本發(fā)明涉及汽輪機(jī)葉片技術(shù)，尤其是一種工業(yè)汽輪機(jī)葉片阻尼松拉筋及其安裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

葉輪機(jī)械是大型石油、化工、冶金等裝置中的重要裝備，工業(yè)汽輪機(jī)是裝備的動(dòng)力核心。葉片是汽輪機(jī)的重要轉(zhuǎn)動(dòng)部件，如果葉片強(qiáng)度振動(dòng)余量不足，產(chǎn)生過(guò)大的變形、撓曲或者斷裂，將直接影響汽輪機(jī)的工作性能和安全可靠性，甚至造成不同程度的故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽輪機(jī)葉片事故約占汽輪機(jī)事故的39%。工業(yè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)速變化范圍大、負(fù)荷變化范圍廣，葉片受力極為復(fù)雜，應(yīng)力非常高，而且往往要求葉片在共振狀態(tài)下工作，設(shè)計(jì)中除了考慮靜強(qiáng)度外，動(dòng)強(qiáng)度的好壞也至關(guān)重要。

增強(qiáng)葉片動(dòng)強(qiáng)度的措施包括使葉片成組或成圈以減小成組系數(shù)、增大葉片的阻尼系數(shù)，這兩方面都能達(dá)到提高葉片動(dòng)強(qiáng)度的目的。松拉筋結(jié)構(gòu)常用在葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使葉片成組或成圈，同時(shí)增加阻尼，降低葉片動(dòng)應(yīng)力水平提高其動(dòng)強(qiáng)度，從而提高葉片運(yùn)行的安全可靠性。公開(kāi)文獻(xiàn)中成圈方式很多，如專利公告號(hào)為CN205047252U，一種大功率汽輪機(jī)葉片，包括葉型、設(shè)在所述葉型下部的葉根以及設(shè)在所述葉型上部的一體式圍帶，葉型是通過(guò)若干個(gè)特征截面連續(xù)光滑過(guò)渡形成的，特征截面是由內(nèi)弧曲線、背弧曲線、進(jìn)汽邊曲線、出汽邊曲線圍成的封閉曲面，葉型中間處設(shè)有拉筋孔，位于拉筋孔位置處的葉型的部分厚度比其它部分厚度厚；在葉片頂截面以下的葉身部分各特征界面之間采用型面光滑連接，使得葉型抗彎剛度增強(qiáng)，降低了葉片中汽流產(chǎn)生的彎應(yīng)力；將葉型上拉筋孔附近的葉型型線相對(duì)增厚。又如專利公告號(hào)為CN204402568U設(shè)計(jì)的一種汽輪機(jī)葉片，包括葉面以及葉根，葉面包括內(nèi)圓弧面以及背圓弧面，其中內(nèi)圓弧面與葉根相接觸的位置固定有多個(gè)加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋根據(jù)葉面與葉根連接處的扭曲弧度依次設(shè)置，每?jī)蓚€(gè)加強(qiáng)筋的間隔不大于其本身的厚度，兩個(gè)葉面之間通過(guò)圓環(huán)連接。

這些公開(kāi)技術(shù)和目前常規(guī)松拉筋結(jié)構(gòu)均存在著如下缺陷：一是常規(guī)松拉筋和連接件雖然可使葉片成圈，但為了實(shí)現(xiàn)常規(guī)松拉筋的安裝，在整圈葉片中存在末葉結(jié)構(gòu)或非均勻結(jié)構(gòu)，這將降低松拉筋的成圈效果，在整圈葉片中存在若干動(dòng)強(qiáng)度薄弱的葉片或松拉筋結(jié)構(gòu)，降低了葉片的可靠性；二是有些常規(guī)松拉筋同時(shí)穿過(guò)多只葉片的拉筋孔，松拉筋必須與每只葉片保證良好接觸才能達(dá)到有效成圈增加阻尼的效果，這對(duì)葉片的加工裝配精度要求極高，即使不斷提高加工安裝精度往往也難以實(shí)現(xiàn)每只葉片都與松拉筋有效接觸，既增加了葉片的加工、安裝成本,又降低了葉片的安全可靠性；還有松拉筋必須與被穿過(guò)的每只葉片都接觸良好，才能達(dá)到有效成圈，在這種情況下，松拉筋被多點(diǎn)約束，其和葉片之間只有滑動(dòng)摩擦，而且相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)有限，提供的阻尼效果也有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有松拉筋結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，提供一種使葉片完全成圈，且整圈葉片中沒(méi)有末葉或非均勻結(jié)構(gòu)，形成多種摩擦、碰撞復(fù)雜物理現(xiàn)象的工業(yè)汽輪機(jī)葉片阻尼松拉筋及其安裝結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：一種工業(yè)汽輪機(jī)葉片阻尼松拉筋及其安裝結(jié)構(gòu)，包括葉片，其特征是在所述的葉片50～90%葉高范圍中設(shè)置阻尼松拉筋及其拉筋安裝座；拉筋安裝座中設(shè)有與阻尼松拉筋配合的拉筋孔；安裝狀態(tài)下，阻尼松拉筋兩端分別插入相鄰葉片拉筋安裝座的拉筋孔中，汽輪機(jī)工作時(shí)，在離心力的作用下，阻尼松拉筋兩端與拉筋安裝座的拉筋孔貼合，產(chǎn)生正壓力，形成一個(gè)完全的整圈結(jié)構(gòu)，阻尼松拉筋和拉筋孔間發(fā)生滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦和相互碰撞的多種物理現(xiàn)象。

本技術(shù)方案主要通過(guò)阻尼松拉筋及其拉筋安裝座兩個(gè)部件的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，拉筋安裝座和葉片為一體結(jié)構(gòu)，分列于葉片成圈所需連接部位的兩邊，即壓力面和吸力面兩側(cè)，阻尼松拉筋位于兩葉片之間，阻尼松拉筋和拉筋安裝座之間通過(guò)具有合理活動(dòng)余量的軸孔配合，其中阻尼松拉筋為軸、拉筋安裝座設(shè)孔，使汽輪機(jī)在工作時(shí)，在離心力的作用下，阻尼松拉筋兩端分別與拉筋安裝座中的拉筋孔貼合，由于是兩點(diǎn)貼合，而且整圈葉片沒(méi)有末葉和非均勻結(jié)構(gòu)，所以能有效地形成完全整圈結(jié)構(gòu)，降低葉片的成組系數(shù)；而運(yùn)行中，由于是兩點(diǎn)接觸，阻尼松拉筋和拉筋安裝座之間發(fā)生滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、相互碰撞等復(fù)雜物理現(xiàn)象，有效地增加了葉片的阻尼，降低了葉片動(dòng)應(yīng)力，使葉片安全可靠；由于連續(xù)的阻尼松拉筋和拉筋安裝座之間是兩點(diǎn)接觸，本方案對(duì)連接部件加工裝配精度要求都較低，有效地降低了生產(chǎn)成本。

作為優(yōu)選，所述的阻尼松拉筋為具有兩個(gè)同軸且對(duì)稱設(shè)置的雙圓臺(tái)棒形結(jié)構(gòu)；拉筋安裝座由吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)與葉片相貫形成，并在吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)分別設(shè)有與阻尼松拉筋圓臺(tái)棒形配合的拉筋孔；吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)以及拉筋孔的軸線同葉片的切向相同。

作為優(yōu)選，所述的阻尼松拉筋總長(zhǎng)度L2變化范圍為：0.89L1≤L2≤1.09L1（其中L1為安裝部位葉片的寬度，下同），端面直徑D3變化范圍為：0.1L1≤D3≤0.13L1。兩端圓臺(tái)錐度β變化范圍為，1:7.8≤β≤1:6.4。

作為優(yōu)選，所述的阻尼松拉筋中間部位設(shè)有圓柱體，在圓柱體兩端對(duì)稱設(shè)置圓臺(tái)體。

作為優(yōu)選，所述的阻尼松拉筋中間圓柱體長(zhǎng)度L3變化范圍為：0.14L1≤L3≤0.17L1，圓柱體直徑D4變化范圍為：0.15≤D4/L1≤0.19。

作為優(yōu)選，所述的吸力面圓臺(tái)和壓力面圓臺(tái)上的拉筋孔為非貫通孔。

作為優(yōu)選，所述的吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)與葉片型線的相貫處設(shè)有圓弧角，且吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)的斜切面處也設(shè)有圓弧角。

作為優(yōu)選，所述的吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)的端面和葉片重心距離A變化范圍為：0.17L1≤A≤0.21L1。

作為優(yōu)選，所述的吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)端面直徑D1的變化范圍為：0.23L1≤D1≤0.28L1，D2變化范圍為：0.3L1≤D2≤0.37L1，高度H1變化范圍為：0.41L1≤H1≤0.5L1，錐度b變化范圍為：1:6.6≤b≤1:5.4。

作為優(yōu)選，所述的吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)中的拉筋孔深度H2變化范圍為：0.22L1≤H2≤0.27L1；非貫通拉筋孔的厚度t的變化范圍為：0.047L1≤t≤0.057L1；拉筋孔直徑D5變化范圍為：0.13L1≤D5≤0.16L1；斜切的角度a變化范圍為：27°≤a≤33°。

本發(fā)明的有益效果是：克服了常規(guī)松拉筋結(jié)構(gòu)的缺陷，使葉片有效地完全成圈，降低成組系數(shù)；阻尼松拉筋和拉筋安裝座之間具有滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦和相互碰撞，增加了葉片的阻尼，有效地增強(qiáng)了汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度，提高了汽輪機(jī)葉片的安全性；因阻尼拉筋兩端分別插入相鄰葉片的拉筋孔，加工安裝精度要求低，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率；具有良好的結(jié)構(gòu)接觸點(diǎn)，高強(qiáng)度部件結(jié)構(gòu)形式，穩(wěn)定耐用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種具有整圈松拉筋結(jié)構(gòu)葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的一種阻尼松拉筋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的一種阻尼松拉筋和拉筋安裝座吸力面?zhèn)冉Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的一種阻尼松拉筋和拉筋安裝座壓力面?zhèn)冉Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的一種拉筋安裝座部位剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的一種阻尼松拉筋和拉筋安裝座配合狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1. 葉片，2. 阻尼松拉筋，3. 拉筋安裝座，4. 吸力面圓臺(tái)，5. 壓力面圓臺(tái)，6. 拉筋孔。

L1—安裝部位葉片的寬度，L2—阻尼松拉筋總長(zhǎng)度，L3—阻尼松拉筋中間圓柱體長(zhǎng)度，D3—阻尼松拉筋端面直徑，D4—阻尼松拉筋圓柱體直徑，β—阻尼松拉筋兩端圓臺(tái)錐度。

A—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)的端面和葉片重心距離，D1—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)端面的吸力面?zhèn)戎睆剑珼2—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)端面的壓力面?zhèn)戎睆剑琀1—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)高度，b—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)錐度，H2—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)中的拉筋孔深度，t—非貫通拉筋孔的厚度，D5—拉筋孔直徑，a—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)斜切的角度，R1—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)和葉片相貫處圓角半徑，R2—吸力面圓臺(tái)、壓力面圓臺(tái)斜切面處圓角半徑。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。

本實(shí)施例一種工業(yè)汽輪機(jī)葉片阻尼松拉筋及其安裝結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在汽輪機(jī)葉片1組一周通過(guò)阻尼松拉筋2和拉筋安裝座3進(jìn)行動(dòng)連接，實(shí)際連接位置高度由汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度振動(dòng)分析確定。本實(shí)施例在葉片80%葉高處設(shè)置阻尼松拉筋2及其拉筋安裝座3。安裝狀態(tài)下，每件阻尼松拉筋2兩端分別插入相鄰葉片1上的拉筋安裝座3的孔中，在汽輪機(jī)工作時(shí)，由于離心力的作用，阻尼松拉筋2兩端與拉筋安裝座3的孔貼合，產(chǎn)生正壓力，形成一個(gè)完全的整圈結(jié)構(gòu)，阻尼松拉筋2和拉筋安裝座3的孔之間發(fā)生滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦和相互碰撞的復(fù)雜物理現(xiàn)象。

具體設(shè)計(jì)如下，阻尼松拉筋2結(jié)構(gòu)的具體尺寸通過(guò)葉片強(qiáng)度振動(dòng)計(jì)算優(yōu)化獲得，阻尼松拉筋選用合金鋼或者鈦合金制作，是具有兩個(gè)同軸且對(duì)稱設(shè)置的雙圓臺(tái)棒形結(jié)構(gòu)，其中間部位設(shè)有圓柱體，如圖2所示，在圓柱體兩端對(duì)稱設(shè)置圓臺(tái)體，也稱雙錐棒結(jié)構(gòu)。具體尺寸設(shè)計(jì)是（本實(shí)施例取變化范圍的上值）：阻尼松拉筋2總長(zhǎng)度L2為1.09L1，端面直徑D3為0.13L1，兩端圓臺(tái)錐度β為1:6.4，中間圓柱體長(zhǎng)度L3為0.17L1，圓柱體直徑D4/L1為0.19。

拉筋安裝座3由吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5與葉片1相貫形成，并在吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5分別設(shè)有與阻尼松拉筋圓臺(tái)棒形配合的拉筋孔6，參見(jiàn)圖4、圖5、圖6，吸力面圓臺(tái)4和壓力面圓臺(tái)5上的拉筋孔6為非貫通孔，且吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5與葉片1型線的相貫處均設(shè)有圓弧角，吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5的兩斜切面處也設(shè)有圓弧角。吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5以及拉筋孔6的軸線同葉片1的切向相同。

拉筋安裝座3具體位置及尺寸設(shè)定如下：吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5的端面和葉片1重心距離的位置值A(chǔ)均為0.21L1（在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，拉筋安裝座3的具體尺寸及其中心G的位置由葉片1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度分析確定）。吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5端面直徑D1值均為0.28L1，D2值均為0.37L1，高度H1均為0.5L1，錐度b均為1:5.4。拉筋孔6深度H2為0.27L1，非貫通拉筋孔6的厚度t為0.057L1；拉筋孔6直徑D5為0.16L1；斜切的角度a為33°。

另外，吸力面圓臺(tái)4、壓力面圓臺(tái)5和葉片1相貫處圓角半徑R1變化范圍設(shè)計(jì)為0.1L1≤R1≤0.12L1；斜切面處圓角半徑R2范圍為：R2≤0.007L1。本實(shí)施例均選大值，不作細(xì)述。

安裝狀態(tài)下，阻尼松拉筋2兩端分別插入相鄰葉片1的拉筋安裝座3中，即吸力面和壓力面的拉筋孔6中，如圖6所示，工作狀態(tài)下，在離心力的作用下，阻尼松拉筋2兩端分別與相鄰葉片拉筋孔6貼合，接觸點(diǎn)C1和C2分別位于壓力面圓臺(tái)5拉筋孔頂部和吸力面圓臺(tái)4拉筋孔頂部，使整圈葉片成為完全成圈結(jié)構(gòu)，這樣可以減小葉片的成組系數(shù)，從而減小葉片動(dòng)應(yīng)力。同時(shí)，工作狀態(tài)下，汽輪機(jī)葉片受到非定常汽流激振力的作用，將在軸向、切向和徑向產(chǎn)生不同的響應(yīng)，由于阻尼松拉筋2和相鄰葉片為兩點(diǎn)接觸，阻尼松拉筋2運(yùn)動(dòng)自由度大，在阻尼松拉筋2和拉筋孔6間將發(fā)生滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦和相互碰撞，這三種作用都將有效增加葉片的阻尼，降低葉片的動(dòng)應(yīng)力。

本實(shí)施例選取尺寸為最大值，也可以在設(shè)定的變化范圍內(nèi)進(jìn)行交叉優(yōu)化選值。上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明的簡(jiǎn)單變換后的結(jié)構(gòu)、方法等均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。