CN106246233A - 一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，包括叶片，其特征是在叶片50～90%叶高范围中设置阻尼松拉筋及其拉筋安装座；拉筋安装座中设有与阻尼松拉筋配合的拉筋孔；安装状态下，阻尼松拉筋两端分别插入相邻叶片拉筋安装座的拉筋孔中，汽轮机工作时，在离心力的作用下，阻尼松拉筋两端与拉筋安装座的拉筋孔贴合，产生正压力，形成一个完全的整圈结构，阻尼松拉筋和拉筋孔间发生滑动摩擦、滚动摩擦和相互碰撞的多种物理现象。有效地完全成圈，降低成组系数，增加了叶片的阻尼，提高了汽轮机叶片的安全性，降低了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构

技术领域

本发明涉及汽轮机叶片技术，尤其是一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构。

背景技术

叶轮机械是大型石油、化工、冶金等装置中的重要装备，工业汽轮机是装备的动力核心。叶片是汽轮机的重要转动部件，如果叶片强度振动余量不足，产生过大的变形、挠曲或者断裂，将直接影响汽轮机的工作性能和安全可靠性，甚至造成不同程度的故障。据统计，汽轮机叶片事故约占汽轮机事故的39%。工业汽轮机转速高、转速变化范围大、负荷变化范围广，叶片受力极为复杂，应力非常高，而且往往要求叶片在共振状态下工作，设计中除了考虑静强度外，动强度的好坏也至关重要。

增强叶片动强度的措施包括使叶片成组或成圈以减小成组系数、增大叶片的阻尼系数，这两方面都能达到提高叶片动强度的目的。松拉筋结构常用在叶片的结构设计中，使叶片成组或成圈，同时增加阻尼，降低叶片动应力水平提高其动强度，从而提高叶片运行的安全可靠性。公开文献中成圈方式很多，如专利公告号为CN205047252U，一种大功率汽轮机叶片，包括叶型、设在所述叶型下部的叶根以及设在所述叶型上部的一体式围带，叶型是通过若干个特征截面连续光滑过渡形成的，特征截面是由内弧曲线、背弧曲线、进汽边曲线、出汽边曲线围成的封闭曲面，叶型中间处设有拉筋孔，位于拉筋孔位置处的叶型的部分厚度比其它部分厚度厚；在叶片顶截面以下的叶身部分各特征界面之间采用型面光滑连接，使得叶型抗弯刚度增强，降低了叶片中汽流产生的弯应力；将叶型上拉筋孔附近的叶型型线相对增厚。又如专利公告号为CN204402568U设计的一种汽轮机叶片，包括叶面以及叶根，叶面包括内圆弧面以及背圆弧面，其中内圆弧面与叶根相接触的位置固定有多个加强筋，加强筋根据叶面与叶根连接处的扭曲弧度依次设置，每两个加强筋的间隔不大于其本身的厚度，两个叶面之间通过圆环连接。

这些公开技术和目前常规松拉筋结构均存在着如下缺陷：一是常规松拉筋和连接件虽然可使叶片成圈，但为了实现常规松拉筋的安装，在整圈叶片中存在末叶结构或非均匀结构，这将降低松拉筋的成圈效果，在整圈叶片中存在若干动强度薄弱的叶片或松拉筋结构，降低了叶片的可靠性；二是有些常规松拉筋同时穿过多只叶片的拉筋孔，松拉筋必须与每只叶片保证良好接触才能达到有效成圈增加阻尼的效果，这对叶片的加工装配精度要求极高，即使不断提高加工安装精度往往也难以实现每只叶片都与松拉筋有效接触，既增加了叶片的加工、安装成本,又降低了叶片的安全可靠性；还有松拉筋必须与被穿过的每只叶片都接触良好，才能达到有效成圈，在这种情况下，松拉筋被多点约束，其和叶片之间只有滑动摩擦，而且相对摩擦运动有限，提供的阻尼效果也有限。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有松拉筋结构存在的问题，提供一种使叶片完全成圈，且整圈叶片中没有末叶或非均匀结构，形成多种摩擦、碰撞复杂物理现象的工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，包括叶片，其特征是在所述的叶片50～90%叶高范围中设置阻尼松拉筋及其拉筋安装座；拉筋安装座中设有与阻尼松拉筋配合的拉筋孔；安装状态下，阻尼松拉筋两端分别插入相邻叶片拉筋安装座的拉筋孔中，汽轮机工作时，在离心力的作用下，阻尼松拉筋两端与拉筋安装座的拉筋孔贴合，产生正压力，形成一个完全的整圈结构，阻尼松拉筋和拉筋孔间发生滑动摩擦、滚动摩擦和相互碰撞的多种物理现象。

本技术方案主要通过阻尼松拉筋及其拉筋安装座两个部件的设计来实现，拉筋安装座和叶片为一体结构，分列于叶片成圈所需连接部位的两边，即压力面和吸力面两侧，阻尼松拉筋位于两叶片之间，阻尼松拉筋和拉筋安装座之间通过具有合理活动余量的轴孔配合，其中阻尼松拉筋为轴、拉筋安装座设孔，使汽轮机在工作时，在离心力的作用下，阻尼松拉筋两端分别与拉筋安装座中的拉筋孔贴合，由于是两点贴合，而且整圈叶片没有末叶和非均匀结构，所以能有效地形成完全整圈结构，降低叶片的成组系数；而运行中，由于是两点接触，阻尼松拉筋和拉筋安装座之间发生滑动摩擦、滚动摩擦、相互碰撞等复杂物理现象，有效地增加了叶片的阻尼，降低了叶片动应力，使叶片安全可靠；由于连续的阻尼松拉筋和拉筋安装座之间是两点接触，本方案对连接部件加工装配精度要求都较低，有效地降低了生产成本。

作为优选，所述的阻尼松拉筋为具有两个同轴且对称设置的双圆台棒形结构；拉筋安装座由吸力面圆台、压力面圆台与叶片相贯形成，并在吸力面圆台、压力面圆台分别设有与阻尼松拉筋圆台棒形配合的拉筋孔；吸力面圆台、压力面圆台以及拉筋孔的轴线同叶片的切向相同。

作为优选，所述的阻尼松拉筋总长度L2变化范围为：0.89L1≤L2≤1.09L1（其中L1为安装部位叶片的宽度，下同），端面直径D3变化范围为：0.1L1≤D3≤0.13L1。两端圆台锥度β变化范围为，1:7.8≤β≤1:6.4。

作为优选，所述的阻尼松拉筋中间部位设有圆柱体，在圆柱体两端对称设置圆台体。

作为优选，所述的阻尼松拉筋中间圆柱体长度L3变化范围为：0.14L1≤L3≤0.17L1，圆柱体直径D4变化范围为：0.15≤D4/L1≤0.19。

作为优选，所述的吸力面圆台和压力面圆台上的拉筋孔为非贯通孔。

作为优选，所述的吸力面圆台、压力面圆台与叶片型线的相贯处设有圆弧角，且吸力面圆台、压力面圆台的斜切面处也设有圆弧角。

作为优选，所述的吸力面圆台、压力面圆台的端面和叶片重心距离A变化范围为：0.17L1≤A≤0.21L1。

作为优选，所述的吸力面圆台、压力面圆台端面直径D1的变化范围为：0.23L1≤D1≤0.28L1，D2变化范围为：0.3L1≤D2≤0.37L1，高度H1变化范围为：0.41L1≤H1≤0.5L1，锥度b变化范围为：1:6.6≤b≤1:5.4。

作为优选，所述的吸力面圆台、压力面圆台中的拉筋孔深度H2变化范围为：0.22L1≤H2≤0.27L1；非贯通拉筋孔的厚度t的变化范围为：0.047L1≤t≤0.057L1；拉筋孔直径D5变化范围为：0.13L1≤D5≤0.16L1；斜切的角度a变化范围为：27°≤a≤33°。

本发明的有益效果是：克服了常规松拉筋结构的缺陷，使叶片有效地完全成圈，降低成组系数；阻尼松拉筋和拉筋安装座之间具有滑动摩擦、滚动摩擦和相互碰撞，增加了叶片的阻尼，有效地增强了汽轮机叶片的动强度，提高了汽轮机叶片的安全性；因阻尼拉筋两端分别插入相邻叶片的拉筋孔，加工安装精度要求低，降低了生产成本，提高了生产效率；具有良好的结构接触点，高强度部件结构形式，稳定耐用。

附图说明

图1是本发明的一种具有整圈松拉筋结构叶片的结构示意图。

图2是本发明的一种阻尼松拉筋结构示意图。

图3是本发明的一种阻尼松拉筋和拉筋安装座吸力面侧结构示意图。

图4是本发明的一种阻尼松拉筋和拉筋安装座压力面侧结构示意图。

图5是本发明的一种拉筋安装座部位剖视结构示意图。

图6是本发明的一种阻尼松拉筋和拉筋安装座配合状态结构示意图。

图中：1. 叶片，2. 阻尼松拉筋，3. 拉筋安装座，4. 吸力面圆台，5. 压力面圆台，6. 拉筋孔。

L1—安装部位叶片的宽度，L2—阻尼松拉筋总长度，L3—阻尼松拉筋中间圆柱体长度，D3—阻尼松拉筋端面直径，D4—阻尼松拉筋圆柱体直径，β—阻尼松拉筋两端圆台锥度。

A—吸力面圆台、压力面圆台的端面和叶片重心距离，D1—吸力面圆台、压力面圆台端面的吸力面侧直径，D2—吸力面圆台、压力面圆台端面的压力面侧直径，H1—吸力面圆台、压力面圆台高度，b—吸力面圆台、压力面圆台锥度，H2—吸力面圆台、压力面圆台中的拉筋孔深度，t—非贯通拉筋孔的厚度，D5—拉筋孔直径，a—吸力面圆台、压力面圆台斜切的角度，R1—吸力面圆台、压力面圆台和叶片相贯处圆角半径，R2—吸力面圆台、压力面圆台斜切面处圆角半径。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，如图1所示，在汽轮机叶片1组一周通过阻尼松拉筋2和拉筋安装座3进行动连接，实际连接位置高度由汽轮机叶片结构强度振动分析确定。本实施例在叶片80%叶高处设置阻尼松拉筋2及其拉筋安装座3。安装状态下，每件阻尼松拉筋2两端分别插入相邻叶片1上的拉筋安装座3的孔中，在汽轮机工作时，由于离心力的作用，阻尼松拉筋2两端与拉筋安装座3的孔贴合，产生正压力，形成一个完全的整圈结构，阻尼松拉筋2和拉筋安装座3的孔之间发生滑动摩擦、滚动摩擦和相互碰撞的复杂物理现象。

具体设计如下，阻尼松拉筋2结构的具体尺寸通过叶片强度振动计算优化获得，阻尼松拉筋选用合金钢或者钛合金制作，是具有两个同轴且对称设置的双圆台棒形结构，其中间部位设有圆柱体，如图2所示，在圆柱体两端对称设置圆台体，也称双锥棒结构。具体尺寸设计是（本实施例取变化范围的上值）：阻尼松拉筋2总长度L2为1.09L1，端面直径D3为0.13L1，两端圆台锥度β为1:6.4，中间圆柱体长度L3为0.17L1，圆柱体直径D4/L1为0.19。

拉筋安装座3由吸力面圆台4、压力面圆台5与叶片1相贯形成，并在吸力面圆台4、压力面圆台5分别设有与阻尼松拉筋圆台棒形配合的拉筋孔6，参见图4、图5、图6，吸力面圆台4和压力面圆台5上的拉筋孔6为非贯通孔，且吸力面圆台4、压力面圆台5与叶片1型线的相贯处均设有圆弧角，吸力面圆台4、压力面圆台5的两斜切面处也设有圆弧角。吸力面圆台4、压力面圆台5以及拉筋孔6的轴线同叶片1的切向相同。

拉筋安装座3具体位置及尺寸设定如下：吸力面圆台4、压力面圆台5的端面和叶片1重心距离的位置值A均为0.21L1（在实际应用时，拉筋安装座3的具体尺寸及其中心G的位置由叶片1结构设计时强度分析确定）。吸力面圆台4、压力面圆台5端面直径D1值均为0.28L1，D2值均为0.37L1，高度H1均为0.5L1，锥度b均为1:5.4。拉筋孔6深度H2为0.27L1，非贯通拉筋孔6的厚度t为0.057L1；拉筋孔6直径D5为0.16L1；斜切的角度a为33°。

另外，吸力面圆台4、压力面圆台5和叶片1相贯处圆角半径R1变化范围设计为0.1L1≤R1≤0.12L1；斜切面处圆角半径R2范围为：R2≤0.007L1。本实施例均选大值，不作细述。

安装状态下，阻尼松拉筋2两端分别插入相邻叶片1的拉筋安装座3中，即吸力面和压力面的拉筋孔6中，如图6所示，工作状态下，在离心力的作用下，阻尼松拉筋2两端分别与相邻叶片拉筋孔6贴合，接触点C1和C2分别位于压力面圆台5拉筋孔顶部和吸力面圆台4拉筋孔顶部，使整圈叶片成为完全成圈结构，这样可以减小叶片的成组系数，从而减小叶片动应力。同时，工作状态下，汽轮机叶片受到非定常汽流激振力的作用，将在轴向、切向和径向产生不同的响应，由于阻尼松拉筋2和相邻叶片为两点接触，阻尼松拉筋2运动自由度大，在阻尼松拉筋2和拉筋孔6间将发生滑动摩擦、滚动摩擦和相互碰撞，这三种作用都将有效增加叶片的阻尼，降低叶片的动应力。

本实施例选取尺寸为最大值，也可以在设定的变化范围内进行交叉优化选值。上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构、方法等均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，包括叶片（1），其特征是在所述的叶片50～90%叶高范围中设置阻尼松拉筋（2）及其拉筋安装座（3）；拉筋安装座中设有与阻尼松拉筋配合的拉筋孔（6）；安装状态下，阻尼松拉筋两端分别插入相邻叶片拉筋安装座的拉筋孔中，汽轮机工作时，在离心力的作用下，阻尼松拉筋两端与拉筋安装座的拉筋孔（6）贴合，产生正压力，形成一个完全的整圈结构，阻尼松拉筋和拉筋孔（6）间发生滑动摩擦、滚动摩擦和相互碰撞的多种物理现象。

2.根据权利要求1所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征是所述的阻尼松拉筋（2）为具有两个同轴且对称设置的双圆台棒形结构；拉筋安装座由吸力面圆台（4）、压力面圆台（5）与叶片（1）相贯形成，并在吸力面圆台、压力面圆台分别设有与阻尼松拉筋圆台棒形配合的拉筋孔（6）；吸力面圆台、压力面圆台以及拉筋孔的轴线同叶片的切向相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征是阻尼松拉筋（2）总长度L2变化范围为：0.89L1≤L2≤1.09L1（其中L1为安装部位叶片的宽度，下同），端面直径D3变化范围为：0.1L1≤D3≤0.13L1，两端圆台锥度β变化范围为，1:7.8≤β≤1:6.4。

4.根据权利要求2所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征在于所述的阻尼松拉筋（2）中间部位设有圆柱体，在圆柱体两端对称设置圆台体。

5.根据权利要求4所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征在于所述的阻尼松拉筋（2）中间圆柱体长度L3变化范围为：0.14L1≤L3≤0.17L1，圆柱体直径D4变化范围为：0.15≤D4/L1≤0.19。

6.根据权利要求1所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征在于所述的吸力面圆台（4）和压力面圆台（5）上的拉筋孔（6）为非贯通孔。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征在于所述的吸力面圆台（4）、压力面圆台（5）与叶片（1）型线的相贯处设有圆弧角，且吸力面圆台、压力面圆台的斜切面处也设有圆弧角。

8.根据权利要求1所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征在于所述的吸力面圆台（4）、压力面圆台（5）的端面和叶片（1）重心距离A变化范围为：0.17L1≤A≤0.21L1。

9.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征是吸力面圆台（4）、压力面圆台（5）端面直径D1的变化范围为：0.23L1≤D1≤0.28L1，D2变化范围为：0.3L1≤D2≤0.37L1，高度H1变化范围为：0.41L1≤H1≤0.5L1，锥度b变化范围为：1:6.6≤b≤1:5.4。

10.根据权利要求9所述的一种工业汽轮机叶片阻尼松拉筋及其安装结构，其特征在于所述的吸力面圆台（4）、压力面圆台（5）中的拉筋孔（6）深度H2变化范围为：0.22L1≤H2≤0.27L1；非贯通拉筋孔（6）的厚度t的变化范围为：0.047L1≤t≤0.057L1；拉筋孔直径D5变化范围为：0.13L1≤D5≤0.16L1；斜切的角度a变化范围为：27°≤a≤33°。