[发明专利]一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法

权利要求书

1.一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法，其特征在于：建立标准枞树型叶根叶槽库，所述标准枞树型叶根叶槽库中包括已应用于成熟机组的标准叶根叶槽型线，包括以下步骤：

S1：给定叶片数Z1，轮缘外径RR1和叶槽径向高度HH1，每个标准叶根叶槽型线具有标准叶根顶部节距Ai和标准叶槽径向高度HHi，计算公式：

(2*π*RR1/(Z1*HH1)):(Ai/HHi)

从标准枞树型叶根叶槽库中筛选出使公式的值为0.9-1.1的标准叶根叶槽型线，同时得到每个标准叶根叶槽型线的模化比mi，所述模化比mi计算公式为：

mi＝HH1/HHi；

S2：对步骤S1中筛选出的每个标准叶根叶槽型线进行模化，得到模化后的叶根叶槽型线；

S3：所述步骤S2中模化后的每个叶根叶槽型线具有叶槽颈部最小宽度ddmin和叶根颈部最小宽度bbmin，计算公式：

筛选出公式比值范围为1-2的叶根叶槽型线，给定叶片是否有冷却，对于无冷却叶片，设置阈值b0，进一步筛选出bbmin≥b0的叶根叶槽型线，对于有冷却叶片，设置阈值b1，进一步筛选出bbmin≥b1的叶根叶槽型线；

S4：测量得到步骤S3中筛选出的每个叶根叶槽型线的非工作面长度L₁和叶根槽宽度L₂，调整每个叶根叶槽型线的叶根叶槽非工作面间隙ss1和每个叶根叶槽型线的叶根叶槽槽底间隙ss2；

S5：根据步骤S4得到的每个叶根叶槽型线，给定叶片和轮盘使用的材料，使用软件建立燃气轮机涡轮叶片和轮盘三维模型，所述叶片和轮盘三维模型包括叶根和叶槽三维几何特征，所述叶根和叶槽三维几何特征包括叶根和叶槽三维模型的体积，设定安全标准，输出满足安全标准的叶根叶槽型线，若无满足安全标准的叶根叶槽型线，则无输出，步骤到此结束；

S6：结合步骤S5中输出的满足安全标准的每个叶根叶槽型线所对应的叶根和叶槽三维模型的材料和体积，得到叶根和叶槽的质量和M，给定综合安全系数N，求解目标函数：

所述w₁和w₂为权因子，输出使得F最小的叶根叶槽型线；

步骤S5中，设定安全标准的方法为：

采用常规力学计算方法，获得叶根和叶槽挤压应力实际安全系数a1，剪切应力实际安全系数a2，喉部拉伸应力实际安全系数a3，采用三维有限元软件，获得叶片和轮盘在承受真实转速、温度载荷和气动载荷时叶根和叶槽局部最大应力σ，设置许用安全系数[n]和许用应力[σ]，判断每个叶根叶槽型线所对应的叶根和叶槽挤压应力实际安全系数a1，剪切应力实际安全系数a2，喉部拉伸应力实际安全系数a3是否都大于许用安全系数[n]，同时判断每个叶根叶槽型线所对应的叶根和叶槽局部最大应力σ是否小于许用应力[σ]，输出同时满足上述两个判断要求的叶根叶槽型线，若没有同时满足上述两个判断要求的叶根叶槽型线，则无输出，步骤到此结束。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法，其特征在于：步骤S3中的b0取值范围为3-20mm，b1取值范围为7-30mm。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法，其特征在于：步骤S6中的w₁取值范围为0.3-0.5，w₂取值范围为0.5-0.7。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法，其特征在于：步骤S4中，调整每个叶根叶槽型线的叶根叶槽非工作面间隙ss1，公式为：

其中，λ₁为导热系数，h₁为换热系数，m₁为冷却空气流量，μ₁为动力粘度，

调整每个叶根叶槽型线的叶根叶槽槽底间隙ss2，公式为：

其中，λ₂为导热系数，h₂为换热系数，m₂为冷却空气流量，μ₂为动力粘度，Pr为普朗特数。