一种工业汽轮机高效调节级静叶片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种工业汽轮机高效调节级静叶片，它采用整体形式，包括叶身、上安装边和下安装边。所述叶身的一端设有与叶身一体成型的上安装边，且叶身的另一端设有与叶身一体成型的下安装边，装配时上安装边和下安装边滑入相应定位槽中。所述叶身部分为等截面叶型，其叶身的叶型由5段曲线组成，分别为ab段、bc段、cd段、de段、ea段，5段曲线交接处切线斜率相等，本实用新型专利技术的高效叶片效率优于常规叶片，并且具有很好的变工况特性，其加工成本仅为一般的离散点叶型常规叶片加工成本的1/4～1/3。

【技术实现步骤摘要】
一种工业汽轮机高效调节级静叶片
本技术属于叶轮机械领域，涉及一种工业汽轮机高效调节级静叶片。
技术介绍
工业汽轮机是功能转换的重要设备，广泛应用于石油、化工、冶金、能源、核电、舰船等各个领域。工业汽轮机结构复杂、设计制造难度高，属于高端装备制造业。对于工业汽轮机而言，由于其主要作为风机、压缩机和泵等耗能设备的驱动机，被驱动机的负荷特性决定了工业汽轮机变工况的特点，其工况变化范围特别广。因而工业汽轮机叶片最重要也最明显的特点就是需要有非常好的变工况性能，在不同的工况下叶片应具有较高的效率。以ABB公司为例，其叶片从1900年代号为200的叶片经过5代的升级进化，演变到1980年代号为8000的叶片，效率得以逐步提高；以GE公司为例，其叶片也由1940年的传统叶片经历5次进化演变，达到了1980年的超级叶片(superprofile)。随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽轮机通流叶片的全三维流场优化设计己经成为可能。目前使用的汽轮机叶片型线为早年开发的常规型线，其气动性能有较大提升空间。叶片作为汽轮机的核心部件，不仅数量多，形状复杂，而且加工要求高，其加工工作量非常大，约占汽轮机总加工量的1/4～1/3。叶片的加工工艺性很大程度上决定了汽轮机成本的高低。目前多数厂家新开发的汽轮机叶片叶型均为离散点，需要采用数控加工方法加工，增加了叶片的加工成本。为提高工业汽轮机的热经济性，达到节能减排的目的，同时降低叶片的加工成本，亟需技术一种性能优良，加工工艺性好的工业汽轮机叶片。
技术实现思路
针对目前工业汽轮机调节级静叶效率有较大提升空间的现状，本技术的目的是提供一种高效工业汽轮机调节级静叶，该叶片的气动性能、变工况性能、强度振动性能比目前使用的工业汽轮机调节级静叶片更高，而且其加工工艺性很好。为了达到上述目的，技术了一种工业汽轮机高效调节级静叶片，它采用整体形式，包括叶身、上安装边和下安装边。所述叶身的一端设有与叶身一体成型的上安装边，且叶身的另一端设有与叶身一体成型的下安装边，装配时上安装边和下安装边滑入相应定位槽中。所述叶身部分为等截面叶型，其叶身的叶型由5段曲线组成，分别为ab段、bc段、cd段、de段、ea段，所述ab段和bc段组成压力面，且ab段为单圆弧，其半径变化范围为0.75≤R1/b≤0.95，所述bc段为高阶样条曲线，ab段/ac段≥70％，所述cd段作为叶型前缘呈椭圆，其长短轴比值范围为0.9≤aq/bq≤2.5，长轴变化范围为0.3≤aq/b≤0.5，所述de段为高阶样条曲线作为吸力面，所述ea段为单圆弧作为尾缘，其半径范围为0.01≤R2/b≤0.013，5段曲线交接处切线斜率相等。进一步的方案为，叶身满足如下规律：节弦比t/b的值为0.617≤t/b≤0.784，叶型最大厚度Cmax/b的值为0.228≤Cmax/b≤0.289，入口楔角w1的值为83.38°≤w1≤105.94°，出口楔角w2的值为2.76°≤w2≤3.51°，尾缘弯折角δ的值为14.61°≤δ≤18.56°。叶型安装角β的值为45°≤β≤70°，叶片菱形角γ的值为10°≤γ≤40°。更进一步的方案为，其叶身高度H/b的值为0.2≤H/b≤1.0，叶身轴向宽度S/b的值为0.57≤S/b≤0.73。叶身与上安装边的过渡圆角R3/b的值为0.04≤R3/b≤0.051，叶身与下安装边的过渡圆角R4/b的值为0.04≤R4/b≤0.051。进一步的方案为，所述上安装边宽度b1/b的值为0.84≤b1/b≤1.1，上安装边凸台距前缘距离b2/b的值为0.32≤b2/b≤0.42,上安装边凸台宽度b3/b的值为0.2≤b3/b≤0.27，上安装边尾缘侧高度h1/b的值为0.23≤h1/b≤0.29，上安装边前缘侧高度h2/b的值为0.28≤h2/b≤0.36，上安装边凸台尾缘侧高度h3/b的值为0.12≤h3/b≤0.16，上安装边凸台前缘侧高度h4/b的值为0.09≤h4/b≤0.12，上安装边前缘侧上圆角R5/b的值为0.05≤R5/b≤0.09，上安装边前缘侧下圆角R6/b的值为0.13≤R6/b≤0.17，下安装边宽度b4/b的值为0.84≤b4/b≤1.1，下安装边高度h5/b的值为0.21≤h5/b≤0.27，下安装边凸台高度h6/b的值为0.13≤h6/b≤0.18，下安装边凸台距尾缘距离b5/b的值为0.63≤b5/b≤0.81。本技术具有以下有益效果：本技术的工业汽轮机高效调节级静叶片，叶身采用全三维CFD方法结合人工神经网络方法和遗传算法进行气动性能优化得到的。本技术的高效叶型效率优于常规叶型，并且具有很好的变工况特性。在进汽角70°～110°，马赫数0.1-1.4及展弦比0.2～1.0的广泛范围内，其气动性能更好，变工况性能更佳、强度振动性能与常规叶片相当，不同工况下效率增益均在0.85％以上，随工况变化增益水平不同。本技术的叶片叶型压力面曲线大于70％的范围为单圆弧，使叶片的压力面加工采用特制的铣刀即可一次成型，极大的提高了叶片的加工速度，降低了叶片的加工成本。据估算，本技术的高效调节级静叶片的加工成本仅为一般的离散点叶型常规叶片加工成本的1/4～1/3。本技术的工业汽轮机高效调节级静叶片，其特征在于叶身、上安装边和下安装边为一体成型结构，将上安装边和下安装边滑入汽缸或内缸的定位槽，再沿圆周切向装配挤紧。本技术的高效调节级叶片具有更高的效率和变工况性能，优异的叶片加工工艺性和装配性能，具有广阔的市场应用前景和竞争力。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的叶片型线结构示意图；图3为本技术的叶片尺寸示意图；图4为本技术的叶片结构尺寸示意图；图5为叶片安装状态示意图。具体实施方式下面通过实例结合附图对本技术作进一步的描述。本实施例为某工业汽轮机调节级静叶，具体参数为：背压为59.15bar，流量为106.9kg/s，轮周效率为90％，入口总压为83.3bar，入口总温为803.93K。如图1所示，本技术的工业汽轮机高效调节级静叶片，包括叶身2，所述叶身2的一端设有与叶身2一体成型的上安装边1，且叶身2的另一端设有与叶身2一体成型的下安装边3，装配时上安装边1和下安装边3滑入相应定位槽中，所述叶身(2)部分为等截面叶型。如图2所示，所述叶身(2)的叶型由5段曲线组成，分别为ab段、bc段、cd段、de段、ea段，所述ab段和bc段组成压力面，且ab段为单圆弧，其半径变化范围为0.75≤R1/b≤0.95，所述bc段为高阶样条曲线，ab段/ac段≥70％，所述cd段作为叶型前缘呈椭圆，其长短轴比值范围为0.9≤aq/bq≤2.5，长轴变化范围为0.3≤aq/b≤0.5，所述de段为高阶样条曲线作为吸力面，所述ea段为单圆弧作为尾缘，其半径范围为0.01≤R2/b≤0.013，5段曲线交接处切线斜率相等。如图3所示，节弦比t/b的值为0.617≤t/b≤0.784，叶型最大厚度Cmax/b的值为0.228≤Cmax/b≤0.289，入口楔角w1的值为83.38°≤w1≤105.94°，出口楔角w2的值为2.76°≤w2≤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业汽轮机高效调节级静叶片，包括叶身(2)，其特征在于：所述叶身(2)的一端设有与叶身(2)一体成型的上安装边(1)，且叶身(2)的另一端设有与叶身(2)一体成型的下安装边(3)，装配时上安装边(1)和下安装边(3)滑入相应定位槽中，所述叶身(2)部分为等截面叶型，所述叶身(2)的叶型由5段曲线组成，分别为ab段、bc段、cd段、de段、ea段，所述ab段和bc段组成压力面，且ab段为单圆弧，其半径变化范围为0.75≤R1/b≤0.95，所述bc段为高阶样条曲线，ab段/ac段≥70％，所述cd段作为叶型前缘呈椭圆，其长短轴比值范围为0.9≤aq/bq≤2.5，长轴变化范围为0.3≤aq/b≤0.5，所述de段为高阶样条曲线作为吸力面，所述ea段为单圆弧作为尾缘，其半径范围为0.01≤R2/b≤0.013，5段曲线交接处切线斜率相等。

【技术特征摘要】
1.一种工业汽轮机高效调节级静叶片，包括叶身(2)，其特征在于：所述叶身(2)的一端设有与叶身(2)一体成型的上安装边(1)，且叶身(2)的另一端设有与叶身(2)一体成型的下安装边(3)，装配时上安装边(1)和下安装边(3)滑入相应定位槽中，所述叶身(2)部分为等截面叶型，所述叶身(2)的叶型由5段曲线组成，分别为ab段、bc段、cd段、de段、ea段，所述ab段和bc段组成压力面，且ab段为单圆弧，其半径变化范围为0.75≤R1/b≤0.95，所述bc段为高阶样条曲线，ab段/ac段≥70％，所述cd段作为叶型前缘呈椭圆，其长短轴比值范围为0.9≤aq/bq≤2.5，长轴变化范围为0.3≤aq/b≤0.5，所述de段为高阶样条曲线作为吸力面，所述ea段为单圆弧作为尾缘，其半径范围为0.01≤R2/b≤0.013，5段曲线交接处切线斜率相等。2.根据权利要求1所述的工业汽轮机高效调节级静叶片，其特征在于，所述叶身(2)满足如下规律：节弦比t/b的值为0.617≤t/b≤0.784，叶型最大厚度Cmax/b的值为0.228≤Cmax/b≤0.289，入口楔角w1的值为83.38°≤w1≤105.94°，出口楔角w2的值为2.76°≤w2≤3.51°，尾缘弯折角δ的值为14.61°≤δ≤18.56°，叶型安装角β的值为45°≤β≤70°，叶片菱形角γ的值为10°≤γ≤40°。3.根据权利要求1所述的工业汽轮机高效调节级静叶片，其特征在于，所述叶身(2)高度H/b的值为0.2≤H/b≤1.0，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝吉兵，孔建强，隋永枫，丁旭东，陈金铨，袁浩，王佳男，庄达明，毛汉忠，刘象拯，
申请(专利权)人：杭州汽轮机股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33