一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構的製作方法
2023-04-23 09:48:36
一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構，該噴嘴隔板結構的截面外輪廓包括同心的外圓弧與內圓弧，外圓弧與內圓弧的兩端均通過對稱設置的直線段與曲線段相連，其中，曲線段的一端與外圓弧相切，曲線段的另一端與直線段的一端相連，直線段的另一端與內圓弧相連。本發明通過改進噴嘴隔板結構，使得蒸汽在進汽段與非進汽段過渡區域平滑曲線進汽，可減小動葉急劇進汽與突然離開進汽弧段而導致的過大氣流衝擊增加葉片動應力載荷，從而降低調節級低頻氣流激振力。本發明原理清晰，結構簡單，製造方便，適合應用於多數透平機械調節級。
【專利說明】-種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構 【【技術領域】】
[0001] 本發明屬於汽輪機【技術領域】，具體涉及一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力 的噴嘴隔板結構。 【【背景技術】】
[0002] 葉片疲勞斷裂損壞在汽輪機機組事故中具有很大比例，而低頻激振力引起的葉片 強迫振動是葉輪機械葉片失效的重要原因。部分進汽調節級內部流場相比全周進汽更加復 雜，其引起的氣流激振因子也比全周進汽透平級大的多，因此降低由於部分進汽引起的低 頻氣流激振力具有重要意義，同時也是保證機組安全穩定運行的重要手段。
[0003] 如圖1所示，為一種常規噴嘴進汽隔板的結構示意圖。其問題在於進汽段與非進 汽段存在嚴重的氣流不均勻，動葉進入進汽段與離開進汽段存在劇烈的突增與突降的氣流 力，因此動葉承受較大的氣流激振力。
[0004] 此外，如圖2和圖3所示，部分進汽透平機械的內部流動極其複雜，動葉進入進汽 弧段會受到突然增加的氣流力；離開進汽弧段時，受到急劇減小的氣流力作用。部分進汽透 平機械引起的低頻激振力比全周進汽大的多。部分進汽透平機械引起的氣流激振力是葉片 疲勞失效的重要原因，減少該激振力對於透平機械的安全可靠運行具有重要意義。 【
【發明內容】
】
[0005] 本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供了一種降低透平機械調節級低頻氣 流激振力的噴嘴隔板結構，其能夠減小由部分進汽引起的低頻氣流激振力，從而降低機組 振動，提高安全性。
[0006] 為達到上述目的，本發明採用如下的技術方案：
[0007] -種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構，該噴嘴隔板結構的截 面外輪廓包括同也的外圓弧與內圓弧，且外圓弧的半徑大於內圓弧的半徑，夕['圓弧與內圓 弧的兩端均通過對稱設置的直線段與曲線段相連，其中，曲線段的一端與外圓弧相切，曲線 段的另一端與直線段的一端相連，直線段的另一端與內圓弧相連。
[0008] 本發明進一步改進在於，直線段與內圓弧交點處切線垂直，且直線段長度L滿足 L 巧），其中，R2、Ri分別為隔板外圓弧與內圓弧半徑。
[0009] 本發明進一步改進在於，左側曲線段的曲線方程為y ax2 bx C，其中，坐標原點為 直線段與曲線段的交點，X，y分別表示橫坐標、縱坐標，橫坐標的方向朝向並垂直於外圓弧 與內圓弧的中也對稱線，a, b，C為常係數，且a 0, C 0。
[0010] 與現有技術相比，本發明具有如下的技術效果：
[0011] 本發明一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構，針對調節級部 分進汽過渡區域氣流不均勻，有利於改善進汽段與非進汽段過渡區域的突增與突降的氣流 力載荷，減少氣流激振力的變化幅值，為機組安全運行提供可靠的技術保障。 【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0012] 圖1為常規噴嘴隔板的結構示意圖。
[0013] 圖2為部分進汽透平機械的示意圖。
[0014] 圖3為部分進汽透平機械的氣流力示意圖。
[0015] 圖4為本發明一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構的結構 示意圖。 【【具體實施方式】】
[0016] 下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0017] 在介紹本發明之前，有必要對常規噴嘴隔板結構W及其導致的部分進汽透平機械 的低頻激振力產生機理進行簡單介紹，有助於對本發明的理解。
[0018] 參見圖1，為常規噴嘴隔板的結構示意圖。非進汽段與進汽段交界面為直線，動葉 所受氣流力在較短時間內完成進汽段到非進汽段或者非進汽段到進汽段的轉變。
[0019] 參見圖2,為部分進汽透平機械的示意圖。動葉沿周向轉動，動葉所受氣流力進行 著非進汽段與進汽段的狀態交替。動葉在進汽段與非進汽段交替處受到低頻激振力中的衝 擊力。
[0020] 參見圖3,為部分進汽透平機械的氣流力示意圖。動葉在非進汽段進入進汽段氣 流力突增，同時產生衝擊力A ;動葉在進汽段進入非進汽段氣流力劇降，同時動葉受到衝擊 力B。主要原因如下：動葉處於非進汽區域時，動葉壓力面和吸力面的流動滯止，氣流力近 似為零。當動葉即將出非進汽區域時，其吸力面首先受到來流影響，逐漸充滿高速汽流，而 壓力面則相對而言仍是滯止流體，因此產生反方向衝擊力A。動葉即將旋轉進入非進汽段B 處附近時，動葉壓力面仍受高速來流衝擊，而吸力面則是滯止流體，因此產生衝擊力B。該低 頻的部分進氣邊緣導致的局部激振力遠遠大於經典分析的部分進氣激振力。
[0021] 本發明的具體原理如下：
[0022] 由動量定理得：
[002引葉柵軸向氣流力；Pz G(C2z cj (Pi P2)A [0024] 葉柵切向氣流力；Pu G(Ciu C2U)
[00巧]則對於過渡區域氣流力可表示為：
[002引葉柵軸向氣流力：
[0027] dPz CidA(C2z Ciz) (Pi P2)dA [Ci(C2z Ciz) (Pi P2)]dA
[0028] 葉柵切向氣流力；dPu CidA(Ciu C2U)
[002引式中；Pz為葉柵軸向氣流力，Pu為葉柵切向氣流力，為葉柵氣流密度，Cl為葉柵通 道進口氣流速度，A為葉柵進汽面積，Cb與C2,分別為葉柵進口速度軸向分量與出口速度軸 向分量，Ciu與C2U分別為葉柵進口速度切向分量與出口速度切向分量，Pi與P2分別是葉柵 通道進口與出口壓力。
[0030] 由上式可知，通過改善進汽段與非進汽段過渡區域面積變化，則可緩解過渡區域 氣流力的突增與突降，從而降低部分進汽導致的低頻氣流激振力。
[0031] 本發明一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構，該噴嘴隔板結 構使氣流在進汽段與非進汽段過渡區域平滑過渡，可有效降低低頻激振力中進汽段與非進 汽段過渡區域衝擊部分A、B的幅值。
[0032] 參見圖4,根據氣流力公式，本發明噴嘴隔板結構的截面外輪廓包括同也的外圓弧 與內圓弧，外圓弧與內圓弧的兩端均通過對稱設置的直線段與曲線段相連，其中，曲線段的 一端與外圓弧相切，曲線段的另一端與直線段的一端相連，直線段的另一端與內圓弧相連， 通過優化過渡區氣流流動狀況，使得氣流平滑過渡，降低過渡區低頻激振力中衝擊力A、B。 [003引本發明中，直線段與內圓弧交點處切線垂直，且直線段長度L滿足 A) I i?i)，其中，R2、Ri分別為隔板外圓弧與內圓弧半徑；過渡段的曲線方 J 厶 程為y ax2 bx C，其中，坐標原點為直線段與曲線段的交點，X，y分別表示橫坐標、縱坐標， a，b，c 為常係數，且 a0，c 0。
[0034] 本發明的設計要點是噴嘴隔板結構在非進汽段與進汽段設置有平滑過渡區域，使 得氣流平滑過渡，為保證部分進汽小流量工況下安全運行具有重要意義。此外，本發明設計 合理，結構簡單，成本低廉，適用於多數汽輪機機組中的調節級。
【權利要求】
1. 一種降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構，其特徵在於，該噴嘴隔 板結構的截面外輪廓包括同心的外圓弧與內圓弧，且外圓弧的半徑大於內圓弧的半徑，夕卜 圓弧與內圓弧的兩端均通過對稱設置的直線段與曲線段相連，其中，曲線段的一端與外圓 弧相切，曲線段的另一端與直線段的一端相連，直線段的另一端與內圓弧相連。
2. 根據權利要求1所述的降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔 板結構，其特徵在於，直線段與內圓弧交點處切線垂直，且直線段長度L滿足
，其中，RyR1分別為隔板外圓弧與內圓弧半徑。
3. 根據權利要求1所述的降低透平機械調節級低頻氣流激振力的噴嘴隔板結構，其特 徵在於，左側曲線段的曲線方程為y = ax2+bx+c，其中，坐標原點為直線段與曲線段的交點， X，y分別表不橫坐標、縱坐標，橫坐標的方向朝向並垂直於外圓弧與內圓弧的中心對稱線， a, b, c為常係數,且a 0,c彡0。
【文檔編號】F01D25/04GK104389642SQ201410471372
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】謝永慧, 高科科, 張荻 申請人:西安交通大學