一种给水泵汽轮机用的末级动叶片的制作方法

本发明涉及给水泵汽轮机技术领域，尤其涉及一种给水泵汽轮机用的末级动叶片。

背景技术：

随着我国火电企业的节能减排压力的增大，对于一些高能耗的纯凝机组进行低压缸高背压供热改造显得尤为重要。纯凝机组进行低压缸高背压供热改造后，在供热期间，主汽轮机组用高背压转子代替原低压纯凝转子，主汽轮机组进行低压缸高背压供热方式运行；在非供热期间，主汽轮机组仍用原低压纯凝转子，恢复低压缸凝汽式运行。

由于给水泵汽轮机组的排汽最终也进入主汽轮机组的凝汽器，所以随着主汽轮机组高背压供热期间低压缸排汽背压的升高，给水泵汽轮机的排汽压力和温度也会相应提高，这样给水泵汽轮机既要适应供暖期高背压运行，又要适应非供暖期低背压运行，背压变化范围为6.5～48kpa，背压的变化幅度大，这就影响到给水泵汽轮机的末级动叶片的安全运行，可能会导致末级动叶片做负功。

中国发明专利申请公告说明书cn105484806b公开了一种3600rpm湿冷汽轮机末级动片，汽轮机功率为185mw，设计背压为9kpa；叶身的根径为dr、有效高度为h；从根端截面到顶端截面，有效高度h的相对值由0.0单调增加到1.0；与之相对应，从根端截面到顶端截面，特征参数安装角c1由74.23°单调减小到15.11°，弦长b1的相对值由1.32单调减小到1.0，最大厚度w1的相对值由3.58单调减小到1.0，轴向宽度xa的相对值由4.55单调减小到1.0，截面积ar的相对值由4.51单调减小到1.0；末级动叶片的有效高度h为635mm,根径dr为1300mm，其环形面积为3.86m²。该发明的汽轮机的末级动叶片，适应于背压为5～12kpa、功率为100～300mw、转速为3600rpm的湿冷汽轮机，能够适应的背压的变化范围小，背压值低，无法适应高背压的工作环境。

中国发明专利申请公开说明书cn110566282a公开了一种适应于低负荷工况运行的835mm末级动叶片，其包括叶片工作部分和叶根；叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分从根部至顶部的截面面积逐渐减小，叶片工作部分的高度为835mm，叶片工作部分的根部轴向宽度为160mm，叶片工作部分的根部直径为1700mm,叶片工作部分的排汽面积为6.65m²，叶根为圆弧型枞树形叶根，叶根的轴向宽度为190mm。该发明的末级动叶片仅适用于低负荷工况，只能保证机组在低负荷工况下的运行，无法保证机组在高负荷的工况下的安全运行。

因此亟需提供一种在主汽轮机非供暖期低背压和高背压转子供热的高背压的工况下均能安全运行，并满足6.5～48kpa背压条件下的给水泵汽轮机出力要求的给水泵汽轮机用的末级动叶片。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种给水泵汽轮机用的末级动叶片，其解决了现有的末级动叶片无法在高背压以及低背压工作条件下，并能在高负荷的工况下，均能安全运行的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例提供一种给水泵汽轮机用的末级动叶片，其安装在转子叶轮上，所述末级动叶片包括叶身以及叶根；

所述叶身为变截面扭曲型线结构，叶身相邻的两个截面间有相对扭转，叶身具有技术参数有效高度；所述叶身是由多个特征横截面按一定规律迭合而成的异形体，所述特征横截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线合围而成，具有特征参数截面积、轴向最大宽度b、安装角c、弦长、最大厚度及出汽边厚度δ；特征横截面的迭合规律为沿叶高方向自根部到顶部、各截面连续平滑过渡；

从根部截面到顶部截面，有效高度的相对值h由0.0单调增加到1.0；与之相对应，从根部截面到顶部截面，截面积的相对值a＝－2.836×h+3.836，轴向最大宽度b＝－52×h+102，出汽边厚度δ＝－0.23×h+1.232，安装角c＝－29.864°×h+79.397°，弦长的相对值d＝－0.496×h+1.496，最大厚度的相对值e＝－0.877×h+1.877。

可选地，所述叶身有效高度为186mm，根径为φ750mm。

可选地，所述叶根为三齿枞树型叶根。

可选地，所述叶根轴向宽度l为120mm，叶根总高度j为37.51mm。

可选地，所述叶身上设有叶片拉筋孔，叶片拉筋孔位置处安装半剖松拉筋。

可选地，所述末级动叶片设有半圆形的周向定位销孔，转子叶轮配合面上设有相应的半圆形通槽，末级动叶片上的周向定位销孔与转子叶轮上的半圆形通槽组成一个整圆孔。

可选地，所述末级动叶片还包括周向定位销，周向定位销安装于末级动叶片上的周向定位销孔与转子叶轮上的半圆形通槽组成的整圆孔中。

可选地，最后一支安装在转子叶轮上的所述末级动叶片的叶根上设置有轴向定位销，通过轴向定位销固定在转子叶轮上。

可选地，所述叶身进汽边设有局部激光表面强化部分，所述局部激光表面强化部分的宽度n为12mm，长度m为90mm。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的给水泵汽轮机用的末级动叶片，由于采用叶身为变截面扭曲型线结构，叶身横截面的面积、轴向最大宽度、安装角、弦长、最大厚度及出汽边厚度从根部到顶部递减，连续平滑过渡；有效高度的相对值h由0.0单调增加到1.0；与之相对应，从根部截面到顶部截面，截面积的相对值a＝－2.836×h+3.836，轴向最大宽度b＝－52×h+102，出汽边厚度δ＝－0.23×h+1.232，安装角c＝－29.864°×h+79.397°，弦长的相对值d＝－0.496×h+1.496，最大厚度的相对值e＝－0.877×h+1.877，相对于现有技术而言，其气动性能更好、强度性能更高，能够满足排汽背压在6.5～48kpa、转速在2900～5700r/min的给水泵汽轮机对末级动叶片的要求，同时也特别适合用于350mw等级的亚临界或超临界机组汽轮机低压缸高背压双转子供热机组的给水泵汽轮机，达到了给水泵汽轮机在低背压和高背压的不同工况下均能安全运行，且能满足给水泵汽轮机出力要求的技术效果。

附图说明

图1是本发明提供的一种给水泵汽轮机用的末级动叶片结构示意图；

图2是图1中的末级动叶片的右视图；

图3是图1中的末级动叶片的俯视图；

图4是末级动叶片10型线部分的俯视图；

图5是末级动叶片10型线积叠图；

图6是周向定位销6及轴向定位销7的安装示意图；

图7是叶根2与转子叶轮20的周向定位销6的安装q-q剖视图；

图8是周向定位销6的示意图；

图9是转子叶轮20上半圆通槽21的剖视图；

图10为末级动叶片10与转子叶轮20配合结合面的示意图。

【附图标记说明】

1：叶身；2：叶根；3：叶片拉筋孔；4：周向定位销孔；5：局部激光表面强化部分；6：周向定位销；7：轴向定位销；10：末级动叶片；20：转子叶轮；21：半圆通槽。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“左”、“右”......等方位名词以图1的定向为参照。

本实施例提供了一种给水泵汽轮机用的末级动叶片10，末级动叶片10安装在转子叶轮20上。参照图1，末级动叶片10包括叶身1、叶根2、叶片拉筋孔3、周向定位销孔4以及局部激光表面强化部分5。

叶身1的有效高度为186mm，根径为φ750mm，根径即叶身1的根部u截面到转子叶轮20的轴心的距离的两倍。

叶身1的中部设置有叶片拉筋孔3，叶片拉筋孔3安装有半剖松拉筋。现有的松拉筋为空心的管，运行过程中焊接部分容易开裂，本发明的半剖松拉筋为两半实心结构，实心结构重量大，能提高结构阻尼，安装的时候将半剖松拉筋两半部件的焊接位置错开，防止半剖松拉筋突然断裂，提高半剖松拉筋的稳定性和安全性。末级动叶片10工作时，因扭转恢复使末级动叶片10产生扭转而贴紧半剖松拉筋；当末级动叶片10振动时，半剖松拉筋与叶片拉筋孔3产生摩擦，形成阻尼运动，从而削弱动末级动叶片10的振动。

叶身1进汽边设有局部激光表面强化部分5，以增强末级动叶片10的抗水蚀能力，激光表面强化部分5的宽度为n和长度为m。本实施例中，优选地，激光表面强化部分5的宽度n为12mm，长度m为90mm。

参见图1和图2，叶根2为枞树型叶根，叶根2轴向宽度l为120mm，叶根2总高度j为37.51mm。

如图3、图4和图5所示，叶身1的横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，叶身1是由若干特征横截面按一特定规律迭合而成的异形体。叶身1的横截面为变截面扭曲型线结构，叶身1相邻的两个截面间有相对扭转。特征横截面具有特征参数横截面积、轴向最大宽度b、安装角c、弦长、最大厚度及出汽边厚度δ；特征横截面的迭合规律为沿叶高方向自根部u到顶部p、各截面连续平滑过渡。

叶身1的叶高的相对值h是指末级动叶片10的某一截面高度和总的叶高值之比，叶高的相对值h由0.0单调增加到1.0。本发明的末级动叶片10有效高度为186mm，若当前末级动叶片10截面高度为74.4mm，则此时该截面高度的相对值h为74.4/186＝0.4。

与之相对应，根部u截面的截面积的相对值a为3.836，顶部p截面的截面积的相对值a为1.0，叶身1的某一截面的截面积的相对值a＝－2.836×h+3.836，h为某一截面的叶高的相对值。

根部u截面的轴向最大宽度b为102mm，顶部p截面的轴向最大宽度b为50mm，叶身1的某一截面的轴向最大宽度b＝－52×h+102，h为某一截面的叶高的相对值。当根部截面到顶部截面，有效高度的相对值h＝0.4时，a＝－2.836×0.4+3.836＝2.7016，以下算式相同。

根部u截面的出汽边厚度δ为1.232mm，顶部p截面的出汽边厚度δ为1.002mm，叶身1的某一截面的出汽边厚度δ＝－0.23×h+1.232，h为某一截面的叶高的相对值。

根部u截面的安装角c为79.397°，顶部p截面的安装角c为49.533°，叶身1的某一截面的安装角c＝－29.864°×h+79.397°，h为某一截面的叶高的相对值。

根部u截面的弦长的相对值d为1.496，顶部p截面的弦长的相对值为1.0，叶身1的某一截面的弦长的相对值d＝－0.496×h+1.496，h为某一截面的叶高的相对值。

根部u截面的最大厚度的相对值e为1.877，顶部p截面的最大厚度的相对值e为1.0，叶身1的某一截面的最大厚度的相对值e＝－0.877×h+1.877，h为某一截面的叶高的相对值。

叶身1的各截面的具体参数如下表：

采用上述的结构参数，末级动叶片的叶身1气动性能好、强度性能高，解决了现有的末级动叶片无法在主汽轮机非供暖期低背压和高背压转子供热的高背压的工况下安全运行，以及无法满足6.5kpa～48.0kpa背压条件下给水泵汽轮机出力要求的的技术问题。

末级动叶片10采用全三维气动分析程序分析优化设计，将根部u叶型设计成大刚度叶型，确保蒸汽弯应力小于许用值。沿叶高控制各特征截面面积，减小拉应力，提高末级动叶片10的频率。末级动叶片10积叠时，型面沿叶高光顺，各征截面的重心偏心小，弯应力小。末级动叶片10进、出气角与热力匹配。最终构成全新的给水泵汽轮机末级动叶片10。

本实施例中的给水泵汽轮机的末级动叶片10的数量为68只，均匀安装在转子叶轮20上，转子叶轮20的宽度和叶根2轴向宽度相同，末级动叶片10采用不锈钢锻件加工而成。

如图6、图7和图8所示，末级动叶片10的叶根2和转子叶轮20的配合面上，末级动叶片10设有周向定位销6，将末级动叶片10和转子叶轮20固定，周向定位销6的轴线与转子叶轮20的周向相切。在转子叶轮20上设有安装周向定位销6的半圆通槽21，半圆通槽21半径为r’；在叶根2的内弧侧上设有周向定位销孔4，周向定位销孔4为半圆孔，半径为r，周向定位销孔4的深度为f。转子叶轮20上的半圆通槽21，与叶根2上的周向定位销孔4相配合形成一个整圆孔。在本实施例中，优选地，周向定位销孔4的半径r等于半圆通槽21的半径r’。周向定位销6的长度g与叶根2上的周向定位销孔4的深度f相同。

多个末级动叶片10依次沿转子叶轮20轴向安装进转子叶轮20，通过周向定位销6进行定位，最后一支安装的末级动叶片10通过轴向定位销7沿转子叶轮20的轴向定位。

如图1和图9中所示，周向定位销6的直径s＝r’+r，为了便于将末级动叶片10精准地沿周向定位到转子叶轮20上，叶根2上的周向定位销孔4位于叶根正中间，转子叶轮20上的半圆通槽21也位于叶轮正中间。参见图10，转子叶轮20的外径t与叶根2的内径k为配合结合面，t＝k。

本发明实施例提供的一种给水泵汽轮机用的末级动叶片，具有良好的气动性能、强度性能、阻尼特性和耐水蚀的能力。安装有本发明的末级动叶片10的给水泵汽轮机，其设计功率在5mw等级，转速范围为2900～5700r/min，给水泵的排汽背压变化范围为6.5kpa～48.0kpa的工况下，完全能保证末级动叶片10长期安全经济运行，对主汽轮机组低压缸高背压双转子供热的机组具有广阔的应用前景。

在本发明的描述中，需要理解的是，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该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。