[发明专利]一种汽轮机叶片拉筋孔结构及其松拉筋安装结构

说明书

技术领域

本发明涉及透平机械技术领域，特别涉及一种汽轮机叶片松拉筋安装结构。

背景技术

叶片在汽轮机中承担着将蒸汽热能转化为机械能的重要任务，是汽轮机中最重要的零部件之一，叶片主要由叶根、叶身和叶冠组成，部分叶片还具有拉筋结构。

汽轮机在运行过程中，转子上的叶片在脉动气流力的作用下所产生的振动应力是导致其高周疲劳失效的主要原因。松拉筋结构常被用于叶片的结构设计中来增加阻尼，提高动强度和降低动应力水平，从而提高叶片运行的安全可靠性。

如图1所示为某具有松拉筋结构的整圈叶片三维视图，叶片叶身部分开有拉筋孔，拉筋松装在叶片拉筋孔内，汽轮机运行时，拉筋产生的离心力使其与拉筋孔贴合，当叶片发生振动时，通过拉筋与拉筋孔间的摩擦力耗散振动能量，从而达到降低叶片振动水平的作用。

汽轮机实际运行经验表明，常规的松拉筋结构能够使叶片形成整圈连接，有效的增加整圈叶片的刚度和阻尼，抑制结构振动，但同时也存在一些缺陷和不足。一方面，常规的松拉筋结构由于叶片节距较大，常采用钛合金等密度小的金属来降低松拉筋的离心力引起的应力集中，来保证叶片拉筋孔强度要求，但钛合金的弹性模量相比合金钢低，其抑制叶片振动变形的能力相比合金钢低。同时，由于钛合金密度小，同等情况下离心力也小，所以相比合金钢阻尼效果要差一些；另一方面，传统松拉筋结构与叶片拉筋孔为单点接触，虽然能够抑制叶片的轴向振动和切向振动，但对于抑制叶片扭转振动的效果不好，且由于相邻叶片之间松拉筋跨距大，离心力引起的拉筋孔接触点应力较大。

发明内容

针对目前汽轮机叶片常规松拉筋结构的几点不足，本发明的目的是提供一种汽轮机叶片拉筋孔结构及其松拉筋安装结构，该拉筋结构具有加工简单、安装方便、与叶片拉筋孔多点接触、拉筋悬空段短、材料阻尼特性好并能够有效增强对叶片切向振动和扭转振动的抑制等优良特性，因此可以更加有效的降低叶片的振动水平，提高叶片的安全可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种汽轮机叶片拉筋孔结构，包括直圆环形凸台结构，所述直圆环形凸台结构位于汽轮机动叶片上；直圆环形凸台结构的轴线方向与汽轮机动叶片叶型横截面的法向相垂直且与叶轮切向平行，；直圆环形凸台结构凸伸出汽轮机动叶片压力面侧和吸力面侧；直圆环形凸台结构中间设有拉筋孔，拉筋孔方向与直圆环形凸台结构轴线方向一致；拉筋孔的两端边缘靠近汽轮机动叶片顶部一侧设有小凸台结构，两个小凸台结构之间的拉筋孔靠近汽轮机动叶片顶部一侧表面设有凹陷。

本发明进一步的改进在于：直圆环形凸台结构外表面与汽轮机动叶片压力面侧和吸力面侧交线处以圆角过渡。

本发明进一步的改进在于：小凸台结构沿拉筋孔轴线方向的长度为1~2mm。

本发明进一步的改进在于：拉筋孔中小凸台结构和凹陷的加工方法为：先用钻头加工出拉筋孔，拉筋孔半径为R_k；接着采用半径为R_t钻头沿着径向方向向上移动Δ，Δ=0.2~0.5mm，在拉筋孔上表面侧把拉筋孔扩大形成凹陷（12），R_t＜R_k；并在拉筋孔两端边缘保留1~2mm未扩孔以形成小凸台结构。

本发明进一步的改进在于：所述直圆环形凸台结构位于汽轮机动叶片65%~80%叶高处。

一种汽轮机叶片松拉筋安装结构，包括松拉筋和汽轮机叶片拉筋孔结构；所述松拉筋穿于所述拉筋孔中；松拉筋与拉筋孔两端边缘的两个小凸台结构相接触。

本发明进一步的改进在于：所述松拉筋的材质为合金钢。

本发明一种汽轮机叶片松拉筋安装结构，整圈安装的汽轮机动叶片呈放射状分布，在叶片约65%~80%叶高处加工有带凸台的拉筋孔。在叶片表面加工有圆环形凸台结构，凸台结构中心部位的直通孔即拉筋孔，拉筋孔边缘附近上表面侧具有小凸台结构。在实际安装过程中，圆环形松拉筋穿过叶片拉筋孔将整圈叶片连接起来，当动叶片在工作转速下旋转时，松拉筋在离心力的作用下和拉筋孔表面发生接触，其中每个叶片的拉筋孔和松拉筋有两个接触点，分别位于拉筋孔边缘附近上表面侧的小凸台上。

此松拉筋安装结构相比于常规的松拉筋结构，主要区别在于叶片表面具有凸台的拉筋孔结构，以及在拉筋孔边缘附近上表面侧的小凸台结构。通过布置该凸台结构，此松拉筋安装结构具有以下几个优点：