专利名称：汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽轮机的叶根及轮槽结构，尤其是一种大承载枞树型叶根及轮槽结构。
背景技术：
发电用汽轮机的技术开发是以增大单机容量和提高机组热效率、提高经济性及可靠性为目标而进行的。从最大的单机容量机组发展情况看，增大单机容量的技术手段通常有两种，一是增加汽轮机的排汽口数目，二是增大末级排汽环形面积。增大末级排汽环形面积是通过增加叶片长度及安装直径来实现的，这样就会带来叶片离心力显著增大，导致叶根与轮槽的应力水平高，对叶根与轮槽的材料和结构设计带来困难。
图1表示了叶片不同长度在与之匹配的安装直径下的单只叶片的离心力水平，可以看出，随着叶片长度的增加，叶片的离心力也在显著增加，A-F点是600mm-1100mm叶片在转速3000rpm时的离心力，约在70-400吨之间，这是现有公知的钢制叶根与轮槽结构形式所能承载的。但是，如图1中G点，在转速3000rpm、叶片有效长度大于1200mm时，离心力将大于500吨，在采用世界公知的力学性能最好材料的情况下，现有的叶根与轮槽结构形式，其应力水平仍超过材料的许用值。
显然，解决问题的途径有两条，一是研发更高强度的新材料，但技术难度大，且产品的成本将大幅度增高；二是改进叶根与轮槽结构形式，改善离心力在叶根和轮槽配合面上的分布状况，使其应力水平不超过材料的许用值。
发明内容
本实用新型采用上述第二条途径，即改进叶根与轮槽结构形式，具体说，就是改变叶根与轮槽配合面的形状，从而改善离心力在叶根和轮槽配合面上的分布状况，使其应力水平不超过材料的许用值。具体技术方案是一种汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构，包括枞树型叶根和与之匹配轮槽；该叶根所在叶片的根部节距为T0；所述枞树型叶根型线具有特征参数楔角YC；叶根的有效高度YH1；理论高度YH；叶根顶端处的节距YB；齿的工作面斜角YA；相邻两对齿工作面的距离DT；齿高d；齿的过渡圆角半径Rr；齿的对数为n对。其特征在于齿的对数n≥4；齿高d＝(0.3-0.48)×DT；齿的过渡圆角半径Rr＝(0.35-0.6)×d；楔角YC＝24°-40°；齿工作面斜角YA＝0°-30°；叶根的理论高度YH＝(0.85-1.9)×T0；叶根的有效高度YH1＝(0.45-0.9)×YH；YB/T0＝0.55-0.75。
所述枞树型叶根与轮槽型线的匹配间隙为A1＝0.25-0.55mm、B1＝0.45-0.85mm、C1＝0.38-0.85mm、D1＝0.0mm、E1＝0.25-0.75mm、F1＝0.0-0.03mm、G1＝0.25-0.75mm。
所述枞树型叶根与轮槽相对于叶轮轴向成一圆弧形状，该圆弧半径R与叶轮轴向宽度Bz满足R/Bz＝0.98-1.12的关系。
所述叶片工作部分的重心在叶轮轴向方向的安装位置Dx满足Dx/Bz＝0.0-0.1的关系，叶片工作部分的重心在叶轮切向方向的安装位置Dy与叶片根部半径R0之比满足arc tan(Dy/R0)＝0.45°-1.5°的关系。
上述结构有效地改善了离心力在叶根和轮槽配合面上的分布状况，使其应力水平不超过材料的许用值。本结构可以应用于转速3000rpm、叶片有效长度大于1200mm的大容量汽轮机；当然，也可应用于转速3000rpm、叶片有效长度小于1200mm的大容量汽轮机。
图1是叶片长度与单只叶片离心力关系图图2是本枞树型叶根的结构要素示意图图3是枞树型叶根与轮槽型线匹配关系图图4是叶根与轮槽相对于叶轮轴向的形状示意图图5-1、图5-2是叶片工作部分重心线与枞树型叶根重心线的位置关系图具体实施方式
参见图2。本实用新型的枞树型叶根结构，其截面型线具有特征参数楔角YC；叶根的有效高度YH1；理论高度YH；叶根顶端处的节距YB；齿的工作面斜角YA；相邻两对齿工作面的距离DT；齿高d；齿的过渡圆角半径Rr；齿的对数为n对；该叶根所在叶片的根部节距为T0。
本实用新型的第1措施，是解决枞树型叶根齿的载荷分布的不均匀性，齿的载荷分布的不均匀系数的变化，与相互接触的齿对数n有关。在齿对数n＝4-5的情况下即能满足枞树型叶根与轮槽承载离心力500吨或离心力大于500吨的能力，又能使叶根齿的载荷分布的不均匀系数在合理的范围内。
本实用新型的第2措施，是解决枞树型叶根的楔角YC对齿的作用力分布和根部连接的应力影响；计算和实验表明，在楔角YC＝24°-40°范围内，在所述范围内的角度变化，对齿的作用力分布和根部连接的应力影响不大，不会超过材料的许用值。
本实用新型的第3措施，是确定枞树型叶根各结构要素间的基本尺寸关系，经计算和实验表明，应满足如下关系YB/T0＝0.55-0.75 (1)YH＝(0.85-1.9)×T0(2)YH1＝(0.45-0.9)×YH (3)本实用新型的第4措施，是确定枞树型叶根齿的高度d，根据枞树型叶根齿接触面的挤压应力条件选择齿的高度d，应满足如下关系d＝(0.3-0.48)×DT本实用新型的第5措施，是确定枞树型叶根齿的过渡圆角半径Rr，根据研究结果表明，过渡圆角半径Rr＝(0.35-0.6)×d关系，枞树型叶根齿拉伸(或弯曲)应力集中系数降低20％-25％。
本实用新型的第6措施，是确定枞树型叶根齿的工作面倾角YA，根据研究结果表明，工作面倾角YA＝0°-30°范围内，枞树型叶根齿弯曲应力满足强度设计要求。
参见图4。本实用新型的第7措施，是确定枞树型叶根与轮槽相对于叶轮轴向的形状。枞树型叶根和轮槽相对于叶轮轴向成一圆弧形状，圆弧半径R。该圆弧半径R与叶轮轴向宽度Bz满足R/Bz＝0.98-1.12的关系。
参见图4。本实用新型的第8措施，是确定相邻两个轮槽1、2的位置关系。相邻两个轮槽的节距为P，满足P/Bz＝0.15-0.30的关系。
参见图3。本实用新型的第9措施，是解决叶根与轮槽的配合问题，确定与叶根匹配的轮槽型线，在满足本实用新型第1-8措施的条件下，枞树型叶根与轮槽型线的匹配间隙为A1＝0.25-0.55mm、B 1＝0.45-0.85mm、C1＝0.38-0.85mm、D1＝0.0mm、E1＝0.25-0.75mm、F1＝0.0-0.03mm、G1＝0.25-0.75mm的关系。
参见图5-1、5-2。本实用新型的第10措施，是确定叶片工作部分重心线4相对于枞树型叶根重心线3的位置关系。叶片工作部分重心线4相对于叶根重心线3在轴向方向的距离为Dx，在切向方向的距离为Dy；叶片的根部半径为R0；Dx满足Dx/Bz＝0.0-0.1的关系，Dy与叶片根部半径R0之比满足arc tan(Dy/R0)＝0.45°-1.5°的关系。
权利要求1.一种汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构，包括枞树型叶根和与之匹配轮槽，该叶根所在叶片的根部节距为T0，所述枞树型叶根型线具有特征参数楔角YC、叶根的有效高度YH1、理论高度YH、叶根顶端处的节距YB、齿的工作面斜角YA、相邻两对齿工作面的距离DT、齿高d、齿的过渡圆角半径Rr、齿的对数为n对，其特征在于齿的对数n≥4；齿高d＝(0.3-0.48)×DT；齿的过渡圆角半径Rr＝(0.35-0.6)×d；楔角YC＝24°-40°；齿工作面斜角YA＝0°-30°；叶根的理论高度YH＝(0.85-1.9)×T0；叶根的有效高度YH1＝(0.45-0.9)×YH；YB/T0＝0.55-0.75。
2.根据权利要求1所述的汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构，其特征在于所述枞树型叶根与轮槽型线的匹配间隙为A1＝0.25-0.55mm、B1＝0.45-0.85mm、C1＝0.38-0.85mm、D1＝0.0mm、E1＝0.25-0.75mm、F1＝0.0-0.03mm、G1＝0.25-0.75mm。
3.根据权利要求1所述的汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构，其特征在于所述枞树型叶根与轮槽相对于叶轮轴向成一圆弧形状，该圆弧半径R与叶轮轴向宽度Bz满足R/Bz＝0.98-1.12的关系。
4.根据权利要求1所述的汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构，其特征在于叶片工作部分的重心在叶轮轴向方向的安装位置Dx满足Dx/Bz＝0.0-0.1的关系，叶片工作部分的重心在叶轮切向方向的安装位置Dy与叶片根部半径R0之比满足arc tan(Dy/R0)＝0.45°-1.5°的关系。
专利摘要一种汽轮机大承载枞树型叶根及轮槽结构，包括枞树型叶根和与之匹配轮槽，叶根所在叶片的根部节距为TO，枞树型叶根型线具有特征参数楔角YC、叶根的有效高度YH1、理论高度YH、叶根顶端处的节距YB、齿的工作面斜角YA、相邻两对齿工作面的距离DT、齿高d、齿的过渡圆角半径Rr、齿的对数为n对；其n≥4，d＝(0.3－0.48)×DT，Rr＝(0.35－0.6)×d，YC＝24°－40°，YA＝0°－30°，YH＝(0.85－1.9)×TO，YH1＝(0.45－0.9)×YH，YB/TO＝0.55－0.75。该结构有效地改善了离心力在叶根和轮槽配合面上的分布状况，使其应力水平不超过材料的许用值。
文档编号F01D5/00GK2809222SQ20052003497
公开日2006年8月23日 申请日期2005年7月31日 优先权日2005年7月31日
发明者周显丁, 范小平, 周振杰, 吴其林, 曹守洪, 何斌, 何东 申请人:东方汽轮机厂