大型空冷汽轮机末级叶片技术规范

大型空冷汽轮机末级叶片技术规范

国家标准 GB/T35687一2017 大型空冷汽轮机末级叶片技术规范 SpeeificationofLSBforlargeaireooling steamturbine 2017-12-29发布 2018-07-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/35687一2017 大型空冷汽轮机末级叶片技术规范 范围 本标准规定了大型空冷汽轮机末级动叶片的设计,制造、动调频试验、背压保护,标识包装和防护 的技术要求 本标准适用于功率为200Mw等级及以上(直接空冷或间接空冷)空冷汽轮机的末级动叶片,其他 型式的空冷汽轮机和中、小容量空冷汽轮机可参照执行 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T8732汽轮机叶片用钢 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 空冷汽轮机aircolingsteamturbine 利用环境空气并通过空冷式换热器带走汽轮机排汽热量的凝汽式汽轮机 3.2 颤振flutter 在非定常气动力,惯性力及弹性力的相互作用下,不断对叶片振动输人能量,使自激振动持续下去 形成气动弹性不稳定性振动 3.3 动调频试验rtatngvibrationtet 针对全尺寸实物动叶片进行旋转振动动力学特性测试的试验 设计要求 4.1气动设计 4.1.1原则 气动设计应按末级叶片的相应技术要求进行,同时应根据空冷机的运行特点在变工况范围内作 优化 4.1.2输入条件 4.1.2.1轴向排汽容积流量作为末级叶片气动设计的基本输人参数 4.1.2.2末级叶片的端负荷(即单位排汽面积的质量流量)作为强度设计的基本输人参数
GB/T35687一2017 4.1.2.3末级叶片的选配应符合下列原则: -从气动性能角度,应选配轴向排汽容积流量与机组额定工况容积流量接近的叶片 从安全可靠性角度,所选配叶片的设计端负荷应大于机组的最大端负荷 4.1.3优化排汽面积 4.1.3.1按排汽轴向速度优化 应根据末级叶片高度和根径确定排汽环形面积(通常称排汽面积)圆周速度U和叶片出汽角 按排汽轴向排汽速度等于U×tan确定最优的排汽面积 注:不同的圆周速度对应不同的最佳轴向排汽速度,通常处在170m/s230m/s之间 4.1.3.2按排汽轴向马赫数优化 可采用排汽轴向马赫数判定排汽面积的合理性,在设计工况下,排汽轴向马赫数应在0.4一0.59范 围内 4.1.4叶型设计 末级叶片型线应具有较好的变工况适应性和攻角适应性,在较宽的马赫数范围内,叶型损失应保持 在较低水平,即叶型对马赫数不敏感 叶片沿高度方向各部位应采用与马赫数相适应的亚音速、跨音 速、超音速叶型 4.1.5变工况特性设计 末级叶片变工况特性设计推荐如下 阻塞背压';6.0kPa~7.5kPa 零功率背压”:40kPa50kPa; -设计工况根部反动度:20%~35%,顶部反动度;60%80%; 满负荷最高背压:30kPa35kPa; 最高长期运行许用背压》;50kPa55kPa 4.2结构、强度、振动设计 4.2.1设计原则 末级叶片在强度设计时,在保证其气动性能的条件下,应尽量减小静应力水平,提高静强度(平均应 力)的安全裕度,且在结构设计时,应采用具有较大阻尼、能防止颤振的叶片结构 4.2.2结构设计 木级叶片宜采用较大的阻尼结构设计具体如下 叶根采用叉型叶根、枞树型叶根 叶身采用变截面扭转成型以满足流场特性和截面应力特性的要求 在汽轮机进汽量一定的情况下,当机组背压下降到某一数值时,再降低背压也不能增加机组功率时的背压值 1 2)在最大连续功率工况的排汽流量下,随着背压升高,末级动叶的输出功率减小,末级动叶输出功率为零时对应 的背压 3)空冷机组有一背压保护曲线其上安全运行的上限背压im都是末级叶片可以长期安全运行的,既不用喷水 减温,未级动叶承受的附加动应力也在允许范围之内 它是作为衡量空冷机组渡夏能力指标,规定阀门全开流 量G,所对应的户为空冷汽轮机专门定义的最高长期运行许用背压
GB/35687一2017 -叶片顶部采用自带围带(整体围带)的合理限制扭转恢复的阻尼成圈结构 可采用阻尼拉筋自带凸台拉筋或成圈松拉筋)来增加结构阻尼或改善调频特性 对刚性大、 叶高相对较小的空冷汽轮机叶片可不设计拉筋结构,仅采用围带结构,达到最经济性设计 4.2.3强度设计 4.2.3.1末级叶片的静强度可按各制造厂叶片强度设计规范进行设计 各项静强度(平均应力)的安全 系数如下(以材料的规定塑性延伸强度R作为考核准则) -叶片型线部分各截面的总应力(拉弯合成应力)安全系数K>1.7 -叶片拉筋孔削弱截面的拉应力安全系数K>2.5; 自带围带叶片的顶截面的拉应力安全系数K>6; 拉筋的弯应力安全系数K>1.7; 叉型叶根削弱面拉应力安全系数K>3,拉弯合成总应力安全系数K>1.3 其他形式的叶根拉应力安全系数K>2.2、弯应力安全系数K>2.5、拉弯合成总应力安全系数 K1.7; 叶根销钉剪应力安全系数K>2.7、叶根和轮缘剪应力安全系数K>3、轮缘拉弯合成总应力 安全系数K>2 4.2.3.2按有限元分析法对整个空冷汽轮机末级叶片的应力场进行强度考核,当得到的叶片局部峰值 应力超过材料规定塑性延伸强度Rp 时,应对部件进行低周疲劳寿命评估 低周疲劳寿命应大于 0000次 4.2.4蒸汽弯应力设计 末级叶片的截面最大蒸汽弯应力设计可按制造厂的设计规范进行 4.2.5振动设计 空冷汽轮机末级叶片的振动设计可按制造厂长叶片设计规范进行设计 振动调频准则:对整圈连 接叶片的调频只需调开其三重点共振 即 fi=k n 且 k=iZ 士m 式中 某阶m节径的动频,单位为赫兹(Ha); fdnn 节径数， 7 -转速,单位为转每分(r/min); n 整数,i=0,l,2,; 谐波数,k=1,2,; 整级动叶片数 文d 对低阶共振(k<6),取0,三重点共振应避开2850r/min 3090r/min的转速范围 4.2.6动应力设计 未级叶片应进行动应力分析 分析时，制造厂根据经验选取激振因子表1的取值范围供 4.2.6.1 参考
GB/T35687一2017 表1激振因子取值范围 频位 激振因子 0.050.10 0.030.05 0.020.,04 4.2.6.2动应力的考核方法如下 -燕汽弯应力考核法:燕汽弯应力应小于按材料的最大静应力-疲劳强度特性,并考虑各种结构 和运行因素以及安全系数得到的许用值 -叶片的动应力考核法:应根据蒸汽载荷进行叶片振动的动力响应计算,制造厂根据经验,按不 同振型选取激振因子,或在与疲劳强度对比时选取不同的许用系数,获得叶片的许用动应力 -动强度Ab值考核法:采用动强度Ab值考核叶片的安全性 制造厂按照其规范确定设计工况 下的许用Ab值 4.2.7颤振特性 可用经验法估算叶顶某特征截面的“斯特劳哈尔”数S/r,计算公式见式(3) W 3 Str= fB 式中 计算特征截面出口气流相对速度,单位为米每秒(m/s); W， --叶片振动频率,单位为每秒(s'); B -叶片特征截面弦长,单位为米(m). "三O,财扭转振动.S<16.,可避免颤 对弯曲振动:Str 应校核叶片的抗颤振强度,必要时对颤振特性不确定的空冷叶片,还应采用数值方法计算其颤振 特性 4.3材料 制造厂根据设计要求按GB/T8732选用末级叶片材料 制造 5 末级叶片加工及制造按图样和工艺文件要求进行 动调频试验 6 首台使用的空冷汽轮机末级叶片在出厂前应完成全尺寸实物动叶片的动调频试验 --般情况下,在高速动平衡试验台上进行全尺寸实物动叶片的动调频试验,确定实际的共振转速并 判定全尺寸实物动叶片的动响应特性 背压运行限制 应根据运行条件和叶片的设计特性,确定其背压保护规范,具体内容包括;根据叶片的变负荷,变背 压动应力曲线,叶片材料振动疲劳曲线,确定许用最高背压、报警背压、停机背压、负荷限定、限时规定 等 制造厂应根据设计的末级叶片的设计特性和经验,并参照惯用的判据,向用户提供背压保护曲线
GB/35687一2017 末级叶片背压保护曲线,应在叶片的工况图上标出,包括背压保护的安全区、限时区和考虑一定的 安全裕度的报警线和停机线 标识,包装和防护 空冷汽轮机末级叶片的标识,包装和防护要求按照各制造厂要求进行

大型空冷汽轮机末级叶片技术规范GB/T35687-2017

大型空冷汽轮机末级叶片是汽轮机最后一级转子叶片，其性能直接关系到汽轮机的发电效率和可靠性。因此，制定相关技术规范势在必行。

GB/T35687-2017的概述

GB/T35687-2017《大型空冷汽轮机末级叶片技术规范》是由中国机械工业联合会制定的，于2017年6月1日正式发布实施。该标准适用于大型空冷汽轮机的末级叶片，规定了叶片的材料、结构设计、制造工艺、检验方法等方面的要求。

叶片材料

GB/T35687-2017规定，大型空冷汽轮机末级叶片材料应具备良好的高温强度、抗氧化和疲劳裂纹扩展性能，同时还应具有良好的可焊性。目前国内常用的叶片材料有铸造合金、变形加工镍基合金等，这些材料均需在规定的高温下进行拉伸试验、低周疲劳试验以及高周疲劳试验等多项测试，确保其质量达到标准要求。

结构设计

GB/T35687-2017对末级叶片的结构设计提出了一系列要求，其中包括叶片的几何参数、叶尖间隙、压力面冷却孔布置、各部位的倒圆半径等。这些设计参数直接影响着叶片的气动、热力性能，因此必须根据实际需求进行精心设计和计算。

制造工艺

大型空冷汽轮机末级叶片制造工艺相当复杂，需要经过多道工序才能完成。根据GB/T35687-2017规范，叶片的制造工艺应包括原材料准备、铸造或锻造、机械加工、表面处理、去毛刺、清洗等多个环节。在每道工序中，都需要对材料、尺寸、表面质量等进行严格把控和检验。

检验方法

叶片的检验是确保其质量合格的重要步骤。GB/T35687-2017规定，叶片应按照设计文件和技术要求进行外观检查、尺寸测量、材质分析、力学性能测试等多项检验。其中，尺寸测量要求使用三坐标测量仪进行，而力学性能测试则需要进行高温拉伸试验、低周疲劳试验、高周疲劳试验等多项测试。

结语

大型空冷汽轮机末级叶片是汽轮机发电的核心部件之一，其性能的优化和提升对于汽轮机的发电效率和可靠性至关重要。GB/T35687-2017《大型空冷汽轮机末级叶片技术规范》的出台为大型空冷汽轮机末级叶片的制造和质量控制提供了标准依据，有助于提高叶片的工作寿命和可靠性。 总之，制定科学合理的技术规范对于保证大型空冷汽轮机末级叶片质量的稳定和可靠具有重要意义，而GB/T35687-2017提供了很好的参考标准，将在今后的大型空冷汽轮机末级叶片制造中发挥越来越重要的作用。

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