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CN107143381A - 一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片 - Google Patents

一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片 Download PDF

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CN107143381A CN201710419437.2A CN201710419437A CN107143381A CN 107143381 A CN107143381 A CN 107143381A CN 201710419437 A CN201710419437 A CN 201710419437A CN 107143381 A CN107143381 A CN 107143381A
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冯永志
丁继伟
王政先
孙立权
赵俊明
姜东坡
王辉
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Harbin Turbine Co Ltd
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    • F01D5/12—Blades
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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Abstract

一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，属于汽轮机技术领域。本发明解决了现有的重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片出气侧平台侧壁应力集中，导致第一级动叶片运行的可靠性低、综合寿命过短的问题。叶身与伸根之间通过平台固接，平台上位于叶身压力面的一侧为平台压力侧面，平台上位于叶身吸力面的一侧为平台吸力侧面，平台上位于叶片出气侧的一侧壁为平台侧壁，平台侧壁下部设有侧面开口的通槽。本发明用于减小重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片出气侧平台侧壁应力。

Description

一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机透平第一级动叶片，具体涉及一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片。
背景技术
为了提高重型中低热值燃气轮机的效率，燃烧室的出口温度在不断的提高，使得重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片面临着很高的工作温度，以及在高速旋转与高压气体的共同作用下，使得叶片伸根出气侧下缘出现应力集中，应力集中部位的应力大小约为380MPa，平台其余位置的应力水平在100MPa左右，综合寿命循环次数1390次，将极易发生裂纹和损坏。
目前解决问题的主要方法有：1)从材料角度入手，研究出更耐高温、理化性能更好的材料；但此种方法成本较高，不适于推广应用；2)从冷却的角度入手，通过不同的冷却方式(如气膜冷却、冲击冷却、扰流肋冷却、蛇形通道冷却等)或在叶片上涂装热障涂层来降低叶片该位置的工作温度，但此种方式所采用的冷却结构复杂，工作效率低。
发明内容
本发明是为了解决现有的重型中低热值燃气轮机透平第一级动叶片出气侧平台侧壁应力集中，导致第一级动叶片运行的可靠性低、综合寿命过短的问题，进而提供了一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，它包括由上到下依次固接为一体的叶身、伸根及叶根，叶身的型线为变截面扭叶片，所述变截面扭叶片的截面面积由根部到顶部逐渐增大，相邻两截面间有相对扭转，叶身的凹侧为压力面，叶身的凸侧为吸力面，叶身与伸根之间通过平台固接，平台上位于叶身压力面的一侧为平台压力侧面，平台上位于叶身吸力面的一侧为平台吸力侧面，平台上位于叶片出气侧的一侧壁为平台侧壁，平台侧壁下部设有侧面开口的通槽。
进一步地，所述平台水平状态下，通槽位于平台压力侧面的右侧，通槽上位于下方的侧壁较其位于上方的侧壁短。
进一步地，所述通槽的横截面为圆弧形、椭圆形或矩形。
进一步地，以平台压力侧面右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽的横截面为圆弧形时，所述圆弧形的圆心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，所述圆弧形的半径r为3.74mm±0.20mm。
进一步地，以平台压力侧面右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽的横截面为椭圆形时，所述椭圆形的形心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，长轴半径a为4.0mm±0.1mm，短轴半径b为3.6mm±0.1mm，在平台水平状态下，椭圆形的长轴水平设置。
进一步地，以平台压力侧面右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽的横截面为矩形时，所述矩形的形心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，所述矩形的形心到矩形短边的距离c为4.0149mm±0.03mm，形心到矩形长边的距离d为3.1637mm±0.03mm，在平台水平状态下，矩形的长边水平设置。
进一步地，矩形通槽的槽底转角处设置有圆弧形倒角。
进一步地，矩形通槽的槽底上方的圆弧形倒角r1为2.15mm±0.05mm，矩形通槽的槽底下方的圆弧形倒角r2为3.1637mm±0.05mm。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本发明通过改变重型燃气轮机第一级动叶片的平台在出气侧的局部结构，减小局部的应力集中问题，使该位置的应力分布更加均匀合理，以提高叶片运行的可靠性与动叶片的综合使用寿命，保证叶片的安全运行。本发明结构简单，通过对重型燃气轮机透平第一级动叶片的全三维计算，叶片出气侧平台侧壁应力集中处的最大应力减小18％，其余部分的应力降低25％以上；综合寿命提高到原来的1.05倍。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视示意图；
图3为叶片根部的结构示意图；
图4为通槽的横截面为圆弧形的平台主视示意图；
图5为通槽的横截面为椭圆形的平台主视示意图；
图6为通槽的横截面为矩形的平台主视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，它包括由上到下依次固接为一体的叶身1、伸根2及叶根3，叶身1的型线为变截面扭叶片，所述变截面扭叶片的截面面积由根部到顶部逐渐增大，相邻两截面间有相对扭转，叶身1的凹侧为压力面11，叶身1的凸侧为吸力面12，
叶身1与伸根2之间通过平台4固接，平台4上位于叶身1压力面11的一侧为平台压力侧面41，平台4上位于叶身1吸力面12的一侧为平台吸力侧面42，平台4上位于叶片出气侧的一侧壁为平台侧壁43，平台侧壁43下部设有侧面开口的通槽5。
所述通槽5可以减小叶片平台4在气流方向下游位置的应力，减小应力集中，使应力分布更合理均匀，以提高叶片运行的可靠性与动叶片的综合使用寿命。
图1中叶身1的左侧端面为叶身前缘13，叶身1的右侧端面为叶身后缘14。
伸根2及叶根3统称为叶片的根部。其中伸根2包括一对伸根侧壁21以及三个伸根翼22，其中两个伸根翼22由上至下依次固接在左侧伸根侧壁21的外壁，另一个伸根翼22固接在右侧伸根侧壁21的外侧壁。两个伸根侧壁21之间设有连接弧板，所述连接弧板的一侧面为压力侧凹面，另一侧面为吸力侧凸面，叶身1、平台4、伸根2及叶根3之间的连接方式为铸造，伸根2的各部分连接方式也为铸造。
具体实施方式二：结合图1～图6说明本实施方式，所述平台4水平状态下，通槽5位于平台压力侧面41的右侧，通槽5上位于下方的侧壁较其位于上方的侧壁短。如此设计，现有的平台4水平状态下，平台的右侧壁为平台底面至平台顶面由内向外平滑过度的曲面，通槽5开设于平台4右侧壁的下部，通槽5上位于上方的侧壁与平台4右侧壁的上部平滑过渡。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1～6说明本实施方式，所述通槽5的横截面为圆弧形、椭圆形或矩形。并且通槽5在各个位置的横截面形状一致。其它组成与连接关系与具体实话方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1～4说明本实施方式，以平台压力侧面41右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽5的横截面为圆弧形时，所述圆弧形的圆心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，所述圆弧形的半径r为3.74mm±0.20mm。如此设计，可以解决叶片伸根出气侧下缘出现应力集中的问题。其它组成与连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1～3及图5说明本实施方式，以平台压力侧面41右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽5的横截面为椭圆形时，所述椭圆形的形心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，长轴半径a为4.0mm±0.1mm，短轴半径b为3.6mm±0.1mm，在平台4水平状态下，椭圆形的长轴水平设置。如此设计，可以解决叶片伸根出气侧下缘出现应力集中的问题。其它组成与连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：结合图1～3及图6说明本实施方式，以平台压力侧面41右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽5的横截面为矩形时，所述矩形的形心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，所述矩形的形心到矩形短边的距离c为4.0149mm±0.03mm，形心到矩形长边的距离d为3.1637mm±0.03mm，在平台4水平状态下，矩形的长边水平设置。如此设计，可以解决叶片伸根出气侧下缘出现应力集中的问题。其它组成与连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式七：结合图1～3及图6说明本实施方式，矩形通槽5的槽底转角处设置有圆弧形倒角。如此设计，可以解决叶片伸根出气侧下缘出现应力集中的问题。其它组成与连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1～3及图6说明本实施方式，矩形通槽5的槽底上方的圆弧形倒角r1为2.15mm±0.05mm，矩形通槽5的槽底下方的圆弧形倒角r2为3.1637mm±0.05mm。如此设计，可以解决叶片伸根出气侧下缘出现应力集中的问题。其它组成与连接关系与具体实施方式七相同。

Claims (8)

1.一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，它包括由上到下依次固接为一体的叶身(1)、伸根(2)及叶根(3)，叶身(1)的型线为变截面扭叶片，所述变截面扭叶片的截面面积由根部到顶部逐渐增大，相邻两截面间有相对扭转，叶身(1)的凹侧为压力面(11)，叶身(1)的凸侧为吸力面(12)，其特征在于：叶身(1)与伸根(2)之间通过平台(4)固接，平台(4)上位于叶身(1)压力面(11)的一侧为平台压力侧面(41)，平台(4)上位于叶身(1)吸力面(12)的一侧为平台吸力侧面(42)，平台(4)上位于叶片出气侧的一侧壁为平台侧壁(43)，平台侧壁(43)下部设有侧面开口的通槽(5)。
2.根据权利要求1所述的一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，其特征在于：所述平台(4)水平状态下，通槽(5)位于平台压力侧面(41)的右侧，通槽(5)上位于下方的侧壁较其位于上方的侧壁短。
3.根据权利要求1或2所述的一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，其特征在于：所述通槽(5)的横截面为圆弧形、椭圆形或矩形。
4.根据权利要求3所述的一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，其特征在于：以平台压力侧面(41)右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽(5)的横截面为圆弧形时，所述圆弧形的圆心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，所述圆弧形的半径r为3.74mm±0.20mm。
5.根据权利要求3所述的一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，其特征在于：以平台压力侧面(41)右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽(5)的横截面为椭圆形时，所述椭圆形的形心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，长轴半径a为4.0mm±0.1mm，短轴半径b为3.6mm±0.1mm，在平台(4)水平状态下，椭圆形的长轴水平设置。
6.根据权利要求3所述的一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，其特征在于：以平台压力侧面(41)右下角的角点为坐标点，水平方向向左为x方向的正方向，竖直方向向上为y方向的正方向，当通槽(5)的横截面为矩形时，所述矩形的形心坐标点为(9.3071mm，0.790553mm)，所述矩形的形心到矩形短边的距离c为4.0149mm±0.03mm，形心到矩形长边的距离d为3.1637mm±0.03mm，在平台(4)水平状态下，矩形的长边水平设置。
7.根据权利要求6所述的一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，其特征在于：矩形通槽(5)的槽底转角处设置有圆弧形倒角。
8.根据权利要求7所述的一种能够降低应力的燃气轮机透平第一级动叶片，其特征在于：矩形通槽(5)的槽底上方的圆弧形倒角r1为2.15mm±0.05mm，矩形通槽(5)的槽底下方的圆弧形倒角r2为3.1637mm±0.05mm。
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