[发明专利]用于减小减少负载振动的末级叶片设计

说明书

技术领域

本发明大体上涉及涡轮，且更具体地，涉及蒸汽涡轮的末级叶片。

背景技术

蒸汽涡轮的末级叶片或“动叶”(LSB)设计有与平板相似的末端(tip)区段。末端区段的定向根据转速与半径比与切线方向或多或少闭合地对齐，以与在外部细流径向位置处的流动方向匹配。末端区段的精确定向通过在设计点或其附近的流动分析来确定。但是，蒸汽涡轮需要相对于设计点以很低的流量和高排放压力来运转，以分别适应负载要求和大气条件。这导致在动叶末端处的流动方向和速度的显著偏差，从而引起流致振动(FIV)，一旦负倾角的阈值被超过，流致振动便可能损坏和限制操作灵活性。

图2以流速矢量示出了在末端处的典型蒸汽涡轮末级几何形状，且图3示出了从末端径向向内观察的末级叶片区段的更详细的视图。在与轻负载和/或高排放压力相关的蒸汽涡轮减少负载(turndown)条件下，在叶片或动叶末端处的流动在量级和方向两者上都明显偏离设计点。当方向从设计最佳进入角朝与叶片旋转相对的切向方向改变时，该量级增大并在无流动的极限内达到叶轮速度矢量W的量级。如果减少负载明显，则定义为最佳进入角与实际流动方向之差的流动倾角可以超过15度并引起与翼形凹侧或压力侧流动分离和失速相关的提高的FIV。

图4是叶片或动叶末端流动倾角与出口环形空间中的平均流速(Van)的关系的曲线图。该曲线图表明，在约15度的倾角下，若结构阻尼低，则FIV、颤振、或更具体而言失速颤振开始。失速颤振可以引起叶片的短期失效。用于避免可能发生失速颤振的减少负载状况的操作指南是行业的标准惯例。一定程度上更温和的FIV行为、也称为“随机共振响应”的振动可以以相同的倾角阈值发生并已与在较长的操作时段的叶片失效和/或叶片连接失效相关。

希望使在减少负载条件下的FIV最小化，其可以通过对半径比和速度的适用范围修改末端设计来实现。

发明内容

一种涡轮动叶包括具有翼形形状的截面的动叶翼形。该动叶从根端至末端扭转。扭转程度限定末端相对于切向方向在10-15°的范围内的累积角偏离，由此相对于切向方向将过量负倾角减小15-20°。

在另一示例性实施例中，一种涡轮包括转子、随转子旋转的可旋转轴、以及与可旋转轴和转子联接的涡轮。该涡轮包括多个轴向地隔开的转子叶轮。多个动叶与各转子叶轮联接，其中各动叶具有翼形形状的截面。末级动叶从根端至末端扭转，并且扭转程度限定末端相对于切向方向在10-15°的范围内的累积角偏离，由此相对于切向方向将过量负倾角减小15-20°。

在又一示例性实施例中，一种减小在末级涡轮动叶中的流致振动的方法包括以下步骤：使涡轮动叶以限定末端相对于切向方向在10-15°的范围内的累积角偏离的程度扭转，由此相对于切向方向将过量负倾角减小15-20°。

附图说明

图1是冷凝蒸汽涡轮的低压区段、即具有低于大气压的排放压力的蒸汽涡轮区段的局部剖切透视图；

图2示出了在末端处的典型蒸汽涡轮末级几何形状，指出了设计和偏离设计的动叶末端进入速度；

图3示出了从末端径向向内观察的末级叶片区段的详图；

图4是叶片末端流动倾角与出口环形空间中的平均流速之间的关系的曲线图；以及

图5和图6将末级动叶现有技术设计(图5)与所述的实施例的末级动叶设计(图6)进行了比较。

部件列表

10 低压(LP)蒸汽涡轮段

12 转子

14 轴

16 末级动叶(LSB)排

18 转子叶轮

20 动叶

22 静止喷嘴

24 蒸汽

26 入口

201 根端

202 末端。

具体实施方式

图1是包括转子12和末级动叶(LSB)排16的低压(LP)蒸汽涡轮区段10的局部剖切透视图，该转子12包括轴14。LP涡轮10包括多个轴向隔开的转子叶轮18。多个动叶20机械地联接到各转子叶轮18上。更具体而言，动叶20以围绕各转子叶轮18周向延伸的排布置。多个静止喷嘴22围绕转子12周向延伸并且轴向定位在动叶20的相邻排之间。喷嘴22与动叶20协作以形成涡轮级并限定通过涡轮10的蒸汽流动路径的一部分。