工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带结构

摘要

本发明所设计的一种工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带结构，叶片由叶身、叶根和中间连接体组成，整圈叶片是由叶根周向均匀安装在转子上，在叶身顶部设有围带，周向相邻两叶片上的围带紧贴设置，在相邻两围带的配合面上铣设一个轴向楔形槽，在楔形槽内设有楔形阻尼块，在楔形槽底部两端分别设有周向密封槽，在楔形阻尼块上与密封槽对应位置设有密封肩。这种工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带结构，在控制好楔角的情况下可以尽可能大的增加楔形阻尼块的周向长度，增加离心力，以起到更好的阻尼效果。围带切向刚度大，可以起到成组叶片的效果，更加有效地降低了动应力，满足了这种大负荷高温度下的短叶片强度振动性能。

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机围带领域，尤其是一种工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带结构。

背景技术

汽轮机是将水蒸汽的热能转化为机械能的动力设备。工业汽轮机是主要用于拖动给 水泵、压缩机等工业领域的驱动设备，其特点为变工况复杂、转速变化范围大等。随着 近几年石化行业的合成气压缩机朝高效率，高参数的方向发展，因此与其配套的工业汽 轮机也承受着更大的挑战，转速的提高、蒸汽负荷的加大对叶片的安全性提出了严重的 挑战。

叶片在蒸汽力和自身离心力的作用下会发生振动，产生动应力。尤其是处于高温下 的短叶片，材料的高温性能急剧下降、转速高、蒸汽流量大、动应力较静应力威胁更大， 因此其强度与振动特性直接影响到汽轮机运行可靠性。为了增加叶片运行时的安全性， 通常是调开共振频率、或者围带成组、或者添加围带阻尼以降低叶片的动应力。围带阻 尼结构是围带上开有槽，有一阻尼块在离心力作用下使其产生阻尼效果。这类阻尼围带 结构叶片在大型电站汽轮机中已有应用，但在在工业汽轮机中应用极少。区别于3000 r/min大型电站汽轮机，工业汽轮机的高温高压级短叶片的应力水平往往比它高7~8倍， 其转速都在10000r/min以上。因此其阻尼要求高，阻尼块也就需要更大，而高压短叶 片往往是尺寸小，结构紧凑，因此对于它的阻尼围带设计有很大的困难。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种能起到成组叶片，降低动应力 的工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带结构。

为了达到上述目的，本发明所设计的工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带结构，叶 片由叶身、叶根和中间连接体组成，整圈叶片是由叶根周向均匀安装在转子上，在叶身 顶部设有围带，周向相邻两叶片上的围带紧贴设置，在相邻两围带的配合面上铣设一个 轴向楔形槽，在楔形槽内设有楔形阻尼块。

在楔形槽底部两端分别设有周向密封槽，在楔形阻尼块上与密封槽对应位置设有密 封肩。

作为优化，所述的楔形槽与楔形阻尼块的楔角大小相同，且楔角为10°-30°。

本发明所得到的工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带结构，此结构在控制好楔角的 情况下可以尽可能大的增加楔形阻尼块的周向长度，增加离心力，以起到更好的阻尼效 果。围带切向刚度大，可以起到成组叶片的效果，更加有效地降低了动应力，满足了这 种大负荷高温度下的短叶片强度振动性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的楔形阻尼块受力示意图；

图3为本发明的楔形槽应力集中处受力示意图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例描述的工业汽轮机高负荷短叶片的阻尼围带4结构，叶片由 叶身1、叶根2和中间连接体3组成，整圈叶片是由叶根2周向均匀安装在转子上，在 叶身1顶部设有围带4，周向相邻两叶片上的围带4紧贴设置，在相邻两围带4的配合 面上铣设一个轴向楔形槽6，在楔形槽6内设有楔形阻尼块5。

在楔形槽6底部两端分别设有周向密封槽7，在楔形阻尼块5上与密封槽7对应位 置设有密封肩8。

作为优化，所述的楔形槽6与楔形阻尼块5的楔角大小相同，且楔角为10°-30°。

如图2所示，楔形阻尼块5的楔形面的正压力分别为N1和N2，摩擦力f，摩擦系数 为μ；楔形阻尼块5的离心力为F；围带4间周向作用力为F1。有下式：

$f=\mu N_1=\mu N_2=\frac{\mathrm{\mu F}}{2(\sin \theta +\mu \cos \theta )}$

$F_1=F·\frac{\mu +\tan \theta }{2(1+\mu \tan \theta )}$

$\sigma =\frac{F}{\mathrm{LH}}·\frac{{\tan }^2\theta }{\mu +\tan \theta }$

其中：σ为围带4楔形槽6底部应力集中处因楔形阻尼块5作用的附加弯曲应力；

L为楔形阻尼块5的轴向长度；

H为围带4径向高度。

如图3所示，楔形槽6上四条边位置分别为A、B、C、D，AB间距离为a，CD间距离 为b，AD间距离为d，ED间距离为c，楔形面上的法向作用力与楔形阻尼块5楔形面的 受力大小相同，方向相反。大小为：

$N_1=N_2=\frac{F}{2(\sin \theta +\mu \cos \theta )}$

计算发现，作用位置约在AD边的1/3位置，靠近D点，这样可以确定了应力集中处 D点（或C点）附加的弯曲应力（不考虑原来就有的平均拉应力）为：

$\sigma =\frac{F}{\mathrm{LH}}·\frac{{\tan }^2\theta }{\mu +\tan \theta }$

可见，θ取值在10°~30°间时，σ值不大，一般都能满足强度要求。在具体设计 时，根据阻尼和切向刚度的设计要求选取合理的a、b、c、d、H和θ的值。