CN117569872A - 一种用于深度调峰机组的末级长叶片 - Google Patents

一种用于深度调峰机组的末级长叶片 Download PDF

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Abstract

一种用于深度调峰机组的末级长叶片，属于火电机组技术领域。其包括叶片工作部分、叶根、围带和拉筋，叶片工作部分和叶根由上至下模锻成一体，叶片工作部分的根部型线采用冲动式叶型，顶部型线采用超声速叶型，叶片工作部分的几何形状从根部到顶部剧烈变化，相邻叶型内的流道区域由渐缩通道逐渐改为缩放通道，叶型的几何进汽角逐渐增大，围带的顶部进、出汽侧型线与叶型进出气侧型线吻合，围带的出汽侧压力面型线与叶型出汽侧压力面型线吻合，厚度为12mm。解决针对百万机组超低负荷运行时效率低、动应力突增、安全裕度小的问题，各截面的叶型数据连成的样条曲线曲率光顺，叶型损失小，流道设计合理，蒸汽在流道内加速均匀。

Description

一种用于深度调峰机组的末级长叶片
技术领域
本发明涉及一种用于深度调峰机组的末级长叶片，属于火电机组技术领域。
背景技术
随着以新能源为主体的新型电力系统装机容量持续增加，火电机组由主体性电源逐步向辅助服务型电源转变。风电、太阳能、水电等新能源在环境良好条件下稳定输出时，降低火电机组发电功率，从而降低能源消耗减少煤炭排放，而新能源在恶劣环境条件下不能稳定输出时，相对稳定的火电机组以深度调峰的方式填补用电缺口。火电机组的深度调峰有诸多优势，其一是在电力需求高峰时保证电网系统的供电质量和稳定性；其二是可以根据电力需求来调整机组的负荷并且有效地减少煤炭等能源消耗；其三，可以满足电厂抽汽、供热等多样化需求。但火电机组的深度调峰对末级叶片的经济性和安全性提出了更高的要求，与常规的火电机组相比，深度调峰机组的末级长叶片存在碰磨、拉筋断裂、水蚀等诸多超低负荷运行问题，导致现有的末级长叶片无法适应深度调峰的需求。
因此，亟需提出一种新型的用于深度调峰机组的末级长叶片，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明研发目的是为了解决针对百万机组超低负荷运行时效率低、动应力突增、安全裕度小的问题，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：
一种用于深度调峰机组的末级长叶片，包括叶片工作部分、叶根、围带和拉筋，叶片工作部分上下两侧分别设置有围带和叶根，叶片工作部分上设有拉筋，叶片工作部分和叶根由上至下模锻成一体，叶片工作部分的根部型线采用冲动式叶型，顶部型线采用超声速叶型，叶片工作部分的几何形状从根部到顶部剧烈变化，相邻叶型内的流道区域由渐缩通道逐渐改为缩放通道，叶型的几何进汽角逐渐增大，叶根采用四齿纵树型圆弧叶根，围带的顶部进、出汽侧型线与叶型进出气侧型线吻合，围带的出汽侧压力面型线与叶型出汽侧压力面型线吻合，厚度为12mm；
叶片工作部分的高度为1219mm，根部直径为φ1879.6mm，叶片工作部分的排汽面积11.87m2。
优选的：所述叶片工作部分的排汽面积11.87m2，叶片工作部分的部分材料为0Cr15Ni7Cu2MoNbVN，叶片重量为44.045Kg。
优选的：所述叶片工作部分的根部截面的轴向宽度V为321.45mm，弦长为325.94mm，最大厚度为30.62mm。
优选的：所述叶片工作部分的中间截面轴向宽度为70.60mm，弦长为170.06mm，最大厚度为21.39mm。
优选的：所述叶片工作部分的顶部截面轴向宽度为45.98mm，弦长为203.39mm，最大厚度为6.2mm。
优选的：所述拉筋位置为叶身工作部分1高度的50％处，采用套筒形式，材料为1Cr12。
优选的：所述叶根总高度K为105.6mm，轴向宽度W为361.42mm。
优选的：所述叶片工作部分的叶高L为0mm时，其截面面积为79.39cm2，弦长b为325.94mm，轴向宽度V为321.45mm，安装角βy为80.63°，最大厚度T为30.62mm，进口角α为52.43°，出口角θ为36.23°；
所述叶片工作部分的叶高L为182.88mm时，其截面面积为57.25cm2，弦长b为261.76mm，轴向宽度V为247.87mm，安装角βy为71.38°，最大厚度T为27.92mm，进口角α为49.95°，出口角θ为30.33°；
所述叶片工作部分的叶高L为365.76mm时，其截面面积为41.23cm2，弦长b为201.65mm，轴向宽度V为166.94mm，安装角βy为56.14°，最大厚度T为29.62mm，进口角α为78.02°，出口角θ为25.94°；
所述叶片工作部分的叶高L为609.5mm时，其截面面积为23.52cm2，弦长b为170.06mm，轴向宽度V为70.60mm，安装角βy为27.66°，最大厚度T为21.39mm，进口角α为142.71°，出口角θ为19.07°；
所述叶片工作部分的叶高L为731.52mm时，其截面面积为16.54cm2，弦长b为175.31mm，轴向宽度V为53.28mm，安装角βy为16.17°，最大厚度T为13.36mm，进口角α为163.83°，出口角θ为20.38°；
所述叶片工作部分的叶高L为914.4mm时，其截面面积为12.33cm2，弦长b为184.90mm，轴向宽度V为46.20mm，安装角βy为13.07°，最大厚度T为8.77mm，进口角α为152.85°，出口角θ为20.38°；
所述叶片工作部分的叶高L为1097.28mm时，其截面面积为10.70cm2，弦长b为195.72mm，轴向宽度V为45.98mm，安装角βy为12.27°，最大厚度T为6.64mm，进口角α为167.73°，出口角θ为19.26°；
所述叶片工作部分的叶高L为1219mm时，其截面面积为10.44cm2，弦长b为203.39mm，轴向宽度V为45.95mm，安装角βy为11.90°，最大厚度T为6.20mm，进口角α为167.87°，出口角θ为19.24°。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明依托百万火电机组深度调峰需求，设计开发了适用于超低负荷的末级1219mm长叶片。针对百万机组超低负荷运行时效率低、动应力突增、安全裕度小等问题，设计开发经济性和安全性皆优的末级1219mm长叶片；
2.本发明的各截面叶型设计是经过一维、二维、三维气动分析计算成形的，中截面进、出汽角度匹配一维热力数据，出汽角度尽可能保持轴向射出，降低余速损失。各截面的叶型数据连成的样条曲线曲率光顺，叶型损失小，流道设计合理，蒸汽在流道内加速均匀。各截面以重心积叠而成，形成光滑且弯扭的叶身结构；
3.本发明基于三维气动计算分析下，多种工况考核叶型效率，包括100％负荷工况、50％负荷工况、30％负荷工况、20％负荷工况、15％负荷工况，保证了叶片在机组运行不同负荷下的经济性；
4.本发明经有限元强度分析，同时兼顾多种工况下的叶身、叶根、轮缘强度等，满足静强度、动强度、频率的强度振动考核，保证了叶片在超低负荷工况下即使由涡流激振引起的动应力突增也仍有一定的安全裕度，在强度振动特性上达到了最优；
5.本发明整圈共有70只长叶片，采用四齿纵树型圆弧叶根、围带和套筒拉筋设计。圆弧叶根接触面大，承载能力强，保障机组的安全稳定运行。围带贴近叶型的设计使得围带有足够的接触面积减小接触应力同时兼顾围带的重心在不远离叶身工作部分的重心，不会引起较大的偏心应力。
6.可应用在百万等级火电汽轮机深度调峰机组上，满足电厂超低负荷运行下的抽汽、供热等多样化需求。兼顾多工况的叶片气动效率和强度振动特性，是一只可长期运行经济性好的末级长叶片，在百万等级火电汽轮机深度调峰机组上有很强的市场竞争力。
附图说明
图1是一种用于深度调峰机组的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投影的轮廓示意图；
图4是本发明的围带接触互锁图；
图5是本发明的拉筋的结构示意图；
图6是本发明的叶片工作部分的典型横截面示意图；
图7是图6的Ⅱ处局部放大图；
图8是图6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8说明本实施方式，本实施方式的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，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上下两侧分别设置有围带3和叶根2，叶片工作部分1上设有拉筋4。叶片工作部分1和叶根2由上至下模锻成一体，叶片工作部分1的根部型线采用冲动式叶型，顶部型线采用超声速叶型，叶片工作部分1的几何形状从根部到顶部剧烈变化，相邻叶型内的流道区域由渐缩通道逐渐改为缩放通道，即轴向宽度、截面面积、弦长、最大厚度等逐渐减小，叶型的几何进汽角逐渐增大，叶根2采用四齿纵树型圆弧叶根，围带3的顶部进、出汽侧型线与叶型进出气侧型线吻合，围带3的出汽侧压力面型线与叶型出汽侧压力面型线吻合，厚度为12mm；
叶片工作部分1的高度为1219mm，根部直径为φ1879.6mm，叶片工作部分1的排汽面积11.87m2。本实施方式依托百万火电机组深度调峰需求，设计开发了适用于超低负荷的末级1219mm长叶片。针对百万机组超低负荷运行时效率低、动应力突增、安全裕度小等问题，设计开发经济性和安全性皆优的末级1219mm长叶片。
所述叶片工作部分1的排汽面积11.87m2，叶片工作部分1的部分材料为0Cr15Ni7Cu2MoNbVN，叶片重量为44.045Kg。
所述拉筋4位置为叶身工作部分1高度的50％处，采用套筒形式，材料为1Cr12。
所述叶根2总高度K为105.6mm，轴向宽度W为361.42mm。
所述叶片工作部分1的根部截面的轴向宽度V为321.45mm，弦长为325.94mm，最大厚度为30.62mm。所述叶片工作部分1的中间截面轴向宽度为70.60mm，弦长为170.06mm，最大厚度为21.39mm。所述叶片工作部分1的顶部截面轴向宽度为45.98mm，弦长为203.39mm，最大厚度为6.2mm。
对于叶片工作部分1，如表1，其对应不同叶高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的数值如下：
所述叶片工作部分1的叶高L为0mm时，其截面面积为79.39cm2，弦长b为325.94mm，轴向宽度V为321.45mm，安装角βy为80.63°，最大厚度T为30.62mm，进口角α为52.43°，出口角θ为36.23°；
所述叶片工作部分1的叶高L为182.88mm时，其截面面积为57.25cm2，弦长b为261.76mm，轴向宽度V为247.87mm，安装角βy为71.38°，最大厚度T为27.92mm，进口角α为49.95°，出口角θ为30.33°；
所述叶片工作部分1的叶高L为365.76mm时，其截面面积为41.23cm2，弦长b为201.65mm，轴向宽度V为166.94mm，安装角βy为56.14°，最大厚度T为29.62mm，进口角α为78.02°，出口角θ为25.94°；
所述叶片工作部分1的叶高L为609.5mm时，其截面面积为23.52cm2，弦长b为170.06mm，轴向宽度V为70.60mm，安装角βy为27.66°，最大厚度T为21.39mm，进口角α为142.71°，出口角θ为19.07°；
所述叶片工作部分1的叶高L为731.52mm时，其截面面积为16.54cm2，弦长b为175.31mm，轴向宽度V为53.28mm，安装角βy为16.17°，最大厚度T为13.36mm，进口角α为163.83°，出口角θ为20.38°；
所述叶片工作部分1的叶高L为914.4mm时，其截面面积为12.33cm2，弦长b为184.90mm，轴向宽度V为46.20mm，安装角βy为13.07°，最大厚度T为8.77mm，进口角α为152.85°，出口角θ为20.38°；
所述叶片工作部分1的叶高L为1097.28mm时，其截面面积为10.70cm2，弦长b为195.72mm，轴向宽度V为45.98mm，安装角βy为12.27°，最大厚度T为6.64mm，进口角α为167.73°，出口角θ为19.26°；
所述叶片工作部分1的叶高L为1219mm时，其截面面积为10.44cm2，弦长b为203.39mm，轴向宽度V为45.95mm，安装角βy为11.90°，最大厚度T为6.20mm，进口角α为167.87°，出口角θ为19.24°。
表1典型截面具体参数
叶高L 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
mm cm2 mm mm ° mm ° °
0 79.39 325.94 321.45 80.63 30.62 52.43 36.23
182.88 57.25 261.76 247.87 71.38 27.92 49.95 30.33
365.76 41.23 201.65 166.94 56.14 29.62 78.02 25.94
609.5 23.52 170.06 70.60 27.66 21.39 142.71 19.07
731.52 16.54 175.31 53.28 16.17 13.36 163.83 20.38
914.4 12.33 184.90 46.20 13.07 8.77 152.85 20.38
1097.28 10.70 195.72 45.98 12.27 6.64 167.73 19.26
1219 10.44 203.39 45.95 11.90 6.20 167.87 19.24
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 (8)

1.一种用于深度调峰机组的末级长叶片，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)上下两侧分别设置有围带(3)和叶根(2)，叶片工作部分(1)上设有拉筋(4)，其特征在于：叶片工作部分(1)和叶根(2)由上至下模锻成一体，叶片工作部分(1)的根部型线采用冲动式叶型，顶部型线采用超声速叶型，叶片工作部分(1)的几何形状从根部到顶部剧烈变化，相邻叶型内的流道区域由渐缩通道逐渐改为缩放通道，叶型的几何进汽角逐渐增大，叶根(2)采用四齿纵树型圆弧叶根，围带(3)的顶部进、出汽侧型线与叶型进出气侧型线吻合，围带(3)的出汽侧压力面型线与叶型出汽侧压力面型线吻合，厚度为12mm；
叶片工作部分(1)的高度为1219mm，根部直径为φ1879.6mm，叶片工作部分(1)的排汽面积11.87m2。
2.根据权利要求1所述的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的排汽面积11.87m2，叶片工作部分(1)的部分材料为0Cr15Ni7Cu2MoNbVN，叶片重量为44.045Kg。
3.根据权利要求2所述的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的根部截面的轴向宽度V为321.45mm，弦长为325.94mm，最大厚度为30.62mm。
4.根据权利要求3所述的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的中间截面轴向宽度为70.60mm，弦长为170.06mm，最大厚度为21.39mm。
5.根据权利要求4所述的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的顶部截面轴向宽度为45.98mm，弦长为203.39mm，最大厚度为6.2mm。
6.根据权利要求5所述的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，其特征在于：所述拉筋(4)位置为叶身工作部分1高度的50％处，采用套筒形式，材料为1Cr12。
7.根据权利要求6所述的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，其特征在于：所述叶根(2)总高度K为105.6mm，轴向宽度W为361.42mm。
8.根据权利要求7所述的一种用于深度调峰机组的末级长叶片，其特征在于：所述叶片工作部分(1)的叶高L为0mm时，其截面面积为79.39cm2，弦长b为325.94mm，轴向宽度V为321.45mm，安装角βy为80.63°，最大厚度T为30.62mm，进口角α为52.43°，出口角θ为36.23°；
所述叶片工作部分(1)的叶高L为182.88mm时，其截面面积为57.25cm2，弦长b为261.76mm，轴向宽度V为247.87mm，安装角βy为71.38°，最大厚度T为27.92mm，进口角α为49.95°，出口角θ为30.33°；
所述叶片工作部分(1)的叶高L为365.76mm时，其截面面积为41.23cm2，弦长b为201.65mm，轴向宽度V为166.94mm，安装角βy为56.14°，最大厚度T为29.62mm，进口角α为78.02°，出口角θ为25.94°；
所述叶片工作部分(1)的叶高L为609.5mm时，其截面面积为23.52cm2，弦长b为170.06mm，轴向宽度V为70.60mm，安装角βy为27.66°，最大厚度T为21.39mm，进口角α为142.71°，出口角θ为19.07°；
所述叶片工作部分(1)的叶高L为731.52mm时，其截面面积为16.54cm2，弦长b为175.31mm，轴向宽度V为53.28mm，安装角βy为16.17°，最大厚度T为13.36mm，进口角α为163.83°，出口角θ为20.38°；
所述叶片工作部分(1)的叶高L为914.4mm时，其截面面积为12.33cm2，弦长b为184.90mm，轴向宽度V为46.20mm，安装角βy为13.07°，最大厚度T为8.77mm，进口角α为152.85°，出口角θ为20.38°；
所述叶片工作部分(1)的叶高L为1097.28mm时，其截面面积为10.70cm2，弦长b为195.72mm，轴向宽度V为45.98mm，安装角βy为12.27°，最大厚度T为6.64mm，进口角α为167.73°，出口角θ为19.26°；
所述叶片工作部分(1)的叶高L为1219mm时，其截面面积为10.44cm2，弦长b为203.39mm，轴向宽度V为45.95mm，安装角βy为11.90°，最大厚度T为6.20mm，进口角α为167.87°，出口角θ为19.24°。
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