專利名稱:帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于葉輪機械領域,涉及汽輪機葉片的拉筋,尤其涉及一種帶切圓的半剖式松拉筋結構。
背景技術:
汽輪機是能源、化工以及國防領域重要的動力機械,葉片是汽輪機工作時熱能、機械能相互轉化的最主要元件,汽輪機葉片主要包括葉身、葉根、葉冠部分,有些汽輪機葉片還帶有拉筋結構。汽輪機葉片的安全性往往是設計人員最為關注的問題,汽輪機動葉在工作時產(chǎn)生的振動是造成葉片損壞的最主要因素,解決此問題的方法主要有兩個,一是設計葉片時特 意避開共振頻率,減小激振力下的響應;二是增加葉片的振動阻尼。葉片用整圈松拉筋連接是增加葉片阻尼的一個有效方法,某個帶有整圈松拉筋的葉片三維視圖見圖I。從國內(nèi)外數(shù)十年的研究、設計、加工、運行經(jīng)驗可知,采用帶整圈松拉筋的葉片主要有三個難題一是拉筋的加工,由于松拉筋是穿在葉片的拉筋孔中的,而拉筋的各處呈圓弧狀,因此拉筋加工時必須使其各段的弧度保持一定精度以保證順利的穿入葉片;二是葉片拉筋的安裝,整圈松拉筋與葉片的安裝通常要將拉筋設計成半圓形并分割成多段,每段之間保持一定間隙,安裝葉片時將間隙空出,將葉片逐個裝入,直到最后一個葉片裝入后推動各段拉筋至合適位置以形成整圈;三是拉筋裝入后需保證葉片在工作時和拉筋良好地接觸以提供阻尼力,從而起到增加葉片剛度、減小葉片沿各方向振動的目的。在拉筋的作用下,能使葉片形成整圈連接并產(chǎn)生摩擦阻尼從而降低葉片動應力,但目前常見的拉筋與葉片在工作時往往只是單點接觸,因此產(chǎn)生的阻尼只在限制周向和徑向振動中作用較為明顯,同時由于拉筋一般呈圓形,拉筋橫截面的抗彎截面模量大,使得拉筋的加工彎曲較難,很難保證較高的加工精度。
發(fā)明內(nèi)容
針對目前汽輪機葉片整圈松拉筋的幾點不足,本發(fā)明的目的,是提供一種帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,該結構的拉筋具有加工彎曲容易、與葉片多點接觸、同時抵抗周向、軸向和扭轉振動的優(yōu)良特性,而且可以方便地與葉片安裝,因此可以在很大程度上改善汽輪機動葉在運行時的振動問題從而提高葉片安全性,并且可以降低其加工難度。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采用的技術方案是帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其與汽輪機葉片的拉筋孔相配合部分的橫截面形狀為在圓形頂部和底部均具有切圓;切圓的高度小于或等于圓形半徑的20%。本發(fā)明進一步的改進在于所述帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構包括若干第一半拉筋和若干第二半拉筋,第一半拉筋和第二半拉筋貼合處的橫截面形狀為在圓形頂部和底部均具有切圓;切圓的高度小于或等于圓形半徑的20%。本發(fā)明進一步的改進在于切圓垂直第一半拉筋和第二半拉筋的貼合縫切除。本發(fā)明進一步的改進在于相鄰的第一半拉筋間的間隙為17-22mm ;相鄰的第二半拉筋的間隙為17-22mm。本發(fā)明進一步的改進在于第一半拉筋和第二半拉筋貼合的端部焊接固定。本發(fā)明進一步的改進在于所述圓形的直徑比拉筋孔的直徑小0. 5mm。本發(fā)明進一步的改進在于所述帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構與葉片的拉筋孔具有兩個接觸點。
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本發(fā)明一種帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,汽輪機動葉的70%葉高附近打有拉筋孔,該孔為直通孔。拉筋在空間形成一個圓,為了保證一圈葉片能完整地裝入拉筋,將拉筋沿著與葉片徑向方向平行的中心線進行半剖,同時將其分割成多段并留出一定間隙,半剖后在拉筋垂直于中心線的頂部和底部進行切圓,形成兩個圓弧平臺。在拉筋和葉片安裝時,首先推動拉筋將所有的間隙填滿,通過一圈拉筋剩余的空隙逐個裝入葉片,直到最后一支葉片裝入時將拉筋推動,在各段間重新形成間隙并將整圈葉片都裝入,然后通過布置焊點防止拉筋的滑動以達到固定的效果。此拉筋結構與傳統(tǒng)的松拉筋相比,主要區(qū)別在于拉筋上下頂面的切圓結構,通過布置該切圓結構,拉筋能具有以下幾個優(yōu)點I、該拉筋有良好的截面特性,有利于其加工彎曲。拉筋沿葉片主軸平行的中心線上的平面抗彎截面系數(shù)是影響其剛度的主要參數(shù),通過在拉筋上下頂部布置切圓結構,可以將其抗彎截面系數(shù)降低大約6%-7%。如圖5所示的兩種截面,a截面為直徑013mm的圓,其沿水平中心線的抗彎截面系數(shù)為215. 69mm3,而在上下頂面與圓心距離5. 65mm以上進行切圓后,形成的b截面抗彎截面系數(shù)變?yōu)?01. 14mm3,減小了 6. 7%,由此可見,此切圓結構可以明顯降低拉筋彎曲截面的抗彎截面系數(shù)。2、該拉筋結構與葉片有兩個接觸點,見圖6,而傳統(tǒng)的拉筋與葉片僅有一個接觸點。眾所周知,拉筋與葉片接觸形成的阻尼是增加葉片剛度從而減小振動的本質(zhì),增加拉筋與葉片的接觸點可以增加其相互之間的總摩擦力,從而有利于減小葉片的振動。3、該拉筋不僅能減小葉片組沿徑向和周向的振動,還可以較為有效地減小葉片組的軸向振動和扭轉振動。圖6為該拉筋和常規(guī)拉筋與葉片接觸時的理論受力分析,從圖中可以看出,該拉筋與葉片接觸時的作用力存在一個沿軸向的分量,從而增加了葉片沿此方向的剛度,減小葉片沿該此方向的振動,而常規(guī)拉筋與葉片幾乎不產(chǎn)生沿軸向的力,因此該拉筋結構有利于防止葉片的軸向振動。圖7為該拉筋與葉片接觸時的理論力偶分析,從圖中可以看出,當葉片發(fā)生扭轉振動時,拉筋接觸部位的兩個接觸點會產(chǎn)生一個抵抗此扭轉的反力偶,從而減小葉片的扭轉振動,而常規(guī)拉筋與葉片只有一個接觸點無法產(chǎn)生力偶,因此該拉筋結構有利于防止葉片的扭轉振動。
圖I是帶有整圈松拉筋的汽輪機葉片三維圖;圖2a是葉片拉筋孔的周向示意圖;圖2b是葉片拉筋孔的軸向示意圖3a是拉筋的剖面示意圖;圖3b是拉筋間隙示意圖;圖4是拉筋安裝方式示意圖;圖5a是常規(guī)拉筋橫截面示意圖,其抗彎截面系數(shù)W=215. 69mm3 ;圖5b是本發(fā)明拉筋結構的剖面示意圖,其抗彎截面系數(shù)W=201. 14mm3 ;圖6a是常規(guī)拉筋與葉片接觸時的受力分析圖;圖6b為本發(fā)明拉筋與葉片接觸時的受力分析圖;圖7a是常規(guī)拉筋與葉片接觸時的力偶分析圖;圖7b是本發(fā)明拉筋與葉片接觸時的力偶分析圖。
具體實施例方式參見圖I、圖2a和圖2b所示,在汽輪機動葉的70%左右葉高附近打出拉筋孔,工程中拉筋孔的直徑一般在O 10-15_左右,拉筋孔為直孔。參見圖3a和圖3b所示,本發(fā)明拉筋設計成半剖式,在頂部和底部進行切圓,同時分隔成多段,每一段之間保持一定的間隙10,間隙10具體值依據(jù)拉筋工作的安全性,通常約為17-22mm,拉筋的直徑一般比拉筋孔的直徑小0. 5mm左右,上下各保持0. 25mm的間隙,這主要是為了保證葉片順利地裝入拉筋。參見圖4,拉筋安裝時,首先推動拉筋將所有葉片間的間隙填滿,通過一圈拉筋剩余的空隙逐個裝入葉片,直到最后一支葉片20時將拉筋推動,在各段間重新形成間隙并將整圈葉片都裝入,此時通過布置焊點防止拉筋的滑動以達到固定的效果。參見圖5a和圖5b所示,通過拉筋橫截面的頂部及底部的切圓結構,拉筋橫截面的抗彎界面系數(shù)下降,使得拉筋的加工彎曲更加容易,但切圓如果過多則會影響拉筋工作的安全性,綜合考慮抗彎截面系數(shù)及拉筋安全性,需保證切圓后的高度H大于或等于80%的拉筋半徑(切圓高度參見圖5b示意)。參照圖6a和圖6b所示,葉片工作時,在離心力的作用下拉筋將和葉片接觸并產(chǎn)生作用力,常規(guī)拉筋與拉筋孔200只有一個接觸點100,其作用力為F ;本發(fā)明中拉筋,由于拉筋頂部存在切圓結構,本發(fā)明拉筋與拉筋孔200有兩個接觸點100,作用力F包括一個徑向分量Fy和一個軸向的分量Fx,軸向分量Fx的阻尼力增加了葉片沿軸向的剛度從而減小了葉片沿該方向的振動。參照圖7a和圖7b所示,葉片工作時離心力使得拉筋與葉片接觸,常規(guī)拉筋與葉片之間只有一個接觸點,單點接觸無法產(chǎn)生力偶;本發(fā)明拉筋頂部的切圓結構,使得葉片發(fā)生扭轉振動時與拉筋產(chǎn)生兩個接觸點,因此產(chǎn)生了一定的反力偶Ml、M2限制葉片的扭轉振動。
權利要求
1.帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其特征在于,其與汽輪機葉片的拉筋孔相配合部分的橫截面形狀為在圓形頂部和底部均具有切圓;切圓的高度小于或等于圓形半徑的20%。
2.根據(jù)權利要求I所述的帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其特征在于,所述帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構包括若干第一半拉筋和若干第二半拉筋,第一半拉筋和第二半拉筋貼合處的橫截面形狀為在圓形頂部和底部均具有切圓;切圓的高度小于或等于圓形半徑的20%。
3.根據(jù)權利要求2所述的帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其特征在于,切圓垂直第一半拉筋和第二半拉筋的貼合縫切除。
4.根據(jù)權利要求2所述的帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其特征在于,相鄰的第一半拉筋間的間隙為17-22mm ;相鄰的第二半拉筋的間隙為17_22mm。
5.根據(jù)權利要求2所述的帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其特征在于,第一半拉筋和第二半拉筋貼合的端部通過焊接固定。
6.根據(jù)權利要求2所述的帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其特征在于,所述圓形的直徑比拉筋孔的直徑小0. 5mm。
7.根據(jù)權利要求I所述的帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其特征在于,所述帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構與葉片的拉筋孔具有兩個接觸點。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶頂部切圓的汽輪機葉片半剖式松拉筋結構,其與汽輪機葉片的拉筋孔相配合部分的橫截面形狀為在圓形頂部和底部均具有切圓;切圓的高度小于或等于圓形半徑的20%。該拉筋有良好的截面特性,有利于其加工彎曲;該拉筋結構與葉片有兩個接觸點,增加拉筋與葉片的接觸點可以增加其相互之間的總摩擦力,從而增加阻尼并減小葉片的振動;該拉筋不僅能減小葉片組沿徑向和周向的振動,還可以較為有效地減小葉片組的軸向振動和扭轉振動。
文檔編號F01D5/16GK102720543SQ20121020328
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日2012年6月19日
發(fā)明者張荻, 申仲旸, 謝永慧 申請人:西安交通大學