給水泵汽輪機次末級動葉片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及給水泵汽輪機的次末級動葉片，適用于功率24MW?44MW，單向排汽(I個排氣口)，轉(zhuǎn)速2600~5500rpm的變轉(zhuǎn)速、超超臨界1000MW等級汽輪機的100%容量給水泵汽輪機。
【背景技術】
[0002]給水泵汽輪機是一種特殊的蒸汽輪機，特殊性表現(xiàn)在:它經(jīng)常處于高轉(zhuǎn)速，變轉(zhuǎn)速，變功率工況運行，以適應大機的負荷變化，蒸汽壓力低，溫度低，但功率大，末級和次末級動葉片很長，這些運行條件極大地限制了末級、次末級動葉片的設計。且給水泵汽輪機的經(jīng)濟性與安全性在很大程度上與其末級和次末級的熱力、氣動、強度、振動設計密切相關，其中尤以末級、次末級動葉片設計難度最大，必須統(tǒng)籌兼顧，進行繁雜的多因素約束條件下的方案設計優(yōu)選，才能設計出高性能的給水泵汽輪機次末級動葉片。
[0003]在超超臨界百萬機組所需的100%容量給水泵汽輪機領域，由于機組進汽參數(shù)低、功率大、需要排汽面積大、驅(qū)動給水泵的汽輪機轉(zhuǎn)速高、次末級動葉片汽道高度很高、葉片軸向?qū)挾群苄?、次末級動葉片離心力大、應力水平超高、振動復雜、在跨音速中運行、設計難度很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題，是提供一種結構合理、動態(tài)應力低，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等級汽輪機的100%容量給水泵汽輪機的次末級動葉片。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種給水泵汽輪機次末級動葉片，具有整體結構的葉根、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)光滑過渡；葉高H的相對值由0.0單調(diào)增加到1.0 ;與之相對應，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與汽輪機轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角BI滿足關系式:Al=Tl.COSBl ;35° 彡 BI 彡 52° ;
圍帶厚度Hl滿足關系式:
7mm<H1<11mm ；
圍帶頂面是傾斜的，由進汽邊向出汽邊軸向傾斜，傾角滿足關系式:
22。彡 Θ I 彡 28°
所述葉根是4齒直線軸向裝入型縱樹型葉根，葉根平臺頂面是傾斜的，由進汽邊向出汽邊軸向傾斜，傾角滿足關系式:
8° ( Θ 2 < 12°
本發(fā)明所產(chǎn)生的技術效果是:
本發(fā)明在總結新一代超超臨界1000MW等級汽輪機末級葉片設計經(jīng)驗基礎上，為滿足市場對超超臨界1000MW等級汽輪機的100%容量給水泵汽輪機的需求，應用當代先進的設計技術，成功完成了適用于100%容量給水泵汽輪機次末級葉片的設計。新開發(fā)的358mm次末級動葉片具有較先進的結構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型葉根設計，使葉片的技術水平達到世界先進水平，具有較高的經(jīng)濟性和可靠性。它不但適用于超超臨界1000MW等級汽輪機的100%容量給水泵汽輪機要求，而且為提高電站系統(tǒng)的整體經(jīng)濟性提供支持，將兩臺50%給水泵汽輪機合并為一臺100%給水泵汽輪機，從而可減少一臺給水泵汽輪機組，大大減少設備投資和基建及運行維修費用，具有廣闊的市場應用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1是本葉片的結構示意圖；
圖2是圍帶結構示意圖；
圖3是葉身截面示意圖。
【具體實施方式】
[0009]參見圖1:采用合適的合金鋼葉片和轉(zhuǎn)子材料，按本專利設計圖制造的動葉片由3個部分組成，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是用同一種高強度性能的合金鋼整體地制造完成。葉片通過葉根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的次末級做功級。葉根3是四齒直線軸向裝入型縱樹型葉根。
[0010]對超超臨界1000MW等級汽輪機的100%容量給水泵汽輪機，每臺大機組只需要一臺100%容量給水泵汽輪機，一臺100%容量給水泵汽輪機僅I級次末級動葉片(I個排氣口)，只有具有大的排汽面積的給水泵汽輪機才能滿足大機給水要求，同時提高整個電站經(jīng)濟性。為發(fā)電廠節(jié)省大量的設備投資和維修費用，提高其經(jīng)濟效益。
[0011]本動葉片的設計載體選擇超超臨界1000MW等級汽輪機的100%容量給水泵汽輪機，此機最適宜的設計背壓為5.0Kpa，在此設計背壓范圍內(nèi)，最終方案確定的次末級動葉片汽道高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設計完成了給水泵汽輪機的通流。本設計以100%容量給水泵汽輪機通流為設計對象，給定進口壓力、焓值、流量和背壓，在保證子午流道光順的前提下，優(yōu)化各級的焓降、速比和級內(nèi)反動度匹配。
[0012]在整缸通流優(yōu)化匹配的基礎上，次末級級內(nèi)可控渦流型設計是一項復雜的多次循環(huán)設計過程。首先設計基本的靜、動葉基型型線，按可控渦流型設計的沿葉高出氣角分布，設計靜、動葉的空間成型規(guī)律，再用全三維流場計算分析來優(yōu)化級內(nèi)流場，并進一步調(diào)整靜、動葉的空間成型規(guī)律，以氣動最優(yōu)為設計目標。
[0013]本發(fā)明的給水泵汽輪機次末級動葉片的葉身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，參見圖1?圖3，具有以下特征參數(shù)(即本設計的變量定義):
H:給水泵汽輪機次末級動葉片的汽道高度，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:葉身截面進、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—葉型進汽邊。
[0031]Θ I—葉頂傾角。
[0032]Θ 2—葉根傾角。
[0033](I)葉型設計，沿葉高若干個特征葉身2截面的氣動設計
參見圖1、圖3:采用專用的通流設計程序設計了本次末級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