CN2479214Y - 大型汽轮机新型末级叶片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种大型汽轮机新型末级叶片。该动叶型线为变截面扭叶片,沿叶片高度截面形状不同,截面面积减小,且相邻两截面间有相对扭转;叶根为大宽度、大刚度的七叉叶根,且叶根平台成弓字型包住叶型根部截面;叶顶为自带凸台式阻尼拉筋和自带冠阻尼围带。本叶片可作为功率变化范围250MW—1000MW等级的亚临界、超临界、核电、调峰汽轮机组的末级叶片。无论是在经济性,强度振动特性、静强度及保证机组的安全可靠性方面均达到先进水平。
Description
本实用新型涉及一种大型汽轮机的末级叶片，特别是909mm末级叶片，可作为功率变化范围在250MW-1000MW等级的亚临界、超临界、核电、调峰汽轮机的末级叶片。
据申请人专业制造研究所知：汽轮机末级功率通常占整个机组功率的15-20％，末级叶片长、离心力大，结构、振动特性复杂，又处在汽轮机通流末端湿蒸汽区，低负荷、高背压工况有可能发生大的负攻角失速和叶根倒流，因此它的效率和可靠性对机组的经济性和安全性影响极大。世界各大汽轮机制造厂商对末级叶片的研制都十分看重，投入了大量的人力、财力，成果颇丰。正因为末级叶片研制的难度—它的开发涉及气体动力学、弹塑性力学、气动弹性力学、振动力学、计算流体力学、计算机技术、计算数学、冶金材料学及加工能力等各方面，迄今为止，世界上成功的末级叶片数量并不多。当今末级长叶片从结构上讲没有采用阻尼叶片设计技术，没有采用高效率的叶型。
本实用新型的目的就是为了弥补上述现有技术的不足，采用世界上最先进的技术并经反复试验研究，成功研制出909mm末级叶片。
本实用新型的目的是这样实现：包括一体件的末级叶片，按其结构分为三部分：叶片型线部分、叶根部分和叶顶部分，其特征在于：动叶型线为变截面扭叶片，沿叶片高度截面形状不同、截面面积减小、且相邻两截面间有相对扭转，叶根为大宽度、大刚度的七叉叶根，构成七叉叶根的每个叉和槽的结构尺寸相同，叶根平台成弓字型包住叶型根部截面，叶顶部分的拉筋和围带分别为自带凸台式阻尼拉筋、自带冠阻尼围带。
变截面扭叶片截面几何数据：A-A至X-X截面号截面高度(mm)、截面面积(mm2)、轴向宽度(mm)、几何进口角(度)、几何出口角(度)分别为0-909、4084-711、216.63-41.27、34.6-157.4、32.54-13.32，七叉型叶根的轴向总宽度为254mm，总高度为168.3mm；自带凸台式阻尼拉筋的相对高度为0.5mm，直径为φ26mm，静态时C、D面之间间隙为0.6-0.8mm，自带冠阻尼围带的轴向宽度为45mm，厚度为12mm，静态时A、B面之间间隙为0.2-0.4mm。
动叶根部截面为K型通道叶栅，中部截面为收缩型通道叶栅，顶部截面为缩放型通道叶栅。
末级叶片为径向装配式，在叶根处采用直径不同的三根销钉固定在叶轮轮缘上，装配后G、H面之间间隙为0，叶根内背径向面装配E、F面间隙小于0.05mm。
本实用新型具有以下优点：叶型根部进汽角小、弯度大、刚性大，具有较高的阻塞马赫数，根部设计为K型通道叶栅，在叶型中部进口马赫数小于0.8，叶型设计为亚音速叶栅，在相对高度0.75以上进口马赫数在0.8-1.4之间，叶型设计为直背、缩放型跨音叶栅。因此，安全可靠性高，气动性能及变工况性能良好，叶根强度有较大的安全裕度，叶根平台成弓字型包住叶型根部截面，以减少叶型根部截面的应力水平。拉筋和围带，静态时连接件间留有间隙，在一定转速下开始接触，在额定转速时连接件接触面产生一定的正应力，形成整圈振动特性和摩擦阻力以降低动应力，围带基本上完全限制扭转恢复，拉筋则部分限制扭转恢复。申请人研制成功的909末级叶片，从经济性方面讲相对已有的851末级叶片效率提高1.5％，从强度振动方面由于采用了大阻尼整圈连接件结构形式，振动特性优良，大大降低动应力水平。静强度与当今世界典型末级叶片相当。
下面结合附图详述。
图1是本实用新型动叶型线叠合图。图中A-A，X-X表示截面号。
图2是本实用新型叶栅通道图。
图3是本实用新型的主视图。
图4是图3的俯视图。
图5是图3的侧视图。
图6是图3中围带4装配放大图。图中4与4代表两只末级叶片围带。
图7是图3中拉筋3装配放大图。图中3与3代表两只末级叶片拉筋。
图8是图3中叶根1装配俯视放大图。图中三个1代号代表三只末级叶片叶根。
图9是图3中叶根1装配剖视放大图。
图10是图9中G、H面放大示意图。
参照图1-图10，一体件的末级叶片按其结构分为三部分：叶片型线部分、叶根部分和叶顶部分(围带、拉筋)。本实用新型叶片型线2为变截面扭叶片，沿叶片高度截面形状不同，截面面积减小，且相邻两截面间有相对扭转(详见表2、不同截面几何数据)，在气动和强度振动方面能满足设计要求。叶根采用申请人已有多台套良好运行业绩且刚度大的七叉型叶根1，轴向总宽度为254mm，总高度为168.3mm，每个叉和槽结构尺寸完全相同(具体尺寸见表1)。该叶根1强度有较大的安全裕度，而且叶根平台为弓字型包住叶型根部截面，以减少叶型根部截面的应力水平。自带凸台式阻尼拉筋3，相对高度为0.5mm，直径为φ26mm，静态时C、D面之间间隙为0.6-0.8mm，运行时C、D面完全接触。自带冠阻尼围带4，轴向宽度为45mm，厚度为12mm，静态时A、B面之间间隙为0.2-0.4mm，运行时A、B面完全接触。动叶根部截面为K型通道叶栅8，中部截面为收缩型通道叶栅9，顶部截面为缩放型通道叶栅10。末级叶片为径向装配式，在叶根1处采用直径不同的三根销钉6固定在叶轮轮缘7上，装配后G、H面之间间隙为零，叶根内背径向面装配E、F面间隙小于0.05mm。防水蚀措施为高频淬火。高频淬火后防水蚀区5的面积为248mm×20mm，硬度为HRC42-52。它具有优良的抗疲劳及抗应力腐蚀性能，运行安全可靠。本实用新型---909末级叶片在沙岭子8#汽轮机试用后，机组经济性将提高2.5％，热耗下降30Kcal/KW·h，同时机组安全可靠性也有相应提高。
表1 七叉叶根叉槽具体尺寸
| 项目 | C1、C11段 | C2、C22段 | C3、C33段 | |||
| 宽度mm | 高度mm | 宽度mm | 高度mm | 宽度mm | 高度mm | |
| 叉 | 22.79 | 58.09 | 13.89 | 41.73 | 6.91 | 47.83 |
| 槽 | 11.5 | 58.09 | 20.4 | 41.73 | 27.38 | 47.83 |
| 轴向总宽度mm | 254 | 总高度mm | 168.3 | |||
表2 动叶型线截面几何数据
| 截面号 | 截面高度mm | 截面面积mm2 | 轴向宽度mm | 几何进口角度 | 几何出口角度 |
| A-A | 0 | 4084 | 216.53 | 34.6 | 32.54 |
| B-B | 48.1 | 4046 | 209.57 | 35.6 | 32.18 |
| C-C | 72.09 | 3963 | 205.40 | 37.3 | 32.34 |
| D-D | 96.05 | 3858 | 201.19 | 39.9 | 32.04 |
| E-E | 120.03 | 3760 | 196.89 | 38.9 | 32.10 |
| F-F | 143.99 | 3645 | 191.90 | 40.3 | 31.51 |
| G-G | 167.99 | 3504 | 186.89 | 40.2 | 30.85 |
| H-H | 191.95 | 3347 | 181.62 | 38.0 | 30.32 |
| I-I | 239.9 | 3029 | 171.55 | 39.4 | 30.02 |
| J-J | 287.85 | 2705 | 161.08 | 45.2 | 29.89 |
| K-K | 335.79 | 2395 | 149.57 | 51.2 | 29.23 |
| L-L | 383.76 | 2113 | 137.58 | 60.0 | 28.39 |
| M-M | 431.70 | 1834 | 125.64 | 71.1 | 27.51 |
| N-N | 479.66 | 1605 | 113.71 | 83.7 | 26.71 |
| O-O | 527.60 | 1381 | 104.20 | 94.2 | 25.49 |
| P-P | 575.56 | 1190 | 88.15 | 112.2 | 23.53 |
| Q-Q | 623.50 | 1040 | 77.13 | 123.3 | 21.85 |
| R-R | 671.46 | 896 | 67.79 | 133.9 | 20.00 |
| S-S | 719.41 | 797 | 59.98 | 141.9 | 18.24 |
| T-T | 767.37 | 731 | 53.15 | 142.2 | 16.31 |
| U-U | 815.31 | 719 | 48.77 | 147.0 | 15.45 |
| V-V | 863.27 | 688 | 44.37 | 153.0 | 14.29 |
| X-X | 909 | 711 | 41.27 | 157.4 | 13.32 |
Claims (4)
1.一种大型汽轮机新型末级叶片，包括一体件的末级叶片，按其结构分为三部分：叶片型线部分、叶根部分和叶顶部分，其特征在于：
动叶型线为变截面扭叶片，沿叶片高度截面形状不同、截面面积减小、且相邻两截面间有相对扭转，
叶根为大宽度、大刚度的七叉叶根，每个叉和槽结构尺寸相同，叶根平台成弓字型包住叶型根部截面，
叶顶部分的拉筋和围带分别为自带凸台式阻尼拉筋、自带冠阻尼围带。
2.根据权利要求1所述的大型汽轮机新型末级叶片，其特征在于：变截面扭叶片截面几何数据：A-A至X-X截面号截面高度(mm)、截面面积(mm2)、轴向宽度(mm)、几何进口角(度)、几何出口角(度)分别为0-909、4084-711、216.63-41.27、34.6-157.4、32.54-13.32；七叉型叶根轴向总宽度为254mm，总高度为168.3mm；自带凸台式阻尼拉筋：相对高度为0.5mm，直径为φ26mm，静态时C、D面之间间隙为0.6-0.8mm，自带冠阻尼围带：轴向宽度为45mm，厚度为12mm，静态时A、B面之间间隙为0.2-0.4mm。
3.根据权利要求1所述的大型汽轮机新型末级叶片，其特征在于：动叶根部截面为K型通道叶栅，中部截面为收缩型通道叶栅，顶部截面为缩放型通道叶栅
4.根据权利要求1所述的大型汽轮机新型末级叶片，其特征在于：末级叶片为径向装配式，在叶根处采用直径不同的三根销钉固定在叶轮轮缘上，装配后G、H面之间间隙为0，叶根内背径向面装配E、F面间隙小于0.05mm。
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