CN203809057U - 汽轮机末级长叶片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种汽轮机末级长叶片，包括依次相连的叶根、中间体、叶身和围带，所述叶身的高度C为1905mm；沿叶身的高度方向，叶身截面面积的相对值由7.33逐渐减小至1.0，叶身型线轴向宽度W的相对值由5.61逐渐减小至1.0，叶身型线周向宽度H的相对值由1.0逐渐增大至1.67，叶身型线弦长L的相对值由1.40逐渐减小至1.0，叶身型线最大厚度TMAX的相对值由5.89逐渐减小至1.0，安装角α由12°逐渐增加至76°。该汽轮机末级长叶片通过增加叶片的长度（也就是高度）来增大末级叶片的排汽面积，其排汽面积高达30m2，可满足CAP1400/CAP1700等不同背压、机组等级核电汽轮机的应用需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种安装在汽轮机转子上的动叶片，特别是涉及一种汽轮机末级长叶片。
背景技术
随着我国核电事业的蓬勃发展，核电机组的单机容量也在逐步增大，从1000MW到1700MW均有相应的机组在建设中或规划中。机组容量越大，低压缸的数量和汽轮机的全长也会越大，这将极大影响汽轮机的整体效率。目前，可通过增加汽轮机末级叶片的长度来减少低压缸的数量和汽轮机的全长。
汽轮机末级叶片是汽轮机的核心部件，特别是对于大容量核电汽轮机，其代表着核电汽轮机的技术水平。目前，第三代反应堆机组的容量比1000MW等级机组的容量增加了20%～80%，加上沿海和中、北部地区低冷却水温的要求，第三代反应堆机组需要更大的排汽面积要求。而已投运的半速核电汽轮机中末级长叶片均为排汽面积15-20m2等级，汽道高度为1400mm等级，其排汽面积偏小，不能满足第三代反应堆核电汽轮机组的要求。为了满足CAP1400/CAP1700等不同背压及机组等级的核电汽轮机的应用需求，各公司都在集中力量开发更大排汽面积的长叶片，但由于空气动力学和强度振动方面的问题，又限制了末级叶片的长度，从而限制末级叶片的排汽面积。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种汽轮机末级长叶片，以克服现有技术中因末级叶片排汽面积小而不能满足CAP1400/CAP1700等不同背压及机组等级的核电汽轮机应用需求的缺陷。
为实现上述目的，本实用新型提供一种汽轮机末级长叶片，包括依次相连的叶根、中间体、叶身和围带，所述叶身的型线为变截面扭曲型线，叶身的相邻两个截面之间有相对扭转，所述叶身的高度C为1905mm；沿叶身的高度方向，叶身截面面积的相对值由7.33逐渐减小至1.0，叶身型线轴向宽度W的相对值由5.61逐渐减小至1.0，叶身型线周向宽度H的相对值由1.0逐渐增大至1.67，叶身型线弦长L的相对值由1.40逐渐减小至1.0，叶身型线最大厚度TMAX的相对值由5.89逐渐减小至1.0，安装角α由12°逐渐增加至76°。
优选地，所述叶身截面面积的实际值由17600mm2逐渐减小至2400mm2，叶身型线轴向宽度W的实际值由432mm逐渐减小至77mm，叶身型线周向宽度H的实际值由183mm逐渐增大至306mm，叶身型线弦长L的实际值由442mm逐渐减小至315mm，叶身型线最大厚度TMAX的实际值由53mm逐渐减小至9mm。
进一步地，所述中间体的轴向宽度和叶根的轴向宽度E相同，均为480mm；中间体和叶根的高度之和D为153.62mm。
优选地，所述围带的轴向宽度A为77.59mm，围带的高度B为15～50mm。
进一步地，所述叶根为大圆角、低应力集中的枞树型叶根。
优选地，所述叶根底部的两侧均开设有定位槽。
进一步地，所述叶身中横设有一横截面为椭圆的凸台，该凸台与叶身一体成型，所述凸台包括第一耦合前端和第一耦合后端。
优选地，所述叶身的上端在进汽边侧设有防水蚀区，所述防水蚀区通过激光熔覆涂覆在叶身的表面。
如上所述，本实用新型涉及的汽轮机末级长叶片，具有以下有益效果：
该汽轮机末级长叶片通过增加叶片的长度（也就是高度）来增大末级叶片的排汽面积，其排汽面积高达30m2，可满足CAP1400/CAP1700等不同背压、机组等级核电汽轮机的应用需求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为叶身型线尺寸示意图。
图4为叶身型线积叠示意图。
图5为中间体的俯视图。
图6为本实用新型中凸台的俯视图。
图7为两个凸台耦合时的结构图。
图8为本实用新型中围带的俯视图。
图9为两个围带耦合时的结构图。
元件标号说明
1 叶根
2 中间体
3 叶身
4 围带
41 第二耦合前端
42 第二耦合后端
5 定位槽
6 凸台
61 第一耦合前端
62 第一耦合后端
7 防水蚀区
8 进汽边
9 出汽边
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
本实用新型提供一种排汽面积可高达30m2的汽轮机末级长叶片，如图1和图2所示，该汽轮机末级长叶片包括依次相连的叶根1、中间体2、叶身3和围带4，且叶根1、中间体2、叶身3和围带4为一体结构。所述叶身3为采用全三维设计分析方法确定的变截面扭叶片，即该叶身3的型线为变截面扭曲型线，沿叶片的高度方向，叶身3相邻两个截面的形状不同，且叶身3相邻两个截面之间有相对扭转。本实用新型中，为了提高末级长叶片的排汽面积，将所述叶身3的高度C设计为1905mm，该高度即为汽轮机末级叶片的汽道长度。在增加叶片高度（也就是叶片长度）的同时还要使叶片满足气动性能、强度等方面的设计要求，故需要对叶片中叶身3的几何形状进行反复修改，亦即反复修改叶身3各截面的型线。
如图3所示，叶身型线具有如下特征参数：
截面面积：叶身截面的面积；
弦长L：叶身截面中进汽边8和出汽边9之间的距离；
最大厚度TMAX：叶身截面的切向宽度；
安装角α：弦长L与轴向（X向）的夹角。
本申请中，经反复修改后的叶身3各截面型线具有以下特征：沿叶身3的高度方向，也就是沿叶根1到围带4的方向，叶身截面面积的相对值由7.33逐渐减小至1.0，叶身型线轴向宽度W的相对值由5.61逐渐减小至1.0，叶身型线周向宽度H的相对值由1.0逐渐增大至1.67，叶身型线弦长L的相对值由1.40逐渐减小至1.0，叶身型线最大厚度TMAX的相对值由5.89逐渐减小至1.0，安装角α由12°逐渐增加至76°。
下面给出叶身3一较优的实施例：
表1各截面基本参数
上述实施例中，沿叶身3的高度方向，叶身的截面面积由17600mm2逐渐减小至2400mm2，叶身型线的轴向宽度W由432mm逐渐减小至77mm，叶身型线的周向宽度H由183mm逐渐增大至306mm，叶身型线的弦长L由442mm逐渐减小至315mm，叶身型线的最大厚度TMAX由53mm逐渐减小至9mm，安装角α由12°逐渐增加至76°，各截面的型线如图4所示。另外，上述表1中，出汽边9厚度是指各截面型线在叶身3的出汽边9侧的厚度。
进一步地，如图1所示，所述中间体2的轴向宽度和叶根1的轴向宽度E相同，均为480mm；中间体2和叶根1的高度之和D为153.62mm；所述围带4的轴向宽度A为77.59mm，围带4的高度B为15～50mm。
在安装该汽轮机末级长叶片时，将叶根1安装在转子的轮槽内，一圈共计70只叶片。本实施例中，所述叶根1为侧装、大圆角、低应力集中的枞树型叶根，可大幅度地减少应力集中，降低叶根1和轮槽的最大应力，以提高抗低周疲劳及抗应力腐蚀的强度性能。优选地，如图1和图5所示，所述叶根1底部的两侧均开设有定位槽5，装配时，可在定位槽5内装入支撑条，以避免叶片轴向窜动，保证汽轮机的安全稳定运行。
进一步地，如图6和图7所示，所述叶身3中横设有一横截面为椭圆的凸台6，该凸台6与叶身3一体成型，所述凸台6包括第一耦合前端61和第一耦合后端62，且第一耦合前端61和第一耦合后端62相适配，所述椭圆的长轴F为103mm，短轴G为35mm。如图8和图9所示，所述围带4包括第二耦合前端41和第二耦合后端42，所述第二耦合前端41和第二耦合后端42相适配。将该末级长叶片安装在汽轮机转子的轮槽中后，相邻两个叶片的围带4和凸台6的工作面之间会留有1-2mm的间隙，即静态时叶片为单片结构；在工作转速下，相邻两个叶片的围带4和凸台6在离心力的作用下发生扭转，相邻两个叶片的凸台6通过第一耦合后端62和第一耦合前端61的相互配合而耦合，相邻两个叶片的围带4通过第二耦合后端42和第二耦合前端41的相互配合而耦合，从而使得相邻两个叶片的围带4和凸台6的工作面之间的间隙为0，将相邻叶片联接成整圈，进而提高叶片的刚性，大幅度降低动应力，调频阶数低，动频率得到有效提高。
另外，末级长叶片在工作时，由于低压缸的温度、压力相对较低，湿蒸汽在运行中容易凝结成小水滴，在离心力的作用下，小水滴不断冲击叶片的进汽边8，容易造成叶片进汽边8的水蚀，叶片水蚀会导致叶片出现蜂窝状组织，严重时会使叶片进汽边8边缘呈现锯齿状，形成很多细小的裂纹，甚至会使叶顶边缘形成缺口，造成叶片疲劳强度降低，影响机组安全性。为了解决叶片进汽边8水蚀问题，本申请中，所述叶身3的上端在进汽边8侧设有防水蚀区7，该防水蚀区7位于围带4和凸台6之间，所述防水蚀区7通过激光熔覆涂覆在叶身3的表面。所述防水蚀区7采用激光熔覆技术，其与常规的钎焊司太立合金片比，具有贴合度好、不易脱落等优点，以提高抗水蚀能力。另外，除了防水蚀区7熔覆层外，叶片的其余部分均是采用同一种高强度性能的合金钢整体锻造而成，从而避免应力集中的缺陷，提高叶片的安全可靠性。
综上所述，本实用新型涉及的汽轮机末级长叶片具有以下优点：
1、该末级长叶片的排汽面积高达30m2，适用于CAP1400/CAP1700等核电汽轮机，无论是在经济性、安全可靠性方面均达到国际先进水平，且排汽损失明显降低，且在一定的背压条件下，可以减少一个低压缸，减少投资，给电厂带来极大的效益；
2、1905mm末级长叶片采用先进全三维反动式叶片设计方案，大大降低气动损失，并且采用大型全三维粘性流场CFD软件进行对型线进行优化，使该级叶片具有良好的气动特性；动叶片流道中的流动特性复杂，沿径向存在从亚音速-跨音速-超音速流动变化；同时对静叶进行全三维优化设计，以效率最高位目标，动、静叶具有最佳的匹配关系，在保证安全可靠性的前提下，让叶片具有最佳的效率；
3、叶片采用先进的自带围带、凸台整圈自锁阻尼结构形式，与相同长度等级其余结构型式叶片比，具有重量轻、调频阶数少、频率稳定性好、抗颤振性能强等特点，能够满足在恶劣强度环境下运行的安全性；
4、在理论分析考核的同时，通过建立专用试验转子和实物叶片进行动调频测试及设计详尽的调频方案，确保叶片具有良好的振动特性；
5、防水蚀措施为激光熔覆，与常规的钎焊司太立合金片比，具有贴合度好、不易脱落等优点，以提高抗水蚀能力稳定性；
6、装配方便，利用离心力的反扭矩形成整圈自锁阻尼，比起由机械结构形成的整圈效应更为可靠，有利于调整和调频。
所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种汽轮机末级长叶片，包括依次相连的叶根（1）、中间体（2）、叶身（3）和围带（4），所述叶身（3）的型线为变截面扭曲型线，叶身（3）的相邻两个截面之间有相对扭转，所述叶身（3）的高度C为1905mm；沿叶身（3）的高度方向，叶身截面面积的相对值由7.33逐渐减小至1.0，叶身型线轴向宽度W的相对值由5.61逐渐减小至1.0，叶身型线周向宽度H的相对值由1.0逐渐增大至1.67，叶身型线弦长L的相对值由1.40逐渐减小至1.0，叶身型线最大厚度TMAX的相对值由5.89逐渐减小至1.0，安装角α由12°逐渐增加至76°。
2.根据权利要求1所述的汽轮机末级长叶片，其特征在于：沿叶身（3）的高度方向，所述叶身截面面积的实际值由17600mm2逐渐减小至2400mm2，叶身型线轴向宽度W的实际值由432mm逐渐减小至77mm，叶身型线周向宽度H的实际值由183mm逐渐增大至306mm，叶身型线弦长L的实际值由442mm逐渐减小至315mm，叶身型线最大厚度TMAX的实际值由53mm逐渐减小至9mm。
3.根据权利要求1所述的汽轮机末级长叶片，其特征在于：所述中间体（2）的轴向宽度和叶根（1）的轴向宽度E相同，均为480mm；中间体（2）和叶根（1）的高度之和D为153.62mm。
4.根据权利要求1所述的汽轮机末级长叶片，其特征在于：所述围带（4）的轴向宽度A为77.59mm，围带（4）的高度B为15～50mm。
5.根据权利要求1所述的汽轮机末级长叶片，其特征在于：所述叶根（1）为大圆角、低应力集中的枞树型叶根。
6.根据权利要求1或5所述的汽轮机末级长叶片，其特征在于：所述叶根（1）底部的两侧均开设有定位槽（5）。
7.根据权利要求1所述的汽轮机末级长叶片，其特征在于：所述叶身（3）中横设有一横截面为椭圆的凸台（6），该凸台（6）与叶身（3）一体成型，所述凸台（6）包括第一耦合前端（61）和第一耦合后端（62）。
8.根据权利要求1所述的汽轮机末级长叶片，其特征在于：所述叶身（3）的上端在进汽边（8）侧设有防水蚀区（7），所述防水蚀区（7）通过激光熔覆涂覆在叶身（3）的表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140903 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |