申请/专利权人：杭州汽轮动力集团股份有限公司

申请日：2018-02-11

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN108374691B

主分类号：F01D5/14

分类号：F01D5/14;F01D5/22;F01D5/30

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2024.03.22#著录事项变更;2018.08.31#实质审查的生效;2018.08.07#公开

摘要：本发明涉及工业汽轮机叶片领域，尤其是公开了一种变转速大流量、气动效率高、且满足大负荷变工况运行要求的末级动叶片。其包括叶根、叶身，以及叶身上的带孔凸台和双锥棒。叶身为变截面扭叶片，高度为496mm。叶根为叉型叶根，叉数为4，轴向长度为187mm。凸台孔中心距离叶身底部341.9mm，凸台孔直径21mm，双锥棒两端直径16.6mm，双锥棒受相邻两叶身的凸台孔限制，可窜动但不至于移出。该叶片可在背压5kPa‑40kPa、转速2400rpm‑4000rpm下安全运行，该变转速大流量高负荷末级叶片具有变转速变负荷效率高、强度振动性能好、质量流量大、结构稳定、加工装配方便的特点，可以广泛应用于大负荷变转速的工业汽轮机中。

主权项：1.一种变转速大流量工业汽轮机末级动叶片，叶片排汽面积为2.9m2、叶片的运行转速为2400rpm-4000rpm、最大流量为550th，叶片包括叶根1和叶身2，以及叶身2上的带孔凸台3和双锥棒4，其特征是，所述叶身2，为变截面扭叶片，沿叶高方向，相邻两截面均有相对扭转，所述叶身2，从底部至顶部，截面面积逐渐减小，所述叶身2的相对叶高Ld由0％单调增加到100％，从叶根截面到叶顶截面，节距与弦长比Tb变化规律为：0.54≤Tb≤1.25；节距与叶型截面轴向宽度比TB变化规律为：0.54≤TB≤2.57；节距与叶型截面最大厚度比TDmax变化规律为：2.98≤TDmax≤25.78；叶型前缘半径R0变化规律为：2.38mm≥R0≥1.73mm；叶型尾缘半径R1变化规律为：1.58mm≥R1≥1.10mm；安装角β变化规律为：81.59°≥β≥28.63°；进口角α变化规律为：48.89°≤α≤155.54°；出口角θ变化规律为：37.53°≥θ≥31.60°；叶身2的高度分别是0mm、87mm、174mm、261mm、348mm、435mm、522mm，对应的截面积分别是3834.81mm2、2662.84mm2、2129.28mm2、1270.32mm2、29.2mm2、724.18mm2、749.32mm2；叶身2的对应的节距弦长比分别是：0.54、0.64、0.77、0.9、1.03、1.14、1.25，对应的节距宽度比分别是：0.54、0.68、0.87、1.13、1.54、2.07、2.57，对应的节距厚度分别是：2.98、4.51、5.67、12.22、17.7、24.41、25.78，对应的安装角分别是：81.59°、71.74°、62.72°、53.02°、41.47°、33.07°、28.63°，对应的进口角分别是：48.89°、64.81°、71.38°、71.36°、105.71°、136.84°、155.54°，对应的出口角分别是：37.53°、33.19°、34.85°、33.33°、32.1°、33.24°、31.6°；所述叶根1为叉型叶根，叉数为4叉，所述叶根1的轴向宽度为187mm，所述叶根1的径向高度为160mm；所述带孔凸台3为圆台，且带孔凸台3孔的中心距离叶身底部341.9mm，带孔凸台3的孔直径为21mm，相邻两叶身2的带孔凸台3孔分别容纳双锥棒4的两端；所述双锥棒4两端直径16.6mm，中间直径24mm，锥度4°，所述双锥棒4受相邻两叶身2的带孔凸台3限制。

全文数据：一种变转速大流量的工业汽轮机末级动叶片技术领域[0001]本发明涉及一种驱动用工业汽轮机动叶片，尤其是一种变转速大流量驱动用工业汽轮机末级动叶片。背景技术[0002]在工业驱动领域，尤其是大型乙烯、大型空分等关键领域，变转速大流量大功率的工业汽轮机需求不断增加，其高效、安全设计逐渐凸显重要性。末级叶片运行工况恶劣，必须满足能由阻塞工况到鼓风工况下运行，无论在低背压、阻塞工况或高背压、鼓风情况下，末级叶片的工作条件都十分恶劣;末级叶片焓降大，需要高效型线来提高机组的效率，降低能耗。末级叶片设计难度大，涉及到热力学、理论力学、流体力学、材料力学、材料等多个学科，技术含量高，属于汽轮机设计中的核心技术。[0003]此前大部分变转速工业汽轮机排汽面积小，变工况性能差、气动效率低、能源消耗大，针对大负荷的运行工况，无法满足运行要求，因此需要开发排汽面积更大的高负荷变转速工业汽轮机，其中末级叶片至关重要。发明内容[0004]本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种变转速大流量的工业汽轮机末级动叶片，该叶片排汽面积为2.9m2，叶片具有良好的气动效率、变工况性能和强度性能，结构合理，装配方便。[0005]本发明涉及的变转速大流量的工业汽轮机末级动叶片由叶根、叶身，以及叶身上的带孔凸台和双锥棒组成。叶根与叶身制成一体;带孔凸台位于叶身中上部且与叶身制成一体;叶身为变截面扭叶片，沿叶高方向，相邻两截面均有相对扭转，叶身从底部至顶部，截面面积逐渐减小。[0006]所述叶身相对叶高Ld由0%单调增加到100%，从叶根截面到叶顶截面，节距与弦长比Tb变化规律为：；节距与叶型截面轴向宽度比TB变化规律为:0.54;节距与叶型截面最大厚度比IVDmax变化规律为：：;叶型前缘半径Ro变化规律为：；叶型尾缘半径R1变化规律为：1.10mm;安装角β变化规律为；^进口角α变化规律为：__155.54°;出口角Θ变化规律为：______—_____。[0007]作为优选：[0008]所述叶身高度为496mm;[0009]所述叶根为叉型叶根，叉数为4叉，叶根轴向宽度为187_，叶根径向高度为160mm;[0010]所述带孔凸台为圆台，凸台孔中心距离叶身底部341.9mm，凸台孔直径21mm，相邻两叶身的凸台孔分别容纳双锥棒的两端；[0011]所述双锥棒两端直径16.6mm，中间直径24mm，锥度4°，双锥棒的位移受相邻两叶身的凸台孔限制，可窜动，但不至于移出。[0012]本发明的有益效果在于：[0013]本发明涉及的变转速大流量的工业汽轮机末级动叶片，采用先进的全三维气动设计方法及有限元分析方法设计而成。截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，单调平滑过渡，沿叶高方向叶身具有一定的扭曲规律，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能。经专业计算流体动力学软件CFX和Numeca等验证，在背压为0.Ibar出口马赫数0.5的工况下，所在低压级组的气动效率在93%左右，最大流量在550th以上，同时具有良好的变工况性能；叶身中上部具有带孔凸台和双锥棒，在工作状态下，受离心力和汽流力作用，双锥棒与带孔凸台相互碰撞形成阻尼，提高了叶片的耐振性能，降低叶片的动应力；叶根采用叉型叶根，加工成本较低，装配技术成熟；[0014]该末级叶片具有气动效率高、强度性能好、排汽面积大的等优点，同时加工制造成本低，装配方便、结构稳定的特点。可在背压5kPa_40Pa，转速2400rpm-4000rpm下安全运行，可以广泛应用于十万等级以上超大型空分装置用工业汽轮机、150万吨年乙烯装置用等大型工业汽轮机中，具有广阔的市场应用前景。附图说明[0015]图1是本发明叶片的结构示意图。[0016]图2是本发明叶片的轴向视图。[0017]图3是本发明叶片的俯视图。[0018]图4是本发明叶片的各截面型线示意图。[0019]图5是本发明叶片的型线几何量示意图。[0020]图6是相邻3只叶片双锥棒连接示意图。[0021]图7是相邻3只叶片双锥棒连接剖视图。[0022]图中，叶根1，叶身2，带孔凸台3，双锥棒4。具体实施方式[0023]下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：[0024]如图1-图7所示，本实施例所描述的变转速大流量的工业汽轮机末级动叶片是一种变截面扭叶片，包括叶根1、叶身2，以及叶身上的带孔凸台3和双锥棒4。所述叶身2相对叶高Ld由0%单调增加到100%，从叶根截面到叶顶截面，节距与弦长比Tb变化规律为:0.54s节距与叶型截面轴向宽度比TB变化规律为：节距与叶型截面最大厚度比TDmax变化规律为：安装角β变化规律为：%进口角α变化规律为;出口角Θ变化规律为：_______31.60〇〇[0025]所述叶根1为叉型叶根，叉数为4叉，叶根1轴向宽度为187mm，叶根1径向高度为160mm〇[0026]所述带孔凸台3为圆台，凸台孔中心距离叶身底部341.9mm，凸台孔直径21mm，相邻两叶身的凸台孔分别容纳双锥棒4的两端。所述双锥棒4两端直径16.6mm，中间直径24_，锥度4°，双锥棒4的位移受相邻两叶身的凸台孔限制，可窜动，但不至于移出。[0027]叶身2采用先进的全三维气动设计方法及有限元分析方法进行设计。技术设计而成，截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，单调平滑过渡，沿叶高方向叶身具有一定的扭曲规律，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能。经专业计算流体动力学软件CFX和Numeca等验证，在背压为0.Ibar出口马赫数0.5的工况下，所在低压级组的气动效率在93%左右，最大流量在550th以上，同时具有良好的变工况性能；叶身2中上部具有带孔凸台3和双锥棒4,在工作状态下，受离心力和汽流力作用，双锥棒4与带孔凸台3相互碰撞形成阻尼，提高了叶片的耐振性能，降低叶片的动应力；叶根1采用叉型叶根，加工成本较低，装配技术成熟;该叶片可在背压5kPa-40kPa，转速2000rpm-4000rpm下安全运行，具有广阔的市场应用前景。[0028]叶身2的高度分别是0mm、87mm、174mm、261mm、348mm、435mm、522mm，对应的截面积分别是3834.81mm2、2662·84mm2.2129·28mm2、1270·32mm2、929·2mm2、724.18mm2、749·32mm2。[0029]叶身2的对应的节距弦长比分别:0.54、0.64、0.77、0.9、1.03、1.14、1.25，对应的节距宽度比分别是：〇.54、0.68、0.87、1.13、1.54、2.07、2.57,对应的节距厚度分别是：2.98、4.51、5.67、12.22、17.7、24.41、25.78，对应的安装角分别是：81.59、71.74、62.72、53.02、41.47、33.07、28.63，对应的进口角分别是：48.89、64.81、71.38、71.36、105.71、136.84、155.54，对应的出口角分别是：37.53、33.19、34.85、33.33、32.1、33.24、31.6。[0030]叶身2的各截面具体参数如下表所示。[0031]

权利要求：1.一种变转速大流量工业汽轮机末级动叶片，包括叶根⑴和叶身2，以及叶身（2上的带孔凸台⑶和双锥棒⑷组成，其特征是，所述叶身（2，为变截面扭叶片，沿叶高方向，相邻两截面均有相对扭转，所述叶身（2，从底部至顶部，截面面积逐渐减小，所述叶身（1的相对叶高Ld由0%单调增加到100%，从叶根截面到叶顶截面，节距与弦长比Tb变化规律为:0.54Tb1.25;节距与叶型截面轴向宽度比TB变化规律为:0.54TB2.57;节距与叶型截面最大厚度比TDmax变化规律为:2.98TDmax25.78;叶型前缘半径Ro变化规律为：2·1·73mm;叶型尾缘半径Ri变化规律为：1·58mm1·IOmm;安装角β变化规律为:81.59°彡β彡28.63°;进口角α变化规律为:48.89°彡α彡155.54°;出口角Θ变化规律为:37.53。彡Θ彡31.60。。2.根据权利要求1所述的变转速大流量工业汽轮机末级动叶片，其特征是，所述叶身⑵的高度为496mm。3.根据权利要求1所述的变转速大流量工业汽轮机末级动叶片，其特征是，所述叶根1为叉型叶根，叉数为4叉，所述叶根⑴的轴向宽度为187mm，所述叶根⑴的径向高度为160mm〇4.根据权利要求1所述的变转速大流量工业汽轮机末级动叶片，其特征是，所述带孔凸台（3为圆台，且带孔凸台（3孔的中心距离叶身底部341.9mm，带孔凸台（3的孔直径为21mm，所述相邻两叶身⑵的带孔凸台⑶孔分别容纳双锥棒⑷的两端。5.根据权利要求1所述的变转速大流量工业汽轮机末级动叶片，其特征是，所述双锥棒⑷两端直径16.6mm，中间直径24mm，锥度4°，所述双锥棒⑷的受相邻两叶身⑵的带孔凸台⑶限制。

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