1000MW等级空冷汽轮发电机组的给水泵汽轮机的末级动叶片制造技术

本发明专利技术涉及1000MW等级空冷汽轮发电机组的给水系统及其给水泵汽轮机末级动叶片，该叶片有效高度为580mm，有效高度H的相对值由0.0单调增加到1.0；与之相对应，安装角c1由83.03°单调减小到19.84°；从根截面到顶截面的截面积A变化规律为：5.524≥A≥1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为：4.759≥Xa≥1.0，从根截面到顶截面的弦长b1变化规律为：1.673≥b1≥1.0,从根截面到顶截面的最大厚度w1变化规律为：2.616≥w1≥1.0。适用于功率30MW～50MW，单向排汽（1个排气口），转速2600～5800rpm的变转速、超超临界1000MW等级空冷汽轮机的100%容量空冷给水泵汽轮机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种1000MW等级空冷汽轮发电机组的给水系统及其空冷给水泵汽轮机末级动叶片，属于汽轮机设计

技术介绍
在超超临界一百万等级汽轮机领域，西门子等国内外厂家的设计方案是，大机是两排汽结构，配置两台50%容量的给水泵汽轮机，由2个排汽口分别向两台给水泵汽轮机供汽（见图1-1），故给水泵汽轮机的功率小，效率低，且机组占地面积大，厂房基建投资高。空冷给水泵汽轮机是一种特殊的蒸汽轮机，特殊性表现在：它经常处于高转速，变转速，变功率工况运行，以适应大机的负荷变化，蒸汽压力低，温度低，这些运行条件极大地限制了末级动叶片的设计。且给水泵汽轮机的经济性与安全性在很大程度上与其末级的热力、气动、强度、振动设计密切相关，其中尤以末级动叶片设计难度最大，必须统筹兼顾，进行繁杂的多因素约束条件下的方案设计优选，才能设计出高性能的给水泵汽轮机末级动叶片。给水泵汽轮机的功率越大，末级动叶片就越长，机组进汽参数低、功率大、需要排汽面积大、驱动给水泵的汽轮机转速高、末级动叶片汽道高度很高、末级动叶片离心力大、应力水平超高、振动复杂、在跨音速中运行、设计难度很大。由于冷却方式是空冷，给水泵汽轮机运行工况变化更加复杂，背压变化频繁，末级动叶片工作环境尤其恶劣——在湿蒸汽区和过渡区不停变换。这又进一步增加了末级动叶片的设计难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一，是给水泵汽轮机的功率小，效率低的问题，提供一种大型汽轮机的给水系统——1000MW等级空冷汽轮发电机组的给水系统，所采用的技术方案是：该大型汽轮机只配置一台100%的给水泵汽轮机。一种1000MW等级空冷汽轮发电机组的给水系统，该空冷汽轮发电机组包括锅炉、主汽轮机、发电机，所述主汽轮机为1000MW等级的空冷汽轮机，用于驱动发电机；所述给水系统包括给水泵及给水泵汽轮机，所述给水泵由给水泵汽轮机驱动，向锅炉供水，所述给水泵及给水泵汽轮机均只配置一台，且给水泵汽轮机也是空冷汽轮机。本专利技术所要解决的技术问题之二，是提供一种适合上述100%空冷给水泵汽轮机的末级动叶片，所采用的技术方案是：一种空冷给水泵汽轮机末级动叶片，具有整体结构的叶根、叶身、围带和凸台拉筋，所述围带位于叶身的顶部，凸台拉筋位于叶身的腰部，叶根位于叶身的根部；所述叶身是由若干特征截面按一特定规律迭合而成的异形体，其有效高度为H、根径为Dr；所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，具有特征参数安装角c1、弦长b1、最大厚度w1、截面积A；截面的迭合规律是：沿叶高方向自根端向顶端，各截面连续光滑过渡；其特征在于，叶高H的相对值由0.0单调增加到1.0；与之相对应，安装角c1由83.030单调减小到19.840；从根截面到顶截面的面积 A变化规律为：5.524≥A≥1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为：4.759≥Xa≥1.0，从根截面到顶截面的弦长b1变化规律为：1.673≥b1≥1.0, 从根截面到顶截面的最大厚度w1变化规律为：2.616≥w1≥1.0。所述叶身的有效高度为H=580mm、根径为Dr=1080mm。所述围带具有背弧工作面S1和内弧工作面P1，背弧工作面S1和内弧工作面P1是相互平行的平面；围带的截面形状具有特征参数（参见图3）：背弧工作面S1和内弧工作面P1间的距离A1，背弧工作面S1和内弧工作面P1几何中心间的距离T1；所述背弧工作面S1与汽轮机转子中轴线X轴的夹角B1满足关系式：A1=T1·COSB1；35°≤B1≤54°；围带厚度H1满足关系式：8mm<H1<12mm。所述凸台拉筋具有背弧工作面S2和内弧工作面P2，背弧工作面S2和内弧工作面P2是相互平行的平面；凸台拉筋的截面形状具有特征参数（参见图4）：背弧工作面S2和内弧工作面P2间的距离A2，背弧工作面S2和内弧工作面P2几何中心间的距离T2；所述背弧工作面S2与汽轮机转子中轴线X轴的夹角B2满足关系式：A2=T2·COSB2；40°≤B2≤50°；凸台拉筋截面的最大厚度B满足关系式：8mm≤B≤16mm。所述叶根是4齿直线轴向装入型纵树型叶根。本专利技术的技术效果是：本专利技术在总结新一代超超临界1000MW等级水冷汽轮机末级叶片设计经验基础上，为满足市场对超超临界1000MW等级空冷汽轮机的100%容量给水泵汽轮机的需求，应用当代先进的设计技术，成功完成了适用于100%容量空冷给水泵汽轮机末级叶片的设计。新开发的580mm末级动叶片具有较先进的结构型式－-阻尼式自带围带，阻尼式自带整体拉筋，叶根采用大承载的直线轴向装入型纵树型叶根设计，使叶片的技术水平达到世界先进水平, 提高了机组的效率，具有较高的经济性和可靠性。它不但适用于超超临界,1000MW等级空冷汽轮机的100%容量空冷给水泵汽轮机要求，而且为提高电站系统的整体经济性提供支持，采用1个排汽口的单排汽结构，将两台50%给水泵汽轮机合并为一台100%给水泵汽轮机，从而可减少一台给水泵汽轮机组，大大减少设备投资和基建及运行维修费用，具有广阔的市场应用前景。附图说明图1是用一台100%容量给水泵汽轮机取代2台50%容量给水泵汽轮机示意图，其中：图1-1是原来的机组给水系统结构图；图1-2是本专利技术改进后的机组给水系统结构图；图2是本叶片的结构示意图；图3是围带结构示意图；图4是凸台拉筋结构示意图；图5是凸台拉筋厚度示意图；图6是叶身截面示意图。具体实施方式本专利技术有两个专利技术点，一是对机组的给水系统进行改进，二是研制出适合100%给水泵汽轮机的末级动叶片，分别详述如下。参见图1（即图1-1、图1-2）：图1-1是原来的机组给水系统结构图，它的发电汽轮机有两个排汽口，分别向两台给水泵汽轮机供汽，驱动两台给水泵，同时向锅炉供水，习惯上将此给水系统的给水泵汽轮机称为50%给水泵汽轮机。图1-2是本专利技术改进后的机组给水系统结构图，它的发电汽轮机只有一个排汽口，向一台给水泵汽轮机供汽，驱动一台给水泵，向锅炉供水，习惯上将此给水系统的给水泵汽轮机称为100%给水泵汽轮机。这样可以提高给水泵汽轮机的效率，减少机组的占地面积，降低厂房基建投资。由于机组是1000MW等级的特大型空冷机组，100%给水泵汽轮机的功率也很大，给水泵汽轮机的末级动叶片很长，且也是空冷方式，工况变化复杂，其结构设计难度很大。参见图2：本专利技术的给水泵汽轮机的末级动叶片，采用合适的合金钢叶片和转子材料，按本专利设计图制造的动叶片由4个部分组成，分别是：围带体1，阻尼凸台拉筋2，叶身3，叶根4。围带体1位于叶身3的顶部，凸台拉筋2位于叶身3的腰部，上述叶身3、叶根4、围带1、凸台拉筋2是用同一种高强度性能的合金钢整体地制造完成。叶片通过叶根4安装在转轴外圆上的叶轮槽中，每圈轮槽安装76只叶片，当叶轮上一周的叶轮槽中均装上叶片后，就形成了大功率给水泵汽轮机的末级动叶片。叶根4是4齿直线轴向装入型纵树型叶根。对超超临界1000MW等级空冷汽轮机的100%容量空冷给水泵汽轮机，每台大机组只需要一台100%容量空冷给水泵汽轮机，一台100%容量空冷给水泵汽轮机仅1级末级动叶片（1个排气口），只有具有大的排汽面积的给水泵汽轮机才能满足大机给水要求，同时提高整个电站经济性。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种1000MW等级空冷汽轮发电机组的给水系统，该空冷汽轮发电机组包括锅炉、主汽轮机、发电机，所述主汽轮机为1000MW等级的空冷汽轮机，用于驱动发电机；所述给水系统包括给水泵及给水泵汽轮机，所述给水泵由给水泵汽轮机驱动，向锅炉供水，其特征在于，所述给水泵及给水泵汽轮机均只配置一台，且给水泵汽轮机也是空冷汽轮机。

【技术特征摘要】
1.一种1000MW等级空冷汽轮发电机组的给水系统，该空冷汽轮发电机组包括锅炉、主汽轮机、发电机，所述主汽轮机为1000MW等级的空冷汽轮机，用于驱动发电机；所述给水系统包括给水泵及给水泵汽轮机，所述给水泵由给水泵汽轮机驱动，向锅炉供水，其特征在于，所述给水泵及给水泵汽轮机均只配置一台，且给水泵汽轮机也是空冷汽轮机。2.权利要求1所述给水泵汽轮机的末级动叶片，具有整体结构的叶根、叶身、围带和凸台拉筋，所述围带位于叶身的顶部，凸台拉筋位于叶身的腰部，叶根位于叶身的根部；所述叶身是由若干特征截面按一特定规律迭合而成的异形体，其有效高度为H、根径为Dr；所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，具有特征参数安装角c1、弦长b1、最大厚度w1、截面积A；截面的迭合规律是：沿叶高方向自根端向顶端，各截面连续光滑过渡；其特征在于，叶高H的相对值由0.0单调增加到1.0；与之相对应，安装角c1由83.030单调减小到19.840；从根截面到顶截面的面积 A变化规律为：5.524≥A≥1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为：4.759≥Xa≥1.0，从根截面到顶截面的弦长b1变化规律为：1.673≥b1≥1.0, 从根截面到顶截面的最大厚度w1变化规律为：2.616≥w1≥1.0。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伯武，马少林，张元林，肖向浩，肖晓玲，谭成成，黄雪芬，文谋，贾丹，师春燕，曾洪勇，
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