CN209838484U - 汽轮机叶根和叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种汽轮机叶根和叶片，所述叶片包括围带、凸台拉筋、叶型部分、中间体和叶根；所述叶根为多齿圆弧枞树型结构，且所述各齿承载面角度为55°～60°，齿形角为50°～55°。所述叶根为枞树型结构，安装于与叶根配合的转子轮槽内，叶根通过将部分关键数据进行优化后具有低应力，高低周疲劳寿命特征，能满足发电厂频繁启停要求；所述围带与叶型部分为整体结构，相邻围带工作面工作时相互接触，保证叶片整圈联接，提高了叶片工作时安全可靠性。

Description

汽轮机叶根和叶片

技术领域

本实用新型专利涉及动力机械设备制造领域，具体涉及一种汽轮机叶根和叶片。

背景技术

末级叶片是汽轮机重要的部件，由于转速高，离心力巨大，且受当前材料强度水平及当前制造等水平限值，目前很多国产300MW、600MW机组末级长叶片，尤其是频繁启停蒸汽-燃气联合循环机组，在长期启停运行后，极大的降低了低压末级叶片低周疲劳寿命，末级叶片的寿命对整个机组安全性有着重要的影响。国内燃气发电厂的燃气-蒸汽联合循环机组一般用于调峰需要，需要频繁启停。频繁的启停模式导致设备劣化严重，主要部件寿命缩短，尤其是末级叶片等关键零部件，这样就要求机组在设计阶段保证关键部件具有较高的低周疲劳寿命，否则机组可能由于关键部件的寿命不足而存在极大的安全隐患。

针对上述问题，有必要设计一种低应力、高疲劳寿命的适用于频繁启停的汽轮机长叶片，通过采用一种低应力集中的枞树型叶根，同时对叶片各关键部位进行优化设计，优化叶根结构，优化椭圆凸台结构，保证叶片各关键部位较低的应力水平。同时，优化叶片频率振动特性，保证叶片工作状态下频率与工作转速存在足够的避开率，使叶片在各工况下较小的动应力，从而保证叶片较高的疲劳寿命，保证机组能频繁启停的可靠性。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供一种汽轮机叶根和叶片，可供频繁启停汽轮机安全可靠运行，且效率又高，以解决现有火电机组大型汽轮机长叶片疲劳寿命低的问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一方面，提供一种汽轮机叶根，所述叶根为多齿圆弧枞树型结构，且所述各齿的承载面与垂直方向角度介于55°～60°之间，齿形角介于50°～55°之间。

在进一步的实施方案中，所述叶根为4齿圆弧枞树型叶根，其第一圆角半径为5～6mm，第二圆角半径为3.5～4mm，第三圆角半径为2.5～3mm，第四圆角半径为5～6mm。

根据本实用新型的另一方面，提供一种汽轮机叶片，包括：如上所述的叶根。

在进一步的实施方案中，所述的汽轮机叶片还包括：凸台拉筋和叶型部分，且所述凸台拉筋位于与所述叶型部分根部截面距离为50-70％叶高的位置。

在进一步的实施方案中，所述凸台拉筋为椭圆凸台，其长轴直径为20～30mm，短轴直径为6～15mm，且所述椭圆长轴与所述叶片轴向夹角为0～20度。

在进一步的实施方案中，在安装状态下，相邻的所述椭圆凸台之间间隙为0～0.25mm。

在进一步的实施方案中，所述叶型部分顶部前缘部分和背弧部分经过激光固溶强化处理。

在进一步的实施方案中，所述叶型部分为变截面扭转状，沿叶高由根部至顶部面积逐渐减小，相邻两截面之间存在扭转角。

在进一步的实施方案中，所述的汽轮机叶片还包括：围带，所述围带与叶型部分为一体成型结构；且在安装状态下，相邻围带工作面之间间隙为0～0.5mm，非工作面之间间隙为3～4.5mm。

在进一步的实施方案中，所述的汽轮机叶片还包括：中间体；且所述叶型部分顶部与围带之间、叶型部分根部与中间体之间、凸台拉筋与叶型部分之间均采用光滑圆角过渡。

(三)有益效果

本实用新型提供一种汽轮机叶根和叶片，采用优化算法对动叶沿叶高的扭曲规律进行优化，以此来提高效率、减小损失，同时对叶根部位的各齿承载面角度和齿形角角度等关键参数进行优化，降低叶根应力集中部位的峰值应力，从而达到提高叶根及叶片寿命的目的，适用于频繁启停和深度调峰的高低周疲劳寿命的低压缸。

附图说明

图1是本实用新型实施例的叶片整体结构右视图；

图2是本实用新型实施例的叶片整体结构主视图；

图3是本实用新型实施例的叶片整体结构俯视图；

图4是本实用新型实施例的叶顶围带间隙示意图；

图5是本实用新型实施例的椭圆凸台间隙示意图；

图6是本实用新型实施例的叶根型线部分示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

在本实用新型的一个实施例中，提供一种汽轮机叶根，所述叶根6为多齿圆弧枞树型结构，且所述各齿承载面与垂直方向角度A1介于55°～60°之间，齿形角A2介于50°～55°之间。

所述叶根6安装于与叶根配合的转子轮槽内，叶根具有低应力，高低周疲劳寿命。根据有限元应力分析及强度计算结果，通过优化各齿承载面与垂直方向角度A1和齿形角A2，以优化各齿载荷分配，从而保证叶根各齿为等强度设计。

在本实施例中，如图6所示，所述叶根6为4齿圆弧枞树型叶根，其第一圆角半径R1为5～6mm，第二圆角半径R2为3.5～4mm，第三圆角半径R3为2.5～3mm，第四圆角半径R4为5～6mm。。

通过优化各圆角半径大小，降低叶根应力集中位置工作状态下峰值应力，从而提高叶根疲劳寿命。

其中，叶根4的轴向宽度B0为280～300mm，总高度H3为85～92mm。

在本实用新型的另一个实施例中，提供一种汽轮机叶片，包括：如上所述的叶根6。

在本实施例中，所述叶片2还包括：凸台拉筋3和叶型部分4，且所述凸台拉筋3位于与所述叶型部分4根部截面距离为50％～70％叶高的位置。其中，所述凸台拉筋3可以是但不局限于自带凸台阻尼拉筋。

其中，叶型部分4高度H为1068mm，根部轴向宽度B1为262.51mm，叶顶部轴向宽度B2为37.558mm。

其中，所述凸台拉筋3为椭圆凸台，其长轴直径为20～30mm，短轴直径为6～15mm，且所述椭圆长轴与所述叶片轴向夹角为0～20度。

其中，如图5所示，安装状态下，椭圆凸台工作面C与D相互之间间隙W3为0-0.25mm；工作状态时，通过叶片自身的扭转恢复作用，使凸台工作面C与工作面D相互接触，为叶片工作提供足够的阻尼，使叶片具有较好的动力学特性，提高了叶片工作时安全可靠性。

所述凸台拉筋3用于调整轮系共振频率，将所述凸台拉筋3置于适当位置保证轮系共振频率与工作转速存在足够的避开率。

在本实施例中，所述叶型部分4顶部前缘部分和背弧部分经过激光固溶强化处理，经过如此处理可防止水滴直接冲蚀叶型部分前缘部分，提高叶片的安全性。其中，叶顶围带以下高度H2为277mm。

在本实施例中，如图1、图2和图3所示，所述叶型部分4为变截面扭转状，沿叶高由根部至顶部面积逐渐减小，相邻两截面之间存在扭转角。该叶型部分额定工况下效率高，变工况性能好，叶片工作时，叶型部分可扭转0～2.5°。

在本实施例中，所述叶片2还包括：围带1和中间体5。

优选的，所述围带1、凸台拉筋3、叶型部分4、中间体5和叶根6由上到下模锻成一体。

其中，所述围带1可以是但不局限于自带冠阻尼围带。

其中，如图4所示，所述围带1与叶型部分4为整体结构，安装状态下，围带工作面A与B相互之间间隙W1为0-0.5mm，相邻围带非工作面之间间隙W2为3-4.5mm。叶片处在工作状态时，通过叶片自身的扭转恢复作用，使围带工作面A与工作面B相互接触，保证叶片整圈联接，为叶片工作提供阻尼以降低工作状态下叶片动应力，提高了叶片工作时安全可靠性。

其中，且所述叶型部分4顶部与围带1之间、叶型部分4根部与中间体5之间、凸台拉筋3与叶型部分4之间均采用光滑圆角过渡，减小过渡位置应力集中，保证过渡位置较低的应力水平。

需要说明的是，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。另外，说明书与权利要求中所使用的各齿承载面角度是指各齿的工作面与垂直方向角度。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽轮机叶根，其特征在于，所述叶根(6)为多齿圆弧枞树型结构，且各齿的承载面与垂直方向角度(A1)介于55°～60°之间，齿形角(A2)介于50°～55°之间。

2.如权利要求1所述的汽轮机叶根，其特征在于，所述叶根(6)为4齿圆弧枞树型叶根，其第一圆角半径(R1)为5～6mm，第二圆角半径(R2)为3.5～4mm，第三圆角半径(R3)为2.5～3mm，第四圆角半径(R4)为5～6mm。

3.一种汽轮机叶片，其特征在于，包括：如权利要求1或2所述的叶根(6)。

4.如权利要求3所述的汽轮机叶片，其特征在于，还包括：凸台拉筋(3)和叶型部分(4)，且所述凸台拉筋(3)位于与所述叶型部分(4)根部截面距离为50-70％叶高的位置。

5.如权利要求4所述的汽轮机叶片，其特征在于，所述凸台拉筋(3)为椭圆凸台，其长轴直径为20～30mm，短轴直径为6～15mm，且所述椭圆长轴与所述叶片轴向夹角为0～20度。

6.如权利要求5所述的汽轮机叶片，其特征在于，在安装状态下，相邻的所述椭圆凸台之间间隙为0～0.25mm。

7.如权利要求4所述的汽轮机叶片，其特征在于，所述叶型部分(4)顶部前缘部分和背弧部分经过激光固溶强化处理。

8.如权利要求4所述的汽轮机叶片，其特征在于，所述叶型部分(4)为变截面扭转状，沿叶高由根部至顶部面积逐渐减小，相邻两截面之间存在扭转角。

9.如权利要求4所述的汽轮机叶片，其特征在于，还包括：围带(1)，所述围带(1)与叶型部分(4)为一体成型结构；且在安装状态下，相邻围带(1)工作面之间间隙为0～0.5mm，非工作面之间间隙为3～4.5mm。

10.如权利要求9所述的汽轮机叶片，其特征在于，还包括：中间体(5)；且所述叶型部分(4)顶部与围带(1)之间、叶型部分(4)根部与中间体(5)之间、凸台拉筋(3)与叶型部分(4)之间均采用光滑圆角过渡。