給水泵汽輪機(jī)次末級(jí)動(dòng)葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及給水泵汽輪機(jī)的次末級(jí)動(dòng)葉片，適用于功率24MW?44MW，單向排汽(I個(gè)排氣口)，轉(zhuǎn)速2600~5500rpm的變轉(zhuǎn)速、超超臨界1000MW等級(jí)汽輪機(jī)的100%容量給水泵汽輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]給水泵汽輪機(jī)是一種特殊的蒸汽輪機(jī)，特殊性表現(xiàn)在:它經(jīng)常處于高轉(zhuǎn)速，變轉(zhuǎn)速，變功率工況運(yùn)行，以適應(yīng)大機(jī)的負(fù)荷變化，蒸汽壓力低，溫度低，但功率大，末級(jí)和次末級(jí)動(dòng)葉片很長(zhǎng)，這些運(yùn)行條件極大地限制了末級(jí)、次末級(jí)動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)。且給水泵汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性與安全性在很大程度上與其末級(jí)和次末級(jí)的熱力、氣動(dòng)、強(qiáng)度、振動(dòng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，其中尤以末級(jí)、次末級(jí)動(dòng)葉片設(shè)計(jì)難度最大，必須統(tǒng)籌兼顧，進(jìn)行繁雜的多因素約束條件下的方案設(shè)計(jì)優(yōu)選，才能設(shè)計(jì)出高性能的給水泵汽輪機(jī)次末級(jí)動(dòng)葉片。
[0003]在超超臨界百萬(wàn)機(jī)組所需的100%容量給水泵汽輪機(jī)領(lǐng)域，由于機(jī)組進(jìn)汽參數(shù)低、功率大、需要排汽面積大、驅(qū)動(dòng)給水泵的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高、次末級(jí)動(dòng)葉片汽道高度很高、葉片軸向?qū)挾群苄?、次末?jí)動(dòng)葉片離心力大、應(yīng)力水平超高、振動(dòng)復(fù)雜、在跨音速中運(yùn)行、設(shè)計(jì)難度很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，是提供一種結(jié)構(gòu)合理、動(dòng)態(tài)應(yīng)力低，適用于功率24MW?44MW，單向排汽，轉(zhuǎn)速2600~5500rpm的變轉(zhuǎn)速、超超臨界1000MW等級(jí)汽輪機(jī)的100%容量給水泵汽輪機(jī)的次末級(jí)動(dòng)葉片。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種給水泵汽輪機(jī)次末級(jí)動(dòng)葉片，具有整體結(jié)構(gòu)的葉根、葉身、圍帶，所述圍帶位于葉身的頂部，葉根位于葉身的根部；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，其有效高度為H、根徑為Dr ;所述特征截面的輪廓型線是由內(nèi)弧曲線和背弧曲線圍成的封閉曲線，具有特征參數(shù)安裝角Cl、弦長(zhǎng)bl、最大厚度wl、截面積A ;截面的迭合規(guī)律是:沿葉高方向自根端向頂端，各截面連續(xù)光滑過(guò)渡；葉高H的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0 ;與之相對(duì)應(yīng)，安裝角Cl由84.26°單調(diào)減小到25.13 從根截面到頂截面的面積A變化規(guī)律為:3.606彡A彡1.0，從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a變化規(guī)律為:2.581彡Xa彡1.0，從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)bl變化規(guī)律為:1.133多bl多1.0,從根截面到頂截面的最大厚度Wl 變化規(guī)律為:2.964 ^ Wl ^ 1.0o
[0006]所述葉身的有效高度為H=358mm、根徑為Dr=I 146mm。
[0007]所述圍帶具有背弧工作面SI和內(nèi)弧工作面Pl，背弧工作面SI和內(nèi)弧工作面Pl是相互平行的平面；圍帶的截面形狀具有特征參數(shù):背弧工作面SI和內(nèi)弧工作面Pl間的距離Al，背弧工作面SI和內(nèi)弧工作面Pl幾何中心間的距離Tl ;所述背弧工作面SI與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角BI滿(mǎn)足關(guān)系式:Al=Tl.COSBl ;35° 彡 BI 彡 52° ;
圍帶厚度Hl滿(mǎn)足關(guān)系式:
7mm<H1<11mm ；
圍帶頂面是傾斜的，由進(jìn)汽邊向出汽邊軸向傾斜，傾角滿(mǎn)足關(guān)系式:
22。彡 Θ I 彡 28°
所述葉根是4齒直線軸向裝入型縱樹(shù)型葉根，葉根平臺(tái)頂面是傾斜的，由進(jìn)汽邊向出汽邊軸向傾斜，傾角滿(mǎn)足關(guān)系式:
8° ( Θ 2 < 12°
本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果是:
本發(fā)明在總結(jié)新一代超超臨界1000MW等級(jí)汽輪機(jī)末級(jí)葉片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，為滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)超超臨界1000MW等級(jí)汽輪機(jī)的100%容量給水泵汽輪機(jī)的需求，應(yīng)用當(dāng)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，成功完成了適用于100%容量給水泵汽輪機(jī)次末級(jí)葉片的設(shè)計(jì)。新開(kāi)發(fā)的358mm次末級(jí)動(dòng)葉片具有較先進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式一一阻尼式自帶圍帶，葉根采用大承載的直線軸向裝入型縱樹(shù)型葉根設(shè)計(jì)，使葉片的技術(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。它不但適用于超超臨界1000MW等級(jí)汽輪機(jī)的100%容量給水泵汽輪機(jī)要求，而且為提高電站系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性提供支持，將兩臺(tái)50%給水泵汽輪機(jī)合并為一臺(tái)100%給水泵汽輪機(jī)，從而可減少一臺(tái)給水泵汽輪機(jī)組，大大減少設(shè)備投資和基建及運(yùn)行維修費(fèi)用，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圍帶結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是葉身截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]參見(jiàn)圖1:采用合適的合金鋼葉片和轉(zhuǎn)子材料，按本專(zhuān)利設(shè)計(jì)圖制造的動(dòng)葉片由3個(gè)部分組成，分別是:圍帶體1，葉身2，葉根3。圍帶體I位于葉身2的頂部，上述葉身2、葉根3、圍帶I是用同一種高強(qiáng)度性能的合金鋼整體地制造完成。葉片通過(guò)葉根3安裝在轉(zhuǎn)軸外圓上的葉輪槽中，每圈輪槽安裝82只葉片，當(dāng)葉輪上一周的葉輪槽中均裝上葉片后，就形成了大功率給水泵汽輪機(jī)的次末級(jí)做功級(jí)。葉根3是四齒直線軸向裝入型縱樹(shù)型葉根。
[0010]對(duì)超超臨界1000MW等級(jí)汽輪機(jī)的100%容量給水泵汽輪機(jī)，每臺(tái)大機(jī)組只需要一臺(tái)100%容量給水泵汽輪機(jī)，一臺(tái)100%容量給水泵汽輪機(jī)僅I級(jí)次末級(jí)動(dòng)葉片(I個(gè)排氣口)，只有具有大的排汽面積的給水泵汽輪機(jī)才能滿(mǎn)足大機(jī)給水要求，同時(shí)提高整個(gè)電站經(jīng)濟(jì)性。為發(fā)電廠節(jié)省大量的設(shè)備投資和維修費(fèi)用，提高其經(jīng)濟(jì)效益。
[0011]本動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)載體選擇超超臨界1000MW等級(jí)汽輪機(jī)的100%容量給水泵汽輪機(jī)，此機(jī)最適宜的設(shè)計(jì)背壓為5.0Kpa，在此設(shè)計(jì)背壓范圍內(nèi)，最終方案確定的次末級(jí)動(dòng)葉片汽道高H為358mm，根徑Dr為1146 mm,其環(huán)形面積等于1.69 m2，以此根徑和葉高為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)完成了給水泵汽輪機(jī)的通流。本設(shè)計(jì)以100%容量給水泵汽輪機(jī)通流為設(shè)計(jì)對(duì)象，給定進(jìn)口壓力、焓值、流量和背壓，在保證子午流道光順的前提下，優(yōu)化各級(jí)的焓降、速比和級(jí)內(nèi)反動(dòng)度匹配。
[0012]在整缸通流優(yōu)化匹配的基礎(chǔ)上，次末級(jí)級(jí)內(nèi)可控渦流型設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的多次循環(huán)設(shè)計(jì)過(guò)程。首先設(shè)計(jì)基本的靜、動(dòng)葉基型型線，按可控渦流型設(shè)計(jì)的沿葉高出氣角分布，設(shè)計(jì)靜、動(dòng)葉的空間成型規(guī)律，再用全三維流場(chǎng)計(jì)算分析來(lái)優(yōu)化級(jí)內(nèi)流場(chǎng)，并進(jìn)一步調(diào)整靜、動(dòng)葉的空間成型規(guī)律，以氣動(dòng)最優(yōu)為設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0013]本發(fā)明的給水泵汽輪機(jī)次末級(jí)動(dòng)葉片的葉身2是由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合而成的異形體，特征截面的輪廓型線是由內(nèi)弧曲線和背弧曲線圍成的封閉曲線，參見(jiàn)圖1?圖3，具有以下特征參數(shù)(即本設(shè)計(jì)的變量定義):
H:給水泵汽輪機(jī)次末級(jí)動(dòng)葉片的汽道高度，葉身2頂截面與葉身2根截面之間的距離。
[0014]Dr:葉根的根徑。
[0015]Hl一圍帶體I厚度。
[0016]Al—圍帶工作面S1、P1之間的距離。
[0017]Bl0 一圍帶工作面S1、Pl與X軸的水平夾角。
[0018]Tl一節(jié)距:相鄰兩葉片同一高度圍帶截面在周向的安裝距離。
[0019]Wl—葉身2截面切向?qū)挾?即最大厚度)。
[0020]bl—弦長(zhǎng):葉身截面進(jìn)、出汽邊的距離。
[0021 ] Xa—葉身2根截面軸向?qū)挾取?br>[0022]01—葉身2根截面出口喉寬:出口邊與相鄰葉身2截面背弧的最小距離。
[0023]α I。一出口幾何角:sin_l(01/T)。
[0024]Cl0 一葉型安裝角:弦長(zhǎng)線與周向(Y向)的夾角。
[0025]T一節(jié)距:相鄰兩葉片同一高度型線截面在周向的安裝距離。
[0026]W—葉根3軸向?qū)挾取?br>[0027]D—葉型背弧。
[0028]E—葉型內(nèi)弧。
[0029]F—葉型出汽邊。
[0030]G—葉型進(jìn)汽邊。
[0031]Θ I—葉頂傾角。
[0032]Θ 2—葉根傾角。
[0033](I)葉型設(shè)計(jì)，沿葉高若干個(gè)特征葉身2截面的氣動(dòng)設(shè)計(jì)
參見(jiàn)圖1、圖3:采用專(zhuān)用的通流設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)了本次末級(jí)葉片沿葉高各截面的基本葉型要素及安裝位置，沿葉高各基本葉型的特征是:氣動(dòng)特征為根部為亞音速葉型、中上部為跨音速葉型、頂部為超音速葉型。基本葉型的橫截面