一種給水泵工業汽輪機用的末級動葉片的製作方法

2023-06-14 22:34:16

本發明涉及一種汽輪機葉片，尤其是一種給水泵工業汽輪機用的末級動葉片。

背景技術：

鍋爐給水泵是火電機組的重要輔機，它將除氧器出口給水加壓後通過各級加熱器再進入鍋爐，水泵出口的給水壓力等於鍋爐所需給水壓力、鍋爐汽包正常水位與除氧器給水箱正常水位間靜壓差、除氧器至鍋爐間介質流動總阻力之和。

管阻大小隨著流量而變化，流量隨著主機負荷而變化。為滿足主機汽輪機變負荷運行時給水流量、壓力和鍋爐匹配的要求，給水泵必須變負荷運行，從而要求驅動給水泵的汽輪機滿足變功率、變轉速運行。滿足功率、轉速、參數三「變」要求是鍋爐給水泵汽輪機運行的最大特點。在主機單機容量達到百萬千瓦等級時，對給水泵汽輪機的功率、轉速運行範圍、排氣面積等提出了更高的要求，其葉型設計難度急劇加大。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述技術的不足而設計的給水泵工業汽輪機用的末級動葉片，該葉片具有良好的變工況性能和強度性能，結構合理，裝配方便。

本技術方案為：一種給水泵工業汽輪機用的末級動葉片，包括依次相連的葉根、葉身和用於使葉片形成整圈自鎖的圍帶，所述葉身設有拉筋凸臺，所述葉身的型線為變截面扭曲型線，葉身的相鄰兩個截面之間有相對扭轉，其特徵在於：沿葉根到圍帶高度方向，隨著葉身相對葉高H由0％單調增加到100％，葉底截面到葉頂截面的節距(相鄰兩個葉片之間的柵距)與弦長(葉身截面中葉型前緣進汽邊和葉型後緣出汽邊之間的距離)比T/b變化規律為：0.2≤T/b≤1.0；從葉底截面到葉頂截面的節距與葉型截面軸向寬度比T/B變化規律為：0.2≤T/B≤4.0；從葉底截面到葉頂截面的節距與葉型截面最大厚度比T/Dmax變化規律為：2.4≤T/Dmax≤17.6；從葉底截面到葉頂截面的節距與葉型截面面積比T/A變化規律為：0.02≤T/A≤0.3；從葉底截面到葉頂截面的葉型前緣半徑R0變化規律為：1.6mm≤R0≤2.2mm；從葉底截面到葉頂截面的葉型尾緣半徑R1變化規律為：0.7mm≤R1≤1.1mm。

所述葉身高度為550mm。

所述葉根為樅樹型葉根，葉根軸向寬度為181.5mm。

所述葉身的進汽邊背弧處設有淬硬部分。

所述凸臺橫截面為橢圓，該凸臺與葉身一體成型，所述凸臺包括第一耦合前端和第一耦合後端。

各相鄰葉片凸臺間、相鄰圍帶間均有0.1-0.7mm的間隙。

凸臺中心距葉身底部302.5mm。

本發明所得的給水泵工業汽輪機用的550mm末級動葉片，葉身採用三元流場設計技術設計而成，截面的寬度、厚度及橫截面面積由根部到頂部逐漸減小，單調平滑過渡，沿葉高方向葉身具有一定的扭曲規律，兼顧了葉片靜強度要求，沿葉身各熱力參數分布規律合理，使得葉片具有很好的氣動性能。經專業計算流體動力學軟體CFX和Numeca等驗證，在背壓為0.06bar出口馬赫數0.5的工況下，所在低壓級組的氣動效率在81％左右，最大流量在120t/h以上，同時具有良好的變工況性能；葉片為自帶圍帶整圈自鎖阻尼型的長葉片，葉身中上部具有凸臺，葉頂有圍帶，各葉片凸臺間和圍帶間均有0.1-0.7mm的間隙，在工作轉速下，由於離心力的作用，葉身產生一定的反扭，使葉片間凸臺與凸臺、圍帶與圍帶間貼合，產生正壓力和摩擦力，增加了系統的阻尼；同時達到葉片整圈自鎖結構，提高葉片的振動性能，降低葉片所受的動應力；葉根採用樅樹型葉根設計，葉片裝配方便，可在背壓0.05bar～0.1bar，轉速2270rpm～5200rpm下安全運行，具有廣闊的市場應用前景。

附圖說明

圖1是本發明葉片正視圖；

圖2是本發明葉片側視圖；

圖3是本發明葉片俯視圖；

圖4是本發明葉片型線積疊示意圖；

圖5相鄰兩葉片圍帶俯視圖；

圖6是本發明相鄰兩葉片凸臺剖視圖；

圖7是本發明相鄰五葉片自鎖連接示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做詳細的介紹：

如圖1、2、3所示，本實施例所描述的一種給水泵工業汽輪機用的末級動葉片，它是一種變截面扭葉片，包括葉身3、葉根4及用於使葉片形成整圈自鎖的圍帶1和拉筋凸臺2，該凸臺橫截面為橢圓，該凸臺與葉身一體成型，所述凸臺包括第一耦合前端和第一耦合後端。

所述葉身相對葉高Ld由0％單調增加到100％，從葉底截面到葉頂截面的節距(相鄰兩個葉片之間的柵距)與弦長比T/b變化規律為：0.2≤T/b≤1.0；從葉底截面到葉頂截面的節距與葉型截面軸向寬度比T/B變化規律為：0.2≤T/B≤4.0；從葉底截面到葉頂截面的節距與葉型截面最大厚度比T/Dmax變化規律為：2.4≤T/Dmax≤17.6；從葉底截面到葉頂截面的節距與葉型截面面積比T/A變化規律為：0.02≤T/A≤0.30；從葉底截面到葉頂截面的葉型前緣半徑R0變化規律為：1.6mm≤R0≤2.2mm；從葉底截面到葉頂截面的葉型尾緣半徑R1變化規律為：0.7mm≤R1≤1.1mm。葉片通過樅樹型葉根1安裝在葉輪槽中，軸向裝配；所述凸臺為橢圓臺，橫截面為橢圓，該凸臺6與葉身3一體成型，所述凸臺6包括第一耦合前端和第一耦合後端。並且，葉身高度為550mm，凸臺中心距葉身2底部302.5mm，葉根為樅樹型葉根，葉根軸向寬度為181.5mm。；所述的葉身2，其進汽邊背弧處設有淬硬部分，淬硬長度根據需要而定。

如圖4、5、6、7所示，靜態時葉片為單片結構，凸臺2與凸臺之間，圍帶與圍帶1之間均不貼合，優選參數為各相鄰葉片凸臺間、相鄰圍帶間均有0.1-0.7mm的間隙。在工作轉速下，由於離心力的作用，葉身3產生一定的反扭，使凸臺與凸臺2、圍帶1與圍帶1間產生正壓力和摩擦力，增加了系統的阻尼；同時使葉片整圈成組(如圖7)，提高葉片的振動性能。

本發明所得的給水泵工業汽輪機用的550mm末級動葉片，葉身採用三元流場設計技術設計而成，截面的寬度、厚度及橫截面面積由根部到頂部逐漸減小，單調平滑過渡，沿葉高方向葉身具有一定的扭曲規律，兼顧了葉片靜強度要求，沿葉身各熱力參數分布規律合理，使得葉片具有很好的氣動性能。經專業計算流體動力學軟體CFX和Numeca等驗證，在背壓為0.06bar出口馬赫數0.5的工況下，所在低壓級組的氣動效率在81％左右，最大流量在120t/h以上，同時具有良好的變工況性能；葉片為自帶圍帶1整圈自鎖阻尼型的長葉片，葉身3中上部具有凸臺，葉頂有圍帶1，各葉片凸臺間和圍帶1間均有0.1-0.7mm的間隙，在工作轉速下，由於離心力的作用，葉身3產生一定的反扭，使葉片間凸臺與凸臺、圍帶1與圍帶1間貼合，產生正壓力和摩擦力，增加了系統的阻尼；同時達到葉片整圈自鎖結構，提高葉片的振動性能，降低葉片所受的動應力；葉根4採用樅樹型葉根4設計，葉片裝配方便，可在背壓0.05bar～0.1bar，轉速2270rpm～5200rpm下安全運行，具有廣闊的市場應用前景。