拖风机汽轮机叶片设计要点.pdf

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1、拖风机汽轮机叶片设计要点洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司(河南471003)孑L祥明洛阳中重发电设备有限责任公司(河南471003)王宏波王家全罗伟【摘要】针对拖风机汽轮机的工作特点，分析了不调频叶片的设计要点是如何最大限度地降低叶片汽流弯应力，从四个方面着手，详细介绍了将叶片汽流弯应力降到最低，且效果最明显的几种方法。【关键词】变转速不调频汽流弯应力一、刖舌汽轮机拖动鼓风机、压缩机时，是根据风机的风量要求自动调整进汽量，从而改变转速的。因为风机为变转速调节，负荷变化幅度大，所以拖风机汽轮机转速变化范围很广。目前在电站汽轮机叶片设计中，主要是通过叶片调频和限制汽流弯应力的

2、方法来减小叶片动应力。由于拖风机汽轮机转速变化的特点，使用调频的方法，通过改变叶片固有频率，使其调开共振区是不可能的。这种情况下，必须设计为不调频叶片，对于这种叶片，频率特性是次要的，其设计要点是如何最大限度地降低叶片汽流弯应力，使得动应力达到最低值。这可从以下几个方面进行。二、叶片截面的几何特性拖动风机汽轮机一般功率较小，均为小型汽轮机，常用到的叶片都是直叶片和短的变截面叶片。直叶片各截面叶型相同，面积大小一样，各截面重心在一条直线上；短的变截面叶片，由于根部截面面积与顶部截面面积之比值不大，各截面的重心很接近于一条直线，所以在各部分设计时可作为同一类进行。三、增大叶片汽道部

3、分宽度通常不调频叶片限制汽流弯应力盯值，在部分进汽级进、出汽边和背弧的盯iJ

4、!Ⅲ和口背<2．5MPa；在全周进汽级矿进}I{和盯背<5MPa即可。根据汽流在叶片型面上的载荷分布规律，最大弯应力出现在根部截面，而且对于直叶片和短的变截面叶片盯进出>盯背，所以只校核根部截面上的盯进出就够了。如果盯进、}}{太大，可以增加叶片的宽度，使叶片的截面积和主惯性矩得到相应的增大，从而使弯曲应力下降。四、采取减振措施，增加振动阻尼增大叶根与轮缘连接处的阻尼和围带与叶片连接处的阻尼，可以减小叶片汽流弯应力。设计时分别从以下两个方面着手。1)增大叶根尺寸和改变叶根结构来增加装配强度，同时增加叶

5、轮轮缘宽度，以降低轮缘截面的应力。在离心力较小的窄、短叶片上通常采用倒“T”型叶根，在离心力较大的中等长度叶片上则采用“B”型叶根，既可以减小轮缘应力，同时减小了转子轴向尺寸。2)通过增加围带将叶片联成组，叶片和围带为一GM通用栅械窄囔2015年第5期、、Ⅵw．e嘶x“)m茸龟毋M槲G协藏坩规肌用m通∞力雹整体，围带的存在会引起反弯矩，可以抵消一部分蒸汽弯矩。围带有多种形式，小型汽轮机上常见的有以下两种：一种是全接触的围带结构(如图1所示)，相邻围带之间需要装配牢固、贴合紧密。另一种是部分接触的围带结构(如图2所示)，围带间只有表面为接触面，其余均有间隙，这种结构既有成组作用又

6、有摩擦减振作用。为了提高接触面的耐磨性，表面应进行硬化处理。应该指出，增加围带结构的方式效果不太明显，在弯应力较大时，还是要调整叶型，增大叶片宽度，效果才会更好。图1全接触围带结构图2部分接触围带结构五、改变叶片的安装径向基准面是通过叶轮中心并垂直于叶轮平面以及垂直于叶片横截面的一个平面。改变径向基准面(即安装位置)，使叶片沿切线方向顺着旋转方向倾斜某一角度，通常的结构如图3、图4所示，径向基准面取在节根向=蟹线1裂／／／‘

7、线的左侧，即靠近内弧一侧，叶根设计成对称的。这样离心力引起的偏心弯矩方向和叶片旋转方向相反，可抵消一部分汽流弯应力，以使叶片各截面受力减小并均匀。这一抵消作用的效果与叶片径向基准面选取的位置有关，径向基准面偏离重心越远，即径向基准面与叶片重心线间的夹角越大，抵消作用就越大。在设计中，必须通过安装计算，才能确定径向基准面的合适位置。另外，对于等截面直叶片还要注意，这类叶片根部截面应力较小，并且一般都用在高压级，所以设计的关键点是在不影响叶片安全的条件下，尽量减小叶片出汽边伸出内外围带的长度，以防止漏汽损失过大。根径向基准面向问广线“／／÷翁／线／内／弧／／：出圆截面／7期／蓼叶j

8、／／离部截面／缪＼根图4对称叶根变截面叶片六、结语拖风机汽轮机必须采用不调频叶片，而对于不调频叶片的设计，在工作特性确定之后，通过详细的计算，确定叶片各部分合理的结构，将汽流弯应力降到最低，这些都是最重要且效果最明显的方法。具体设计过程中，要综合各种条件，多次反复计算，修改参数，使得叶片汽流弯应力达到最小，除此之外还要进行常规强度校核或使用三维分析软件进行叶片应力分析，设计出合适的叶片，才能满足汽轮机的各种工况要求。GM(收稿日期：2015／0I／05)耱规用川通砌力砒雹饥熙