汽轮机动叶片的围带结构制造技术

本发明专利技术公开一种汽轮机动叶片的围带结构，特点是围带工作面预扭设计，静态时相邻叶片的围带工作面不平行，间隙空间是变间隙空间，动态时间隙随转速升高逐渐减小，直至完全吻合，实现面接触；围带的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，该重合部分的型面是按叶身部分的型面成型规律延伸成型。

【技术实现步骤摘要】
汽轮机动叶片的围带结构
本专利技术涉及汽轮机动叶片，尤其涉及该动叶片的围带结构。
技术介绍
汽轮机动叶片具有整体结构的叶根部分、叶身部分、叶冠部分，叶冠部分具有工作面S1和工作面P1，当所有动叶片呈辐射状安装在转子叶轮上后，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1、工作面P1相互配合，所有动叶片的叶冠部组合成圈，构成围带。在转子处于静态时，工作面S1、工作面P1不接触，它们之间有间隙，在转子处于动态时，叶片发生扭转，工作面S1、工作面P1之间的间隙随转速升高逐渐减小，直至接触。参见图1，以往的围带设计，在转子处于静态时，工作面S1、工作面P1之间的间隙是等间隙空间，工作面S1、工作面P1是平行的，图2是图1截面SG1-SG1的间隙示意，其上、下间隙均为D1，图3是图1截面SG2-SG2的间隙示意，其上、下间隙均为D2。参见图4，在转子处于动态、叶片发生扭转后，工作面S1、工作面P1就不平行了，图5是图4截面SG1-SG1的间隙示意，其上口间隙为0，下口间隙为D1，图6是图4截面SG2-SG2的间隙示意，其上口间隙为0，下口间隙为D2。不能实现面接触，围带接触状况不良，成圈特性欠佳，工作面容易磨损。叶片越长，其扭转恢复角就越大，围带成圈特性也就越差。另外，以往的围带设计是包罩结构，参见图7，叶冠的俯视轮廓包罩了叶身的俯视轮廓，犹如一顶冠帽戴在叶身顶上，故习惯上称为叶冠。这种包罩结构使得叶冠的几何尺寸较大，叶片重量大，汽轮机自耗功大，且叶片工作时离心力大；同时，在转子旋转、叶片扭转后，叶冠成为扰流翼，会对通流介质产生扰动，导致汽轮机效率降低。建设高参数、大容量、高效、环保型燃煤电站是火力发电建设的一个发展趋势，而末级长叶片的开发设计，是高参数、大容量机组开发的重点与难点。末级动叶片设计技术，因其涉及的技术面广、技术含金量高而成为汽轮机设计中的核心技术。随着汽轮机单机功率的增大，末级动叶片越来越长，相应的降低了叶片的刚性，不但使叶片运行时扭转恢复角增大，也降低了叶片抵抗动应力的能力。基于叶片阻尼结构良好的减振性，各汽轮机制造商都倾向于在长叶片上采用阻尼围带和阻尼拉筋结构。这些结构一方面增加了叶片阻尼，降低了动应力水平；另一方面当汽轮机运行到一定转速后，叶片阻尼器之间的间隙闭合，使叶片呈现整圈振动特性。虽然世界上各厂家开发的末级叶片围带基本结构存在很多相似的地方，但考虑到围带结构对末级叶片整体的强度、振动性能的影响以及围带结构对整级叶片通流扰流的影响。各汽轮机厂商开发的末级叶片围带结构具体参数存在较大的差异。目前已知的世界各大汽轮机制造厂设计的3000r/min长叶片系列中：如GE公司拥有的48〞钢叶片、国内目前投运的3000r/min国产长叶片1200mm钢叶片，它们采用的围带结构都是上述等间隙、包罩型结构。不言而喻，传统的围带结构已经严重地制约了汽轮机向大型化方向发展。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种没有上述缺点的动叶片的围带结构，为制造更长动叶片、更大功率的汽轮机提供技术支持。本专利技术所采用的技术方案是：一种汽轮机动叶片的围带结构，所述动叶片具有整体结构的叶根部分、叶身部分、叶冠部分；所述叶冠部分具有工作面S1和工作面P1，当所有动叶片呈辐射状安装在转子叶轮上后，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1、工作面P1相互配合，所有动叶片的叶冠部组合成圈，构成围带；所述叶冠部分的工作面S1和工作面P1具有预扭角，该预扭角的扭转方向与叶片工作时的扭转方向相反，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1不接触，且不平行，它们之间的间隙空间是沿叶片的高度方向由下向上渐开,沿叶片扭转方向由内向外渐开的渐变性间隙空间,在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1间的间隙随转速升高逐渐减小，叶片扭转角沿叶高方向由下向上逐渐增大，工作面S1和工作面P1由不平行逐渐趋向平行，直至完全吻合，实现面接触。所述围带的接触转速N1设计在0≤N1≤3000转/分范围内。所述围带工作面的压应力F1满足0.01＜F1≤0.05倍材料的强度极限。所述叶冠部分的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，该重合部分的型面是按叶身部分的型面成型规律延伸成型。本专利技术的有益效果：1、由于叶冠部分的工作面S1和工作面P1采用了预扭设计，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1之间的间隙空间是渐变性间隙空间,在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1完全吻合，实现面接触，极大地改善了围带的成圈特性，增强了叶片抵抗动应力的能力和减振性能。2、由于叶冠部分的两个侧面分别与叶身部分的内弧面、外弧面有部分重合，一方面，使围带的宽度变窄，减小了叶冠部分的体积，减轻了叶片重量，降低了汽轮机的自耗功；另一方面，减小了叶片的离心力，可降低材质要求，为使用现有常规材料制造超长叶片创造了条件；再一方面，叶片扭转后，没有扰流翼，汽道仍然光顺，汽轮机效率提高。通过上述改进，成功地研制出适用于火电、核电、蒸汽/燃气联合循环汽轮机ISB1400mm超长末级动叶片。附图说明图1是现有叶片围带工作面静态时的示意图图2是图1截面SG1-SG1的间隙示意图图3是图1截面SG2-SG2的间隙示意图图4是现有叶片围带工作面动态时的示意图图5是图4截面SG1-SG1的间隙示意图图6是图4截面SG2-SG2的间隙示意图图7是现有叶片的围带、叶身轮廓型线示意图图8是本专利技术叶片围带工作面静态时的示意图图9是图8截面SG1-SG1的间隙示意图图10是图8截面SG2-SG2的间隙示意图图11是本专利技术叶片围带工作面动态时的示意图图12是图11截面SG1-SG1的间隙示意图图13是图11截面SG2-SG2的间隙示意图图14是本专利技术叶片的围带、叶身轮廓型线示意图图15本专利技术叶片的围带厚度示意图。具体实施方式本专利技术围带结构的第一个特点是工作面变间隙设计，围带在工作转速附近能够充分接触，且在叶片升速过程中，围带接触状况逐渐增强，极大的改善了末级叶片成圈特性。参见图8，围带工作面静态时，所述叶冠部分的工作面S1和工作面P1具有预扭角，该预扭角的扭转方向与叶片工作时的扭转方向相反，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1不接触，且不平行，它们之间的间隙空间是沿叶片的高度方向由下向上渐开,沿叶片扭转方向由内向外渐开的渐变性间隙空间,从图9可以看出截面SG1-SG1的间隙d1＞d2，从图10可以看出截面SG2-SG2的间隙d3＞d4。参见图11，在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1间的间隙随转速升高逐渐减小，叶片扭转角沿叶高方向由下向上逐渐增大，工作面S1和工作面P1由不平行逐渐趋向平行，直至完全吻合，实现面接触。从图12可以看出截面SG1-SG1的间隙为“0”，从图13可以看出截面SG2-SG2的间隙为“0”。也就是，工作面SB和工作面PB实现了面接触。在转速N1转/分时，围带背弧工作面S1与相邻叶片围带内弧工作面P1接触，产生压应力F1。围带接触转速N1设计在0≤N1≤3000转/分范围内。围带工作面的压应力F1满足0.01＜F1≤0.05倍材料的强度极限。本专利技术围带结构的第二个特点是突破围带轮廓外包型线轮廓的理念本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽轮机动叶片的围带结构，所述动叶片具有整体结构的叶根部分、叶身部分、叶冠部分；所述叶冠部分具有工作面S1和工作面P1，当所有动叶片呈辐射状安装在转子叶轮上后，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1、工作面P1相互配合，所有动叶片的叶冠部组合成圈，构成围带；其特征在于，所述叶冠部分的工作面S1和工作面P1具有预扭角，该预扭角的扭转方向与叶片工作时的扭转方向相反，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1不接触，且不平行，它们之间的间隙空间是沿叶片的高度方向由下向上渐开,沿叶片扭转方向由内向外渐开的渐变性间隙空间,在转子处于动态时，动叶片发生扭转，工作面S1和工作面P1间的间隙随转速升高逐渐减小，叶片扭转角沿叶高方向由下向上逐渐增大，工作面S1和工作面P1由不平行逐渐趋向平行，直至完全吻合，实现面接触。

【技术特征摘要】
2014.12.31 CN 20141084614721.一种汽轮机末级动叶片的围带结构，所述动叶片具有整体结构的叶根部分、叶身部分、叶冠部分；所述叶冠部分具有工作面S1和工作面P1，当所有动叶片呈辐射状安装在转子叶轮上后，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1、工作面P1相互配合，所有动叶片的叶冠部组合成圈，构成围带；其特征在于，所述叶冠部分的工作面S1和工作面P1具有预扭角，该预扭角的扭转方向与叶片工作时的扭转方向相反，在转子处于静态时，相邻动叶片叶冠部分的工作面S1和工作面P1不接触，且不平行，它们之间的间隙空间是沿叶片的高度方向由下向上渐开,沿叶片扭转方向由内向外渐开的渐变性间隙空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：周显丁，范小平，钟刚云，王顺德，范志飞，尹明艳，陈铁宁，苟小平，蒲守武，江南，郭殿斌，
申请(专利权)人：东方电气集团东方汽轮机有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51