1017mm末級葉片的設計

鄒建偉， 趙俊明

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

1017mm末級葉片的設計

鄒建偉， 趙俊明

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

1017mm葉片是HTC為巴西卡迪奧塔火電廠設計的350MW汽輪機末級的專用葉片。文中主要從氣動、強度振動性能介紹了1017mm末級長葉片的設計特點和工作性能，表明1017mm末級長葉片具有良好的氣動性能和振動性能，是安全、高效、性能良好的末級長葉片。

末級葉片；氣動設計

0 引言

國內電力市場逐漸趨于飽和狀態，現在各個汽輪機生產廠家逐漸由國內市場轉向國外市場。在這大環境下，哈汽公司承接了巴西卡迪奧塔火電廠二期擴建的350MW汽輪機項目。巴西卡迪奧塔火電廠的350MW機組是哈汽首臺350MW-3 600 r/min出口機組，此機組的設計是全新的，特別是葉片的設計難度很大。60 Hz的運行頻率使葉片的離心應力大幅度增加，這給葉片的安全性設計帶來了嚴格的要求。特別是末級葉片的設計難度更大，不僅要保證葉片的安全性，還要考慮葉片的高效性。

1 葉片成型

圖1 1017mm末級葉片實體

1017mm末級葉片（如圖1所示）是以1 200 mm末級長葉片為母型進行優化設計的。由于工作轉速在3 600 r/min，其葉片離心力的大幅度增加，葉片的強度成為葉片設計的難點，為保證葉片的高效性和安全性，動葉設計成自帶圍帶、樅樹型斜葉根、凸臺拉筋結構的扭葉片。

1.1 葉片氣動設計

1017mm末級葉片是依據HTC長葉片設計體系進行設計，該體系經過大量機組長期運行的驗證，具有良好的氣動性能和安全可靠的特點。

靜葉采用先進的馬蹄形后加載葉型，并進行彎扭聯合設計，動葉片采用跨音速葉型，并且沿葉片高度進行扭轉，這樣設計可以改善氣動參數沿葉片高度的分布情況，減小徑向和端部二次流損失。

圖2 S2流面馬赫數分布

從圖2子午面馬赫數分布圖可以看出，靜葉片馬赫數為C型分布，這樣絕大部分高速汽流在主流動內流動，上下端壁的低速汽流少，減少了端部損失，流場流線分布合理，汽流無分離。為保證機組在變工況下安全高效運行，在設計時將末級根部反動度提高，機組在低負荷運行時，葉片根部不會有倒流現象發生，保證了機組在低負荷運行時的安全性。

1.2 反動度的控制

圖3 反動度沿葉高分布

機組在變工況運行時，特別是在低負荷工況運行時，反動度對末級的影響很大。當機組變工況下運行時，根部反動度可能出現負值，這樣的情況下，動葉根部的高速汽流將擠向頂部區域，動葉根部區域有脫流、倒流現象發生，甚至會發生顫振［1］，對機組安全性造成影響。因此，葉片根部設計成根部為26%左右，有利于葉片的變工況性能。葉片的反動度沿葉高分布見圖3。

2 葉片結構、強度、振動設計

1017mm末級葉片動葉片設計采用先進的結構形式：葉片頂部采用翼型圍帶、葉片中部有凸臺拉筋結構，葉片在工作時高速旋轉，葉片形成整圈連接，增加了葉片的強度、振動性能，并且相鄰葉片的圍帶和凸臺拉筋通過摩擦阻力，有效地降低葉片的動應力。通過調整葉片的圍帶厚度進行動調頻，確保機組在運行時，葉片頻率在安全范圍內。

1017mm末級葉片采用新型的高強度樅樹型葉根。并且將葉根設計成與轉子中心呈一定角度，這樣可以把葉片根部截面包住，同時在裝配時避免與相鄰葉片的圍帶和凸臺拉筋發生干涉。

采用斜葉根既能保證將葉片根部型線包絡住，又避免在裝配時相鄰葉片之間的凸臺拉筋和圍帶發生干涉。

1017mm末級葉片在相對葉高0.62處加一道凸臺拉筋，拉筋采用橢圓錐型結構；葉片頂部圍帶是以葉片頂部型線為基礎的翼型圍帶。葉片在非工作狀態下是相互獨立的，當達到一定轉速時，葉片圍帶及凸臺拉筋緊密貼合形成一圈，大大降低了葉片的動應力和有效防止了顫振的發生，增加了葉片的安全性［2］。

葉片在工作時，不斷受汽流力作用，使葉片產生振動，特別是當激振力頻率跟葉片頻率相同而產生共振，而使葉片疲勞斷裂。為了保證葉片的安全性，1017mm末級動葉片進行了強度振動分析，由圖4可以看出，1017mm末級葉片在3 420～3 780 r/min轉速范圍內無三重共振點，葉片的工作頻率是安全的。

圖4 1017mm末級葉片坎貝爾圖

3 低壓末級葉片防侵蝕措施［3］

為了降低葉片被高速的濕蒸汽侵蝕，末級葉片在設計時采取了如下一些去濕和防侵蝕設計措施：

1）在低壓末級靜葉片內弧表面開出專用的去濕槽把流道表面的水膜中的水分導走。末級靜葉去濕槽S1流面及三維流動見圖5。

圖5 去濕槽流場分布圖

2）末級動葉片鑲嵌司太立合金片，并且直通到圍帶頂部，這樣可以將高速的濕蒸汽形成的小水滴通過圍帶甩出去，有效地保護末級動葉片。

4 結語

通過對350MW汽輪機末級1017mm葉片的氣動設計，使動、靜葉匹配合理，降低了動、靜葉片的葉型損失，使1017mm葉片具有高效性；合理的反動度設計，使1017mm葉片具有良好的變工況性能；樅樹形斜葉根、自帶圍帶、凸臺拉筋結構的設計，降低了葉片的動應力，確保葉片的長期安全運行；末級葉片防侵蝕措施保證了末級葉片的安全，同時降低了濕氣損失。

［1］ 周英.600MW等級二缸空冷汽輪機長葉片開發［J］.熱力透平，2007（1）：41-44.

［2］ 趙俊明.空氣汽輪機末級680 mm葉片的開發［J］.汽輪機技術，2007（5）：338-342.

［3］ 鄒建偉.巴西350MW機組通流優化設計［J］.機械工程師，2013（9）：191-192.

（編輯：立 明）

TK 26

B

1002－2333（2014）04－0235－02

鄒建偉（1980—），女，工程師，從事葉片設計工作。

2014-01-07