CN116557078A - 一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片 - Google Patents

Abstract

一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，属于汽轮机技术领域。其包括叶片工作部分、叶根、围带和拉筋，叶片工作部分、叶根、围带和拉筋由上至下一体加工成型，叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，即相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分从根部至顶部的截面面积逐渐减小，叶片工作部分的高度L为680mm，叶片工作部分的根部轴向宽度V为231.23mm，叶片工作部分的根部直径为φ1400mm，叶片工作部分的排汽面积4.44m²，叶根为三齿型枞树形叶根，叶根的轴向宽度W为311.08mm。解决叶片刚度大，难形成整圈；整体的结构、强度设计开发难度高的问题，在满足空气透平机组安全性的同时，提高了空气透平末级长叶片的气动性能，更好地适应空气透平膨胀机，提升机组的经济性。

Description

一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片

技术领域

本发明涉及一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，属于汽轮机技术领域。

背景技术

随着资源的制约及全球气候的变暖，世界能源向高效、清洁、低碳等方向逐步转型升级。我国也积极推进可再生能源发展，推动绿色、经济能源技术。压缩空气储能是低碳能源的关键支撑技术，而空气透平则是压缩空气储能循环中重要的一环。大功率轴流式空气透平具有流量大，级数少等特点，和常规的火电汽轮机组差别较大，是同等级300MW火电汽轮机低压缸流量的9倍。目前已知最大的空气储能系统为300MW等级，其空气透平中的末级叶片是设计中最困难的一项。因根径较低，导致叶片的高宽比小，叶片刚度大，难形成整圈；同时因机组流量大，导致叶片的静应力大、动应力大，整体的结构、强度设计开发难度高。

因此，亟需提出一种新型的于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明研发目的是为了在满足空气透平机组安全性的同时，提高了空气透平末级长叶片的气动性能，更好地适应空气透平膨胀机，提升机组的经济性，解决因根径较低，导致叶片的高宽比小，叶片刚度大，难形成整圈；同时因机组流量大，导致叶片的静应力大、动应力大，整体的结构、强度设计开发难度高的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，包括叶片工作部分、叶根、围带和拉筋，叶片工作部分、叶根、围带和拉筋由上至下一体加工成型，叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，即相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分从根部至顶部的截面面积逐渐减小，叶片工作部分的高度L为680mm，叶片工作部分的根部轴向宽度V为231.23mm，叶片工作部分的根部直径为φ1400mm，叶片工作部分的排汽面积4.44m²，叶根为三齿型枞树形叶根，叶根的轴向宽度W为311.08mm。

优选的：所述叶片工作部分的根部轴向宽度V至叶片工作部分1的顶部轴向宽度V1的变化范围为173.09～40.32mm。

优选的：所述叶片工作部分的弦长b的变化范围为233.91mm～148.55mm。

优选的：所述叶片工作部分的安装角βy的变化范围为82.01°～15.22°。

优选的：所述叶片工作部分的型线最大厚度T的变化范围为27.05mm～9.41mm。

优选的：所述叶片工作部分的进口角α的变化范围为55.88°～148.59°。

优选的：所述叶片工作部分的出口角θ的变化范围为36.71°～12.37°。

优选的：所述叶根处装有锁紧片。

优选的：所述叶根的总高度K为86.08mm。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明依托于300MW等级轴流式空气透平机组开发，设计了用于空气透平机组的680mm末级长叶片。叶片采用三齿枞树型叶根和围带凸台拉筋设计。在满足空气透平机组安全性的同时，提高了空气透平末级长叶片的气动性能，更好地适应空气透平膨胀机，提升机组的经济性；

2.本发明的叶片工作部分以一维/准三维/全三维气动、热力分析计算为基础，采用了弯扭联合成型全三维设计，动叶沿叶高扭曲形成扭曲长叶片级，大幅度地减少径向和端部二次流损失，型线速度分布合理；

3.本发明采用三齿型枞树叶根装配方便，运行安全可靠。本发明应用在300MW等级空气透平轴向排气上，结构紧凑，出气损失小，经济性高，在储能电站中有很强的市场竞争力；

4.本发明采用流体动力和结构强度综合优化，解决了气动/结构一体化设计优化问题，使叶片工作部分的流动效率和强度振动特性都达到了最优；

5.本发明可满足300MW等级轴向排气的空气透平所需的动叶片，在气动经济性，强度振动特性等方面均达到了先进水平。

附图说明

图1是本发明的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片的结构示意图；

图2是本发明的围带的俯视图；

图3是本发明的叶片工作部分的俯视图；

图4是本发明的叶片工作部分的横向剖视图；

图5是图4的Ⅱ处局部放大图；

图6是图4的Ⅰ处局部放大图。

图中：1-叶片工作部分，2-叶根，3-围带，4-拉筋。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，依托于300MW等级轴流式空气透平机组开发，设计了用于空气透平机组的680mm末级长叶片，叶片采用三齿枞树型叶根和围带凸台拉筋设计，在满足空气透平机组安全性的同时，提高了空气透平末级长叶片的气动性能，更好地适应空气透平膨胀机，提升机组的经济性。其包括叶片工作部分1、叶根2、围带3和拉筋4，叶片工作部分1、叶根2、围带3和拉筋4由上至下一体加工成型，叶片工作部分1的型线为变截面扭叶片，即相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分1从根部至顶部的截面面积逐渐减小，叶片工作部分1的高度L为680mm，叶片工作部分1的根部轴向宽度V为231.23mm，叶片工作部分1的根部直径为φ1400mm，叶片工作部分1的排汽面积4.44m²，叶根2为三齿型枞树形叶根，叶根2的轴向宽度W为311.08mm，在兼顾安全稳定性的同时，保障了叶片的高效流动。在装配整个叶片时，叶根2处装入锁紧片避免叶片轴向窜动。

所述叶片工作部分1的根部轴向宽度V至叶片工作部分1的顶部轴向宽度V1的变化范围为173.09～40.32mm。所述叶片工作部分1的弦长b的变化范围为233.91mm～148.55mm。所述叶片工作部分1的安装角βy的变化范围为82.01°～15.22°。所述叶片工作部分1的型线最大厚度T的变化范围为27.05mm～9.41mm。所述叶片工作部分1的进口角α的变化范围为55.88°～148.59°。所述叶片工作部分1的出口角θ的变化范围为36.71°～12.37°。采用上述结构参数，在保证叶片的外形结构尺寸满足设计要求的同时，还可使叶片容易装配。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

所述叶根2的总高度K为86.08mm。这种结构使叶片能牢固地装入轮缘，装配稳定、安全可靠。

本实施方式的叶片工作部分1的不同叶高L对应的截面面积、弦长b、轴向宽度V、安装角βy、最大厚度T、进口角α、出口角θ如表1所示。采用上述结构参数，在保证叶片的外形结构尺寸满足设计要求的同时，还可使叶片容易装配。

表1典型截面具体参数表

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：包括叶片工作部分(1)、叶根(2)、围带(3)和拉筋(4)，叶片工作部分(1)、叶根(2)、围带(3)和拉筋(4)由上至下一体加工成型，叶片工作部分(1)的型线为变截面扭叶片，即相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分(1)从根部至顶部的截面面积逐渐减小，叶片工作部分(1)的高度L为680mm，叶片工作部分(1)的根部轴向宽度V为231.23mm，叶片工作部分(1)的根部直径为φ1400mm，叶片工作部分(1)的排汽面积4.44m²，叶根(2)为三齿型枞树形叶根，叶根(2)的轴向宽度W为311.08mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的根部轴向宽度V至叶片工作部分1的顶部轴向宽度V1的变化范围为173.09～40.32mm。

3.根据权利要求2所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的弦长b的变化范围为233.91mm～148.55mm。

4.根据权利要求3所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的安装角βy的变化范围为82.01°～15.22°。

5.根据权利要求4所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的型线最大厚度T的变化范围为27.05mm～9.41mm。

6.根据权利要求5所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的进口角α的变化范围为55.88°～148.59°。

7.根据权利要求6所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的出口角θ的变化范围为36.71°～12.37°。

8.根据权利要求7所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶根(2)处装有锁紧片。

9.根据权利要求8所述的一种用于300MW轴流式空气透平的680mm末级长叶片，其特征在于：所述叶根(2)的总高度K为86.08mm。