烟气轮机动叶片组件和烟气轮机制造技术

本公开涉及一种烟气轮机动叶片组件和烟气轮机，烟气轮机动叶片组件包括动叶片(2)和用于带动所述动叶片(2)转动的轮盘(1)，所述动叶片(2)为环绕所述轮盘(1)周向设置的多个且每个所述动叶片(2)的榫齿(21)和所述轮盘(1)的榫根(11)相啮合，所述榫齿(21)和所述榫根(11)的轮齿(3)构造为多边形结构，与所述轮齿(3)相啮合的齿槽(4)构造为圆角结构，且所述榫齿(21)和所述榫根(11)的齿槽(4)的圆角半径不同。通过合理的分配轮盘与动叶片的受力，降低榫齿重量，有效利用榫根与榫齿的接触面积，全面满足五项应力考核指标并使得各项指标的裕量尽量平均，降低榫齿的应力集中，提高烟气轮机转子组件的强度储备。机转子组件的强度储备。机转子组件的强度储备。

【技术实现步骤摘要】
烟气轮机动叶片组件和烟气轮机


[0001]本公开涉及炼油、化工
，具体地，涉及一种烟气轮机动叶片组件和烟气轮机。

技术介绍

[0002]烟气轮机作为催化裂化装置的重要节能设备，烟气轮机介质是含有催化剂粉尘颗粒的高温烟气，烟气轮机动叶片的工作环境比较恶劣，烟气轮机叶片断裂的情况时有发生。近年来，催化装置及机组向着大型化的方向发展，但是受到国内制造加工水平以及机组匹配的限制，烟气轮机轮盘直径无法同步增加。烟气轮机动叶片承受了很高的应力，现有动叶片榫齿部位的强度储备已经无法满足需求。相关技术中，烟气轮机运行参数变化较大导致动叶片应力核算无法满足要求的情况，为了保证烟气轮机效率，通过改变动叶片叶型、降低转速等传统方式来降低动叶片应力也不具备可行性。对烟气轮机动叶片组件进行优化，提高动叶片组件的强度储备迫在眉睫。
[0003]在动叶片组件的设计过程中，动叶片组件通常以最大集中应力、榫齿最窄截面平均应力、榫齿接触面平均挤压应力、榫齿剪切面平均剪切应力、榫齿根部截面平均拉弯应力这五项指标去考核榫齿的强度。在实际的工程应用中我们经常发现往往其中一项指标不符合要求，而其它几项指标却有很大的裕量；在对动叶片组件的应力分析中我们也经常会发现动叶片的应力很大而轮盘榫根的应力并不大；另外也经常会出现动叶片几个榫齿的某个榫齿应力很大而其它榫齿部位应力很小的情况。以上各种情况称之为应力分配不均匀，目前对于动叶片的研究中有人发现了以上情况，但几乎没有人提出合理的解决方案。
[0004]另外，现有的烟气轮机动叶片设计中，很少关注热态下的叶片接触情况，在热态下榫根与榫齿的接触面无法有效利用所有的直边宽度，造成接触面积不足，并且也限制了圆角的半径大小，无法做到强度的最优化设计。近年来有大量的文章对烟气轮机动叶片断裂事故进行了原因分析，分析结果多是腐蚀损伤、应力集中发生疲劳断裂，或者是在断裂横断面出接触不均匀。如文章《烟气轮机动叶片断裂原因分析》中就针对一起烟气轮机动叶片断裂事故进行了分析。但是关于应力集中出现的根本原因以及如何从结构上改善应力集中问题的研究很少，关于如何去通过合理设计来使得动叶片各个部位实现应力等比例分配的研究更是几乎没有。
[0005]此外，相关技术中还可以通过对动叶片进行参数化建模对动叶片的受力状态进行优化，例如《透平机械枞树形叶根轮缘优化方法研究》，但仅仅是优化各个参数，并没有进行差异化设计。多篇现有技术中，试图通过增加齿数来改善动叶片的受力、改变接触面的形状改变榫齿和榫根的接触状态等，但是相应的会带来一系列新的问题，并且也没考虑到榫齿与榫根无法实现均匀接触的问题。

技术实现思路

[0006]本公开的第一个目的是提供一种烟气轮机动叶片组件，该烟气轮机动叶片组件能
够解决榫根与榫齿不能合理分配各项应力考核指标的裕量，热状态下榫根与榫齿的接触面积小，造成了空间的浪费，且限制了圆角的半径大小的问题。
[0007]本公开的第二个目的是提供一种烟气轮机，该烟气轮机包括本公开提供的烟气轮机动叶片组件。
[0008]为了实现上述目的，本公开提供一种烟气轮机动叶片组件，包括动叶片和用于带动所述动叶片转动的轮盘，所述动叶片为环绕所述轮盘周向设置的多个且每个所述动叶片的榫齿和所述轮盘的榫根相啮合，其特征在于，所述榫齿和所述榫根的轮齿构造为多边形结构，与所述轮齿相啮合的齿槽构造为圆角结构，且所述榫齿和所述榫根的齿槽的圆角半径不同。
[0009]可选地，所述多边形结构为不规则的多边形，所述动叶片组件具有：
[0010]第一工作状态，所述多边形结构的顶点和所述圆角结构的切点的连线与所述动叶片的中心线相平行；
[0011]第二工作状态，所述多边形结构的顶点和所述圆角结构的切点相重合。
[0012]可选地，所述榫齿的轮齿的多边形结构的边数为3～6，所述榫齿的轮齿的顶点对应的角度为60
°
～150
°
；所述榫根的轮齿的多边形结构的边数为3～6，所述榫根的轮齿的顶点对应的角度为60
°
～150
°
。
[0013]可选地，所述榫齿的齿槽的圆角半径为2～5mm，所述榫根的齿槽的圆角半径为2～5mm。
[0014]可选地，所述榫齿形成于所述动叶片的端部，且所述榫齿的两侧分别形成有轮齿和齿槽，所述榫根内壁的两侧分别形成有相啮合的齿槽和轮齿。
[0015]可选地，所述榫齿呈枞树型。
[0016]可选地，所述榫齿和所述榫根具有多对沿径向依次设置相啮合的轮齿和齿槽，所述榫齿的多个齿槽的圆角半径不同，且所述榫根的多个齿槽的圆角半径不同。
[0017]可选地，所述榫齿沿径向相邻的两个齿槽的圆角半径的差值为0～1mm，所述榫根沿径向相邻的两个齿槽的圆角半径的差值为0～1mm。
[0018]可选地，所述轮齿和所述齿槽为沿径向依次设置的1～5对。
[0019]根据本公开的第二个方面，还提供一种烟气轮机，包括如上所述的烟气轮机动叶片组件。
[0020]通过上述技术方案，通过合理设置各榫根齿槽的圆角半径以及各榫齿齿槽的圆角半径使得榫根与榫齿在最大集中应力方面受力均匀，合理分配各项应力考核指标的裕量。榫齿和榫根的轮齿采用多边形结构，既对最大集中应力产生影响，还可以显著降低榫齿及榫根的重量，能够有效利用榫根与榫齿的接触面积，全面满足最大集中应力、榫齿最窄截面平均应力、榫齿接触面平均挤压应力、榫齿剪切面平均剪切应力以及榫齿根部截面平均拉弯应力这五项考核指标并使得各项指标的裕量尽量平均，降低了动叶片榫齿的应力集中，提高烟气轮机转子组件的强度储备。
[0021]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0022]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具
体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0023]图1是本公开一示例性实施方式提供的烟气轮机动叶片组件的结构示意图；
[0024]图2是现有技术的烟气轮机动叶片组件榫齿和榫根啮合位置处的结构示意图；
[0025]图3是现有技术的烟气轮机动叶片组件在第二工作状态下榫齿和榫根的接触示意图；
[0026]图4是本公开一示例性实施方式提供的烟气轮机动叶片组件榫齿和榫根啮合位置处的结构示意图；
[0027]图5是本公开一示例性实施方式提供的烟气轮机动叶片组件在第二工作状态下榫齿和榫根的接触示意图。
[0028]附图标记说明
[0029]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轮盘
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11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
榫根
[0030]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
动叶片
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21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
榫齿
[0031]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轮齿
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烟气轮机动叶片组件，包括动叶片(2)和用于带动所述动叶片(2)转动的轮盘(1)，所述动叶片(2)为环绕所述轮盘(1)周向设置的多个且每个所述动叶片(2)的榫齿(21)和所述轮盘(1)的榫根(11)相啮合，其特征在于，所述榫齿(21)和所述榫根(11)的轮齿(3)构造为多边形结构，与所述轮齿(3)相啮合的齿槽(4)构造为圆角结构，且所述榫齿(21)和所述榫根(11)的齿槽(4)的圆角半径不同。2.根据权利要求1所述的烟气轮机动叶片组件，其特征在于，所述多边形结构为不规则的多边形，所述动叶片组件具有：第一工作状态，所述多边形结构的顶点(A1，A2，A3，b1，b2，b3)和所述圆角结构的切点(a1，a2，a3，B1，B2，B3)的连线(A1-a1，A2-a2，A3-a3，b1-B1，b2-B2，b3-B3)与所述动叶片(2)的中心线(L0)相平行；第二工作状态，所述多边形结构的顶点(A1，A2，A3，b1，b2，b3)和所述圆角结构的切点(a1，a2，a3，B1，B2，B3)相重合。3.根据权利要求2所述的烟气轮机动叶片组件，其特征在于，所述榫齿(21)的轮齿的多边形结构的边数为3～6，所述榫齿(21)的轮齿的顶点对应的角度为60
°
～150
°
；所述榫根(11)的轮齿的多边形结构的边数为3～6，所述榫根(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家灿，冀江，丁勤，王自球，
申请(专利权)人：中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：