[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

说明书

本发明公开了一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法，涉及一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽。步骤为建立标准枞树型叶根叶槽库；从标准枞树型叶根叶槽库中筛选出标准叶根叶槽型线；将筛选出的标准叶根叶槽型线进行模化；根据几何约束条件进一步筛选出叶根叶槽型线；调整叶根叶槽型线的非工作面间隙和槽底间隙；建立燃气轮机涡轮叶片和轮盘三维模型，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；给定目标函数，输出使得目标函数最小的叶根叶槽型线。本发明实现叶根叶槽结构标准化设计；本发明设计方法设计周期短，得到的叶根叶槽结构具有高可靠性。

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽，尤其涉及一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法。

背景技术

枞树型叶根叶槽结构具有材料利用合理、承载面积多、周向尺寸小和拆装方便等优点，因此在燃气轮机涡轮叶盘连接中普遍采用这种连接形式。由于叶根叶槽结构受到包括叶片离心力、热应力、气动力、振动以及微动磨损等复杂载荷的作用，同时由于榫齿间过渡圆弧半径较小，使得榫接部位产生非常严重的应力集中现象，所以不合理的榫接结构经常造成燃气轮机故障。国内对叶根叶槽结构的设计，目前大都是基于传统人工选型模化的设计方法，但是该设计方法周期较长，且设计结果缺乏一定的可靠性，需要经过试验验证。同时由于缺乏完善的设计方法，无法实现标准化设计，不能根据不同载荷及工作条件选择相应的叶根叶槽结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现不同载荷及工作条件下高可靠性叶根叶槽结构快速设计的燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种燃气轮机涡轮枞树型叶根叶槽模块化设计方法，首先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，所述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：