向不同高度的轴向间隙均处于最佳轴向间隙附近，比级轴向间隙沿叶高增大的传统设计的级效率提高2％左右，提高机组的效率。

2、本发明采用流场和结构强度循环迭代的优化，兼顾气动效率和强度安全性。夏季低背压时，末级气流弯应力大，反复调整末级动叶片的叶身每个截面的面积和抗弯截面系数使整体气流弯应力在排汽压力、流量分别为5kPa、270t/h工况控制在15MPa以内、离心拉应力控制在250MPa以内，以确保末级动叶片在夏季低背压运行的强度和振动均在安全范围内。

3、本发明采用末级多焓降和末级静叶片正弯设计，损失最少的夏季低背压工况效率的情况下保证在冬季高背压40kPa、流量160t/h供暖恶劣运行时末级动叶片做正功，避免末级容积流量大幅度降低造成末级动叶片动应力增大、不稳定振动甚至疲劳破坏的危险。通过调整末级静叶片和动叶片的气流角，同时静叶片沿叶高方向的各个截面自叶腹面向叶背面方向进行不同位移的偏移形成弯扭长叶片，减小径向压力梯度，提高动叶片的底部反动度，提高级效率，将在设计工况(背压20kPa、230t/h)的最佳效率点的等熵焓降从116kJ/kg增加到148kJ/kg，效率降低了0.7％，但在冬季高背压40kPa、流量160t/h供暖恶劣工况运行时末级动叶片做正功，末级动叶片底部反动度由原来最佳效率设计点的-0.11提高到0.06。

4、本发明采用带自锁型摩擦阻尼凸台拉筋和带自锁型摩擦阻尼围带合理形状、结构和公差配合，提高叶片刚度，增加阻尼，降低末级动叶片的振动响应以及因为汽流激励而产生的振动，降低末级长叶片在高背压供暖运行时的动应力和对颤振的敏感性，并且围带结构最大限度的减少叶顶漏气损失，提高机组安全稳定性的同时提高效率。

5、本发明的2.8m²等级的末级叶片应用于35kPa宽幅变背压供暖发电汽轮机组，可以满足70MW装机容量以下容量等级汽轮机组的需要，兼顾在低背压纯凝发电工况时高效率的经济性和高背压供暖发电工况时降低末级发生震颤和疲劳损耗风险的安全性要求，增大了市场竞争优势。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是叶身1和叶身2横截面示意图；

图3是围带4的结构及相邻动叶片围带4之间配合的示意图；

图4是相邻动叶片凸台拉筋5之间配合的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明：

结合图1至图4，本实施方式所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，包括整圈的静叶片和整圈的动叶片，静叶片和动叶片依次轴向布置，静叶片包含叶身1，动叶片包含叶身2、叶根3、围带4和两个凸台拉筋5，叶身2的底部与叶根3固定连接，叶身2的顶部与围带4固定连接，两个凸台拉筋5分别分布在叶身的腹面和背面且其主轴共线。叶身1和叶身2为变截面扭叶片，叶身1和叶身2沿自身叶高方向具有一定的扭曲规律，使得自身相邻两个截面之间有相对的扭转，叶身1的截面面积由根部向顶部逐渐增大，叶身2的截面面积由根部向顶部逐渐减小。叶身2的叶顶为带自锁型摩擦阻尼围带4，叶身2中间的凸台拉筋5带自锁型摩擦阻尼，安装时相邻动叶片间的围带不接触，留间隙，相邻动叶片间的凸台不接触，留间隙，运行时叶身2扭转恢复使得相邻动叶片间的围带接触、拉筋接触，使得动叶片形成整圈连接。从而使叶身兼顾叶片的良好气动性能和强度要求。

结合图1至图4所示，本实施方式所述35kPa宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片包括76只静叶片和66只动叶片。叶身1的出汽边工作高度H1为465mm，出汽边叶身1底部直径Φ1为1335mm；叶身2的出汽边工作高度H2为502mm，出汽边叶身2底部直径Φ2为1335mm，叶身1和叶身2保持辐射线间的轴向距离t为157.2mm，顺着汽流方向依次布置静叶片和动叶片形成末级。76只叶身1固定在隔板上形成整圈连接，66只动叶片通过锥销与主轴上的末级叶轮连接，运动时通过相邻动叶片间的围带间接触、拉筋间接触，使得动叶片形成整圈连接。其他组成和连接方式与具体实施方式一相同。

采用上述结构参数，在保证末级满足流体动力学设计要求的同时，还可以使末级的静叶和动叶容易布置。

结合图1至图2所示，本实施方式所述静叶片与相邻静叶片之间的栅距P由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为55.16mm≤P≤93.69mm；叶身1的弦长C由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为85.12mm≤C≤131.77mm；叶身1的轴向宽度B由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为54.25mm≤B≤91.87mm；叶身1的安装角α_g由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为39.6°≤α_g≤44.2°；叶身1的进口几何角α₁由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为81.8°≤α₁≤84.8°；叶身1的进口几何角α₂由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为20.0°≤α₂≤24.0°；叶身1的头缘半径R1由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为2.79mm≤R1≤4.13mm；叶身1的尾缘半径R2由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为0.24mm≤R2≤0.35mm；叶身1的最大厚度t_max由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为15.0mm≤t_max≤26.59mm；叶身1为变截面弯扭叶片，叶身1的各截面沿着叶高方向辐射线以尾缘圆心积叠，然后叶身1的各截面沿着轴向和周向弯曲，叶身1的截面轴向偏移距离dx由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为0≤dx≤31.23mm，叶身1的截面周向偏移距离dy由叶身1的根部至叶身1的顶部的变化范围为0≤dx≤52.78mm；叶身1的各截面沿叶高方向光滑过渡生成叶身1。采用上述结构参数，在保证静叶片的外形结构尺寸满足设计要求的同时，还可以使静叶片容易装配。

优选地，结合图2所示，本实施方式所述叶身1的截面高度与叶身1出汽边工作高度H1之比分别为0、0.167、0.333、0.5、0.667、0.833、1，所对应的叶身1弦长C依次分别为85.12mm、92.97mm、100.7mm、107.91mm、115.8mm、123.63mm、131.77mm，所对应的叶身1轴向宽度B依次分别为54.25mm、60.50mm、66.73mm、71.92mm、78.23mm、84.63mm、91.87mm，所对应的叶身1安装角α_g依次分别为39.6°、40.6°、41.5°、41.8°、42.5°、43.2°、44.2°，所对应的叶身1进口几何角α₁依次分别为84.8°、81.8°、81.9°、82.3°、83.5°、81.8°、84.7°，所对应的叶身1出口几何角α₂依次分别为24.0°、23.4°、22.5°、21.8°、21.3°、20.8°、20.0°，所对应的叶身1头缘半径R1依次分别为2.79mm、3.03mm、3.21mm、3.43mm、3.65mm、3.85mm、4.13mm，所对应的叶身1尾缘半径R2依次分别为0.24mm、0.25mm、0.26mm、0.28mm、0.31mm、0.32mm、0.35mm，所对应的叶身1最大厚度t_max依次分别为15.00mm、19.36mm、20.74mm、22.17mm、24.07mm、25.23mm、26.59mm。所对应的叶身1轴向偏移距离dx依次分别为0mm、5.44mm、10.74mm、16mm、21.24mm、26.17mm、31.23mm。所对应的叶身1周向偏移距离dy依次分别为0mm、15.39mm、29.83mm、38.82mm、43.36mm、47.66mm、52.78mm。其他组成和连接方式与具体实施方式三相同。采用上述结构参数，在保证静叶片的外形结构尺寸满足热力气动设计要求的同时，还可以使动叶片在恶劣工况下动应力降低从而满足叶片的强度振动疲劳满足设计规范要求。

优选地，结合图1所示，本实施方式所述叶身2、叶根3、围带4和两个凸台拉筋5的模锻成型一体。

结合图1至图2所示，本实施方式所述动叶片与相邻动叶片之间的栅距P由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为63.6mm≤P≤111.3mm；动叶片的外形总长度L为640mm，所述叶身2出汽边工作高度H2为502mm，围带的厚度H3为20mm，凸台拉筋中心所在的叶身高度H4为282.5mm处。叶身2的弦长C由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为176.2mm≥C≥158.1mm；叶身2的轴向宽度B由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为173.4mm≥B≥87.8mm；叶身2的安装角α_g由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为12.9°≤α_g≤57°；叶身2的进口几何角α₁由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为52.3°≤α₁≤133.2°；叶身2的进口几何角α₂由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为42.2°≥α₂≥25.2°；叶身2的头缘半径R1由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为2.92mm≥R1≥1.88mm；叶身2的尾缘半径R2由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为2.90mm≥R1≥1.27mm；叶身2的最大厚度t_max由叶身2的根部至叶身2的顶部的变化范围为21.9mm≥t_max≥8.7mm；叶身2为变截面弯扭叶片，叶身2的各截面沿着叶高方向辐射线以中心积叠，各截面沿叶高方向光滑过渡生成叶身2。采用上述结构参数，在保证动叶片的外形结构尺寸满足设计要求的同时，还可以使动叶片容易装配。

优选地，结合图2所示，本实施方式所述叶身2的截面高度与叶身2出汽边工作高度H1之比分别为0、0.167、0.333、0.5、0.667、0.833、1，所对应的叶身2弦长C依次分别为176.2mm、176.6mm、176.3mm、173.8mm、170.8mm，165.8mm、158.1mm，所对应的叶身2轴向宽度B依次分别为173.4mm、163.6mm、152.8mm、139.6mm、125.1mm、106.1mm、87.8mm，所对应的叶身2安装角α_g依次分别为12.9°、22.2°、29.9°、36.6°、42.9°、50.2°、57°，所对应的叶身2进口几何角α₁依次分别为52.3°、62.5°、69.5°、80.2°、99.5°、116.9°、133.2°，所对应的叶身2出口几何角α₂依次分别为42.2°、39.5°、36.5°、31.1°、30.7°、28.5°、25.2°，所对应的叶身2头缘半径R1依次分别为2.92mm、2.63mm、2.41mm、2.25mm、2.12mm、2.00mm、1.88mm，所对应的叶身2尾缘半径R2依次分别为2.90mm、2.34mm、1.98mm、1.95mm、1.70mm、1.47mm、1.27mm，所对应的叶身2最大厚度t_max依次分别为21.9mm、17.1mm、14.3mm、12.0mm、10.5mm、9.8mm、8.7mm。采用上述结构参数，在保证动叶片的外形结构尺寸满足热力气动设计要求的同时，还可以使动叶片在恶劣工况下动应力降低从而满足叶片的强度振动疲劳满足设计规范要求。

优选地，结合图1所示，本实施方式所述叶根3为叉型叶根，叶根3的叉数为5叉，叶根3的轴向宽度为181mm，叶根3的高度为117.5mm。采用上述结构参数，在保证动叶片的强度设计要求的同时，还可以使动叶片装配更方便。

优选地，结合图3所示，本实施方式所述围带4为带自锁型摩擦阻尼围带，围带4的厚度为20mm，围带4的轴向宽度为89.24mm，重量为1.115kg，围带4的中心与叶身中心辐射线重合，减小动叶片的离心力应力。动叶片在安装于叶轮上时，相邻叶片的围带4之间具有0～0.1mm的间隙，在运行时由于离心力的作用时叶身2扭转恢复，使得相邻叶片的围带4接触，围带4接触面积最大为617mm²。

优选地，结合图4所示，本实施方式所述两个凸台拉筋5为带自锁型摩擦阻尼凸台，凸台拉筋中心距离叶身2根部的距离H4为282.5mm，凸台拉筋5的外侧端面为椭圆形，凸台拉筋5的椭圆长轴为40mm，凸台拉筋5的椭圆短轴为20mm，凸台拉筋5的外侧端面的椭圆长轴与叶身2的轴向的夹角为25°，凸台拉筋5外侧端面的椭圆长轴与叶身2的周向的夹角为9°，叶身2的腹面侧凸台拉筋端面的椭圆中心点距离叶身2的轴向中心线的距离为37mm，叶身2的背面侧凸台拉筋端部的椭圆中心点距离叶身2的轴向中心线的距离为53.44mm，两个凸台拉筋5的中心与叶身中心辐射线重合，减小动叶片的离心力应力。动叶片在安装于叶轮上时，相邻叶片的凸台拉筋5之间具有0～0.05mm的间隙，在运行时由于离心力的作用时叶身2扭转恢复，使得相邻叶片的凸台拉筋5接触。其他组成和连接方式与具体实施方式一相同。采用上述结构参数的围带和凸台拉筋，使动叶片在扭转恢复力作用下，相邻叶片贴紧提高叶片刚度，运行稳定、安全、可靠。

以上仅是本发明的具体实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：包括整圈均匀布置的静叶片、整圈均匀布置的动叶片，所述静叶片和动叶片依次轴向布置，所述的静叶片包括叶身(1)，所述的动叶片包括叶身(2)、叶根(3)、围带(4)和两个凸台拉筋(5)，动叶片的叶身(2)的底部与叶根(3)固定连接，动叶片的叶身(2)的顶部与围带(4)固定连接，两个凸台拉筋(5)分别分布在叶身的腹面和背面且其主轴共线，所述静叶片和动叶片的叶身(1)和叶身(2)均为变截面扭叶片，所述静叶片和动叶片的叶身(1)和叶身(2)沿自身叶高方向具有一定的扭曲规律，使得自身相邻两个截面之间有相对的扭转，静叶片叶身(1)的截面面积由根部向顶部逐渐增大，动叶片叶身(2)的截面面积由根部向顶部逐渐减小，动叶片叶身(2)的叶顶为带自锁型摩擦阻尼围带(4)，动叶片叶身(2)中间的凸台拉筋(5)带自锁型摩擦阻尼，安装时相邻动叶片间的围带(4)不接触，留间隙，相邻动叶片间的凸台(5)不接触，留间隙，运行时动叶片叶身(2)扭转恢复使得相邻动叶片间的围带接触、拉筋接触，动叶片形成整圈连接。

2.根据权利要求1所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的末级叶片包括76只静叶片和66只动叶片，静叶片叶身(1)的出汽边工作高度H1为465mm，静叶片出汽边叶身(1)底部直径Φ1为1335mm；动叶片叶身(2)的出汽边工作高度H2为502mm，动叶片出汽边叶身(2)底部直径Φ2为1335mm，静叶片叶身(1)和动叶片叶身(2)保持辐射线间的轴向距离t为157.2mm，顺着汽流方向轴向依次布置静叶片和动叶片形成末级，76只静叶片叶身(1)固定在隔板上形成整圈连接，66只动叶片通过锥销与主轴上的末级叶轮连接，运动时通过相邻动叶片间的围带间接触、拉筋间接触，动叶片形成整圈连接。

3.根据权利要求2所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的静叶片与相邻静叶片之间的栅距P由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为55.16mm≤P≤93.69mm；静叶片叶身(1)的弦长C由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为85.12mm≤C≤131.77mm；静叶片叶身(1)的轴向宽度B由静叶片叶身(1)的根部至叶身静叶片(1)的顶部的变化范围为54.25mm≤B≤91.87mm；静叶片叶身(1)的安装角α_g由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为39.6°≤α_g≤44.2°；静叶片叶身(1)的进口几何角α₁由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为81.8°≤α₁≤84.8°；静叶片叶身(1)的进口几何角α₂由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为20.0°≤α₂≤24.0°；静叶片叶身(1)的头缘半径R1由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为2.79mm≤R1≤4.13mm；静叶片叶身(1)的尾缘半径R2由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为0.24mm≤R2≤0.35mm；静叶片叶身(1)的最大厚度t_max由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为15.0mm≤t_max≤26.59mm；静叶片叶身(1)为变截面弯扭叶片，静叶片叶身(1)的各截面沿着叶高方向辐射线以尾缘圆心积叠，然后静叶片叶身(1)的各截面沿着轴向和周向弯曲，静叶片叶身(1)的截面轴向偏移距离dx由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为0≤dx≤31.23mm，静叶片叶身(1)的截面周向偏移距离dy由静叶片叶身(1)的根部至静叶片叶身(1)的顶部的变化范围为0≤dx≤52.78mm；静叶片叶身(1)的各截面沿叶高方向光滑过渡。

4.根据权利要求3所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述静叶片的叶身(1)的截面高度与静叶片叶身(1)出汽边工作高度H1之比分别为0、0.167、0.333、0.5、0.667、0.833、1，所对应的静叶片叶身(1)弦长C依次分别为85.12mm、92.97mm、100.7mm、107.91mm、115.8mm、123.63mm、131.77mm，所对应的静叶片叶身(1)轴向宽度B依次分别为54.25mm、60.50mm、66.73mm、71.92mm、78.23mm、84.63mm、91.87mm，所对应的静叶片叶身(1)安装角α_g依次分别为39.6°、40.6°、41.5°、41.8°、42.5°、43.2°、44.2°，所对应的静叶片叶身(1)进口几何角α₁依次分别为84.8°、81.8°、81.9°、82.3°、83.5°、81.8°、84.7°，所对应的静叶片叶身(1)出口几何角α₂依次分别为24.0°、23.4°、22.5°、21.8°、21.3°、20.8°、20.0°，所对应的静叶片叶身(1)头缘半径R1依次分别为2.79mm、3.03mm、3.21mm、3.43mm、3.65mm、3.85mm、4.13mm，所对应的静叶片叶身(1)尾缘半径R2依次分别为0.24mm、0.25mm、0.26mm、0.28mm、0.31mm、0.32mm、0.35mm，所对应的静叶片叶身(1)最大厚度t_max依次分别为15.00mm、19.36mm、20.74mm、22.17mm、24.07mm、25.23mm、26.59mm。所对应的静叶片叶身(1)轴向偏移距离dx依次分别为0mm、5.44mm、10.74mm、16mm、21.24mm、26.17mm、31.23mm。所对应的静叶片叶身(1)周向偏移距离dy依次分别为0mm、15.39mm、29.83mm、38.82mm、43.36mm、47.66mm、52.78mm。

5.根据权利要求4所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的动叶片与相邻动叶片之间的栅距P由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为63.6mm≤P≤111.3mm；动叶片的外形总长度L为640mm，所述动叶片叶身(2)出汽边工作高度H2为502mm，围带的厚度H3为20mm，凸台拉筋中心所在的叶身高度H4为282.5mm，动叶片叶身(2)的弦长C由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为176.2mm≥C≥158.1mm；动叶片叶身(2)的轴向宽度B由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为173.4mm≥B≥87.8mm；动叶片叶身(2)的安装角α_g由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为12.9°≤α_g≤57°；动叶片叶身(2)的进口几何角α₁由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为52.3°≤α₁≤133.2°；动叶片叶身(2)的进口几何角α₂由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为42.2°≥α₂≥25.2°；动叶片叶身(2)的头缘半径R1由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为2.92mm≥R1≥1.88mm；动叶片叶身(2)的尾缘半径R2由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为2.90mm≥R1≥1.27mm；动叶片叶身(2)的最大厚度t_max由动叶片叶身(2)的根部至动叶片叶身(2)的顶部的变化范围为21.9mm≥t_max≥8.7mm；动叶片叶身(2)为变截面弯扭叶片，动叶片叶身(2)的各截面沿着叶高方向辐射线以中心积叠，各截面沿叶高方向光滑过渡生成动叶片叶身(2)。

6.根据权利要求5所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的动叶片叶身(2)的截面高度与动叶片叶身(2)出汽边工作高度H1之比分别为0、0.167、0.333、0.5、0.667、0.833、1，所对应的动叶片叶身(2)弦长C依次分别为176.2mm、176.6mm、176.3mm、173.8mm、170.8mm，165.8mm、158.1mm，所对应的动叶片叶身(2)轴向宽度B依次分别为173.4mm、163.6mm、152.8mm、139.6mm、125.1mm、106.1mm、87.8mm，所对应的动叶片叶身(2)安装角α_g依次分别为12.9°、22.2°、29.9°、36.6°、42.9°、50.2°、57°，所对应的动叶片叶身(2)进口几何角α₁依次分别为52.3°、62.5°、69.5°、80.2°、99.5°、116.9°、133.2°，所对应的动叶片叶身(2)出口几何角α₂依次分别为42.2°、39.5°、36.5°、31.1°、30.7°、28.5°、25.2°，所对应的动叶片叶身(2)头缘半径R1依次分别为2.92mm、2.63mm、2.41mm、2.25mm、2.12mm、2.00mm、1.88mm，所对应的动叶片叶身(2)尾缘半径R2依次分别为2.90mm、2.34mm、1.98mm、1.95mm、1.70mm、1.47mm、1.27mm，所对应的动叶片叶身(2)最大厚度t_max依次分别为21.9mm、17.1mm、14.3mm、12.0mm、10.5mm、9.8mm、8.7mm。

7.根据权利要求6所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的动叶片叶根(3)为叉型叶根，动叶片叶根(3)的叉数为5叉，动叶片叶根(3)的轴向宽度为181mm，动叶片叶根(3)的高度为117.5mm。

8.根据权利要求7所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的围带(4)为带自锁型摩擦阻尼围带，围带(4)的厚度为20mm，围带(4)的轴向宽度为89.24mm，重量为1.115kg，围带(4)的中心与动叶片叶身(2)中心辐射线重合使动叶片的离心力应力减小，动叶片安装于叶轮上时，相邻动叶片的围带(4)之间具有0～0.1mm的间隙，在运行时由于离心力的作用使叶身(2)扭转恢复，相邻动叶片的围带(4)接触，围带(4)接触面积最大为617mm²。

9.根据权利要求8所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的两个凸台拉筋(5)为带自锁型摩擦阻尼凸台，凸台拉筋中心距离动叶片叶身(2)根部的距离H4为282.5mm，凸台拉筋(5)的外侧端面为椭圆形，凸台拉筋(5)的椭圆长轴为40mm，凸台拉筋(5)的椭圆短轴为20mm，凸台拉筋(5)的外侧端面的椭圆长轴与动叶片叶身(2)的轴向的夹角为25°，凸台拉筋(5)外侧端面的椭圆长轴与动叶片叶身(2)的周向的夹角为9°，动叶片叶身(2)的腹面侧凸台拉筋端面的椭圆中心点距离动叶片叶身(2)的轴向中心线的距离为37mm，动叶片叶身(2)的背面侧凸台拉筋端部的椭圆中心点距离动叶片叶身(2)的轴向中心线的距离为53.44mm，两个凸台拉筋(5)的中心与动叶片叶身中心辐射线重合，减小动叶片的离心力应力，动叶片在安装于叶轮上时，相邻叶片的凸台拉筋(5)之间具有0～0.05mm的间隙，在运行时由于离心力的作用时叶身(2)扭转恢复，使得相邻叶片的凸台拉筋(5)接触。

10.根据权利要求1-9任一项所述一种用于宽幅变背压供暖发电汽轮机组的末级叶片，其特征在于：所述的动叶片叶身(2)、动叶片叶根(3)、围带(4)和两个凸台拉筋(5)的模锻成型一体。

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