1000mw等級(jí)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)及其給水泵汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及1000MW等級(jí)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)及其給水泵汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，該機(jī)組只配置一臺(tái)100%的空冷給水泵汽輪機(jī)；其葉片有效高度為580mm，葉高H的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0；與之相對(duì)應(yīng)，安裝角c1由83.030單調(diào)減小到19.840；從根截面到頂截面的面積A變化規(guī)律為：5.524≥A≥1.0，從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a變化規(guī)律為：4.759≥Xa≥1.0，從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)b1變化規(guī)律為：1.673≥b1≥1.0,從根截面到頂截面的最大厚度w1變化規(guī)律為：2.616≥w1≥1.0。適用于功率30MW～50MW，單向排汽（1個(gè)排氣口），轉(zhuǎn)速2600～5800rpm的變轉(zhuǎn)速、超超臨界1000MW等級(jí)空冷汽輪機(jī)的100%容量空冷給水泵汽輪機(jī)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
10OOMW等級(jí)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)及其給水泵汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種1000MW等級(jí)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)及其空冷給水栗汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，屬于汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在超超臨界一百萬(wàn)等級(jí)汽輪機(jī)領(lǐng)域，西門(mén)子等國(guó)內(nèi)外廠家的設(shè)計(jì)方案是，大機(jī)是兩排汽結(jié)構(gòu)，配置兩臺(tái)50%容量的給水栗汽輪機(jī)，由2個(gè)排汽口分別向兩臺(tái)給水栗汽輪機(jī)供汽(見(jiàn)圖1-1)，故給水栗汽輪機(jī)的功率小，效率低，且機(jī)組占地面積大，廠房基建投資高。
[0003]空冷給水栗汽輪機(jī)是一種特殊的蒸汽輪機(jī)，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(yùn)行，以適應(yīng)大機(jī)的負(fù)荷變化，蒸汽壓力低，溫度低，這些運(yùn)行條件極大地限制了末級(jí)動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)。且給水栗汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性與安全性在很大程度上與其末級(jí)的熱力、氣動(dòng)、強(qiáng)度、振動(dòng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，其中尤以末級(jí)動(dòng)葉片設(shè)計(jì)難度最大，必須統(tǒng)籌兼顧，進(jìn)行繁雜的多因素約束條件下的方案設(shè)計(jì)優(yōu)選，才能設(shè)計(jì)出高性能的給水栗汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片。
[0004]給水栗汽輪機(jī)的功率越大，末級(jí)動(dòng)葉片就越長(zhǎng)，機(jī)組進(jìn)汽參數(shù)低、功率大、需要排汽面積大、驅(qū)動(dòng)給水栗的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高、末級(jí)動(dòng)葉片汽道高度很高、末級(jí)動(dòng)葉片離心力大、應(yīng)力水平超高、振動(dòng)復(fù)雜、在跨音速中運(yùn)行、設(shè)計(jì)難度很大。
[0005]由于冷卻方式是空冷，給水栗汽輪機(jī)運(yùn)行工況變化更加復(fù)雜，背壓變化頻繁，末級(jí)動(dòng)葉片工作環(huán)境尤其惡劣一一在濕蒸汽區(qū)和過(guò)渡區(qū)不停變換。這又進(jìn)一步增加了末級(jí)動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一，是給水栗汽輪機(jī)的功率小，效率低的問(wèn)題，提供一種大型汽輪機(jī)的給水系統(tǒng)一一100Mff等級(jí)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方案是:
該大型汽輪機(jī)只配置一臺(tái)100%的給水栗汽輪機(jī)。
[0007]—種1000MW等級(jí)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)，該空冷汽輪發(fā)電機(jī)組包括鍋爐、主汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)，所述主汽輪機(jī)為1000MW等級(jí)的空冷汽輪機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī);所述給水系統(tǒng)包括給水栗及給水栗汽輪機(jī)，所述給水栗由給水栗汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，向鍋爐供水，所述給水栗及給水栗汽輪機(jī)均只配置一臺(tái)，且給水栗汽輪機(jī)也是空冷汽輪機(jī)。
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之二，是提供一種適合上述100%空冷給水栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片，所采用的技術(shù)方案是:
一種空冷給水栗汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，具有整體結(jié)構(gòu)的葉根、葉身、圍帶和凸臺(tái)拉筋，所述圍帶位于葉身的頂部，凸臺(tái)拉筋位于葉身的腰部，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(xiàn)是由內(nèi)弧曲線(xiàn)和背弧曲線(xiàn)圍成的封閉曲線(xiàn)，具有特征參數(shù)安裝角Cl、弦長(zhǎng)bl、最大厚度w1、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(guò)渡;其特征在于，葉高H的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0;與之相對(duì)應(yīng)，安裝角Cl由83.03°單調(diào)減小至IJ19.84°;從根截面到頂截面的面積A變化規(guī)律為:5.524多A多1.0，從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a變化規(guī)律為:4.759多Xa多1.0，從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)b I變化規(guī)律為:1.673彡bl彡1.0，從根截面到頂截面的最大厚度wl變化規(guī)律為:2.616彡wl彡1.0。
[0009]所述葉身的有效高度為H=580mm、根徑為Dr=1080mm。
[0010]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)(參見(jiàn)圖3):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(jī)轉(zhuǎn)子中軸線(xiàn)X軸的夾角BI滿(mǎn)足關(guān)系式:
Al=Tl.COSBl;35°彡BI彡54°；
圍帶厚度Hl滿(mǎn)足關(guān)系式:
8mm<Hl<12mm0
[0011 ]所述凸臺(tái)拉筋具有背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2是相互平行的平面;凸臺(tái)拉筋的截面形狀具有特征參數(shù)(參見(jiàn)圖4):背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2間的距離A2，背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2幾何中心間的距離T2;所述背弧工作面S2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線(xiàn)X軸的夾角B2滿(mǎn)足關(guān)系式:
A2=T2.C0SB2;40°彡B2彡50°；
凸臺(tái)拉筋截面的最大厚度B滿(mǎn)足關(guān)系式:
1 Bmnin
[0012]所述葉根是4齒直線(xiàn)軸向裝入型縱樹(shù)型葉根。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果是:
本發(fā)明在總結(jié)新一代超超臨界100Mff等級(jí)水冷汽輪機(jī)末級(jí)葉片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，為滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)超超臨界100Mff等級(jí)空冷汽輪機(jī)的100%容量給水栗汽輪機(jī)的需求，應(yīng)用當(dāng)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，成功完成了適用于100%容量空冷給水栗汽輪機(jī)末級(jí)葉片的設(shè)計(jì)。新開(kāi)發(fā)的580mm末級(jí)動(dòng)葉片具有較先進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式一-阻尼式自帶圍帶，阻尼式自帶整體拉筋，葉根采用大承載的直線(xiàn)軸向裝入型縱樹(shù)型葉根設(shè)計(jì)，使葉片的技術(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，提高了機(jī)組的效率，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。它不但適用于超超臨界，100Mff等級(jí)空冷汽輪機(jī)的100%容量空冷給水栗汽輪機(jī)要求，而且為提高電站系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性提供支持，采用I個(gè)排汽口的單排汽結(jié)構(gòu)，將兩臺(tái)50%給水栗汽輪機(jī)合并為一臺(tái)100%給水栗汽輪機(jī)，從而可減少一臺(tái)給水栗汽輪機(jī)組，大大減少設(shè)備投資和基建及運(yùn)行維修費(fèi)用，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是用一臺(tái)100%容量給水栗汽輪機(jī)取代2臺(tái)50%容量給水栗汽輪機(jī)示意圖，其中: 圖1-1是原來(lái)的機(jī)組給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖1-2是本發(fā)明改進(jìn)后的機(jī)組給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本葉片的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圍帶結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是凸臺(tái)拉筋結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是凸臺(tái)拉筋厚度示意圖；
圖6是葉身截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明有兩個(gè)發(fā)明點(diǎn)，一是對(duì)機(jī)組的給水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，二是研制出適合100%給水栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片，分別詳述如下。
[0016]參見(jiàn)圖1(即圖1-1、圖1-2):圖1-1是原來(lái)的機(jī)組給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它的發(fā)電汽輪機(jī)有兩個(gè)排汽口，分別向兩臺(tái)給水栗汽輪機(jī)供汽，驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)給水栗，同時(shí)向鍋爐供水，習(xí)慣上將此給水系統(tǒng)的給水栗汽輪機(jī)稱(chēng)為50%給水栗汽輪機(jī)。圖1-2是本發(fā)明改進(jìn)后的機(jī)組給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它的發(fā)電汽輪機(jī)只有一個(gè)排汽口，向一臺(tái)給水栗汽輪機(jī)供汽，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)給水栗，向鍋爐供水，習(xí)慣上將此給水系統(tǒng)的給水栗汽輪機(jī)稱(chēng)為100%給水栗汽輪機(jī)。這樣可以提高給水栗汽輪機(jī)的效率，減少機(jī)組的占地面積，降低廠房基建投資。由于機(jī)組是1000MW等級(jí)的特大型空冷機(jī)組，100%給水栗汽輪機(jī)的功率也很大，給水栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片很長(zhǎng)，且也是空冷方式，工況變化復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度很大。
[0017]參見(jiàn)圖2:本發(fā)明的給水栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片，采用合適的合金鋼葉片和轉(zhuǎn)子材料，按本專(zhuān)利設(shè)計(jì)圖制造的動(dòng)葉片由4個(gè)部分組成，分別是:圍帶體I，阻尼凸臺(tái)拉筋2，葉身3，葉根4。圍帶體I位于葉身3的頂部，凸臺(tái)拉筋2位于葉身3的腰部，上述葉身3、葉根4、圍帶
1、凸臺(tái)拉筋2是用同一種高強(qiáng)度性能的合金鋼整體地制造完成。葉片通過(guò)葉根4安裝在轉(zhuǎn)軸外圓上的葉輪槽中，每圈輪槽安裝76只葉片，當(dāng)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栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片。葉根4是4齒直線(xiàn)軸向裝入型縱樹(shù)型葉根。
[0018]對(duì)超超臨界100Mff等級(jí)空冷汽輪機(jī)的100%容量空冷給水栗汽輪機(jī)，每臺(tái)大機(jī)組只需要一臺(tái)100%容量空冷給水栗汽輪機(jī)，一臺(tái)100%容量空冷給水栗汽輪機(jī)僅I級(jí)末級(jí)動(dòng)葉片(I個(gè)排氣口)，只有具有大的排汽面積的給水栗汽輪機(jī)才能滿(mǎn)足大機(jī)給水要求，同時(shí)提高整個(gè)電站經(jīng)濟(jì)性。為發(fā)電廠節(jié)省大量的設(shè)備投資和維修費(fèi)用，提高其經(jīng)濟(jì)效益。
[0019]本動(dòng)葉片的設(shè)計(jì)載體選擇超超臨界1000MW等級(jí)空冷汽輪機(jī)的100%容量空冷給水栗汽輪機(jī)，此機(jī)最適宜的設(shè)計(jì)背壓為9.5Kpa，在此設(shè)計(jì)背壓范圍內(nèi)，最終方案確定的末級(jí)動(dòng)葉片汽道高H為580mm，根徑Dr為1080 mm，其環(huán)形面積等于3.025m2，以此根徑和葉高為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)完成了給水栗汽輪機(jī)的通流。本設(shè)計(jì)以100%容量空冷給水栗汽輪機(jī)通流為設(shè)計(jì)對(duì)象，給定進(jìn)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(jí)的焓降、速比和級(jí)內(nèi)反動(dòng)度匹配。
[0020]在整缸通流優(yōu)化匹配的基礎(chǔ)上，末級(jí)級(jí)內(nèi)可控渦流型設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的多次循環(huán)設(shè)計(jì)過(guò)程。首先設(shè)計(jì)基本的靜、動(dòng)葉基型型線(xiàn)，按可控渦流型設(shè)計(jì)的沿葉高出氣角分布，設(shè)計(jì)靜、動(dòng)葉的空間成型規(guī)律，再用全三維流場(chǎng)計(jì)算分析來(lái)優(yōu)化級(jí)內(nèi)流場(chǎng)，并進(jìn)一步調(diào)整靜、動(dòng)葉的空間成型規(guī)律，以氣動(dòng)最優(yōu)為設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0021]本發(fā)明的給水栗汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片的葉身3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(xiàn)是由內(nèi)弧曲線(xiàn)和背弧曲線(xiàn)圍成的封閉曲線(xiàn)，參見(jiàn)圖2?圖6，具有以下特征參數(shù)(即本設(shè)計(jì)的變量定義): H:給水栗汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片的汽道高度，葉身3頂截面與葉身3根截面之間的距離。
[0022]Dr:葉根的根徑。
[0023]Hl—圍帶體I厚度。
[0024]Lj 一阻尼凸臺(tái)拉筋2位置高度:葉身3根截面與阻尼凸臺(tái)拉筋2中心的垂直距離。
[0025]B—阻尼凸臺(tái)拉筋2的厚度。
[0026]Al—圍帶工作面S1、P1之間的距離。
[0027]BI。一圍帶工作面S1、P1與X軸的水平夾角。
[0028]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。
[0029]wl—葉身2截面切向?qū)挾?即最大厚度)。
[0030]bl—弦長(zhǎng):葉身截面進(jìn)、出汽邊的距離。
[0031]T2—節(jié)距:相鄰兩葉片同一高度拉筋截面在周向的安裝距離。
[0032]A2—拉筋工作面S2、P2之間的距離。
[0033]B2° 一拉筋工作面S2、P2與X軸的水平夾角。
[0034]Xa—葉身3根截面軸向?qū)挾取?br>[0035]01—葉身3根截面出口喉寬:出口邊與相鄰葉身3截面背弧的最小距離。
[0036]α?。一出口幾何角:sin-l(01/T)。
[0037]cl°—葉型安裝角:弦長(zhǎng)線(xiàn)與周向(Y向)的夾角。
[0038]T 一節(jié)距:相鄰兩葉片同一高度型線(xiàn)截面在周向的安裝距離。
[0039]W—葉根4軸向?qū)挾取?br>[0040]D—葉型背弧。
[0041]E 一葉型內(nèi)弧。
[0042]F—葉型出汽邊。
[0043]G—葉型進(jìn)汽邊。
[0044](I)葉型設(shè)計(jì)，沿葉高若干個(gè)特征葉身3截面的氣動(dòng)設(shè)計(jì)
參見(jiàn)圖2、圖6:采用專(zhuān)用的通流設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)了本末級(jí)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(dòng)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?；救~型的橫截面積沿高度單調(diào)減小，呈塔形變化，安裝角Cl由83.03°單調(diào)減小到19.84°;從根截面到頂截面的面積A變化規(guī)律為:5.524彡A彡1.0，即根截面到頂截面的面積A由5.524單調(diào)減小至1.0;從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a變化規(guī)律為:4.759彡Xa彡1.0，即根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a由4.759單調(diào)減小至1.0;從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)bl變化規(guī)律為:1.673多bl多1.0，即根截面到頂截面的弦長(zhǎng)bl由1.673單調(diào)減小至1.0;從根截面到頂截面的最大厚度wl變化規(guī)律為:2.616多wl多1.0，即根截面到頂截面的最大厚度wl由2.616單調(diào)減小至1.0?；救~型沿高度單調(diào)扭轉(zhuǎn)成型?；救~型的出口幾何角al°沿高度單調(diào)可控地減小。采用全三維氣動(dòng)分析程序分析并優(yōu)化設(shè)計(jì)了各葉型截面沿葉高的成型規(guī)律，最終實(shí)現(xiàn)了本葉片級(jí)流場(chǎng)特性的優(yōu)化。
[0045]動(dòng)葉片頂截面以下的葉身3部分設(shè)計(jì)了若干個(gè)典型截面型線(xiàn)，各典型截面之間的葉型采用型面光滑連接，高次樣條插值求出。超音速葉型截面是葉型設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了協(xié)調(diào)強(qiáng)度和氣動(dòng)對(duì)葉型的制約，對(duì)葉型作了數(shù)次改進(jìn)，最終基本實(shí)現(xiàn)了沿葉高等強(qiáng)度極限應(yīng)力設(shè)計(jì)，同時(shí)滿(mǎn)足葉根4強(qiáng)度和葉片氣動(dòng)性能的要求。
[0046]動(dòng)葉片流道中的流動(dòng)特性復(fù)雜，沿葉高均存在從亞音速、跨音速、超音速流動(dòng)變化，型線(xiàn)氣動(dòng)特性的優(yōu)劣是葉片設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵要素之一。以氣動(dòng)性能最佳為目標(biāo)，分別設(shè)計(jì)一套靜、動(dòng)葉基本型線(xiàn)，基本型線(xiàn)常常不能滿(mǎn)足葉片的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、振動(dòng)設(shè)計(jì)要求，在后續(xù)的葉片的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、振動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)基型進(jìn)行相似?；O(shè)計(jì)，這樣不僅可滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、振動(dòng)設(shè)計(jì)要求，而且能保證氣動(dòng)性能基本不變。
[0047]在完成基本葉型之上，就須進(jìn)行末級(jí)葉片的流型及三維氣動(dòng)分析研究。流型研究主要是在整缸(至少末三級(jí))環(huán)境下，利用準(zhǔn)三維方法來(lái)設(shè)計(jì)級(jí)的焓降、速比、反動(dòng)度沿葉高分布等流型參數(shù)。在可控渦流型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)靜動(dòng)葉進(jìn)行三維空間積迭設(shè)計(jì)。靜葉主要采用切向和軸向復(fù)合彎扭成型，以最高效率為目標(biāo);動(dòng)葉主要采用動(dòng)態(tài)重心重合且通過(guò)輻射線(xiàn)的扭轉(zhuǎn)成型設(shè)計(jì)，以葉片在工作狀態(tài)時(shí)離心力產(chǎn)生的彎應(yīng)力(對(duì)葉身和葉根)最小及最高效率為目標(biāo)。如前所述，氣動(dòng)設(shè)計(jì)和葉片的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、振動(dòng)設(shè)計(jì)相互耦合，有時(shí)是不可調(diào)和的，先進(jìn)的末級(jí)長(zhǎng)葉片設(shè)計(jì)就是要達(dá)到葉片的氣動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、振動(dòng)特性的良好協(xié)調(diào)，使葉片具有高的可靠性和高經(jīng)濟(jì)性。因此，葉片的全三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)一般要經(jīng)過(guò)許多方案的逐步優(yōu)化得到。
[0048](2)大離心載荷下的葉身3結(jié)構(gòu)強(qiáng)度振動(dòng)特性設(shè)計(jì)
在工作狀態(tài)下，葉片各扭轉(zhuǎn)變截面的離心力產(chǎn)生應(yīng)力非常高，而且受力狀態(tài)復(fù)雜，這對(duì)葉片的強(qiáng)度振動(dòng)設(shè)計(jì)是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。這一部分設(shè)計(jì)時(shí)，將受到下列因素的相互制約: ?葉片各截面型線(xiàn)的氣動(dòng)特性制約 ?葉片和轉(zhuǎn)子材料的強(qiáng)度極限制約 ?葉片各截面的應(yīng)力狀態(tài)制約 ?葉片振動(dòng)調(diào)頻特性制約
為克服上述主要的制約因素，保持各截面的應(yīng)力水平基本相當(dāng)，從而最大限度地應(yīng)用材料的強(qiáng)度極限。在保持各截面的形狀基本相似的前提下，來(lái)調(diào)整葉片的受力狀態(tài)和振動(dòng)特性，最終使各制約因素相互協(xié)調(diào)。采用了全三維氣動(dòng)和三維有限元強(qiáng)度弱藕合分析方法對(duì)本葉片進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，最終優(yōu)化設(shè)計(jì)了能滿(mǎn)足氣動(dòng)特性和強(qiáng)度振動(dòng)特性要求的葉身3結(jié)構(gòu)。葉身3結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度特性為:葉身3局部最大應(yīng)力小于葉片材料的強(qiáng)度極限，局部最大應(yīng)力與根截面平均應(yīng)力之比小于2.0。
[0049](3)大變形阻尼葉片的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于在工作狀態(tài)下，葉片中上部分的截面相對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)有較大的扭轉(zhuǎn)變形，采用結(jié)構(gòu)有限元分析方法優(yōu)化設(shè)計(jì)了葉片的連接結(jié)構(gòu)。其特征為:設(shè)計(jì)了在葉身3上高度為L(zhǎng)j的位置設(shè)置凸臺(tái)拉筋結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖2、圖4(其中0.45〈 Lj / H〈0.65)，該凸臺(tái)厚度B滿(mǎn)足8mm〈B<16mm(參見(jiàn)圖5)。本拉筋結(jié)構(gòu)的功能是在額定轉(zhuǎn)速時(shí)工作面接觸形成合適的壓應(yīng)力，增加葉片的阻尼，大幅度降低葉片動(dòng)應(yīng)力，同時(shí)提高葉片剛性。設(shè)計(jì)了與葉身3自成一體的圍帶結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖3)，其厚度為Hl(8mm〈Hl〈12mm)，自帶圍帶結(jié)構(gòu)在氣動(dòng)方面阻止了葉頂?shù)臋M向竄流和徑向流，在約轉(zhuǎn)速NI轉(zhuǎn)/分時(shí)，圍帶工作面(SI面)與相鄰葉片圍帶工作面(Pl面)接觸，產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力F1，圍帶工作面與X軸(軸向)的夾角BI滿(mǎn)足關(guān)系式:A1=T1*C0SB1，35°<54°，在葉片工作時(shí)增加葉片剛性，使靜態(tài)下的自由葉片在額定轉(zhuǎn)速時(shí)較大地限制了葉頂?shù)呐まD(zhuǎn)恢復(fù)，形成整圈約束結(jié)構(gòu)，大幅度降低葉片動(dòng)應(yīng)力。連接結(jié)構(gòu)的接觸轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足關(guān)系式:OSNl<2400轉(zhuǎn)/分。工作面壓應(yīng)力滿(mǎn)足關(guān)系式:0.0126<F1^0.055倍材料的強(qiáng)度極O VIJ
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種100MW等級(jí)空冷汽輪發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)，該空冷汽輪發(fā)電機(jī)組包括鍋爐、主汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)，所述主汽輪機(jī)為1000MW等級(jí)的空冷汽輪機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī);所述給水系統(tǒng)包括給水栗及給水栗汽輪機(jī)，所述給水栗由給水栗汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，向鍋爐供水，其特征在于，所述給水栗及給水栗汽輪機(jī)均只配置一臺(tái)，且給水栗汽輪機(jī)也是空冷汽輪機(jī)。2.權(quán)利要求1所述給水栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片，具有整體結(jié)構(gòu)的葉根、葉身、圍帶和凸臺(tái)拉筋，所述圍帶位于葉身的頂部，凸臺(tái)拉筋位于葉身的腰部，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(xiàn)是由內(nèi)弧曲線(xiàn)和背弧曲線(xiàn)圍成的封閉曲線(xiàn)，具有特征參數(shù)安裝角Cl、弦長(zhǎng)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(guò)渡；其特征在于，葉高H的相對(duì)值由0.0單調(diào)增加到1.0 ;與之相對(duì)應(yīng)，安裝角Cl由83.03°單調(diào)減小到19.84°;從根截面到頂截面的面積A變化規(guī)律為:5.524多A多1.0，從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a變化規(guī)律為:4.759多Xa多1.0，從根截面到頂截面的弦長(zhǎng)bl變化規(guī)律為:1.673彡bl彡1.0，從根截面到頂截面的最大厚度wl變化規(guī)律為:2.616彡wl彡1.0。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的給水栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片，其特征在于，所述葉身的有效高度為H=580mm、根徑為Dr=I 080mm。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的給水栗汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，其特征在于，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(jī)轉(zhuǎn)子中軸線(xiàn)X軸的夾角BI滿(mǎn)足關(guān)系式: Al=Tl.COSBl;35°彡BI彡54°； 圍帶厚度!11滿(mǎn)足關(guān)系式:8111111〈!11〈12111111。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的給水栗汽輪機(jī)的末級(jí)動(dòng)葉片，其特征在于，所述凸臺(tái)拉筋具有背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2是相互平行的平面；凸臺(tái)拉筋的截面形狀具有特征參數(shù):背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2間的距離A2，背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2幾何中心間的距離T2;所述背弧工作面S2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線(xiàn)X軸的夾角B2滿(mǎn)足關(guān)系式: A2=T2.C0SB2;40°彡B2彡50°； 凸臺(tái)拉筋截面的最大厚度B滿(mǎn)足關(guān)系式: 8mm<Hl<16mm06.根據(jù)權(quán)利要求2所述的給水栗汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉片，其特征在于，所述葉根是4齒直線(xiàn)軸向裝入型縱樹(shù)型葉根。
【文檔編號(hào)】F01D5/16GK106050320SQ201610546657
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】李伯武, 馬少林, 張?jiān)? 肖向浩, 肖曉玲, 譚成成, 黃雪芬, 文謀, 賈丹, 師春燕, 曾洪勇
【申請(qǐng)人】東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司