[发明专利]一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法

说明书

一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法，它涉及汽轮机叶片技术领域。本发明为解决现有汽轮机低压末几级长叶片流动损失的问题。方法包括：确定叶片设计基础及积叠规律：叶片设计基础为直叶片，无弯扭掠结构，积叠规律是沿出汽圆圆心积叠；基于基础直叶片和积叠规律，对叶片进行加弯、加掠、加扭，获得弯扭掠结构静叶片；确定初始积叠线，并结合典型截面叶片型线获得静叶片几何实体；将获得的几何实体导入叶片三维仿真计算及优化平台，进一步进行叶片气动计算和叶片强度计算；根据计算结果得出最优积叠线，最终各个典型截面沿最优积叠线进行积叠，获得弯扭掠叶片。本发明用于汽轮机静叶片设计。

技术领域

本发明涉及汽轮机叶片技术领域，具体涉及一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法。

背景技术

汽轮机作为火力发电厂中的三大主力设备之一，它的气动性能直接关系到发电成本和发电效率，对国民经济有着重大影响。然而，汽轮机低压长叶片在设计过程中，由于叶片径向长度长、扩张角度大、蒸汽湿度大等问题，使叶片工作过程中存在工质超音速，端部二次流损失大、流动径向变化剧烈、动静叶片流动匹配性差等问题，严重影响低压末级叶片气动效率。考虑到动叶片强度、振动等安全性问题，叶片设计通常首先进行动叶片设计，而后进行静叶片设计。如此，为了解决长叶片气动损失问题，需要基于叶片气动设计理论，设计出与动叶片匹配良好的静叶片，一方面控制静叶自身气动损失，另一方面匹配动叶流动，减小动叶气动损失。本发明针对上述叶片设计问题，提出了一种扭弯掠结构静叶片的设计方法，可用于指导汽轮机叶片设计者明确静叶片设计方向和设计准则。

发明内容

本发明为解决现有汽轮机低压末几级长叶片流动损失的问题，进而提出一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种用于汽轮机的扭弯掠结构静叶片设计方法包括如下步骤：

步骤一：确定叶片设计基础及积叠规律：叶片设计基础为直叶片，无弯扭掠结构，积叠规律是沿出汽圆圆心积叠，基础直叶片的结构参数包括叶片总高度为L，叶片工作部分的顶部轴向宽度为V，叶片根部直径为叶片工作部分排汽面积为A；

步骤二：基于基础直叶片和积叠规律，对叶片进行加弯、加掠、加扭，获得弯扭掠结构静叶片；

步骤三：确定初始积叠线，并结合典型截面叶片型线获得静叶片几何实体；

步骤四：将获得的几何实体导入叶片三维仿真计算及优化平台，进一步进行叶片气动计算和叶片强度计算；

步骤五：根据计算结果得出最优积叠线，最终各个典型截面沿最优积叠线进行积叠，获得弯扭掠叶片。

进一步地，所述步骤二中，叶片加弯包括加弯方向、加弯高度和加弯角度的参数确定，其中加弯方向采用正弯，加弯区域位于叶片根部，加弯高度为叶片总高度L的10％～15％，加弯角度为与垂直方向之间的夹角，控制在10°～45°之间。

进一步地，所述步骤二中，叶片加掠包括加掠方向、加掠高度和加掠角度的参数确定，其中加掠方向为轴向，采用进汽边向出汽边掠，加掠区域在叶片顶部，加掠过程相邻两截面形状完全相同，仅轴向位置发生变化，加掠高度小于等于叶片工作部分高度的10％，加掠角度为与垂直方向之间的夹角，控制在20°～40°之间。

进一步地，所述步骤二中，叶片加扭包括扭转截面和扭转角的参数确定，扭转截面是发生相对扭转的截面，除顶部加掠部分外，其余截面均存在扭转，且根据叶片的高度，每隔10％叶片高度取一个典型截面，进行相对扭转，扭转角是叶片典型截面的安装角度沿垂直方向进行扭转而发生改变，扭转角根据进口气流角沿叶高方向变化来确定，以匹配气流流动方向。