全转速汽轮机末级动叶片
技术领域
本实用新型涉及汽轮机叶片，具体涉及一种超长的末级动叶片。
背景技术
随着火电汽轮机容量的增大，为了保证汽轮机排气，则需要汽轮机配备有更多的低压缸，但是这样不仅降低了机组的单机容量，并且也让汽轮机的占地面积变得更大。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服火电汽轮机容量的增大需配备有更多的低压缸的问题，提供了一种全转速汽轮机末级动叶片。
本实用新型的全转速汽轮机末级动叶片，包括叶片工作部分、叶根、围带和激光处理区；叶根、叶片工作部分、围带和由下至上模锻为一体，叶片工作部分的型线为变截面扭叶片，且叶片工作部分从根部至顶部的截面面积逐渐减小；激光处理区位于叶片工作部分上部的进汽侧；
所述末级动叶片为钛合金叶片；
所述叶片工作部分的高度为1450mm，叶片工作部分的根部轴向宽度为448.552mm，叶片工作部分的根部直径为2100mm，叶片工作部分的排汽面积为16.171m2；
所述叶片工作部分的根部轴向宽度至顶部轴向宽度的变化范围为448.552mm～72.716mm、弦长的变化范围为463.874mm～316.509mm、安装角的变化范围为75.403°～23.872°、型线最大厚度的变化范围为48.777mm～9.801mm、进口角的变化范围为52.483°～167.349°，出口角的变化范围为31.575°～20.430°；
所述叶根为四齿枞树型叶根，叶根的轴向宽度为575mm；
所述围带的厚度为20mm，围带工作面轴向距离为109.592mm。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供了一个介于1400～1500mm的超长全速动叶片，具有更大的排汽面积，可以保证660MW超临界汽轮机仅采用两个排汽口、1300MW超超临界汽轮机仅采用四个排汽口，能够有效提高机组的单机容量，从而能够使汽轮机组在原有的基础上减少低压缸数量。
并且，本实用新型采用流体动力和结构强度综合优化，解决了气动/结构一体化设计优化问题，使1450mm叶片的流动效率和强度振动特性都达到了更优；并且，采用先进的全三维气动设计方法及有限元分析方法设计并进行必要的试验研究，使用钛合金制成的叶片在技术水平上达到与当今世界上全速汽轮机主流钢制长叶片相当的程度。本实用新型目前为国际上最长的全速末级动叶片，不仅提高我国超超临界机组的竞争力，同时为开发更大功率的机组提供了可能性。
附图说明
图1为本实用新型的全转速汽轮机末级动叶片的主视结构示意图；
图2为围带的俯视结构示意图；
图3为叶片工作部分各个截面的断层叠合结构示意图；
图4为凸台拉筋的俯视结构示意图及凸台拉筋的横截面示意图；
图5为叶片工作部分其中一个截面的结构示意图；
图6为图5中Ⅰ部分的局部放大结构示意图；
图7为图5中Ⅱ部分的局部放大结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式的全转速汽轮机末级动叶片，包括叶片工作部分1、叶根2、围带3和激光处理区4；叶根2、叶片工作部分1、围带3和由下至上模锻为一体，叶片工作部分1的型线为变截面扭叶片，且叶片工作部分1从根部至顶部的截面面积逐渐减小；激光处理区4位于叶片工作部分1上部的进汽侧；
末级动叶片为钛合金叶片；
叶片工作部分1的高度L为1450mm，叶片工作部分1的根部轴向宽度V为448.552mm，叶片工作部分1的根部直径为2100mm，叶片工作部分1的排汽面积为16.171m2；
叶片工作部分1的根部轴向宽度V至顶部轴向宽度V1的变化范围为448.552mm～72.716mm、弦长b的变化范围为463.874mm～316.509mm、安装角βy的变化范围为75.403°～23.872°、型线最大厚度T的变化范围为48.777mm～9.801mm、进口角α的变化范围为52.483°～167.349°，出口角θ的变化范围为31.575°～20.430°；
叶根2为四齿枞树型叶根，叶根2的轴向宽度W为575mm；
围带3的厚度h为20mm，围带3工作面轴向距离B1为109.592mm。
具体地，采用上述结构参数，在保证叶片的外形结构尺寸满足设计要求的同时，还可使叶片容易装配。
并且，末级动叶片尺寸决定了汽轮机低压缸的数量，增加末级叶片的长度除了可以显著提高机组效率外，还可以减少低压缸数量，进而降低火电厂的建设成本。
本实施例中，叶片工作部分1的型线为变截面扭叶片，即相邻两截面间有相对扭转，叶片工作部分1从根部至顶部的截面面积逐渐减小。
叶片工作部分1上部的进汽侧设有激光处理区4，激光处理区4用于防止水蚀，激光处理区4的原理为固溶强化，即溶质原子溶入基体金属中提高其变形抗力，用高能激光束，控制材料中的金属化合物的溶解与析出，改变其分布状态，达到强化的目的，而且经过激光强化的叶片无需再镶焊硬质合金。
叶片工作部分1的顶部为自带冠阻尼的围带3；整个动叶片松装配(松装配就是相邻动叶片的围带和围带、拉筋和拉筋之间不接触)，运行时通过扭转恢复，相邻动叶片的围带和围带接触、拉筋和拉筋接触，使动叶片形成整圈连接。
本实施方式的末级动叶片，采用自带围带3结构，装配方便，通过预扭装配使动叶片形成整圈连接，通过增减围带3质量可使节径数较高频率增加或减少，有利于调频，运行安全可靠。
末级动叶片为钛合金叶片，可以选用TC4钛合金进行模锻制造，并且钛合金制成的动叶片具有如下优点：
(1)钛合金的密度约为钢的一半，这就使得在相同离心力的条件下，采用钛合金可以制造更大的末级叶片，从而提高末级叶片的环形面积，提高机组的效率；
(2)钛合金具有很高的强度，由于钛合金的密度和弹性模量均为钢的一半，因此钛合金的自然振动频率和波形与钢非常接近；
(3)钛合金具有很好的抗腐蚀性能，更加能够满足低压汽轮机干/湿蒸汽过渡区工况条件的应用要求；
(4)钛合金还具有良好的抗冲击和耐水刷性能，在很多情况下，可以不进行防水刷防护。
具体实施方式二：本实施方式二是对实施方式一的进一步说明，本实施方式中，如图3、图5～图7所示，叶片工作部分1由根部至顶部的高度L分别在0mm、243.106mm、418.923mm、566.999mm、702.275mm、830.583mm、952.361mm、1189.067mm和1450mm处
所对应的叶片工作部分1的轴向宽度依次分别为：448.552mm、334.653mm、243.289mm、163.004mm、122.231mm、98.229mm、83.093mm、70.085mm和72.716mm，
所对应的弦长b依次分别为：463.874mm、366.1837mm、308.008mm、279.133mm、274.822mm、276.829mm、281.945mm、296.763mm和316.509mm，
所对应的安装角βy依次分别为：75.403°、66.387°、52.431°、35.892°、28.102°、25.947°、24.073°、22.086°和23.872°，
所对应的型线最大厚度T依次分别为：48.777mm、48.713mm、50.284mm、47.917mm、37.767mm、27.254mm、18.975mm、11.775mm和9.801mm，
所对应的进口角α依次分别为：52.483°、68.259°、99.232°、112.661°、142.649°、145.830°、151.441°、158.038°和167.349°，
所对应的出口角θ依次分别为：31.575°、30.022°、27.206°、24.491°、23.012°、21.3757°、19.735°、18.431°和20.430°。
具体地，本实施方式的全转速汽轮机末级动叶片目前为国际上最长的全速末级动叶片，采用先进的全三维气动设计方法及有限元分析方法设计并进行必要的试验研究，在技术水平上达到与当今世界上全速汽轮机主流钢制长叶片相当的程度。
如图3所示，将叶片工作部分1由根部至顶部分割为如表一中的T-T、R-R、N-N、L-L、J-J、G-G、E-E、C-C和A-A九个截面，每个截面均有其对应的参数，该参数包括高度L、叶片工作部分1的轴向宽度、弦长b、安装角βy、型线最大厚度T、进口角α和出口角θ。
图3中，横向箭头方向为轴向方向，竖向箭头方向为切向方向。
根据上述九个截面参数，采用现有数学建模方法，如NURBS曲面矩阵和插补法，进行建模拟合即可生产制造该动叶片。
具体实施方式三：本实施方式三是对实施方式二的进一步说明，本实施方式中，如图3、图5～图7叶片工作部分1由根部至顶部的高度L分别在121.624mm、331.157mm、492.885mm、634.561mm、766.512mm、891.472mm、1071.217mm和1308.077mm处
所对应的叶片工作部分1的轴向宽度依次分别为：393.572mm、291.317mm、204.055mm、140.090mm、109.000mm、89.872mm、73.727mm和71.275mm，
所对应的弦长b依次分别为：415.578mm、332.254mm、293.058mm、275.954mm、275.214mm、279.128mm、288.598mm和305.718mm，
所对应的安装角βy依次分别为：71.593°、61.576°、44.354°、31.170°、26.749°、25.091°、22.574°和22.832°，
所对应的型线最大厚度T依次分别为：48.334mm、49.371mm、50.106mm、43.586mm、32.382mm、22.734mm、14.199mm和10.404mm，
所对应的进口角α依次分别为：66.377°、69.156°、104.272°、127.537°、141.577°、148.262°、155.187°和161.323°，
所对应的出口角θ依次分别为：31.963°、28.599°、25.770°、23.758°、22.204°、20.566°、18.602°和19.321°。
具体地，如图3所示，将叶片工作部分1根据表一由根部至顶部对实施方式二中的九层截面再穿插分割有S-S、P-P、M-M、K-K、H-H、F-F、D-D和B-B八层截面，共十七层截面，按字母倒序由叶片工作部分1的根部至顶部排列，增加制造精度。
表一各截面参数对照表
低压排汽缸数量主要由低压末级叶片排汽面积决定。增大末级叶片排汽面积，可以有效减少低压缸数量。以660MW超临界机组为例，以往应用900mm叶片，排汽面积为7.35m2，需要两个低压缸四排汽。1450mm叶片排汽面积为16.2m2，如果应用1450mm叶片，可以由四排汽降至两排汽，即减少一个低压缸，大幅度降低制造厂制造成本和用户的基建投资。
随着叶片高度的增加，低压末级的载荷系数、流量系数和反动度沿径向剧烈变化，叶片从根部接近冲动式的叶型迅速过渡到叶顶的反动式叶型。低压末级叶片流道内，经常出现跨音速甚至超音速流动，气动设计难度剧增。另外，叶片变长，需要避开的危险频率增加，安全频率带由宽变窄。要让其振动频率准确地落在安全区，需要精心调配叶片截面面积沿叶高的分布以及叶片的刚度。离心力大幅增长，超过传统钢制叶片的强度极限，需要考虑并解决钛合金叶片的加工制造等方面可能存在的问题。
具体实施方式四：本实施方式四是对实施方式一的进一步说明，本实施方式中，如图1所示，叶根2的总高度K为123.918mm。
具体地，根据动叶片的长度，总高度K使得动叶片能够牢固地装入轮缘，装配稳定、安全可靠。在装配整个末级动叶片时，叶根2处应当装入锁紧片避免动叶片轴向蹿动。
具体实施方式五：本实施方式五是对实施方式一的进一步说明，本实施方式中，如图1和图4所示，末级动叶片还包括凸台拉筋5；
凸台拉筋5位于叶片工作部分1的中部，且凸台拉筋5的横截面为椭圆形。
具体实施方式六：本实施方式六是对实施方式一的进一步说明，本实施方式中，如图4所示，凸台拉筋5的长轴f为40mm、短轴t为20mm。
