阅读说明：本技术 一种燃气轮机次末级自锁动叶片 (Penult-stage self-locking moving blade of gas turbine ) 是由 隋永枫 蓝吉兵 王博 吴宏超 魏佳明 张春梅 初鹏 任晟 赵鸿琛 余沛坰 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃气轮机次末级自锁动叶片,包括：围带、叶身、平台、伸根、叶根；所述叶身为变截面扭叶片,从根部至顶部的截面面积逐渐减小,且叶身根部截面和叶身顶部截面间有相对扭转；以所述叶身的中截面最大厚度(T<Sub>50％</Sub>)为基准,所述叶身的工作高度与其比值(L/T<Sub>50％</Sub>)为20.11,根部轴向宽度与其比值(W<Sub>r</Sub>/T<Sub>50％</Sub>)为7.03,型线根部直径与其比值(Φ/T<Sub>50％</Sub>)为92.00,顶部轴向宽度与其比值(W<Sub>t</Sub>/T<Sub>50％</Sub>)为2.64。本发明公开的末级燃气轮机涡轮叶片气动效率高、强度及振动性能好,同时,整体结构设计合理,具备制造、装配便捷的特点。(The invention discloses a penultimate self-locking moving blade of a gas turbine, which comprises: the shroud ring, the blade body, the platform, the extending root and the blade root; the blade body is a variable cross-section twisted blade, the area of the cross section from the root to the top is gradually reduced, and relative torsion exists between the root section of the blade body and the top section of the blade body; with maximum thickness (T) of the middle section of the blade body 50％ ) For reference, the working height of the blade body is compared with the ratio (L/T) 50％ ) 20.11, root axial width to its ratio (W) r /T 50％ ) 7.03, root diameter of the profile and its ratio (Φ/T) 50％ ) 92.00, the axial width of the tip to its ratio (W) t /T 50％ ) Is 2.64. The turbine blade of the final-stage gas turbine disclosed by the invention has the advantages of high pneumatic efficiency, good strength and vibration performance, reasonable overall structural design, and convenience in manufacturing and assemblingThe characteristic of quickness.)

一种燃气轮机次末级自锁动叶片

技术领域

本发明涉及地面重型燃气轮机涡轮叶片领域，尤其涉及一种燃气轮机次末级自锁动叶片。

背景技术

燃气轮机广泛应用在舰艇、发电机组等多个领域，是重要的动力提供单元。其中，涡轮 叶片又是燃气轮机的核心部件，其设计效果直接影响燃气轮机工作效率及稳定性，其中次末 级动叶的出口气流参数对燃气轮机整体性能有着重要影响。

中国专利CN209780968U是公开了一种用于全转速火电汽轮机上的540mm次末级动叶片， 为了满足目前全转速火电汽轮机次末级动叶片的需求，提出了可靠性更高的次末级540mm叶 片，其叶片采用异形围带连接，整圈装配，枞树形叶根保证叶片连接强度，去湿措施采取进 汽边激光固熔强化技术。

综上，实际设计过程中，需要更加复合实际工作条件的叶片结构，进一步提升轮机整体 运行平稳性及运行效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种燃气轮机次末级自锁动叶片，能够解决上述问题。

为此目的，本发明由如下技术方案实施。

一种燃气轮机次末级自锁动叶片，包括：围带、叶身、平台、伸根和叶根；所述叶身为 变截面扭叶片，从根部至顶部的截面面积逐渐减小，且叶身根部截面和叶身顶部截面间有相 对扭转；

以所述叶身的中截面最大厚度(T_50％)为基准，所述叶身的工作高度与所述叶身的中截 面最大厚度比值(L/T_50％)为20.11，根部轴向宽度与所述叶身的中截面最大厚度比值(W_r/T_50％) 为7.03，型线根部直径与所述叶身的中截面最大厚度比值(Φ/T_50％)为92.00，顶部轴向宽度 与所述叶身的中截面最大厚度比值(W_t/T_50％)为2.64。

进一步，叶身相对叶高由0％单调增加至100％；

所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与弦长比值(T_blade/b)变化范围为0.421～0.965， 所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与轴向宽度比值(T_blade/V)变化范围为0.434～1.606， 所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与叶型截面最大厚度比值(T_blade/T)变化范围为 2.211～9.203，所述叶身根部截面到叶身顶部截面的节距与叶型截面面积比值(T_blade/A)变化 范围为0.036～0.270。

更进一步，所述叶身的安装角(β_y)的变化范围为76.86°～36.57°，进口角(α)的变化范 围为54.25°～103.88°，出口角(θ)的变化范围为31.54°～26.79°。

更进一步，型线最大厚度与所述叶身的中截面最大厚度比值(T/T_50％)变化范围为1.37～0.46。

进一步，所述围带的厚度与所述叶身的中截面最大厚度比值(W/T_50％)为0.315～0.385， 所述围带的轴向宽度与所述叶身的中截面最大厚度比值(B/T_50％)为2.85，所述围带的压力 角(θ_t)为47.6°～58.2°。

更进一步，相邻叶片围带间隙与所述叶身的中截面最大厚度比值(δ_t/T_50％)为0～0.01。

进一步，所述围带为阶梯状结构，中间台阶为密封齿结构，密封齿高度与所述叶身的中 截面最大厚度比值(l/T_50％)为0.496～0.607，密封齿宽度于所述叶身的中截面最大厚度比值 (h/T50％)为0.144～0.176。

进一步，所述叶身与所述围带的过渡圆角为变化圆角结构，所述过渡圆角的前缘半径R₁为1～1.5mm，尾缘半径R₄为1～1.5mm，压力面靠近尾缘30％～40％区域圆角半径R₃为6～8mm， 吸力面靠近前缘30％～40％区域圆角半径R₂为6～8mm，其余区域光滑过渡。

进一步，所述平台侧面有双阻尼销槽结构，包括第一阻尼销槽、第二阻尼销槽；

所述第一阻尼销槽长度与所述叶身的中截面最大厚度比值(L_g1/T_50％)为5.67～6.94，深 度与所述叶身的中截面最大厚度比值(s/T_50％)为0.350～0.438，槽底宽度与所述叶身的中截 面最大厚度比值(w₁/T_50％)为0.306～0.394，其设置成从槽口向槽底逐渐倾斜的外倾壁面，其 倾角(α_s)为6°～8°；

所述第二阻尼销槽长度与所述叶身的中截面最大厚度比值(L_g2/T_50％)为0.905～1.106， 其深度、槽底宽度及槽口向槽底外倾壁面的倾角均与所述第一阻尼销槽相同；所述第一阻尼 销槽和所述第二阻尼销结构间距与所述叶身的中截面最大厚度比值(d/T_50％)为0.173～0.211。

进一步，叶根为5齿枞树型叶根，楔形角(θ_r)为38.5°～41.5°，齿距与所述叶身的中截 面最大厚度比值(p_r/T50％)为0.39～0.48，第1齿至第5齿喉部宽度与所述叶身的中截面最 大厚度比值(δ_r/T50％)为1.59～0.46。

本发明具有如下优点：

本发明提供的燃机次末级自锁动叶片，采用三元流场设计技术设计而成的，沿叶高方向 具有一定的扭曲规律，即兼顾了叶片静强度要求，还使得叶片具有很好的气动性能，叶身扭 曲规律是按照三元流理论设计的，沿叶身各热力参数分布规律合理，经专业计算流体力学计 算软件CFX和Numeca等计算验证，叶片的气动效率可达95.4％。另外，该叶型具有足够的 强度性能，设计工况下的气流弯应力较小。该叶片采用整圈成组围带，工作时叶片围带贴合， 大大降低叶片的动应力。该叶片根部为枞树型叶根，装配方便，承载均匀，能使叶片和转子 结合牢固、稳定，保证了整个叶片的安全性。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图；

图2是本发明叶身中截面参数示意图；

图3是本发明的叶型特征参数示意图；

图4是图3中I和II局部放大图；

图5是本发明的围带及相邻围带结构图；

图6是图5中F-F截面图；

图7是本发明的围带及相邻围带间隙示意图；

图8是本发明的叶身与围带过渡变化圆角示意图；

图9是本发明平台侧面的阻尼销槽正视图；

图10是图9阻尼销槽G-G截面视图；

图11是本发明的叶根结构示意图；

图12是本发明实施例1中离心拉应力测试结果图；

图13是本发明实施例1中气动效率测试结果图。

图中：

1-围带；2-叶身；3-平台；4-伸根；5-叶根。

具体实施方式

下面结合附图1-11对发明进一步说明；

如图1至图11所示，本实施例描述的燃气轮机末级动叶片，它由围带1、叶身2、平台3、伸根4以及叶根5组成，由上至下精铸成一体。叶身2型线为变截面扭叶片，从根部至顶 部的截面面积逐渐减小，相邻两截面间有相对扭转；如图2所示，以叶身2的中截面最大厚 度T_50％为基准，叶身2高度与中截面最大厚度T_50％比值L/T_50％为20.11，根部轴向宽度与中截 面最大厚度T_50％比值W_r/T_50％为7.03，型线根部直径与中截面最大厚度T_50％比值Φ/T_50％为92.00，顶部轴向宽度与中截面最大厚度T_50％比值W_t/T_50％为2.64，叶根的轴向宽度与中截面最大厚度T_50％比值C/T_50％为6.53，叶片围带厚度与中截面最大厚度T_50％比值W/T_50％为 0.315～0.385，围带轴向宽度与中截面最大厚度T_50％比值B/T_50％为2.85。

优选设计为，在装配叶片时，叶根2轴向装入单独的叶根槽；叶顶为整圈成组围带1； 整个叶片松装配，即相邻叶片的围带1和围带1有间隙，工作状态下通过扭转恢复，相邻叶 片的围带1和围带1接触，使叶片形成整圈成组。

优选设计为，结合图1、3、4所示，自叶身底部至顶部作任一截面Z，其高度h_z与叶身2高度L的比值h_z/L为Z截面的相对叶高，自叶身底部截面至顶部截面的叶身相对叶高由0％单调增加至100％，叶身2根部截面到叶身2顶部截面的节距与弦长比T_blade/b的变化范围为0.421～0.965，叶身2根部截面到叶身2顶部截面的节距与轴向宽度比T_blade/V的变化范围为0.434～1.606，叶身2根部截面到叶身顶部截面的节距与叶型截面最大厚度比T_blade/T的变化范 围为2.211～9.203，叶身2根部截面到叶身2顶部截面的节距与叶型截面面积比T_blade/A的变 化范围为0.036～0.270，安装角β_y的变化范围为76.86°～36.57°，型线最大厚度与叶片中截面最 大厚度比T/T_50％的变化范围为1.37～0.46，进口角α的变化范围为54.25°～103.88°，出口角θ 的变化范围为31.54°～26.79°。

结合5-7所示，相邻叶片围带间隙与基准比值δ_t/T_50％为0～0.01。围带1的压力角θ_t为 47.6°～58.2°。密封齿高度与基准比值l/T_50％为0.496～0.607，宽度与基准比值h/T_50％为 0.144～0.176。

结合8所示，叶身2与围带1的过渡圆角为变化圆角结构，前缘半径R₁为1～1.5mm，尾 缘半径R₄为1～1.5mm，压力面靠近尾缘30～40％区域圆角半径R₃为6～8mm，吸力面靠近前 缘30～40％区域圆角半径R₂为6～8mm，其余区域光滑过渡。

结合9-10所示，平台3侧面有双阻尼销槽结构，包括第一阻尼销槽、第二阻尼销槽；第 一阻尼销槽长度与叶身2的中截面最大厚度比值L_g1/T_50％为5.67～6.94，深度与叶身2的中截 面最大厚度比值s/T_50％为0.350～0.438，槽底宽度与叶身2的中截面最大厚度比值w₁/T_50％为 0.306～0.394，其设置成从槽口向槽底逐渐倾斜的外倾壁面，其倾角α_s为6°～8°；

第二阻尼销槽长度与叶身2的中截面最大厚度比值L_g2/T_50％为0.905～1.106，其深度、槽 底宽度及槽口向槽底外倾壁面的倾角均与第一阻尼销槽相同；第一阻尼销槽和第二阻尼销结 构间距与叶身2的中截面最大厚度比值d/T_50％为0.173～0.211。

如图11所示，叶根为5齿枞树型叶根，其楔形角θ_r为38.5°～41.5°，齿距与基准比值p_r/T_50％ 的变化范围为0.39～0.48，第1齿至第5齿喉部宽度与基准比值δ_r/T_50％为1.59～0.46。

实施例1

基于上述技术方案，以叶身2工作高度L＝229.97mm为例，形成叶身各截面具体参数如 下表：

将其与传统叶片进行相同工况下对比测试，选取代表参数：离心拉应力及叶片气动效率 为比较指标，获得如图12和图13所示结果，可知传统叶片和本发明叶片强度振动以及气动 性能对比，本发明的性能明显优于传统叶片。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行 了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替 换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。