CN107965352A - 能降低水蚀危险性的弯叶片、采用其的叶栅及工业汽轮机 - Google Patents
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Abstract
一种能降低水蚀危险性的弯叶片、采用其的叶栅及工业汽轮机。该弯叶片包括叶顶围带、叶片和叶根，所述弯叶片沿周向呈“S”型弯曲。弯叶片设计考虑了湿蒸汽流动中水滴的凝结、生长和运动，能够改变水滴产生位置、水滴数量以及水滴运动轨迹，从而减轻了对动叶片冲蚀，降低了水蚀危险性。同时，弯叶片设计也减弱了端壁通道涡的强度及其对主流的干扰，提高了级效率。本结构适用于凝汽式工业汽轮机，尤其适合于排汽压力较低(5kPa)的工况条件。
Description
技术领域
本发明涉及工业汽轮机领域，具体涉及一种能降低水蚀危险性的弯叶片、采用其的叶栅及工业汽轮机，可以应用于排汽压力较低的工况下。
背景技术
工业汽轮机末级叶片承担了汽轮机较高的出力，同时处于蒸汽湿度较大的工作环境，对汽轮机整机效率有很大影响。末级静叶片采用弯叶片设计能改变蒸汽发生凝结的位置，也能够改变水滴的分布和水滴的运动，减少凝结水滴对动叶的冲蚀，同时也能够提高蒸汽在末级的做功效率，是提高汽轮机稳定性与效率的有效方法之一。
由于目前工业汽轮机的各制造厂均采用末级动叶片表面强化或镶嵌合金片等被动防护措施，并没有从根本上解决动叶片水蚀的问题；而蒸汽中的凝结水滴也使得末级效率下降，造成很大的湿汽损失；另外，在排汽压力较低的工况条件下，末级动叶片长期处于湿度较大的湿蒸汽区运行，水蚀问题比常规汽轮机要严重得多，所以目前广泛采用司太立合金片防止水蚀，但是司太立合金片型线设计得不合理使得焊缝处极易开裂，严重影响叶片强度和汽轮机运行安全，这些都是业界内各研究院所和科研单位当前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种能够降低水蚀危险性的弯叶片，以至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提出了一种能够降低水蚀危险性的弯叶片，所述弯叶片包括叶顶围带、叶片和叶根，其特征在于，所述弯叶片从叶根至叶顶围带的部分沿周向方向呈S型弯曲，且该弯叶片的呈S型弯曲部分的表面轮廓平滑过渡，不存在锐角和突变。
其中，所述叶片以尾缘圆心积迭、中心积叠或前缘圆心积叠而成。
其中，所述弯叶片的叶片根部、中部和顶部均形成收缩型通道叶栅。
其中，所述叶片型线为变截面扭转状，沿叶片高度由根部至顶部截面积逐渐增大，相邻两截面之间有扭转。
其中，所述S型弯曲部分的参数如下：
所述S型弯曲部分的相对叶高分别为C1：15％-30％；C2：30％-50％；C3：50％-80％；C4：80％-90％，与展向的夹角分别为A1：-15°～-10°；A2：15°～25°；A3：-20°～-10°。
其中，叶片型线部分从根部至顶部的截面几何数据为：型线部分的高度为170mm，周向宽度B为40～45mm，弦长b为59.476～68.322mm，几何出汽角为11.786°～12.563°，安装角为43.931°～42.803°，叶型截面积为5.014～6.618cm2，最大厚度O为7.261～8.479mm，出汽边厚度δ为0.390～0.450mm。
其中，所述S型弯曲部分的参数如下：相对叶高C1为0.25，C2为0.35，C3为0.75，C4为0.85，与展向的夹角角度A1为-12°，角度A2为20°，角度A3为-15°。
其中，所述叶片型线部分的高度H1为170mm，叶片型线部分的根部周向宽度B1为40mm，叶片型线部分的顶部周向宽度B2为45mm。
作为本发明的另一个方面，还提出了一种工业汽轮机叶栅，所述工业汽轮机叶栅整圈采用66只如上所述的能够降低水蚀危险性的弯叶片形成。
作为本发明的再一个方面，还提出了一种凝汽式工业汽轮机，所述凝汽式工业汽轮机为排汽压力为4～5kPa工况条件的低压工业汽轮机，其特征在于，所述凝汽式工业汽轮机中采用如上所述的能够降低水蚀危险性的弯叶片。
基于上述技术方案可知，本发明具有如下优点：
(1)本发明的叶片采用弯叶片设计，考虑了湿蒸汽流动中水滴的凝结、生长和运动，能够有效地改变蒸汽凝结位置，改变水滴产生位置与数量，也改变了水滴的运动特性，减轻了水滴对叶片的冲击，提高机组安全性；
(2)叶片在不同工作条件下，将该叶片的安全性和高效性有机结合，保证该叶片具有优良的变工况特性，即机组在变工况下，亦能高效安全地运行；
(3)本发明采用三维造型，保证叶片强度；
(4)本发明以气动设计方法将凝结水滴沿叶高方向均布，并与主流速度一致，极大地减少了水滴对叶片顶部的集中冲击，不仅提高了末级的运行安全性，也降低了末级的湿汽损失，也减弱了端壁通道涡的强度及其对主流的干扰，提高了级效率；
(5)本结构适用于凝汽式工业汽轮机，尤其适合于排汽压力较低(5kPa)的工况条件。
附图说明
图1为本发明一实施例的工业汽轮机弯叶片结构示意图；
图2为本发明一实施例的弯叶片设计参数示意图；
图3为本发明一实施例的叶片型线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种能够降低水蚀危险性的弯叶片，该弯叶片包括叶顶围带、叶片和叶根，其特征在于，该弯叶片从叶根至叶顶围带的部分沿周向方向呈S型弯曲，且该弯叶片的呈S型弯曲部分的表面轮廓平滑过渡，不存在锐角和突变。
该弯叶片可以是现有的各种成熟的工业汽轮机叶片，只是该叶片进行了弯曲设计，使弯叶片从叶根至叶顶围带的部分沿周向方向呈S型弯曲，且S型弯曲部分的表面轮廓平滑过渡，不存在锐角和突变。
作为优选，该S型弯曲部分的参数如下选择：
相对叶高分别为C1：15％-30％；C2：30％-50％；C3：50％-80％；C4：80％-90％，与展向的切线夹角分别为A1：-15°～-10°；A2：15°～25°；A3：-20°～-10°，其中与展向的切线夹角为逆时针方向时为正，顺时针方向为负。
作为优选，该叶片型线为变截面扭转状，沿叶片高度由根部至顶部截面积逐渐增大，相邻两截面之间有扭转。
优选地，叶片型线部分从根部至顶部的截面几何数据为：型线部分的高度为170mm，周向宽度B为40～45mm，弦长b为59.476～68.322mm，几何出汽角为11.786°～12.563°，安装角为43.931°～42.803°，叶型截面积为5.014～6.618cm2，最大厚度O为7.261～8.479mm，出汽边厚度δ为0.390～0.450mm。
所述叶片以尾缘圆心积迭、中心积叠或前缘圆心积叠而成；优选地，该叶片以尾缘圆心积迭而成。
本发明还公开了一种工业汽轮机叶栅，所述工业汽轮机叶栅整圈采用40～80只，优选为66只如上所述的弯叶片形成。
本发明还公开了一种凝汽式工业汽轮机，所述凝汽式工业汽轮机为排汽压力为4～5kPa工况条件的低压工业汽轮机，其特征在于，所述凝汽式工业汽轮机中采用如上所述的弯叶片。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述和说明。
如图1～3所示，其中图1为本发明一实施例的工业汽轮机弯叶片结构示意图，图2为本发明一实施例的弯叶片设计参数示意图，图3为本发明一实施例的叶片型线图，本发明的工业汽轮机用弯叶片，可用作末级动、静叶片，包括叶顶围带、叶片和叶根，其中叶片型线为变截面扭转状，沿叶片高度由根部至顶部截面积逐渐增大，相邻两截面之间有扭转，所述叶片沿周向呈“S”型弯曲，优选地，弯曲参数为：相对叶高C1：15％-30％；C2：30％-50％；C3：50％-80％；C4：80％-90％；与展向的夹角A1：-15°～-10°；A2：15°～25°；A3：-20°～-10°。当然，当叶片各截面相同或无扭转的情况下，也可改变蒸汽凝结位置，改变水滴的分布和运动，进而减少凝结水滴对叶片的冲蚀，只是采用弯扭叶片和变截面的设计，能优化流型，降低能量损失。
所述叶片以尾缘圆心积迭而成，当然也可以采用中心积叠或前缘圆心积叠。
作为本发明的一优选实施例，叶片弯曲设计参数：相对叶高C1为0.25，C2为0.35，C3为0.75，C1为0.85，与展向的夹角角度A1为-12°，角度A2为20°，角度A3为-15°。
作为本发明的一优选实施例，叶片型线部分的高度H1为170mm，叶片型线部分的根部周向宽度B1为40mm，叶片型线部分的顶部周向宽度B2为45mm。整圈共66只叶片形成叶栅。
叶片型线部分从根部至顶部的截面几何数据为：型线部分的高度为170mm，周向宽度B为40～45mm，弦长b为59.476～68.322mm，几何出汽角为11.786°～12.563°，安装角为43.931°～42.803°，叶型截面积为5.014～6.618cm2，最大厚度O为7.261～8.479mm，出汽边厚度δ为0.390～0.450mm。
作为本发明的一优选实施例，叶片根部、中部和顶部均为收缩型通道叶栅。
综上，静叶片形成收缩通道，保证较高的级性能。在排汽压力较低的工况条件下不仅具有较高的级效率，也能够降低水蚀危险性，适用于凝汽式工业汽轮机，尤其适合于排汽压力较低(5kPa)的工况条件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种能够降低水蚀危险性的弯叶片，所述弯叶片包括叶顶围带、叶片和叶根，其特征在于，所述弯叶片从叶根至叶顶围带的部分沿周向方向呈S型弯曲，且所述弯叶片的呈S型弯曲部分的表面轮廓平滑过渡，不存在锐角和突变。
2.根据权利要求1所述的弯叶片，其特征在于，所述叶片以尾缘圆心积迭、中心积叠或前缘圆心积叠而成。
3.根据权利要求1所述的弯叶片，其特征在于，所述弯叶片的叶片根部、中部和顶部均形成收缩型通道叶栅。
4.根据权利要求1所述的弯叶片，其特征在于，所述叶片型线为变截面扭转状，沿叶片高度由根部至顶部截面积逐渐增大，相邻两截面之间有扭转。
5.根据权利要求1所述的弯叶片，其特征在于，所述S型弯曲部分的参数如下：
所述S型弯曲部分的相对叶高分别为C1：15％-30％；C2：30％-50％；C3：50％-80％；C4：80％-90％，与展向的夹角分别为A1：-15°～-10°；A2：15°～25°；A3：-20°～-10°。
6.根据权利要求5所述的弯叶片，其特征在于，叶片型线部分从根部至顶部的截面几何数据为：型线部分的高度为170mm，周向宽度B为40～45mm，弦长b为59.476～68.322mm，几何出汽角为11.786°～12.563°，安装角为43.931°～42.803°，叶型截面积为5.014～6.618cm2，最大厚度O为7.261～8.479mm，出汽边厚度δ为0.390～0.450mm。
7.根据权利要求5所述的弯叶片，其特征在于，所述S型弯曲部分的参数如下：相对叶高C1为0.25，C2为0.35，C3为0.75，C4为0.85，与展向的夹角角度A1为-12°，角度A2为20°，角度A3为-15°。
8.根据权利要求7所述的弯叶片，其特征在于，所述叶片型线部分的高度H1为170mm，叶片型线部分的根部周向宽度B1为40mm，叶片型线部分的顶部周向宽度B2为45mm。
9.一种工业汽轮机叶栅，所述工业汽轮机叶栅整圈采用40～80只如权利要求1至8任意一项所述的能够降低水蚀危险性的弯叶片形成。
10.一种凝汽式工业汽轮机，所述凝汽式工业汽轮机为排汽压力为4～5kPa工况条件的低压工业汽轮机，其特征在于，所述凝汽式工业汽轮机中采用如权利要求1至8任意一项所述的能够降低水蚀危险性的弯叶片。
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