CN219865165U - 一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片 - Google Patents

一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片 Download PDF

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Abstract

一种用于100MW‑300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其包括叶片工作部分、叶根、围带和拉筋,叶片工作部分的上下两端分别安装有围带和叶根,围带、叶片工作部分、拉筋和叶根由上至下模锻成一体,叶片工作部分为由根部到顶部扭转变化的叶型,叶片工作部分的截面面积、弦长b、轴向宽度V、安装角βy、最大厚度T和出口角θ逐渐减小,叶型的几何进汽角逐渐增大,拉筋置于叶片工作部分高度的60%处,叶根为三齿型纵树叶根。解决针对空气工质流量大、背压高、径高比小的问题,设计开发出一种满足空气透平特性问题的长叶片,叶片采用三齿纵树型叶根和围带凸台拉筋设计,在满足叶片安全性的同时兼顾叶片的流动特性。

Description

一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片
技术领域
本实用新型涉及一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,属于轴流式空气透平技术领域。
背景技术
随着对新能源为主体的新型电力系统逐步推进,而风电、光电等新能源又具有明显的波动性、间歇性等不稳定属性,储能与新能源的耦合对电力系统的优化运行提供了重要支撑。目前大规模、可商业化的储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能,其中压缩空气储能具有不受地理限制、储能效率高、适用各类电站等优点。压缩空气储能重要的部件之一是大功率轴流空气透平,透平往往具有高进口压力和高膨胀比等特性,而且在储能和释能过程中的压力变化较大,导致透平无法长时间在一个工况点运行,对透平的长叶片的高效、稳定运行提出了更高的要求。与常规蒸汽透平相比,储能配套空气透平存在容量大、长叶片强度要求高、宽负荷滑压运行等诸多特性问题,导致现有的长叶片均无法完全适用于空气透平设计需求。
因此,亟需提出一种新型的用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,以解决上述技术问题。
实用新型内容
本实用新型研发目的是为了解决针对空气工质流量大、背压高、径高比小的问题,设计开发出一种满足空气透平特性问题的长叶片,叶片采用三齿纵树型叶根和围带凸台拉筋设计,在满足叶片安全性的同时兼顾叶片的流动特性,在下文中给出了关于本实用新型的简要概述,以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解,这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分,也不是意图限定本实用新型的范围。
本实用新型的技术方案:
一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,包括叶片工作部分、叶根、围带和拉筋,叶片工作部分的上下两端分别安装有围带和叶根,围带、叶片工作部分、拉筋和叶根由上至下模锻成一体,叶片工作部分为由根部到顶部扭转变化的叶型,叶片工作部分的截面面积、弦长b、轴向宽度V、安装角βy、最大厚度T和出口角θ逐渐减小,叶型的几何进汽角逐渐增大,拉筋置于叶片工作部分高度的60%处,叶根为三齿型纵树叶根。
优选的:所述围带的进气侧型线与叶型进气侧型线吻合,围带的扩张角A为18°,围带的厚度为20mm。
优选的:所述叶片工作部分的高度L为483mm,叶片工作部分的根部直径φ为1200mm,叶片工作部分的排汽面积为2.55m2,叶根的轴向宽度W为186.35mm。
优选的:所述叶根的总高度K为81.54mm,拉筋的接触面角度为45°,拉筋的端面为40mm*20mm的椭圆。
优选的:所述叶片工作部分的高度L为0mm处,即叶片工作部分的根部截面处,对应的叶片工作部分的截面面积为29.61cm2,叶片工作部分的弦长b为161.88mm,叶片工作部分的轴向宽度V为159.19mm,叶片工作部分的安装角βy为80.00°,叶片工作部分的最大厚度T为25.39mm,叶片工作部分的进口角α为42.43°,叶片工作部分的出口角θ为34.58°。
优选的:所述叶片工作部分的高度L为120mm处,对应的叶片工作部分的截面面积为34.34cm2,叶片工作部分的弦长b为178.27mm,叶片工作部分的轴向宽度V为167.84mm,叶片工作部分的安装角βy为70.98°,叶片工作部分的最大厚度T为26.98mm,叶片工作部分的进口角α为64.73°,叶片工作部分的出口角θ为32.87°。
优选的:所述叶片工作部分的高度L为210mm处,对应的叶片工作部分的截面面积为24.99cm2,叶片工作部分的弦长b为157.25mm,叶片工作部分的轴向宽度V为125.42mm,叶片工作部分的安装角βy为53.26°,叶片工作部分的最大厚度T为24.21mm,叶片工作部分的进口角α为86.58°,叶片工作部分的出口角θ为31.30°。
优选的:所述叶片工作部分的高度L为320mm处,对应的叶片工作部分的截面面积为20.66cm2,叶片工作部分的弦长b为155.52mm,叶片工作部分的轴向宽度V为90.85mm,叶片工作部分的安装角βy为35.72°,叶片工作部分的最大厚度T为21.65mm,叶片工作部分的进口角α为126.83°,叶片工作部分的出口角θ为26.13°。
优选的:所述叶片工作部分的高度L为405mm处,对应的叶片工作部分的截面面积为12.19cm2,叶片工作部分的弦长b为155.16mm,叶片工作部分的轴向宽度V为62.86mm,叶片工作部分的安装角βy为23.59°,叶片工作部分的最大厚度T为11.91mm,叶片工作部分的进口角α为139.23°,叶片工作部分的出口角θ为19.68°。
优选的:所述叶片工作部分的高度L为483mm处,即叶片工作部分的顶部截面处,对应的叶片工作部分的截面面积为5.49cm2,叶片工作部分的弦长b为133.85mm,叶片工作部分的轴向宽度V为76.43mm,叶片工作部分的安装角βy为34.77°,叶片工作部分的最大厚度T为7.11mm,叶片工作部分的进口角α为130.81°,叶片工作部分的出口角θ为15.39°。
本实用新型具有以下有益效果:
1.本实用新型是以一维、二维、全三维气动热力分析计算基础下,设计的弯扭叶型结构,叶型以不同高度不同型线数据光顺连接并扭转成形。每个高度的型线出气损失小,速度分布合理。每个二维的叶型进出气角度匹配热力,并保障型线曲率光滑无突变;
2.本实用新型基于气动三维计算下,尽可能降低径向二次流损失以及尾迹损失,叶片的气动效率高。叶片经有限元强度计算,满足静强度、动强度、频率考核,在气动和强度特性上都达到了最优;
3.本实用新型的整圈共有58只长叶片,采用三齿型纵树叶根、围带和凸台拉筋设计,叶根承载能力强,在装配上简单易实现,运行安全可靠。围带设计即保障了足够的接触面长度降低接触应力又保障了运行起来形成整圈互锁,保障机组的安全稳定运行;
4.本实用新型可应用在100-300MW等级空气透平轴向排气机组上,叶片气动效率高、损失小,气流出口角度接近轴向,整缸排气压力损失小,机组的经济性高。整体机组其结构紧凑,占地面积小,在储能电站中有很强的市场竞争力。
附图说明
图1是一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片的结构示意图;
图2是本实用新型的围带的俯视图;
图3是本实用新型的叶片工作部分的俯视投影的轮廓示意图;
图4是本实用新型的围带接触互锁示意图;
图5是本实用新型的拉筋的结构示意图;
图6是本实用新型的叶片工作部分的典型横截面的示意图;
图7是图6的Ⅱ局部放大图;
图8是图6的Ⅰ局部放大图;
图中1-叶片工作部分,2-叶根,3-围带,4-拉筋,41-端面。
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了,下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本实用新型的范围。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实用新型的概念。
本实用新型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100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片是以一维、二维、全三维气动热力分析计算基础下,设计的弯扭叶型结构,叶型以不同高度不同型线数据光顺连接并扭转成形,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的上下两端分别安装有围带3和叶根2,围带3、叶片工作部分1、拉筋4和叶根2由上至下模锻成一体,叶片工作部分1的型线数据的每个截面数据均有变化,构成由根部到顶部扭转变化的叶型,根部到顶部的叶型变化剧烈,叶片工作部分1的截面面积、弦长b、轴向宽度V、安装角βy、最大厚度T和出口角θ逐渐减小,叶型的几何进汽角逐渐增大,拉筋4置于叶片工作部分1高度的60%处,叶根2为三齿型纵树叶根,整圈共有58只本实施方式的长叶片,采用三齿型纵树叶根2、围带3和凸台式拉筋4的设计,叶根承载能力强,在装配上简单易实现,运行安全可靠。
所述围带3的进气侧型线与叶型进气侧型线吻合,围带3的扩张角A为18°,围带3的厚度为20mm。
所述叶片工作部分1的高度L为483mm,叶片工作部分1的根部直径φ为1200mm,叶片工作部分1的排汽面积为2.55m2,叶根2的轴向宽度W为186.35mm。
所述叶根2的总高度K为81.54mm,拉筋4的接触面角度为45°,拉筋4的端面41为40mm*20mm的椭圆。
所述叶片工作部分1的高度L为0mm处,即叶片工作部分1的根部截面处,对应的叶片工作部分1的截面面积为29.61cm2,叶片工作部分1的弦长b为161.88mm,叶片工作部分1的轴向宽度V为159.19mm,叶片工作部分1的安装角βy为80.00°,叶片工作部分1的最大厚度T为25.39mm,叶片工作部分1的进口角α为42.43°,叶片工作部分1的出口角θ为34.58°。
所述叶片工作部分1的高度L为120mm处,对应的叶片工作部分1的截面面积为34.34cm2,叶片工作部分1的弦长b为178.27mm,叶片工作部分1的轴向宽度V为167.84mm,叶片工作部分1的安装角βy为70.98°,叶片工作部分1的最大厚度T为26.98mm,叶片工作部分1的进口角α为64.73°,叶片工作部分1的出口角θ为32.87°。
所述叶片工作部分1的高度L为210mm处,对应的叶片工作部分1的截面面积为24.99cm2,叶片工作部分1的弦长b为157.25mm,叶片工作部分1的轴向宽度V为125.42mm,叶片工作部分1的安装角βy为53.26°,叶片工作部分1的最大厚度T为24.21mm,叶片工作部分1的进口角α为86.58°,叶片工作部分1的出口角θ为31.30°。
所述叶片工作部分1的高度L为320mm处,对应的叶片工作部分1的截面面积为20.66cm2,叶片工作部分1的弦长b为155.52mm,叶片工作部分1的轴向宽度V为90.85mm,叶片工作部分1的安装角βy为35.72°,叶片工作部分1的最大厚度T为21.65mm,叶片工作部分1的进口角α为126.83°,叶片工作部分1的出口角θ为26.13°。
所述叶片工作部分1的高度L为405mm处,对应的叶片工作部分1的截面面积为12.19cm2,叶片工作部分1的弦长b为155.16mm,叶片工作部分1的轴向宽度V为62.86mm,叶片工作部分1的安装角βy为23.59°,叶片工作部分1的最大厚度T为11.91mm,叶片工作部分1的进口角α为139.23°,叶片工作部分1的出口角θ为19.68°。
所述叶片工作部分1的高度L为483mm处,即叶片工作部分1的顶部截面处,对应的叶片工作部分1的截面面积为5.49cm2,叶片工作部分1的弦长b为133.85mm,叶片工作部分1的轴向宽度V为76.43mm,叶片工作部分1的安装角βy为34.77°,叶片工作部分1的最大厚度T为7.11mm,叶片工作部分1的进口角α为130.81°,叶片工作部分1的出口角θ为15.39°。
对于叶片工作部分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列表如下,即表1。采用上述结构参数,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,因此本实用新型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实用新型所公开。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm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)的上下两端分别安装有围带(3)和叶根(2),围带(3)、叶片工作部分(1)、拉筋(4)和叶根(2)由上至下模锻成一体,叶片工作部分(1)为由根部到顶部扭转变化的叶型,叶片工作部分(1)的截面面积、弦长b、轴向宽度V、安装角βy、最大厚度T和出口角θ逐渐减小,叶型的几何进汽角逐渐增大,拉筋(4)置于叶片工作部分(1)高度的60%处,叶根(2)为三齿型纵树叶根。
2.根据权利要求1所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述围带(3)的进气侧型线与叶型进气侧型线吻合,围带(3)的扩张角A为18°,围带(3)的厚度为20mm。
3.根据权利要求2所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶片工作部分(1)的高度L为483mm,叶片工作部分(1)的根部直径φ为1200mm,叶片工作部分(1)的排汽面积为2.55m2,叶根(2)的轴向宽度W为186.35mm。
4.根据权利要求3所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶根(2)的总高度K为81.54mm,拉筋(4)的接触面角度为45°,拉筋(4)的端面(41)为40mm*20mm的椭圆。
5.根据权利要求4所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶片工作部分(1)的高度L为0mm处,即叶片工作部分(1)的根部截面处,对应的叶片工作部分(1)的截面面积为29.61cm2,叶片工作部分(1)的弦长b为161.88mm,叶片工作部分(1)的轴向宽度V为159.19mm,叶片工作部分(1)的安装角βy为80.00°,叶片工作部分(1)的最大厚度T为25.39mm,叶片工作部分(1)的进口角α为42.43°,叶片工作部分(1)的出口角θ为34.58°。
6.根据权利要求5所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶片工作部分(1)的高度L为120mm处,对应的叶片工作部分(1)的截面面积为34.34cm2,叶片工作部分(1)的弦长b为178.27mm,叶片工作部分(1)的轴向宽度V为167.84mm,叶片工作部分(1)的安装角βy为70.98°,叶片工作部分(1)的最大厚度T为26.98mm,叶片工作部分(1)的进口角α为64.73°,叶片工作部分(1)的出口角θ为32.87°。
7.根据权利要求6所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶片工作部分(1)的高度L为210mm处,对应的叶片工作部分(1)的截面面积为24.99cm2,叶片工作部分(1)的弦长b为157.25mm,叶片工作部分(1)的轴向宽度V为125.42mm,叶片工作部分(1)的安装角βy为53.26°,叶片工作部分(1)的最大厚度T为24.21mm,叶片工作部分(1)的进口角α为86.58°,叶片工作部分(1)的出口角θ为31.30°。
8.根据权利要求7所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶片工作部分(1)的高度L为320mm处,对应的叶片工作部分(1)的截面面积为20.66cm2,叶片工作部分(1)的弦长b为155.52mm,叶片工作部分(1)的轴向宽度V为90.85mm,叶片工作部分(1)的安装角βy为35.72°,叶片工作部分(1)的最大厚度T为21.65mm,叶片工作部分(1)的进口角α为126.83°,叶片工作部分(1)的出口角θ为26.13°。
9.根据权利要求8所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶片工作部分(1)的高度L为405mm处,对应的叶片工作部分(1)的截面面积为12.19cm2,叶片工作部分(1)的弦长b为155.16mm,叶片工作部分(1)的轴向宽度V为62.86mm,叶片工作部分(1)的安装角βy为23.59°,叶片工作部分(1)的最大厚度T为11.91mm,叶片工作部分(1)的进口角α为139.23°,叶片工作部分(1)的出口角θ为19.68°。
10.根据权利要求9所述的一种用于100MW-300MW轴流空气透平的483mm长叶片,其特征在于:所述叶片工作部分(1)的高度L为483mm处,即叶片工作部分(1)的顶部截面处,对应的叶片工作部分(1)的截面面积为5.49cm2,叶片工作部分(1)的弦长b为133.85mm,叶片工作部分(1)的轴向宽度V为76.43mm,叶片工作部分(1)的安装角βy为34.77°,叶片工作部分(1)的最大厚度T为7.11mm,叶片工作部分(1)的进口角α为130.81°,叶片工作部分(1)的出口角θ为15.39°。
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