一种带长短翼的动叶片及转子制造技术

本发明专利技术提供了一种带长短翼的动叶片及转子，包括叶型和叶根，叶根和叶型之间的接触面为轮毂弧面，叶型压力面侧的叶根的第一侧面上设置有长翼，长翼和叶型之间的接触面为轮毂弧面；叶型吸力面侧的叶根的第二侧面上设置有短翼，短翼和叶型之间的接触面为轮毂弧面；带长短翼的动叶片的动叶质量偏心距e≤2.0mm。本发明专利技术的动叶片静应力水平较低，动应力较小，应力分布均匀，一阶弯曲振动频率高，抗疲劳性能好。带长短翼的中间体部分完全包裹住了叶型底截面，结构上完整的实现气动设计要求；调整重心位置可以实现离心弯应力抵消部分气流弯应力，降低交变应力幅值，提高动叶片的疲劳寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种带长短翼的动叶片及转子
本专利技术属于高炉煤气余压透平领域，涉及动叶片，具体涉及一种带长短翼的动叶片及转子。
技术介绍
动叶片是轴流式高炉煤气余压透平膨胀机将余压和余热转化为机械能的最核心的元件，其应力水平和应力分布直接关心到动叶片自身可靠性。动叶片不仅仅收到离心载荷的作用，还受到气流交变载荷的作用，动叶片的振动疲劳问题凸显，对动叶片的结构设计有更高需求。轴流式高炉煤气余压透平膨胀机的动叶片的特点是整圈动叶片的数目相对较少，动叶片通常采用大弦长或大转折角的叶型。而这种叶型造就了相邻叶片的节距较大，无法采用类似于汽轮机动叶片常用的拉筋结构和围带结构等阻尼结构，动叶片叶身(叶型)只能是自由叶片，这就对叶根的设计提出了更高的要求。轴流式高炉煤气余压透平膨胀机的动叶片绝大多数采用的是周向装入轮毂式主轴的叶根槽内，常规的动叶片沿周向分布，相邻的动叶片采用隔叶块分开，装配时沿周向相互挤紧，利用隔叶块的空间来装入最后一枚动叶片，然后放入隔叶块，在隔叶块处锁紧。而对于大弦长或大转折角的叶片，要完全包裹住叶身底截面，隔叶块的空间不足以放入最后一枚动叶片，只能选择去掉隔叶块的设计方案。轴流式高炉煤气余压透平膨胀机通常是用来直接驱动发电机发电的，国内电网频率为50Hz，对应的发电机转速3000r/min，在小型机组上，动叶片应力水平较低，动叶片叶根还好设计，而在中大型机组上，动叶片应力水平就较高，动叶片叶根设计就较为困难。因此，开发一种适用于大弦长或大转折角的周向装入式的动叶片是高炉煤气余压透平膨胀机行业发展的需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种带长短翼的动叶片及转子，解决现有技术中的动叶片的叶根难以承受大应力导致动叶片的疲劳寿命短的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种带长短翼的动叶片，包括叶型和叶根，叶根和叶型之间的接触面为轮毂弧面，叶型压力面侧的叶根的第一侧面上设置有长翼，长翼和叶型之间的接触面为轮毂弧面；叶型吸力面侧的叶根的第二侧面上设置有短翼，短翼和叶型之间的接触面为轮毂弧面；所述的带长短翼的动叶片的动叶质量偏心距e≤2.0mm；其中，ρ为密度；V1为叶型的体积；V2为叶根的体积；V3为长翼的体积；V4为短翼的体积；e1为叶型相对于叶片离心力方向中心线的偏心距；e2为叶根相对于叶片离心力方向中心线的偏心距；e3为长翼相对于叶片离心力方向中心线的偏心距；e4为短翼相对于叶片离心力方向中心线的偏心距。本专利技术还具有如下技术特征：所述的带长短翼的动叶片的动叶质量偏心距e≤0.2mm。所述的长翼、短翼与叶根之间均采用圆角光滑过渡。所述的第一侧面和第二侧面为一对平行的平面；所述的第一侧面与叶片离心力方向中心线平行。所述的叶根采用双倒T形叶根。所述的叶根底部非承载区域设置有去重孔。本专利技术还保护一种带长短翼的动叶片，包括叶型和叶根，叶根和叶型之间的接触面为轮毂弧面，叶型压力面侧的叶根的第一侧面上设置有长翼，长翼和叶型之间的接触面为轮毂弧面；叶型吸力面侧的叶根的第二侧面上设置有短翼，短翼和叶型之间的接触面为轮毂弧面；所述的长翼和短翼用于调整动叶片的周向重心位置，使得动叶片的离心弯应力抵消部分气流弯应力。本专利技术还保护一种转子，包括转子主轴，转子主轴上设置有轮毂，轮毂上安装有多个动叶片，所述的动叶片采用如权利要求至任一权利要求所述的带长短翼的动叶片。一个动叶片的长翼与相邻的另一个动叶片的短翼接触。所述的叶片离心力方向中心线与转子轴线在同一平面内，所述的第一侧面与所述的叶片离心力方向中心线与转子轴线所在的平面平行。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：(Ⅰ)本专利技术的动叶片静应力水平较低，动应力较小，应力分布均匀，一阶弯曲振动频率高，抗疲劳性能好。(Ⅱ)带长短翼的中间体部分完全包裹住了叶型底截面，结构上完整的实现气动设计要求；(Ⅲ)调整重心位置可以实现离心弯应力抵消部分气流弯应力，降低交变应力幅值，提高动叶片的疲劳寿命。(Ⅳ)底截面设置去重孔，可以调节应力分布，避免动叶片应力集中问题。(Ⅴ)本专利技术的相邻的动叶片间不需要安装间隔块，动叶片之间长短翼交替紧密安装。附图说明图1为带长短翼的双倒T叶根的动叶片的结构示意图。图2为带长短翼的双倒T叶根的动叶片三视图和等侧视图结构示意图。图3为图2中的A-A截面剖视结构示意图。图4为图2中的B-B截面剖视结构示意图图。图5是本专利技术的转子的装配结构示意图。图6为采用UG建立的三维实体模型。图7为采用UG建立的主轴、动叶及隔叶块装配体的循环对称模型。图8为第二级动叶结构的循环对称模型。图9为第二级整圈动叶的VonMises应力云图。图10为第二级单个动叶的VonMises应力云图。图11为第二级动叶振动频率结果。图6至图11中，左侧均为：菱形叶根动叶带隔叶块结构；右侧均为：带长短翼的双倒T形叶根动叶结构。图中各个标号的含义为：1-叶型，2-叶根，3-长翼，4-短翼，5-轮毂弧面，6-第一侧面，7-第二侧面，8-去重孔，9-转子主轴，10-轮毂，11-动叶片；O为转子轴线所在的中心点，OZ为叶片离心力方向中心线，R为轮毂半径。以下结合实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式本专利技术通过调整该叶片中间体的长短翼来改变周向重心位置，调整去重孔的大小和位置来改变整个叶片的重心位置，使得动叶片离心弯应力抵消部分气流弯应力，实现叶片应力水平较低，进排气齿形的工作面受力相对均匀。本专利技术中，去重孔采用圆形孔、方形孔、三角形孔或六边形孔。本专利技术中，去重孔的数量为1至10个。本专利技术中，叶根齿形进排气侧对称分布。本专利技术中，叶型、叶根、长翼和短翼为一体成型的整体结构。本专利技术中，叶型为大弦长的叶型或大转折角的叶型。大弦长指的是叶型底截面前缘点与后缘点的距离，通常轴流式高炉煤气余压透平膨胀机动叶片的弦长大于125mm，本专利技术动叶片弦长为165mm；大转折角指的是叶片叶型底截面入口角方向与出口角方向之间的转角，通常通常轴流式高炉煤气余压透平膨胀机动叶片的转折在[90°，150°]，本专利技术动叶片转折为95°。本专利技术中，长翼、短翼和去重孔的具体尺寸和形式视具体的叶片设计时的叶片受力分析而定。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例1：遵从上述技术方案，如图1至图4所示，本实施例给出一种带长短翼的动叶片，包括叶型1和叶根2，叶根2和叶型1之间的接触面为轮毂弧面5，叶型1压力面侧的叶根2的第一侧面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带长短翼的动叶片，包括叶型(1)和叶根(2)，叶根(2)和叶型(1)之间的接触面为轮毂弧面(5)，其特征在于，叶型(1)压力面侧的叶根(2)的第一侧面(6)上设置有长翼(3)，长翼(3)和叶型(1)之间的接触面为轮毂弧面(5)；叶型(1)吸力面侧的叶根(2)的第二侧面(7)上设置有短翼(4)，短翼(4)和叶型(1)之间的接触面为轮毂弧面(5)；/n所述的带长短翼的动叶片的动叶质量偏心距e≤2.0mm；/n

【技术特征摘要】
1.一种带长短翼的动叶片，包括叶型(1)和叶根(2)，叶根(2)和叶型(1)之间的接触面为轮毂弧面(5)，其特征在于，叶型(1)压力面侧的叶根(2)的第一侧面(6)上设置有长翼(3)，长翼(3)和叶型(1)之间的接触面为轮毂弧面(5)；叶型(1)吸力面侧的叶根(2)的第二侧面(7)上设置有短翼(4)，短翼(4)和叶型(1)之间的接触面为轮毂弧面(5)；
所述的带长短翼的动叶片的动叶质量偏心距e≤2.0mm；



其中，ρ为密度；
V1为叶型的体积；
V2为叶根的体积；
V3为长翼的体积；
V4为短翼的体积；
e1为叶型相对于叶片离心力方向中心线的偏心距；
e2为叶根相对于叶片离心力方向中心线的偏心距；
e3为长翼相对于叶片离心力方向中心线的偏心距；
e4为短翼相对于叶片离心力方向中心线的偏心距。


2.如权利要求1所述的带长短翼的动叶片，其特征在于，所述的带长短翼的动叶片的动叶质量偏心距e≤0.2mm。


3.如权利要求1所述的带长短翼的动叶片，其特征在于，所述的长翼(3)、短翼(4)与叶根(2)之间均采用圆角光滑过渡。


4.如权利要求1所述的带长短翼的动叶片，其特征在于，所述的第一侧面(6)和第二侧面(7)为一对平行的平面；所述的第一侧面(6)与叶片离心力方向中心线平行。

【专利技术属性】
技术研发人员：张小龙，周根标，张利民，李翠芳，周亚锋，袁志才，杨星，申振，张武帅，安凯，刘妮，杜国栋，
申请(专利权)人：西安陕鼓动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61