1017mm末级叶片的设计

邹建伟， 赵俊明

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

1017mm末级叶片的设计

邹建伟， 赵俊明

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

1017mm叶片是HTC为巴西卡迪奥塔火电厂设计的350MW汽轮机末级的专用叶片。文中主要从气动、强度振动性能介绍了1017mm末级长叶片的设计特点和工作性能，表明1017mm末级长叶片具有良好的气动性能和振动性能，是安全、高效、性能良好的末级长叶片。

末级叶片；气动设计

0 引言

国内电力市场逐渐趋于饱和状态，现在各个汽轮机生产厂家逐渐由国内市场转向国外市场。在这大环境下，哈汽公司承接了巴西卡迪奥塔火电厂二期扩建的350MW汽轮机项目。巴西卡迪奥塔火电厂的350MW机组是哈汽首台350MW-3 600 r/min出口机组，此机组的设计是全新的，特别是叶片的设计难度很大。60 Hz的运行频率使叶片的离心应力大幅度增加，这给叶片的安全性设计带来了严格的要求。特别是末级叶片的设计难度更大，不仅要保证叶片的安全性，还要考虑叶片的高效性。

1 叶片成型

图1 1017mm末级叶片实体

1017mm末级叶片（如图1所示）是以1 200 mm末级长叶片为母型进行优化设计的。由于工作转速在3 600 r/min，其叶片离心力的大幅度增加，叶片的强度成为叶片设计的难点，为保证叶片的高效性和安全性，动叶设计成自带围带、枞树型斜叶根、凸台拉筋结构的扭叶片。

1.1 叶片气动设计

1017mm末级叶片是依据HTC长叶片设计体系进行设计，该体系经过大量机组长期运行的验证，具有良好的气动性能和安全可靠的特点。

静叶采用先进的马蹄形后加载叶型，并进行弯扭联合设计，动叶片采用跨音速叶型，并且沿叶片高度进行扭转，这样设计可以改善气动参数沿叶片高度的分布情况，减小径向和端部二次流损失。

图2 S2流面马赫数分布

从图2子午面马赫数分布图可以看出，静叶片马赫数为C型分布，这样绝大部分高速汽流在主流动内流动，上下端壁的低速汽流少，减少了端部损失，流场流线分布合理，汽流无分离。为保证机组在变工况下安全高效运行，在设计时将末级根部反动度提高，机组在低负荷运行时，叶片根部不会有倒流现象发生，保证了机组在低负荷运行时的安全性。

1.2 反动度的控制

图3 反动度沿叶高分布

机组在变工况运行时，特别是在低负荷工况运行时，反动度对末级的影响很大。当机组变工况下运行时，根部反动度可能出现负值，这样的情况下，动叶根部的高速汽流将挤向顶部区域，动叶根部区域有脱流、倒流现象发生，甚至会发生颤振［1］，对机组安全性造成影响。因此，叶片根部设计成根部为26%左右，有利于叶片的变工况性能。叶片的反动度沿叶高分布见图3。

2 叶片结构、强度、振动设计

1017mm末级叶片动叶片设计采用先进的结构形式：叶片顶部采用翼型围带、叶片中部有凸台拉筋结构，叶片在工作时高速旋转，叶片形成整圈连接，增加了叶片的强度、振动性能，并且相邻叶片的围带和凸台拉筋通过摩擦阻力，有效地降低叶片的动应力。通过调整叶片的围带厚度进行动调频，确保机组在运行时，叶片频率在安全范围内。

1017mm末级叶片采用新型的高强度枞树型叶根。并且将叶根设计成与转子中心呈一定角度，这样可以把叶片根部截面包住，同时在装配时避免与相邻叶片的围带和凸台拉筋发生干涉。

采用斜叶根既能保证将叶片根部型线包络住，又避免在装配时相邻叶片之间的凸台拉筋和围带发生干涉。

1017mm末级叶片在相对叶高0.62处加一道凸台拉筋，拉筋采用椭圆锥型结构；叶片顶部围带是以叶片顶部型线为基础的翼型围带。叶片在非工作状态下是相互独立的，当达到一定转速时，叶片围带及凸台拉筋紧密贴合形成一圈，大大降低了叶片的动应力和有效防止了颤振的发生，增加了叶片的安全性［2］。

叶片在工作时，不断受汽流力作用，使叶片产生振动，特别是当激振力频率跟叶片频率相同而产生共振，而使叶片疲劳断裂。为了保证叶片的安全性，1017mm末级动叶片进行了强度振动分析，由图4可以看出，1017mm末级叶片在3 420～3 780 r/min转速范围内无三重共振点，叶片的工作频率是安全的。

图4 1017mm末级叶片坎贝尔图

3 低压末级叶片防侵蚀措施［3］

为了降低叶片被高速的湿蒸汽侵蚀，末级叶片在设计时采取了如下一些去湿和防侵蚀设计措施：

1）在低压末级静叶片内弧表面开出专用的去湿槽把流道表面的水膜中的水分导走。末级静叶去湿槽S1流面及三维流动见图5。

图5 去湿槽流场分布图

2）末级动叶片镶嵌司太立合金片，并且直通到围带顶部，这样可以将高速的湿蒸汽形成的小水滴通过围带甩出去，有效地保护末级动叶片。

4 结语

通过对350MW汽轮机末级1017mm叶片的气动设计，使动、静叶匹配合理，降低了动、静叶片的叶型损失，使1017mm叶片具有高效性；合理的反动度设计，使1017mm叶片具有良好的变工况性能；枞树形斜叶根、自带围带、凸台拉筋结构的设计，降低了叶片的动应力，确保叶片的长期安全运行；末级叶片防侵蚀措施保证了末级叶片的安全，同时降低了湿气损失。

［1］ 周英.600MW等级二缸空冷汽轮机长叶片开发［J］.热力透平，2007（1）：41-44.

［2］ 赵俊明.空气汽轮机末级680 mm叶片的开发［J］.汽轮机技术，2007（5）：338-342.

［3］ 邹建伟.巴西350MW机组通流优化设计［J］.机械工程师，2013（9）：191-192.

（编辑：立 明）

TK 26

B

1002－2333（2014）04－0235－02

邹建伟（1980—），女，工程师，从事叶片设计工作。

2014-01-07