大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106446324A(43)申请公布日2017.02.22(21)申请号201610575881.9(22)申请日2016.07.19(71)申请人杭州汽轮机股份有限公司地址310022浙江省杭州市下城区石桥路357号(72)发明人隋永枫初鹏辛小鹏张伟许运宾(74)专利代理机构杭州斯可睿专利事务所有限公司33241代理人周豪靖(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)F01D5/14(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法(57)摘要本发明的目的在于提供一种大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法，用于解决现有扭叶片造型技术中不同叶高截面叶型匹配时叶型型线容易畸变、叶片造型优化表面不易光顺的问题。实际实现了一种半参数化叶片设计的方法，可以通过调整叶片扭曲因子实现叶片中弧线分布规律变化，直观可靠，当对叶片进行进一步改进优化时，可直接调整指定截面中弧线形状，简单快速地达到需求效果。CN106446324ACN106446324A权利要求书1/1页1.一种大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法，其特征在于包括以下步骤：1)使用一维快速热力设计，实现各级初步焓将分配，确定各级平均半径位置叶型进、出口气流角，初步得到子午面图；2)选定扭转因子，根据末级子午流面及平均半径位置叶型参数，应用基于流线曲率的S2方法确定末级叶片沿叶高叶型截面进口气流角分布规律；3)将叶片沿叶高方向分为N个截面，根据工业汽轮机末级叶片设计规律，选定叶根截面和叶顶截面中弧线弦长，根据进口汽流角，使用样条曲线构造出沿叶高各截面叶型中弧线；4)根据沿叶高各截面中弧线和进口气流角，考虑到强度、振动要求，确定厚度分布规律，在厚度分布曲线数据库中查取合适的厚度分布曲线；5)根据厚度分布规律，使用样条曲线拟合截面叶型背弧和内弧，叶型前缘和尾缘使用小圆代替，背弧、内弧与小圆相切；6)根据各截面叶型型线，使用曲面样条生成叶片曲面；7)选定叶根、拉筋凸台和围带形式，完成三维叶片结构设计。2.根据权利要求1所述的大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法，其特征在于：所述步骤3)中沿叶高叶型截面的数目为11～19个。3.根据权利要求1所述的大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法，其特征在于：所述步骤3)中为满足叶片的强度和叶片根部弦长在120mm～160mm范围内，叶片顶部弦长在60～90mm范围内。4.根据权利要求1所述的大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法，其特征在于：所述步骤4)中厚度分布曲线选择需保证叶片根部截面面积在1800mm2～2200mm2范围内，叶片顶部截面面积在300mm2～500mm2范围内。5.根据权利要求1所述的大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法，其特征在于：所述步骤5)中背弧、内弧的样条曲线控制点P的数目为5～10个。6.根据权利要求1所述的大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法，其特征在于：所述的样条曲线为Bezier曲线。2CN106446324A说明书1/4页大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种大型工业汽轮机末级扭叶片，特别是一种大型工业汽轮机末级扭叶片设计方法。背景技术[0002]为提高火力发电站热效率，电站给水泵采用汽轮机拖动来降低能耗。近年来，在“节能减排”背景下超临界及超超临界燃煤发电机组相继投产，相应的驱动给水泵汽轮机也呈现大型化趋势，而我国在大型电站驱动给水泵用工业汽轮机多为外国进口，引进设备成本高，对国家能源、经济安全也是隐患。[0003]叶片是汽轮机的核心，大型电站驱动给水泵用工业汽轮机末级扭叶片长、转速高且变化范围大、容积流量大、负荷大、在湿蒸汽区运行，叶片离心力大、振动特性复杂，同时需要保证叶片有高的效率。低压级叶片核心技术长期为发达国家垄断，急需开发具有自主知识产权的大型电站驱动给水泵用工业汽轮机叶片，实现我国大型电站驱动给水泵用工业汽轮机国产化。[0004]在汽轮机叶片设计中，通常的方法是预先建立标准叶型库，应用时在标准叶型库中选用型线，标准叶型库中的型线一般是按照进汽角等关键参数分类归档的，每档有一个标准叶型，一般标准型线是不连续的，因此不能保证叶型与气流角要求完全一致，不能避免攻角损失。目前还有一种较为流行的完全参数化叶片设计，使用关键参数(进出汽角、安装角、弦长等)和样条叶型型线，控制截面叶型，再给定积叠规律实现叶片三维造型，该方法可以快速实现直叶片或扭转较小叶片的造型和优化，但对于扭转较大的末级叶片，使用该方法实现不同叶高截面叶型匹配和改进优化时，容易出现叶型型线畸变和叶片表面不能光顺的问题。发明内容[0005]鉴于以上所述的现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种大型工业汽轮机末级