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CN100497890C - 变转速汽轮机末级动叶片 - Google Patents

变转速汽轮机末级动叶片 Download PDF

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CN100497890C
CN100497890C CNB2007100499791A CN200710049979A CN100497890C CN 100497890 C CN100497890 C CN 100497890C CN B2007100499791 A CNB2007100499791 A CN B2007100499791A CN 200710049979 A CN200710049979 A CN 200710049979A CN 100497890 C CN100497890 C CN 100497890C
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周显丁
吴其林
冯斌
范小平
钟刚云
李伯武
李银凤
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DEC Dongfang Turbine Co Ltd
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DEC Dongfang Turbine Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种变转速汽轮机的末级动叶片，具有整体构造的叶身、叶根和叶冠，叶身为变截面扭曲结构，叶身的宽度、厚度及横截面积由根部到顶部递减，平滑过渡；叶身的形状满足关系式：(2×L+D)×f≥70500或L×(L+D)×f≥5.4×107；0.2≤T/Bd≤2.5；0.55≤T/H1≤1.05；0.25≤T/b≤0.85；2.55≤T/D≤16.55。式中：L-叶身有效长度；D-叶身根部所在处的转子直径；f-转子的旋转频率；Bd-叶型截面的轴向宽度；H1-叶型截面弦长；b-叶型截面最大厚度；D-叶型截面面积；T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。叶冠具有阻尼工作面，相邻两叶片的阻尼工作面吻合，且满足150≤P/X，式中：X-相邻叶片阻尼工作面之间的间隙；P-相邻两叶片叶冠顶部节距。

Description

变转速汽轮机末级动叶片
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片，尤其涉及一种变转速汽轮机的末级动叶片。
背景技术
汽轮机作为一种动力装置，可以用作各种负载的驱动器。负载的运行状态不同，有的恒速运行，有的需调速，对汽轮机的性能要求也就不同，例如，大型火力发电机组中，其主汽轮机的给水泵，需根据主汽轮机的运行状况调节给水量，该给水泵就是由变转速汽轮机驱动的。显然，变转速汽轮机的结构设计要比定转速汽轮机复杂，特别是叶片，运转速度变化时，所受的激振力不同，叶片的动应力须满足调速范围内的使用要求。
目前，用于大型火力发电机组上的给水泵汽轮机，我国尚不能生产，都是从国外引进，原因是，尚未自主开发出变转速汽轮机的末级动叶片。
另外，国外的给水泵汽轮机，其规格也有限，目前只有亚临界300MW等级、亚临界600MW等级和超临界600MW、14000MW等级发电机组配套的给水泵汽轮机，为更高等级发电机组配套的给水泵汽轮机，仍然还是空白，见下表1。
表1  现有给水泵汽轮机及其末级动叶片对比
 
类别 给水泵汽轮机一 给水泵汽轮机二 给水泵汽轮机三 给水泵汽轮机四
应用范围 亚临界300MW 亚临界600MW 超临界600MW 大功率机组
机组功率 3390MW 8053MW 9600MW 14000MW
末级叶片长度 209.55mm 304.8mm 365mm 500mm
结构形式 带拉筋、无叶冠 带拉筋、无叶冠 带叶冠、无拉筋 带拉筋、无叶冠
 
排汽面积 0.6563×10<sup>4</sup>mm<sup>2</sup> 1.046×10<sup>6</sup>mm<sup>2</sup> 1.353×10<sup>8</sup>mm<sup>2</sup> 2.153×10<sup>6</sup>mm<sup>2</sup>
投运业绩 有 有 有 有
而且，现有的发电机组配套的给水泵汽轮机，其末级动叶片的特征参数各不相同，没有统一的设计规范。
发明内容
本发明的目的之一，是提供一种变转速汽轮机末级动叶片，该叶片的结构与现有同类产品不同，具有自身的特征参数。
本发明的目的之二，是提供一种变转速汽轮机末级动叶片，该叶片适合更大功率的变转速汽轮机，例如，为功率14000MW以上的火力发电机组配套的给水泵汽轮机。
实现上述目的技术方案如下：
一种变转速汽轮机末级动叶片，具有整体构造的叶身、叶根和叶冠；所述叶身为变截面扭曲结构，叶身的宽度、厚度及横截面积由根部到顶部递减，平滑过渡；所述叶身的形状满足如下关系式：
(2×L+D)×f≥70500
或L×(L+D)×f≥5.4×107           (1)
式中：L-叶身有效长度；
D-叶身根部所在处的转子直径；
f-转子的旋转频率；
0.2≤T/Bd≤2.5               (2)
式中：Bd-叶型截面的轴向宽度；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
0.55≤T/H1≤1.05           (3)
式中：H1-叶型截面的切向宽度；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
0.25≤T/b≤0.85                                 (4)
式中：b-叶型截面的弦长；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
2.55≤T/D≤16.55                           (5)
式中：D-叶型截面最大厚度；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
43.5≤T/Rc≤225                           (6)
式中：Rc-叶型后缘半径；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
10≤T/Rj≤65                                   (7)
式中：Rj-叶型前缘半径；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
所述叶片用于不同功率等级的汽轮机时满足以下关系式：
0.02≤T/A≤0.267                           (8)
式中：A-叶型截面的面积；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
所述叶冠具有阻尼工作面，相邻两叶片的阻尼工作面吻合，且满足下式：
150≤P/S                        (9)
式中：S-相邻两叶片阻尼工作面之间的间隙；
P-相邻两叶片叶冠顶部节距。
所述叶根为枞树型叶根。
所述叶片用不锈钢制成。
上述构造的汽轮机末级动叶片，具有良好的动态性能，阻尼特性好，动应力小。用其做成的变转速汽轮机，调速范围广，例如，为14000MW火力发电机组配套的给水泵汽轮机，调速范围在40.8Hz至110Hz之间，完全符合使用要求。
附图说明
图1是本叶片结构简图
图2是图1的叶身截面剖示图
图3是图1的叶根剖示图
图4是图1的叶冠俯视图
具体实施方式
参见图1至图4：本变转速汽轮机末级动叶片，具有叶身1、叶根2和叶冠3三个部分，这三部分是整体结构。其中，叶身1为变截面扭曲结构，叶身的宽度、厚度及横截面积由根部到顶部递减，平滑过渡；本叶片的突出特点是，叶身1的形状满足如下关系式：
(2×L+D)×f≥70500
或L×(L+D)×f≥5.4×107                   (1)
式中：L-叶身有效长度；
D-叶身根部所在处的转子直径；
f-转子的旋转频率；
0.2≤T/Bd≤2.5                         (2)
式中：Bd-叶型截面的轴向宽度；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
0.55≤T/H1≤1.05                          (3)
式中：H1-叶型截面的切向宽度；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
0.25≤T/b≤0.85                        (4)
式中：b-叶型截面的弦长；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
2.55≤T/D≤16.55                       (5)
式中：D-叶型截面最大厚度；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
43.5≤T/Rc≤225                          (6)
式中：Rc-叶型后缘半径；T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
10≤T/Rj≤65                               (7)
式中：Rj-叶型前缘半径；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
上述数学模型确定了叶身的结构，这种结构的叶身，振动衰减速率很大，可大幅度降低叶片的动应力。
本叶片用于不同功率等级的汽轮机时应满足以下关系式：
0.02≤T/A≤0.267                              (8)
式中：A-叶型截面的面积；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
本叶片的另一特点是，叶冠3具有阻尼工作面，相邻两叶片的阻尼工作面吻合，且满足下式
150≤P/S                              (9)
式中：S-相邻叶片阻尼工作面之间的间隙；
P-相邻两叶片叶冠顶部节距。
叶冠的这种结构，具有很好的阻尼效果，可进一步降低叶片的动应力。
以上两个特点，使本叶片具备很强的转速适应性，用其做成的变转速汽轮机，可获得较宽的调速范围。例如，为14000MW火力发电机组配套的给水泵汽轮机，调速范围在40.8Hz至110Hz之间，动应力仍在设计允许的范围内，完全符合使用要求。
本叶片的再一特点是，叶根2为枞树型叶根，叶片与转子结合牢固、稳定，且便于与转子装配，操作简便、快捷。
另外，本叶片用不锈钢制成，具有良好的耐蚀性。

Claims (5)

1.一种变转速汽轮机末级动叶片，具有整体构造的叶身、叶根和叶冠；所述叶身为变截面扭曲结构，叶身的宽度、厚度及横截面积由根部到顶部递减，平滑过渡；其特征在于，所述叶身的形状满足如下关系式：
(2×L+D)×f≥70500
或L×(L+D)×f≥5.4×107        (1)
式中：L-叶身有效长度；
      D-叶身根部所在处的转子直径；
      f-转子的旋转频率；
0.2≤T/Bd≤2.5                  (2)
式中：Bd-叶型截面的轴向宽度；
      T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
0.55≤T/H1≤1.05            (3)
式中：H1-叶型截面的切向宽度；
      T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
0.25≤T/b≤0.85              (4)
式中：b-叶型截面的弦长；
      T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
2.55≤T/D≤16.55                  (5)
式中：D-叶型截面最大厚度；
      T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
43.5≤T/Rc≤225              (6)
式中：Rc-叶型后缘半径；
      T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距；
10≤T/Rj≤65               (7)
式中：Rj-叶型前缘半径；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
2.根据权利要求1所述的变转速汽轮机末级动叶片，其特征在于，所述叶片用于不同功率等级的汽轮机时满足以下关系式：
0.02≤T/A≤0.267             (8)
式中：A-叶型截面的面积；
T-相邻两叶片在该叶型截面位置处的节距。
3.根据权利要求1所述的变转速汽轮机末级动叶片，其特征在于，所述叶冠具有阻尼工作面，相邻两叶片的阻尼工作面吻合，且满足下式：
150≤P/S           (9)
式中：S-相邻两叶片阻尼工作面之间的间隙；
      P-相邻两叶片叶冠顶部节距。
4.根据权利要求1所述的变转速汽轮机末级动叶片，其特征在于，所述叶根为枞树型叶根。
5.根据权利要求1所述的变转速汽轮机末级动叶片，其特征在于，所述叶片用不锈钢制成。
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