CN208252159U

CN208252159U - 一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片

Info

Publication number: CN208252159U
Application number: CN201820247647.8U
Authority: CN
Inventors: 蓝吉兵; 孔建强; 隋永枫; 丁旭东; 陈金铨; 魏佳明; 王佳男; 庄达明; 毛汉忠; 刘象拯
Original assignee: Hangzhou Steam Turbine Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Steam Turbine Power Group Co Ltd
Priority date: 2018-02-11
Filing date: 2018-02-11
Publication date: 2018-12-18
Anticipated expiration: 2028-02-11

Abstract

一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片，包括叶身，所述叶身的一端设有与叶身一体成型的叶根，所述叶身的另一端设有与叶身一体成型的围带，所述叶身为等截面叶型，所述叶根由上颈部和叶根底部组成，所述上颈部上设置有前台阶、后台阶，所述上颈部置于叶根底部上并与叶根底部连接为一体，所述叶身的叶型由5段曲线组成，本实用新型的目的是提供一种高效工业汽轮机转鼓级动叶及结构，该叶片及结构的气动性能、变工况性能、强度振动性能比目前使用的工业汽轮机转鼓级叶片更高，而且其加工工艺性很好。

Description

一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片

技术领域

本实用新型属于叶轮机械领域，涉及一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片。

背景技术

工业汽轮机是功能转换的重要设备，广泛应用于石油、化工、冶金、能源、核电、舰船等各个领域。工业汽轮机结构复杂、设计制造难度高，属于高端装备制造业。

对于工业汽轮机而言，由于其主要作为风机、压缩机和泵等耗能设备的驱动机，被驱动机的负荷特性决定了工业汽轮机变工况的特点，其工况变化范围特别广。因而工业汽轮机叶片最重要也最明显的特点就是需要有非常好的变工况性能，在不同的工况下叶片应具有较高的效率。以ABB公司为例，其叶片从 1900年代号为200的叶片经过5代的升级进化，演变到1980年代号为8000的叶片，效率得以逐步提高；以GE公司为例，其叶片也由1940年的传统叶片经历5次进化演变，达到了1980年的超级叶片(super profile)。随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽轮机通流叶片的全三维流场优化设计己经成为可能。目前使用的汽轮机叶片型线为早年开发的常规型线，其气动性能有较大提升空间。

叶片作为汽轮机的核心部件，不仅数量多，形状复杂，而且加工要求高，其加工工作量非常大，约占汽轮机总加工量的1/4～1/3。叶片的加工工艺性很大程度上决定了汽轮机的成本高低。目前多数厂家新开发的汽轮机叶片叶型均为离散点，需要采用数控加工方法加工，增加了叶片的加工成本。

为提高工业汽轮机的热经济性，达到节能减排的目的，同时降低叶片的加工成本，亟需实用新型一种性能优良，加工工艺性好的工业汽轮机叶片。

实用新型内容

针对目前工业汽轮机转鼓级动叶效率有较大提升空间的现状，本实用新型的目的是提供一种高效工业汽轮机转鼓级动叶及结构，该叶片及结构的气动性能、变工况性能、强度振动性能比目前使用的工业汽轮机转鼓级叶片更高，而且其加工工艺性很好。

为了达到上述目的，实用新型了一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片，包括叶身，其特征在于，所述叶身的一端设有与叶身一体成型的叶根，所述叶身的另一端设有与叶身一体成型的围带，所述叶身为等截面叶型，所述叶根由上颈部和叶根底部组成，所述上颈部上设置有前台阶、后台阶，所述上颈部置于叶根底部上并与叶根底部连接为一体，所述叶身的叶型由5段曲线组成，分别为 ab段、bc段、cd段、de段、ea段，所述ab段和bc段组成压力面，且ab段为单圆弧，其半径变化范围为0.66≤R1/b≤0.73，所述bc段为高阶样条曲线，且ab 段/ac段≥70％，所述cd段作为叶型前缘呈椭圆，其长短轴比值范围为 1.0≤aq/bq≤1.54，长轴变化范围为0.20≤aq/b≤0.24，所述de段为高阶样条曲线作为吸力面，所述ea段为单圆弧作为尾缘，其半径范围为0.006≤R2/b≤0.008，所述5段曲线交接处切线斜率相等。

进一步的方案为，所述叶身满足如下规律：节弦比t/b的变化规律为 0.735≤t/b≤0.934，叶型最大厚度Cmax/b的变化范围为0.315≤Cmax/b≤0.400，入口楔角w1的变化范围为88.39°≤w1≤112.31°，出口楔角w2的变化范围为 8.91°≤w2≤11.32°，尾缘弯折角δ的变化范围为26.44°≤δ≤33.60°，叶型安装角β的变化范围为27.5°≤β≤85.5°，叶片菱形角γ变化范围为10°≤γ≤40°。

更进一步的方案为，所述围带宽度b3/b的变化范围为1.383≤b3/b≤1.757，围带高度h3/b的变化范围为0.346≤h3/b≤0.440。

进一步的方案为，所述叶身高度H/b的变化范围为0.3≤H/b≤10，所述叶身轴向宽度S/b的变化范围为0.65≤S/b≤1.03，所述叶身与围带过渡圆角R3的变化范围为0.100≤R3/b≤0.128，所述叶身与叶根过渡圆角R4的变化范围为 0.100≤R4/b≤0.128。

更进一步的方案为，所述上颈部的宽度b1/b的变化范围为 0.440≤b1/b≤0.560，所述上颈部的高度h1/b的变化范围为0.472≤h1/b≤0.60。

进一步的方案为，所述叶根底部宽度b2/b的变化范围为0.786≤b2/b≤0.999，所述叶根底部高度h2/b的变化范围为0.396≤h2/b≤0.504，所述叶根底部的上倒角E为0.25×45°，所述叶根底部的下倒角F为2.5×45°。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的工业汽轮机高效转鼓级动叶片，叶身采用全三维CFD方法结合人工神经网络方法和遗传算法进行气动性能优化得到。本实用新型的高效叶型效率优于常规叶型，并且具有很好的变工况特性。在进汽角20°～135°，马赫数0.1-1.0及展弦比0.3～10的广泛范围内，其气动性能更好，变工况性能更佳、强度振动性能与常规叶片相当。图6给出了优化前后叶型损失的对比曲线。本实用新型的叶片叶型压力面曲线大于70％的范围为单圆弧，使叶片的压力面加工采用特制的铣刀即可一次成型，极大的提高了叶片的加工速度，降低了叶片的加工成本。据估算，本实用新型的高效转鼓级动叶片及结构的加工成本仅为一般的离散点叶型常规叶片加工成本的1/4～1/3；本实用新型的工业汽轮机高效转鼓级动叶片，安装时叶根和围带沿圆周切向装配挤紧，工作时，在离心力和气动载荷的作用下，叶根径向面和汽轮机转子轮槽接触压紧，实现切向和径向定位。上颈部设置的轴向台阶与转子轮槽轴向配合实现轴向定位。叶片装配工艺简单易行，工作时，叶片被牢固的固定在转子上并传递扭矩；本实用新型的高效转鼓叶片具有更高的效率和变工况性能，优异的叶片加工工艺性和装配性能，具有广阔的市场应用前景和竞争力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的叶片型线示意图；

图3为本实用新型的叶型示意图；

图4为本实用新型的叶片结构示意图；

图5为本实用新型的叶片安装状态示意图；

图6为本实用新型的与常规叶型损失对比曲线图。

具体实施方式

下面通过实施结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实施例为某背压机第二级转鼓级组，具体参数为：背压为0.704bar，流量为12.32kg/s，总总效率为93.39％，级组前总压为5.467bar，级组前总温为 309.1℃。

参见图1，一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片，包括叶身2，所述叶身2的一端设有与叶身2一体成型的叶根3，所述叶身2的另一端设有与叶身2一体成型的围带1，所述叶身2为等截面叶型，所述叶根3由上颈部4和叶根底部5 组成，所述上颈部4上设置有前台阶6、后台阶7，所述上颈部4置于叶根底部 5上并与叶根底部5连接为一体。

参见图2，叶身的叶型由5段曲线组成，压力面由ab段和bc段组成，ab 段为单圆弧，1.其半径变化范围为0.66≤R1/b≤0.73，bc段为高阶样条曲线，ab 段/ac段≥70％，叶型前缘cd段为椭圆，其长短轴比值范围为1.0≤aq/bq≤1.54，长轴变化范围为0.20≤aq/b≤0.24，吸力面de为高阶样条曲线，尾缘ea段为单圆弧，其半径范围为0.006≤R2/b≤0.008，5段曲线交接处切线斜率相等。

参见图3，节弦比t/b的变化规律为0.735≤t/b≤0.934，叶型最大厚度C_max/b 的变化范围为0.315≤C_max/b≤0.400，入口楔角w₁的变化范围为 88.39°≤w₁≤112.31°，出口楔角w₂的变化范围为8.91°≤w₂≤11.32°，尾缘弯折角δ的变化范围为26.44°≤δ≤33.60°。叶型安装角β的变化范围为27.5°≤β≤85.5°，叶片菱形角γ变化范围为10°≤γ≤40°。

参见图4，围带宽度b₃/b的变化范围为1.383≤b₃/b≤1.757，围带高度h₃/b的变化范围为0.346≤h₃/b≤0.440。叶身高度H/b的变化范围为0.3≤H/b≤10，叶身轴向宽度S/b的变化范围为0.65≤S/b≤1.03。叶身与围带块过渡圆角R₃的变化范围为0.100≤R₃/b≤0.128，叶身与叶根过渡圆角R₄的变化范围为0.100≤R₄/b≤0.128。叶根上颈部的宽度b₁/b的变化范围为0.440≤b₁/b≤0.560，上颈部高度h₁/b的变化范围为0.472≤h₁/b≤0.60，叶根底部宽度b₂/b的变化范围为0.786≤b₂/b≤0.999，叶根底部高度h₂/b的变化范围为0.396≤h₂/b≤0.504，叶根底部(5)的上倒角E为 0.25×45°，叶根底部的下倒角F为2.5×45°。

参见图5，安装时叶根和围带沿圆周切向装配挤紧，工作时，在离心力和气动载荷的作用下，叶根径向面和汽轮机转子轮槽接触压紧，实现切向和径向定位。上颈部设置的轴向台阶与转子轮槽轴向配合实现轴向定位。叶片装配工艺简单易行，工作时，叶片被牢固的固定在转子上并传递扭矩。

参见图6，本实施例背压汽轮机使用本实用新型的高效转鼓动叶片以后，机组效率提高约2％，叶片加工成本相比常规高效叶片的离散叶型叶片加工成本降低70％。

Claims

1.一种工业汽轮机高效转鼓级动叶片，包括叶身(2)，其特征在于，所述叶身(2)的一端设有与叶身(2)一体成型的叶根(3)，所述叶身(2)的另一端设有与叶身(2)一体成型的围带(1)，所述叶身(2)为等截面叶型，所述叶根(3)由上颈部(4)和叶根底部(5)组成，所述上颈部(4)上设置有前台阶(6)、后台阶(7)，所述上颈部(4)置于叶根底部(5)上并与叶根底部(5)连接为一体，所述叶身(2)的叶型由5段曲线组成，分别为ab段、bc段、cd段、de段、ea段，所述ab段和bc段组成压力面，且ab段为单圆弧，其半径变化范围为0.66≤R1/b≤0.73，所述bc段为高阶样条曲线，且ab段/ac段≥70％，所述cd段作为叶型前缘呈椭圆，其长短轴比值范围为1.0≤aq/bq≤1.54，长轴变化范围为0.20≤aq/b≤0.24，所述de段为高阶样条曲线作为吸力面，所述ea段为单圆弧作为尾缘，其半径范围为0.006≤R2/b≤0.008，所述5段曲线交接处切线斜率相等。

2.根据权利要求1所述的工业汽轮机高效转鼓级动叶片，其特征在于，所述叶身(2)满足如下规律：节弦比t/b的变化规律为0.735≤t/b≤0.934，叶型最大厚度Cmax/b的变化范围为0.315≤Cmax/b≤0.400，入口楔角w1的变化范围为88.39°≤w1≤112.31°，出口楔角w2的变化范围为8.91°≤w2≤11.32°，尾缘弯折角δ的变化范围为26.44°≤δ≤33.60°，叶型安装角β的变化范围为27.5°≤β≤85.5°，叶片菱形角γ变化范围为10°≤γ≤40°。

3.根据权利要求1所述的工业汽轮机高效转鼓级动叶片，其特征在于，所述围带(1)宽度b3/b的变化范围为1.383≤b3/b≤1.757，围带(1)高度h3/b的变化范围为0.346≤h3/b≤0.440。

4.根据权利要求1所述的工业汽轮机高效转鼓级动叶片，其特征在于，所述叶身(2)高度H/b的变化范围为0.3≤H/b≤10，所述叶身(2)轴向宽度S/b的变化范围为0.65≤S/b≤1.03，所述叶身(2)与围带(1)过渡圆角R3的变化范围为0.100≤R3/b≤0.128，所述叶身(2)与叶根(3)过渡圆角R4的变化范围为0.100≤R4/b≤0.128。

5.根据权利要求1所述的工业汽轮机高效转鼓级动叶片，其特征在于，所述上颈部(4)的宽度b1/b的变化范围为0.440≤b1/b≤0.560，所述上颈部(4)的高度h1/b的变化范围为0.472≤h1/b≤0.60。

6.根据权利要求1所述的工业汽轮机高效转鼓级动叶片，其特征在于，所述叶根底部(5)宽度b2/b的变化范围为0.786≤b2/b≤0.999，所述叶根底部(5)高度h2/b的变化范围为0.396≤h2/b≤0.504，所述叶根底部(5)的上倒角E为0.25×45°，所述叶根底部(5)的下倒角F为2.5×45°。