[发明专利]汽轮机高压缸前5级叶片

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机叶片，具体是一种汽轮机高压缸前5级叶片。

背景技术

随着我国核电事业的蓬勃发展，核电机组的单机容量也在逐步增大，从1000MW到1700MW均有相应的机组在运行中或建设中。机组容量越大，低压缸的数量和汽轮机全长也会越大，这将极大影响汽轮机整体效率，然而低压缸的数量和汽轮机全长可以采用更长的末级叶片进行有效减小。蒸汽轮机是核电厂主力设备之一，安装于汽轮机转轴上的动叶片又是汽轮机中重要的关键部件，特别是末级动叶片设计技术，还因其涉及的技术面广、技术含金量高而成为汽轮机设计中的核心技术，世界顶级的末级长叶片技术是世界上各大汽轮机制造企业致力研发的目标。

从传统的叶片型线设计来讲，全新开发一套型线的设计难度很大，涉及繁多的工作内容。好的汽轮机叶片型线不仅要具有好的设计工况性能，并且要具有好的变工况性能，并且由于型线性能预测工具的不成熟，因此更多的时候型线开发需要通过气动试验来验证，费钱费时却往往得不到好的效果。对于末级长叶片的型线来讲，其设计难度在整个汽轮机型线设计里面难度最大，其不仅要满足亚音、跨音、超音速流动特性，还要满足苛刻的叶片强度要求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有汽轮机用的末级叶片不足，提供一种新型的汽轮机用的末级叶片，该叶片为72英寸叶片，适合用于额定转速为1500转/分的核电蒸汽轮机。

本发明所采用的技术方案是：

汽轮机高压缸前5级叶片，具有叶根和叶身，所述叶身顶部设有围带，叶根、叶身和围带是整体结构；所述叶身型线为变截面扭曲型线，型线的宽度、厚度及横截面积由根部到顶部递减，平滑过渡，所述型线由若干特征截面按一特定规律迭合而成，所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，具有特征参数安装角c1、弦长b1、最大厚度w1、轴向宽度Xa、截面积A；截面的迭合规律是，沿叶高方向白根端向顶端，各截面连续光滑过渡；所述叶身的有效高度为H、根径为Dr；叶高H的相对值由0单调增加到1；与之相对应，安装角c1的绝对值由80.99°单调减小到10.8°；从根截面到顶截面的截面积A的相对值变化规律为：5.467≥A≥1；从根截面到顶截面的轴向宽度Xa的相对值变化规律为：8.398≥Xa≥1；从根截面到顶截面的弦长b1的相对值变化规律为：1.558≥b1≥1；从根截面到顶截面的最大厚度w1的相对值变化规律为：1.988≥w1≥1。

本发明的有益效果是：上述结构的末级叶片，具有良好的动态性能，气动性好，动应力小，刚性和阻尼特性好，强度高，安全可靠，能够满足叶片的安全性要求；叶片型线各截面气动性能优良，沿型线高度方向面积变化合理，型线特性截面高阶光顺，亚音、跨音、超音速流动特性优异，用其设计开发的核电用72英寸末级叶片叶身应力小，满足现有材料的强度规范结构要求。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种汽轮机高压缸前5级叶片，由叶根1和叶身2组成，叶身2顶部设有围带3，叶根1、叶身2和围带3是整体结构，采用合适的高强度合金钢叶片和转子材料整体制造完成。叶片通过叶根1安装在转轴外圆上的叶轮槽4中，每圈轮槽安装70只叶片，当叶轮上一周的叶轮槽4中均装上叶片后，就形成了汽轮机的末级。

现以载体为1400MW等级的核电半转速汽轮机为例，对本发明详细说明，此机最适宜的设计背压为3.5kPa，在此设计背压范围内，最终方案确定的末级叶片叶身的有效高度H为1828.8mm，根径Dr为3000mm，其环形面积等于27.66m²，以此根径和叶身为基准设计完成了低压模块的通流。一般的设计原则是低压末三级作为一个积木块进行通流匹配设计，针对不同的机型，通过设计低压前几级，可以实现不同功率的低压通流模块。

本发明的相关变量定义如下：

H为叶身的有效高度，即叶身顶截面与叶身根截面之间的距离。

Dr为根径，即叶片安装于转子后，叶身根截面所在圆的直径。

c1为安装角，即弦长b1与周向(Y向)的夹角。

b1为弦长，即叶身截面进、出气边的距离。

w1为最大厚度，即叶身截面切向宽度。

A为截面积，即叶身横截面的面积。

Xa为叶身根截面轴向宽度。