CN218644339U - 高效中压级动叶片及汽轮机转子组件及汽轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供高效中压级动叶片及汽轮机转子组件及汽轮机，涉及汽轮机叶片技术领域，包括叶身和叶根，所述叶身由底部至顶部单向扭转且横截面积逐渐减小，所述叶根安装在所述叶身的底部，所述叶身顶部安装有围带，所述围带包括围带主体，所述围带主体上具有第一工作面和第二工作面，所述第一工作面与所述第二工作面的轮廓相同且可相互匹配。该高效中压级动叶片结构合理且装配方便，具有很高的气动效率、可靠的强度性能以及较广的转速适用范围，具体而言，在排气压力为0.18bar，气动效率达到95.21％左右，并确保所在级组的最大流量在101.7kg/s以上。

Description

高效中压级动叶片及汽轮机转子组件及汽轮机

技术领域

本实用新型涉及汽轮机叶片技术领域，尤其是高效中压级动叶片及汽轮机转子组件及汽轮机。

背景技术

目前，在工业驱动领域，尤其是大型乙烯、大型空分等关键领域，变转速大流量大功率的工业汽轮机需求不断增加，其高效、安全设计逐渐凸显重要性。为了适应工业汽轮机领域的叶片开发需求，需要不断开发多种动叶片，以满足对于动叶片日益增长的强度振动、安全性能和气动效率等的需求。

中压级组叶片运行工况恶劣，其叶片可靠性直接影响机组的安全运行。此前大部分变转速工业汽轮机中压级叶片型线效率不高，且大多为不带围带，这增加了漏气损失，且强度振动性能差，针对上述缺陷，提出了本申请。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供高效中压级动叶片及汽轮机转子组件及汽轮机，解决现有技术中中压级叶片振动特性差与气动效率低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供高效中压级动叶片及汽轮机转子组件及汽轮机，包括叶身和叶根，所述叶身由底部至顶部单向扭转且横截面积逐渐减小，所述叶根安装在所述叶身的底部，所述叶身顶部安装有围带，所述围带包括围带主体，所述围带主体上具有第一工作面和第二工作面，所述第一工作面与所述第二工作面的轮廓相同且可相互匹配。

根据本实用新型一实施例，所述第一工作面和第二工作面均包括第一子工作面和第二子工作面，所述第一工作面与所述围带长度方向平行，所述第一子工作面和第二子工作面之间设有夹角。

根据本实用新型一实施例，所述叶身的截面的最大厚度由底部至顶部平滑递减。

根据本实用新型一实施例，所述叶身的轴向宽度由底部至顶部平滑递减。

根据本实用新型一实施例，所述叶身的截面弦长和安装角由底部至顶部平滑递减。

根据本实用新型一实施例，所述叶身的截面的出口角和进口角由底部至顶部平滑递减。

根据本实用新型一实施例，所述第一子工作面上设有阻尼槽，所述阻尼槽中用于安装阻尼棒。

根据本实用新型一实施例，所述叶根包括第一安装部、第二安装部和支撑部，所述第一安装部、第二安装部分别与支撑部的顶部和底部呈T字形连接。

一种汽轮机转子组件，所述汽轮机转子组件包括若干个上述的高效中压级动叶片，所述高效中压级动叶片呈辐射状安装在转子上。

一种汽轮机，所述汽轮机包括上述的汽轮机转子组件。

本实用新型的有益效果是，该高效中压级动叶片结构合理且装配方便，具有很高的气动效率、可靠的强度性能以及较广的转速适用范围，具体而言，在排气压力为0.18bar，气动效率达到95.21％左右，并确保所在级组的最大流量在101.7kg/s以上。

通过围带的设置，在装配状态下就能够实现围带紧配合，可以保证动叶片在工作状态下相邻围带之间贴合得更加紧密，避免围带不能有效成组自锁的情况发生，有利于减小漏气损失、提高动叶片的刚性以及降低动叶片的动应力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为实施例一提供的高效中压级动叶片的结构示意图；

图2为高效中压级动叶片的叶身的四个不同高度下的横向截面的叠置示意图；

图3为图2中横向截面的结构示意图以及安装角和进口角的示意图；

图4为图1中围带的俯视图；

图5为围带结构三维图；

图6为阻尼棒结构图；

图7为实施例二中动叶片组的结构示意图；

图8为动叶片组的围带在组装状态下的结构示意图。

附图中数字与符号汇总如下：

1-高效中压级动叶片；10-叶根；100-第一安装部；101-支撑部；102-第二安装部；11-叶身；12-围带；120-围带主体；121-第一工作面；122-第二工作面；123-第一子工作面；124-第二子工作面；125-阻尼槽；126-阻尼棒；2-高效中压级动叶片组件；20-围带组件

H-叶身高度，K-叶根高度，V2-叶身根部轴向宽度，V1-叶身顶部轴向宽度，C-叶根轴向宽度，D-叶片根部直径，b-弦长，B-叶身轴向宽度，Dmax-叶型截面最大厚度，A-叶型截面面积，β-安装角，α-进口角，θ-出口角，Lg-阻尼槽深度，r-阻尼槽半径，W-围带高度，C1-围带轴向宽度

具体实施方式

以下描述只用于揭露本实用新型以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本实用新型精神和范围的其他方案。

【实施例1】

参见图1至图6，本实施例提供的高效中压级动叶片1，包括叶身11，如图2，叶身11的横向截面从叶身11的底部至顶部单向扭转且面积逐渐减小。

垂直于叶身11的高度方向，叶身11在指定的叶身11高度下的截面为横向截面。

也就是说，对于叶身11的所有横向截面中的任意两个，位于顶部的横向截面相对于位于底部的横向截面单向扭转且面积更小。

扭转方向为顺时针或逆时针中的一个方向。

如图1，叶身11的总高度H为237-249mm，叶身11的根部截面为第一截面，第一截面的轴向宽度为68-72mm。叶身的顶部截面为第二截面，第二截面的轴向宽度为37-45mm。

可选地，为了更加精确地满足容积流量的需求，叶身11的总高度H为243mm，叶身11的根部直径D为1372mm，叶身11的底部轴向宽度V2为70mm，叶身11的顶部轴向宽度V1为41mm，从而使得叶身11的扭转规律和叶型变化规律，能够使叶身11的各热力学参数沿叶身11高度方向按照合理的规律分布，气动性能得到显著提高。且通过专业流体动力学计算软件Numeca和CFX等计算验证，证明该高效中压级动叶片1具有足够的强度性能，且在设计工况下的气流弯应力较小，也即结构可靠、振动小且气动效率高。

可选地，叶身11为钢制叶身。

本实施例的可选方案中，如图1，从叶身11的底部至顶部，横向截面的轴向宽度V从70mm单调递减至41mm，如图3以及图3中的放大视图，横向截面的安装角β从66°单调递减至49°，横向截面的弦长b从77mm单调递减至76mm，横向截面的最大厚度D从20mm单调递减至8mm，横向截面的进口角α从56°单调递增至97°。从而使叶身11沿高度方向的横向截面的扭转和面积变化规律，保证叶身11沿自身高度方向的各热力参数分布规律合理的同时，兼顾叶片静强度要求，进而使叶片具有更好的气动性能。

具体地，如图2所示，示出了沿叶身11在四个不同的高度下的横向截面第一截面、G-G、H-H、第二截面以及它们之间的相对逆转关系；并结合图3，在表1中给出上述四个横向截面对应的轴向宽度V、弦长b、安装角β、最大厚度Dmax和进口角α的参数。

表1不同叶高截面参数

具有表1中示出的四个横向截面，并在相邻截面之间形成平滑过渡的叶身11，在保证叶片具有更好的气动性能的前提下，在背压为2.29bar下，所在级气动效率高达95.2％；且还能满足强度和振动的要求。

本实施例的可选方案中，高效中压级动叶片1还包括连接于叶身11的底部的叶根10。叶根10是该高效中压级动叶片1与工业汽轮机的转子连接的连接结构。

如图7，叶根10包括第一安装部100、第二安装部102和支撑部101，第一安装部100、第二安装部102分别与支撑部101的顶部和底部呈T字形连接，这种T型的叶根10结构能够使叶片与工业汽轮机的转子结合牢固、稳定，保证该高效中压级动叶片1的安全性，且直接与工业汽轮机的转子插槽插接即可完成装配，装配方便。这种T型的叶根10具有结构简单，便于加工的优势，因而有利于控制成本。

本实施例的可选方案中，第一安装部100和第二安装部102的轴向宽度C均为80mm，第一安装部100的顶部与第二安装部102的底部的距离也即叶根10的总高度K为100mm，既能够满足离心力需求，又能够保证承载均匀。

高效中压级动叶片1还包括连接于叶身11的顶部的围带12，围带12包括围带主体120以及位于围带主体120两侧的第一工作面121和第二工作面122。其中，围带主体120的总高度W为9mm，围带主体120的轴向宽度C1为43mm。

第一工作面121和第二工作面122包括第一子工作面123、第二子工作面124。可选地，第一子工作面123和第二子工作面124之间设置有圆角。进一步地，圆角的半径为2mm。

如图7，第一子工作面123与围带12轴向长度方向平行，第二子工作面与第一子工作面形成第一夹角，第一夹角为150°。

需要将多个高效中压级动叶片1呈辐射状连接在工业汽轮机的转子上，从而所有的高效中压级动叶片1的围带12共同组成围带组件20。

围带12的第一工作面121与相邻的围带12的第二工作面122相贴合，由于第一子工作面123、第二子工作面124呈阶梯状，在向转子装配动叶片的过程中，因而第一工作面121能够与待贴合的第二工作面122顺畅安装，且相邻动叶片的围带12之间不发生空间干涉和刮擦，从而实现相邻围带12之间的紧配合。此外，由于围带组件20中的围带12在装配状态下就能够实现紧配合，可以保证动叶片在工作状态下相邻围带12之间贴合得更加紧密，避免围带12不能有效成组自锁的情况发生，有利于减小漏气损失、提高动叶片的刚性以及降低动叶片的动应力。

在动叶片处于工作状态下，叶身11在离心力的作用下将产生反扭，同时围带12在叶身11的带动下会偏离于安装位置，围带组件20中所有的围带12形成整圈自锁且相邻的围带12之间产生正压力和摩擦力，产生阻尼效应，从而消除该全转速低压级动叶片1的多种振型，使该全转速低压级动叶片1的合振型被简化，显著降低动应力，有利于动调频，进而保证该全转速低压级动叶片1能安全、可靠地运行。

进一步地，如图5，第一子工作面123表面垂直加工圆柱面阻尼槽125，阻尼槽125半径r为3mm，阻尼槽深度Lg为16mm。两相邻的第一子工作面123的阻尼槽125配合形成阻尼棒安装槽，阻尼棒126装配进入阻尼棒安装槽。阻尼棒126直径为5.5mm。转子叶片运行时，阻尼棒126进一步吸收叶片振动。

【实施例2】

汽轮机转子组件，汽轮机转子组件包括实施例1中所述的高效中压级动叶片，上述公开的高效中压级动叶片的技术特征也适用于该实施例。

本实施例提供的汽轮机转子组件，包括多个高效中压级动叶片1，若干个高效中压级动叶片1组成动叶片组，动叶片组安装在转子上。

本实施例的可选方案中，高效中压级动叶片1的数量为84只，84只高效中压级动叶片1呈辐射状连接于工业汽轮机的转子。具体地，转子上设置有84个插槽，插槽与高效中压级动叶片1的叶根10相匹配。

本实施例中的汽轮机转子组件具有实施例一中的高效中压级动叶片的优点，实施例一所公开的高效中压级动叶片的优点在此不再重复描述。

【实施例3】

一种汽轮机，汽轮机中设有实施例1中所述的高效中压级动叶片或实施例2中所述的汽轮机转子组件。

本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例，并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本实用新型的实施方式可以有任何变形和修改。

Claims (10)

1.高效中压级动叶片，其特征在于：包括叶身(11)和叶根(10)，所述叶身(11)由底部至顶部单向扭转且横截面积逐渐减小，所述叶根(10)安装在所述叶身(11)的底部，所述叶身(11)顶部安装有围带(12)，所述围带(12)包括围带主体(120)，所述围带主体(120)上具有第一工作面(121)和第二工作面(122)，所述第一工作面(121)与所述第二工作面(122)的轮廓相同且可相互匹配。

2.根据权利要求1所述的高效中压级动叶片，其特征在于：所述第一工作面(121)和第二工作面(122)均包括第一子工作面(123)和第二子工作面(124)，所述第一工作面(121)与所述围带(12)长度方向平行，所述第一子工作面(123)和第二子工作面(124)之间设有夹角。

3.根据权利要求2所述的高效中压级动叶片，其特征在于：所述叶身(11)的截面的最大厚度由底部至顶部平滑递减。

4.根据权利要求3所述的高效中压级动叶片，其特征在于：所述叶身(11)的轴向宽度由底部至顶部平滑递减。

5.根据权利要求4所述的高效中压级动叶片，其特征在于：所述叶身(11)的截面弦长和安装角由底部至顶部平滑递减。

6.根据权利要求5所述的高效中压级动叶片，其特征在于：所述叶身(11)的截面的出口角和进口角由底部至顶部平滑递减。

7.根据权利要求2至6中任意一项所述的高效中压级动叶片，其特征在于：所述第一子工作面(123)上设有阻尼槽(125)，所述阻尼槽(125)中用于安装阻尼棒(126)。

8.根据权利要求7所述的高效中压级动叶片，其特征在于：所述叶根(10)包括第一安装部(100)、第二安装部(102)和支撑部(101)，所述第一安装部(100)、第二安装部(102)分别与支撑部(101)的顶部和底部呈T字形连接。

9.一种汽轮机转子组件，其特征在于：所述汽轮机转子组件包括若干个权利要求1至8中任意一项所述的高效中压级动叶片，所述高效中压级动叶片呈辐射状安装在转子上。

10.一种汽轮机，其特征在于：所述汽轮机包括权利要求9中所述的汽轮机转子组件。

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