末级动叶片、动叶片组及汽轮机的制作方法

1.本技术实施例涉及机械技术领域，尤其是涉及一种末级动叶片、动叶片组及汽轮机。


背景技术：

2.汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的汽流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。
3.通常，人们将安装在叶轮上的汽轮机的叶片称为动叶片，动叶片的作用主要是将蒸汽的动能转变成转子上的机械能。为适应电厂灵活性运行对低压长叶片的新要求，需要不断开发多种末级动叶片，以满足对于末级动叶片日益增长的强度振动、安全性能和气动效率等的需求。
4.低压通流“零流量”运行过程中，末级动叶片会处于极低的流量，也就是说，随着机组负荷率降低，汽轮机低压缸进汽参数随之降低，容积流量大大减少，使得机组在小容积流量条件下运行，由于原气动设计流场将被破坏，末级动静叶沿叶高的热力参数将重新分布，并在通流区形成大尺度回流涡。同时，汽流通过末级长叶片区域时不再推动叶片做功，反而需要消耗机械功，将汽流压出动叶流道，出现鼓风现象。
5.一般的，当末级动叶片运行在30％～100％负荷区间，此时末级动叶片轮周焓降为正，不存在鼓风风险，但在低压通流“零流量”运行过程中，此时末级动叶片长时间在低流量工况下运行，会进入鼓风状态，进而存在颤振及为减少鼓风热量而喷水带来的水蚀风险，影响机组在此工况下的安全运行。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供了一种末级动叶片、动叶片组及汽轮机，以至少解决现有技术中，在低压通流“零流量”运行过程中，末级动叶片长时间在低流量工况下运行，进入鼓风状态，存在颤振及为减少鼓风热量而喷水带来的水蚀风险问题。
7.第一方面，本技术实施例提供一种末级动叶片，包括：
8.叶根；
9.叶身，叶根设置在叶身的根部；
10.拉筋，拉筋设置在叶身的中上部，拉筋包括接触部和间隔部，接触部与间隔部相连；
11.在拉筋处于静止状态，接触部和间隔部分别与相邻的拉筋存在间隔；
12.在拉筋处于运转状态，接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔。
13.在一种实现方式中，叶身根部截面至叶身顶部截面的截面面积逐渐减小，叶身根部截面和叶身顶部截面间相对扭转。
14.在一种实现方式中，叶身从叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与弦长比为t/l，
满足的条件为0.23≤t/l≤1.01；
15.从叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与相应截面叶型轴向宽度比为t/b，满足的条件为0.23≤t/b≤3.33；
16.从叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与相应截面叶型截面面积比为t/a，满足的条件为0.006≤t/a≤0.157。
17.在一种实现方式中，
18.叶身高度为860～920mm；
19.叶身根部截面轴向宽度为311.44mm；
20.叶身根部直径为1654～1674mm；
21.叶身顶部截面轴向宽度为46.69～48.89mm
22.叶身排汽面积为2.68～2.87m2。
23.在一种实现方式中，的叶根为圆弧枞树型叶根，叶根轴向最大宽度为375mm，叶根的总高度为87.65mm。
24.在一种实现方式中，使叶片形成整圈的鳍形拉筋，鳍形拉筋的中心距离叶身根部810.17mm。
25.第二方面，本技术实施例提供一种动叶片组，包括上述的末级动叶片。
26.在一种实现方式中，末级动叶片的数量为多个。
27.在一种实现方式中，末级动叶片的数量为68个。
28.第三方面，本技术实施例提供一种汽轮机，包括上述的动叶片组。
29.有益效果
30.本技术实施例的技术方案通过设计一种适应低流量运行工况的末级动叶片，叶身高度与正常工况设计的末级动叶片相比较低，可有效减少鼓风摩擦产生的热量。鼓风摩擦产生的热量与叶身高度有关，叶身高度越低，鼓风摩擦产生的热量越少。减少鼓风摩擦所产生的热量可减少低压末级动叶片冷却喷水量，有效减轻末级动叶片水蚀程度，保证末级动叶片可靠运行。并通过设置拉筋，该拉筋包括接触部和间隔部，接触部与间隔部相连；在拉筋处于静止状态，接触部和间隔部分别与相邻的拉筋存在间隔；在拉筋处于运转状态，接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔。
31.具体地说，当汽轮机静止时，转子和转子上的末级动叶片也是处于静止状态，由于接触部和间隔部分别与相邻的拉筋存在间隔，通过该间隔从而便于人们安装末级动叶片；当汽轮机的转子转动时，会带动转子上的末级动叶片转动，在离心力作用下，使接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔，增加了整个末级动叶片的阻尼，进而实现了叶片整圈自锁，以提高叶片的振动性能，形成末级动叶片整圈稳固连接，使相邻的末级动叶片动应力降低，叶片颤振敏感性也大大减小，以至少解决现有技术中，在低压通流“零流量”运行过程中，此时末级动叶片长时间在低流量工况下运行，进入鼓风状态，存在颤振及为减少鼓风热量而喷水带来的水蚀风险问题。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描
述中的附图是本技术实施例的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本技术实施例中末级动叶片在一个角度的结构示意图；
34.图2是本技术实施例中末级动叶片在另一个角度的结构示意图；
35.图3是本技术实施例中末级动叶片在又一个角度的结构示意图；
36.图4是本技术实施例中末级动叶片在还一个角度的结构示意图；
37.图5是本技术实施例中末级动叶片叶身型线积叠示意图；
38.图6是本技术实施例中相邻的2个末级动叶片鳍形拉筋剖视图，其中，图6示意出的是在拉筋处于运转状态。
39.图7是本技术实施例相邻的3个末级动叶片鳍形拉筋成组连接示意图，其中，图7示意出的是在拉筋处于运转状态。
40.附图标记说明：
41.1、拉筋；
42.2、叶身；
43.3、叶根。
具体实施方式
44.下面将结合实施例对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术实施例保护的范围。
45.在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
46.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术实施例的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
47.汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的汽流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。
48.通常，人们将安装在叶轮上的汽轮机的叶片称为动叶片，动叶片的作用主要是将蒸汽的动能转变成转子上的机械能。为适应电厂灵活性运行对低压长叶片的新要求，需要不断开发多种末级动叶片，以满足对于末级动叶片日益增长的强度振动、安全性能和气动效率等的需求。
49.在低压通流“零流量”运行过程中，末级动叶片会处于极低的流量，也就是说，随着机组负荷率降低，汽轮机低压缸进汽参数随之降低，容积流量大大减少，使得机组在小容积流量条件下运行，由于原气动设计流场将被破坏，末级动静叶沿叶高的热力参数将重新分布，并在通流区形成大尺度回流涡。同时，汽流通过末级长叶片区域时不再推动叶片做功，反而需要消耗机械功，将汽流压出动叶流道，出现鼓风现象。
50.一般的，当末级动叶片运行在30％～100％负荷区间，此时末级动叶片轮周焓降为正，不存在鼓风风险，但在低压通流“零流量”运行过程中，此时末级动叶片长时间在低流量工况下运行，会进入鼓风状态，进而存在颤振，及为减少鼓风热量而喷水带来的水蚀风险，影响机组在此工况下的安全运行。
51.为了解决上述问题，本技术实施例提供了一种末级动叶片、动叶片组及汽轮机，通过减少叶身高度，与正常工况设计的末级动叶片相比，可有效减少鼓风摩擦产生的热量。鼓风摩擦产生的热量与叶身高度有关，叶身高度越低，鼓风摩擦产生的热量越少。减少鼓风摩擦所产生的热量可减少低压末级动叶片冷却喷水量，有效减轻末级动叶片水蚀程度，保证末级动叶片可靠运行。并通过设置拉筋，该拉筋包括接触部和间隔部，当汽轮机静止时，转子和转子上的末级动叶片也是处于静止状态，由于接触部和间隔部分别与相邻的拉筋存在间隔，通过该间隔从而便于人们安装末级动叶片；当汽轮机的转子转动时，会带动转子上的末级动叶片转动，在离心力作用下，使接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔，由于是贴合的，因此增加了整个末级动叶片的阻尼，进而实现了叶片整圈自锁，以提高叶片的振动性能，形成末级动叶片整圈稳固连接，使相邻的末级动叶片动应力降低，叶片颤振敏感性也大大减小，以至少解决现有技术中，在低压通流“零流量”运行过程中，末级动叶片长时间在低流量工况下运行，进入鼓风状态，存在颤振及为减少鼓风热量而喷水带来的水蚀风险问题。
52.以下结合各个附图对本技术实施例的末级动叶片进行详细描述。
53.图1是本技术实施例中末级动叶片在一个角度的结构示意图；图2是本技术实施例中末级动叶片在另一个角度的结构示意图；图3是本技术实施例中末级动叶片在又一个角度的结构示意图；图4是本技术实施例中末级动叶片在还一个角度的结构示意图；图5是本技术实施例中末级动叶片叶身型线积叠示意图；图6是本技术实施例中相邻的2个末级动叶片鳍形拉筋剖视图，其中，图6示意出的是在拉筋处于运转状态；图7是本技术实施例相邻的3个末级动叶片鳍形拉筋成组连接示意图，其中，图7示意出的是在拉筋处于运转状态。参照图1
‑
图7所示，本技术实施例提供的一种末级动叶片，包括叶根3、叶身2和拉筋1，叶根3设置在叶身2的根部，拉筋1设置在叶身2的中上部。
54.拉筋1包括接触部和间隔部，接触部与间隔部相连。示例性的，作为优选，本技术实施例的拉筋1整体呈鳍形，可参见图6所示。
55.其中，在一示例中，拉筋1的横截面形状可以是三角形、四边形或五边形等。
56.在拉筋1处于静止状态，接触部和间隔部分别与相邻的拉筋1存在间隔；具体应用中，当汽轮机静止时，转子和转子上的末级动叶片也是处于静止状态，由于接触部和间隔部分别与相邻的拉筋1存在间隔，因此，通过该间隔从而便于人们安装末级动叶片。
57.具体可参照图6和图7所示，在拉筋1处于运转状态，接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔。具体应用中，当汽轮机的转子转动时，会带动转子上的末级
动叶片转动，在离心力作用下，接触部与相邻的叶片相贴合，即使相邻的末级动叶片的部分相互接触，增加了整个末级动叶片的阻尼，进而实现了叶片整圈自锁，以提高叶片的振动性能，形成末级动叶片整圈稳固连接，使相邻的末级动叶片动应力降低，叶片颤振敏感性也大大减小。
58.参照图1
‑
图5所示，叶身2根部截面至叶身2顶部截面的截面面积可逐渐减小，叶身2根部截面和叶身2顶部截面间相对扭转。
59.具体应用中，该叶身2可采用三元流设计技术设计而成，截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，且平滑过渡，沿叶高方向叶身2具有一定的扭曲规律(例如，叶身2从叶身2根部截面到叶身2顶部截面的节距与弦长比为t/l，满足的条件为0.23≤t/l≤1.01；从叶身2根部截面到叶身2顶部截面的节距与相应截面叶型轴向宽度比为t/b，满足的条件为0.23≤t/b≤3.33；从叶身2根部截面到叶身2顶部截面的节距与相应截面叶型截面面积比为t/a，满足的条件为0.006≤t/a≤0.157)，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身2各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能；叶片的拉筋1可呈鳍形，从而形成整圈成组的长叶片，当汽轮机转子转动时，也就是说，在围带处于运转状态，在离心力的作用下扭转恢复，接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔，使得鳍形拉筋1形成整圈稳固连接，即在相邻叶片间提供了接触面，有助于叶片减震，降低叶片所受的动应力。
60.另外，通过设置为呈鳍形的拉筋1，大大减少了由于拉筋1本身以及由于叶片的局部加厚(用于连接拉筋1)所引起的损耗。
61.可选的，叶身2从根部截面至顶部截面的轴向宽度变化范围为311.44～46.69mm，弦长变化范围为311.48mm～133.01mm，安装角的变化范围为17.11
°
～89.097
°
，进口角的变化范围为47.49
°
～162.35
°
，出口角的变化范围为14.24
°
～32.52
°
。
62.可选的，叶身2的截面高度依次为0mm、7mm、58mm、108mm、158mm、208mm、258mm、308mm、358mm、408mm、458mm、508mm、558mm、608mm、658mm、709mm、758mm、809mm、858mm、880mm；
63.所对应的叶身2截面轴向宽度依次为：311.44mm、307.21mm、277.03mm、251.79mm、226.68mm、201.74mm、178.02mm、156.34mm、136.93mm，119.63mm、104.19mm、90.48mm、78.59mm、68.74mm、61.16mm、55.78mm、52.52mm、50.46mm、48.95mm、48.23mm；
64.所对应的弦长依次为：311.48mm、307.28mm、277.75mm、254.27mm、231.98mm、210.87mm、191.99mm、176.15mm、163.46mm，153.51mm、145.69mm、139.62mm、135.30mm、133.01mm、133.10mm、135.73mm、140.29mm、146.26mm、152.02mm、154.34mm；
65.所对应的安装角依次为：89.10
°
、88.83
°
、85.96
°
、82.08
°
、77.85
°
、73.29
°
、68.32
°
、62.94
°
、57.30
°
、51.61
°
、46.05
°
、40.75
°
、35.81
°
、31.37
°
、27.56
°
、24.42
°
、22.10
°
、20.24、18.78、18.17
°
；
66.所对应的进口角依次为：50.29
°
、50.62
°
、47.49
°
、48.67
°
、50.58
°
、54.26
°
、60.01
°
、67.43
°
、75.92
°
、84.94
°
、94.18
°
、103.63
°
、113.32
°
、123.09
°
、132.39
°
、140.66
°
、147.08
°
、152.39
°
、156.75
°
、158.66
°
，所对应的出口角依次为：26.35
°
、28.60
°
、32.46
°
、30.99
°
、30.09
°
、29.69
°
、29.34
°
、28.69
°
、27.57
°
、26.09
°
、24.54
°
、23.18
°
、22.08
°
、21.04
°
、19.84
°
、18.40
°
、17.00
°
、15.79
°
、14.96
°
、14.68
°
。
67.本技术实施例还提供一种动叶片组，末级动叶片的数量可为多个。如68个。
68.本技术实施例的动叶片组，通过设置上述的末级动叶片，当汽轮机静止时，转子和转子上的末级动叶片也是处于静止状态，由于接触部和间隔部分别与相邻的拉筋1存在间隔，通过该间隔从而便于人们安装末级动叶片；当汽轮机的转子转动时，会带动转子上的末级动叶片转动，在离心力作用下，使接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔，增加了整个末级动叶片的阻尼，进而实现了叶片整圈自锁，以提高叶片的振动性能，形成末级动叶片整圈稳固连接，使相邻的末级动叶片动应力降低，叶片颤振敏感性也大大减小，以至少解决现有的叶片颤振敏感性高的技术问题。
69.本技术实施例还提供一种汽轮机，包括上述的动叶片组。
70.本技术实施例提供的汽轮机包括的动叶片组可以为一个也可以两个甚至更多，通过采用上述的动叶片组，因上述动叶片组的末级动叶片在离心力作用下，使接触部与相邻的叶片相贴合，间隔部与相邻的叶片存在间隔，增加了整个末级动叶片的阻尼，进而实现了叶片整圈自锁，以提高叶片的振动性能，形成末级动叶片整圈稳固连接，使相邻的末级动叶片动应力降低，叶片颤振敏感性也大大减小，且可以降低叶片所受的动应力，进而以至少解决现有技术中，在低压通流“零流量”运行过程中，此时末级动叶片长时间在低流量工况下运行，进入鼓风状态，存在颤振，及为减少鼓风热量而喷水带来的水蚀风险问题。
71.为便于理解，下文将详细介绍末级动叶片具体的设置方式及原理。
72.本技术实施例的末级动叶片可包括叶身2、叶根3及用于使叶片形成整圈的鳍形拉筋1，叶身2型线为变截面扭叶片，即叶身2根部截面至叶身2顶部截面的截面面积逐渐减小，且叶身2根部截面和叶身2顶部截面间相对扭转，叶身2从叶根3截面到叶顶截面的节距与弦长比为t/l，变化规律(满足的条件)为：0.23≤t/l≤1.01，例如0.24≤t/l≤1；从叶根3截面到叶顶截面的节距与相应截面叶型轴向宽度比为t/b，变化规律(满足的条件)为：0.23≤t/b≤3.33，例如0.24≤t/b≤3.14；从叶身2根部截面至叶身2顶部截面的节距与相应截面叶型截面面积比为t/a，变化规律(满足的条件)为：0.006≤t/a≤0.157，例如0.006≤t/a≤0.135；从叶身2根部截面至叶身2顶部截面的叶型前缘半径为r0变化规律(满足的条件)为：2.38mm≤r0≤4.82mm；从叶身2叶根3截面到叶身2叶顶截面的叶型尾缘半径r1变化规律(满足的条件)为：0.642mm≤r1≤4.426mm。
73.叶身2高度为860～920mm，例如880mm；叶身2根部截面轴向宽度为311.44mm；叶身2根部直径为1654～1674mm，例如1664mm；叶身2顶部截面轴向宽度为46.69～48.89mm，例如48.23mm；叶身2排汽面积为2.68～2.87m2，例如2.7m2。
74.叶根3为圆弧枞树型叶根3，叶根3轴向最大宽度为375mm，叶根3的总高度为87.65mm；使叶片形成整圈的鳍形拉筋1。
75.鳍形拉筋1中心距叶身2根部810.17mm。叶身2其进汽边背弧处可设有淬硬部分，淬硬长度根据需要而定。
76.静态时，叶片为单片结构，相邻的叶片之间不贴合，即鳍形拉筋1不贴合；
77.运转时，在离心力作用下，由于扭转恢复，接触部与相邻的叶片相贴合，鳍形拉筋1形成整圈稳固连接(可参阅图7)，从而使得拉筋1之间产生正压力和摩擦力，增加了系统的阻尼，提高叶片的振动性能。
78.本技术实施例中，由于叶身2整体高度较正常工况设计的末级动叶片低，因此叶身
2鳍形拉筋1以上自由部分高度明显变短，最大应力显著下降，从而可有效提高叶片的耐振性能，增加叶片的安全倍率，进而在低压通流“零流量”运行过程中的鼓风发热量比正常工况设计的末级动叶片大幅下降，大大减少了降低排汽温度的喷水量，有效减轻了因大量喷水对末级动叶片造成的水蚀影响。
79.叶身2采用三元流设计技术设计而成，截面的宽度、厚度及横截面面积由根部到顶部逐渐减小，平滑过渡，沿叶高方向叶身2具有一定的扭曲规律，兼顾了叶片静强度要求，沿叶身2各热力参数分布规律合理，使得叶片具有很好的气动性能；叶片为自带鳍形拉筋1整圈成组的长叶片，工作转速下，在离心力的作用下由于扭转恢复，鳍形拉筋1形成整圈稳固连接，即在相邻叶片间提供了接触面，有助于叶片减震，降低叶片所受的动应力。应用鳍形拉筋1，大大减少了由于拉筋1本身以及由于叶片的局部加厚(用于连接拉筋1)所引起的损耗。
80.在整个通道中流线型的鳍形拉筋1对旋转中的末级通流只产生微弱的局部扰动。
81.叶根3采用圆弧枞树型叶根设计，使得本技术实施例中的末级动叶片结构紧凑，承载能力强，装配方便。
82.综上，通过上述设置，本技术实施例的末级动叶片能够很好的兼顾汽轮机组低压通流“零流量”运行工况及正常工况的运行要求。
83.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例各实施例技术方案的范围。