一種3600rpm濕冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及汽輪機(jī)的動(dòng)葉片，適用于背壓為5?12kPa、功率為100MW?300MW、轉(zhuǎn)速為3600RPM的濕冷汽輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]世界上有兩大頻率不同的電力系統(tǒng)，歐洲、亞洲多數(shù)國(guó)家為50Hz，采用3000RPM汽輪機(jī)，而美國(guó)、加拿大、日本、拉美和部分亞、非洲國(guó)家為60Hz，采用3600RPM汽輪機(jī)。
[0003]伴隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)，裝備制造業(yè)走向世界已成為最新國(guó)家戰(zhàn)略，李克強(qiáng)總理多次向世界強(qiáng)力推介中國(guó)裝備，包括3600RPM汽輪機(jī)，適用國(guó)外60Hz電網(wǎng)的3600RPM汽輪機(jī)市場(chǎng)前景廣闊，為我國(guó)汽輪機(jī)行業(yè)帶來極佳的發(fā)展機(jī)遇。
[0004]與3000RPM相比，3600RPM汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，由于轉(zhuǎn)速更高，離心力就更大，從而動(dòng)應(yīng)力增加，保障其安全性就更難。為安全可靠，必須降低動(dòng)應(yīng)力，這就需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，導(dǎo)致末級(jí)動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度增加。加之，末級(jí)葉片處于通流末端，易因電網(wǎng)波動(dòng)和背壓改變而降低經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)可能造成葉片喘振而斷裂，所以同時(shí)保障其經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性難度就更高。
[0005]迄今為止，我國(guó)一直是制造3000RPM汽輪機(jī)，盡管也知道3600RPM汽輪機(jī)的基本構(gòu)造，但不知末級(jí)動(dòng)葉片的具體結(jié)構(gòu)，國(guó)外制造商也不愿公開該葉片的結(jié)構(gòu)，只能立足自主開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:目苗準(zhǔn)國(guó)際3600RPM發(fā)電設(shè)備市場(chǎng)，以適用于核電、火電和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的先進(jìn)性能的汽輪機(jī)為目標(biāo)，開發(fā)出一種具有高經(jīng)濟(jì)性和高安全可靠性的3600RPM汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其技術(shù)目的，采用的技術(shù)方案是:
一種3600RPM濕冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，具有整體結(jié)構(gòu)的葉根、葉身、圍帶、拉筋，所述圍帶位于葉身的頂部，葉根位于葉身的根部，拉筋位于葉身的腰部;所述葉身是由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合而成的異形體，其特征截面的輪廓由內(nèi)弧曲線和背弧曲線合圍而成，具有特征參數(shù)安裝角cl、弦長(zhǎng)bl、最大厚度wl、軸向?qū)挾萖a、截面積Ar;特征截面的迭合規(guī)律為沿葉高方向自根端向頂端、各截面連續(xù)光滑過渡且呈塔形變化;所述葉身的根徑為Dr、有效高度為H;其特征在于，從根端截面到頂端截面，有效高度Η的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0;與之相對(duì)應(yīng)，從根端截面到頂端截面，特征參數(shù)安裝角cl由74.23°單調(diào)減小到15.11°，弦長(zhǎng)bl的相對(duì)值由1.32單調(diào)減小到1.0，最大厚度wl的相對(duì)值由3.58單調(diào)減小到1.0，軸向?qū)挾萖a的相對(duì)值由4.55單調(diào)減小到1.0，截面積Ar的相對(duì)值由4.51單調(diào)減小到1.0。
[0008]所述圍帶具有圍帶厚度H1、背弧工作面S1和內(nèi)弧工作面P1，且S1和P1是相互平行的平面，A1為工作面S1、P1之間的距離，T1為工作面S1、P1幾何中心之間的距離;在轉(zhuǎn)速N1轉(zhuǎn)/分時(shí)，圍帶背弧工作面S1與相鄰葉片的圍帶內(nèi)弧工作面P1接觸，產(chǎn)生壓應(yīng)力F1; 所述圍帶厚度HI滿足關(guān)系式:
10<Hl<20mm；
所述背弧工作面S1與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角Bl滿足關(guān)系式:
A1=T1.C0SB1，10。<B1 <50° ；
所述圍帶工作面接觸時(shí)的轉(zhuǎn)速N1滿足關(guān)系式:
0<N1 <2500轉(zhuǎn)/分；
所述圍帶工作面接觸時(shí)的壓應(yīng)力F1滿足關(guān)系式:
0.005<F1 < 0.038倍材料的強(qiáng)度極限。
[0009]所述拉筋具有拉筋高度Lj、截面最大厚度Bj、背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，且S2和P2是相互平行的平面，A2為工作面S2、P2之間的距離，T2為工作面S2、P2幾何中心之間的距離；
所述拉筋高度Lj滿足關(guān)系式:
0.5<Lj/H<0.75；
所述截面最大厚度Bj滿足關(guān)系式:
20<Bj <30mm；
所述背弧工作面S2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B2滿足關(guān)系式:
A2=T2.C0SB2，20。<B2 <50。。
[0010]所述葉根為三齒直線型樅樹形葉根。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
上述構(gòu)造的3600RPM濕冷汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，具有高經(jīng)濟(jì)性和高安全可靠性。適用于核電、火電和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的先進(jìn)性能的汽輪機(jī)。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0013]圖1是本葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是葉身截面示意圖；
圖3是圍帶結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是拉筋結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是拉筋厚度示意圖，其中:圖5-1是圖1中拉筋2的放大圖，圖5-2是圖5-1的A向放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在沒有任何3600RPM末級(jí)動(dòng)葉片技術(shù)資料和實(shí)物及照片的情況下，在我國(guó)成熟的3000RPM末級(jí)葉片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，兼顧熱力、氣動(dòng)、強(qiáng)度、振動(dòng)等多項(xiàng)性能指標(biāo)，采用世界先進(jìn)的大型三維工程設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行繁雜的多個(gè)關(guān)聯(lián)約束條件的設(shè)計(jì)對(duì)比、參數(shù)優(yōu)化，自主開發(fā)出此具有高經(jīng)濟(jì)性、高安全可靠性的3600RPM末級(jí)動(dòng)葉片。
[0015]本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其它等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0016]參見圖1，采用合適的合金鋼葉片和轉(zhuǎn)子材料，按本專利設(shè)計(jì)圖制造的動(dòng)葉片由4個(gè)部分組成，分別是:圍帶1，拉筋2，葉身3，葉根4。各部分是采用同一種高強(qiáng)度性能的合金鋼、整體地制造完成。葉片通過葉根4安裝在轉(zhuǎn)子外圓的輪槽中，轉(zhuǎn)子上有84只輪槽，當(dāng)84只葉片都裝進(jìn)輪槽組成一圈，就形成了完整的汽輪機(jī)末級(jí)。
[0017]本動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)載體選擇3600RPM濕冷雙排汽185MW等級(jí)汽輪機(jī)，此機(jī)最適宜的設(shè)計(jì)背壓為9kPa，在此設(shè)計(jì)背壓范圍內(nèi)，最終方案確定的末級(jí)動(dòng)葉片有效高度Η為635mm，根徑Dr為1300mm，其環(huán)形面積為3.86m2，并以此根徑和葉高為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)了由多個(gè)葉片級(jí)次組成的低壓模塊。針對(duì)不同的機(jī)型，可通過組合低壓模塊的某幾個(gè)級(jí)次，實(shí)現(xiàn)不同功率等級(jí)的汽輪機(jī)發(fā)電量。
[0018]如圖1?圖5，本發(fā)明的相關(guān)變量定義如下:
Η—葉身3的有效高度，即葉身3的頂端截面與根端截面之間的距離。
[0019]Η1—圍帶1的厚度。
[0020]Lj—拉筋2的高度，即葉身3的根端截面到拉筋2的幾何中心的垂直距離。
[0021 ] Bj—拉筋2的厚度。
[0022]A1—圍帶1的兩工作面S1、P1之間的距離。
[0023]B1—圍帶1的兩工作面S1、P1與轉(zhuǎn)子中軸線X軸的水平夾角。
[0024]T 一節(jié)距，即葉身3在同一高度上相鄰兩個(gè)截面在周向(Y向)的距離。
[0〇25] wl—截面最大厚度。
[0026]bl—弦長(zhǎng)，即截面的幾何最大長(zhǎng)度。
[0027]Ar—截面面積。
[0028]Xa—截面軸向?qū)挾取?br>[0029]01—喉寬，即葉身3在同一高度上相鄰兩個(gè)截面在出口處的最小距離。
[0030]al°—出口幾何角，大小等于sin-l(01/T)。
[0031]cl°—葉型安裝角，即弦長(zhǎng)線與周向(Y向)的夾角。
[0032]W—葉根軸向?qū)挾取?br>[0033](1)葉型設(shè)計(jì)一一沿有效高度Η上若干個(gè)特征截面的氣動(dòng)設(shè)計(jì)
參見圖1