半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片

《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》涉及汽輪機(jī)葉片，具體是一種半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片。它適合用于額定轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分的核電蒸汽輪機(jī)，尤其是適用于背壓為3～6千帕、功率為1000～1700兆瓦、轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分的核電汽輪機(jī)。

核電作為清潔能源之一，具有穩(wěn)定生產(chǎn)大量電力的特點(diǎn)，它有效應(yīng)對了能源耗竭、地球溫室效應(yīng)以及控制二氧化碳排放等一系列環(huán)境問題。

截至2011年3月，積極推進(jìn)核電建設(shè)成為中國的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略，對于滿足經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展不斷增長的能源需求，保障能源供應(yīng)與安全，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)中國溫室氣體控制目標(biāo)，達(dá)到電力工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展，提升中國綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力、工業(yè)技術(shù)水平和國際地位，都具有重要的意義。截至2011年3月，中國電力總裝機(jī)容量中，核電機(jī)組僅占其中的1.8％，發(fā)電量僅占2.3％，但這一局面正在逐步改變。根據(jù)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的規(guī)劃設(shè)想，到2020年，中國核電在全國發(fā)電總裝機(jī)容量中的比例要占到４％，占總發(fā)電量的６％，即核電投運(yùn)規(guī)模將達(dá)到3600～4000萬千瓦。可以預(yù)見，作為一種技術(shù)成熟，可大規(guī)模生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的能源，核電在中國的遠(yuǎn)景規(guī)劃中將有更大的發(fā)展空間。

蒸汽輪機(jī)是核電廠主力設(shè)備之一，安裝于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸上的動葉片又是汽輪機(jī)中重要的關(guān)鍵部件，特別是末級動葉片設(shè)計(jì)技術(shù)，還因其涉及的技術(shù)面廣、技術(shù)含金量高而成為汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)，世界頂級的末級長葉片技術(shù)是世界上各大汽輪機(jī)制造商致力研發(fā)的目標(biāo)。

核電汽輪機(jī)低壓末級葉片需要承受很大的蒸汽流量和負(fù)荷，末級葉片的長度決定了低壓缸數(shù)量和汽輪機(jī)全長，且極大影響汽輪機(jī)整體效率。排汽損失在汽輪機(jī)整體損失中占比很大，使用更長的末級葉片可以大幅度降低汽輪機(jī)整體損失。在截至2011年3月前的合金鋼性能水平下，設(shè)計(jì)出更長的末葉片是提高汽輪機(jī)效率的最有效的途徑。由于葉片的設(shè)計(jì)與制造是尖端技術(shù)，每一系列的葉片研制均面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是末級葉片更為突出，末級葉片的研制需要結(jié)合考慮材料強(qiáng)度、氣動和強(qiáng)度振動設(shè)計(jì)、制造等各種因素。因而，汽輪機(jī)末級長葉片的開發(fā)成為世界上各大汽輪機(jī)制造商關(guān)注的重點(diǎn)，也是其設(shè)計(jì)制造的難點(diǎn)，其水平代表了開發(fā)者的綜合實(shí)力。先進(jìn)的末級長葉片技術(shù)是制造商的核心技術(shù)，對外高度保密，一般不會轉(zhuǎn)讓，即使轉(zhuǎn)讓，其費(fèi)用也非常高昂。因此，世界上各大汽輪機(jī)制造廠商均在積極開發(fā)具有自己風(fēng)格的末級長葉片系列，這些末級長葉片的結(jié)構(gòu)形式大體可分為二種，其中一種為樅樹形葉根、變截面扭曲葉身（氣道）、一道整體拉筋和一層整體圍帶的結(jié)構(gòu)，另一種為叉形葉根、變截面扭曲葉身（氣道）、一道整體拉筋和一層整體圍帶的結(jié)構(gòu)。雖然世界上各廠家開發(fā)的核電末級葉片的基本結(jié)構(gòu)相近，但具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇仍然是重重之重的技術(shù)難點(diǎn)，各廠家的核電末級葉片的根徑、葉片數(shù)、葉寬、葉高、葉型形狀、成型規(guī)律、拉筋、圍帶的結(jié)構(gòu)要素等不盡同，各有自己的特點(diǎn)。截至2011年3月，國際已知最長的核電末級葉片為三菱重工的74英寸動葉片，中國國內(nèi)已知最長的核電末級葉片為上海汽輪機(jī)廠的68英寸動葉片。由于核電末級葉片高技術(shù)含量的這一特性，使得從中國國外進(jìn)口時，始終處于被動，接受其苛刻的一系列條件，價格也極其高昂；而中國國內(nèi)生產(chǎn)的核電末級葉片，因其技術(shù)限制，應(yīng)用范圍有限，無法在更大功率的核電汽輪機(jī)上應(yīng)用，這直接影響了中國核電事業(yè)前進(jìn)步伐，進(jìn)而影響了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

圖1是《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是凸臺拉筋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圍帶結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是葉身截面示意圖。

圖5是葉根結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是圖5的側(cè)視圖。

2016年12月7日，《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》獲得第十八屆中國專利優(yōu)秀獎。 2100433B

參見圖1，《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》由葉根1和葉身2組成，葉身2頂部設(shè)有圍帶3，腰部設(shè)有凸臺拉筋4，葉根1、葉身2、凸臺拉筋4和圍帶3是整體結(jié)構(gòu)，采用合適的高強(qiáng)度合金鋼葉片和轉(zhuǎn)子材料整體制造完成。葉片通過葉根1安裝在轉(zhuǎn)軸外圓上的葉輪槽中，每圈輪槽安裝60只葉片，當(dāng)葉輪上一周的葉輪槽中均裝上葉片后，就形成了汽輪機(jī)的末級。

現(xiàn)以載體為1400兆瓦等級的核電半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)為例，對《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》詳細(xì)說明，此機(jī)最適宜的設(shè)計(jì)背壓為3.6千帕，在此設(shè)計(jì)背壓范圍內(nèi)，最終方案確定的末級葉片葉身的有效高度H為1828.8毫米，根徑Dr為3000毫米，其環(huán)形面積等于27.66平方米，以此根徑和葉身為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)完成了低壓模塊的通流。一般的設(shè)計(jì)原則是低壓末三級作為一個積木塊進(jìn)行通流匹配設(shè)計(jì)，針對不同的機(jī)型，通過設(shè)計(jì)低壓前幾級，可以實(shí)現(xiàn)不同功率的低壓通流模塊。

參見圖1至圖5，《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》的相關(guān)變量定義如下：

H為葉身的有效高度，即葉身頂截面與葉身根截面之間的距離。

Dr為根徑，即葉片安裝于轉(zhuǎn)子后，葉身根截面所在圓的直徑（圖中未標(biāo)出）。

c1為安裝角，即弦長b1與周向（Y向）的夾角。

b1為弦長，即葉身截面進(jìn)、出氣邊的距離。

W1為最大厚度，即葉身截面切向?qū)挾取?

A為截面積，即葉身橫截面的面積（圖中未標(biāo)出）。

S1為圍帶背弧工作面。

P1為圍帶內(nèi)弧工作面。

H1為圍帶厚度。

B1為圍帶內(nèi)弧工作面P1與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角。

A1為工作面S1、P1間的距離。

T1為工作面S1、P1幾何中心間的距離。

S2為凸臺拉筋在葉身上形成的背弧工作面。

P2為凸臺拉筋在葉身上形成的內(nèi)弧工作面。

A2為工作面S2、P2間的距離。

T2為工作面S2、P2幾何中心間的距離。

Lj為凸臺拉筋在葉身上的高度。

W2為凸臺拉筋的厚度。

V2為凸臺拉筋的寬度。

X2為凸臺拉筋輪廓中軸線與水平面的夾角。

B2為凸臺拉筋內(nèi)弧工作面P2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角。

C2為凸臺拉筋背弧工作面S2與相鄰面的拔模角度。

D2為葉根中心線與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的水平夾角。

B為葉根的軸向?qū)挾取?

O1為葉身根截面出口喉寬度，即出口邊與相鄰葉身截面背弧的最小距離。

α1°為出口幾何角，sin^-1（O1/T）。

T為節(jié)距，即相鄰兩葉片同一高度截面在周向的安裝距離。

（1）葉型設(shè)計(jì)，沿葉高若干個特征葉身截面的氣動設(shè)計(jì)

采用專用的通流設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)了本末級葉片沿葉高各截面的基本葉型要素及安裝位置，沿葉高各基本葉型的特征是：根部為亞音速葉型、中部為跨音速葉型、頂部為超音速葉型?；救~型的橫截面積沿高度單調(diào)減小，呈塔形變化，葉高H的相對值（葉片的某一截面高度與總的葉高值之比）由0.0單調(diào)增加到1.0；與之相對應(yīng)，安裝角c1的絕對值由80.99°單調(diào)減小到10.8°；從根截面到頂截面的截面積A的相對值（頂截面為1.0）變化規(guī)律為：5.564≥A≥1.0；從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對值（頂截面為1.0）變化規(guī)律為：8.437≥Xa≥1.0；從根截面到頂截面的弦長b1的相對值（頂截面為1.0）變化規(guī)律為：1.556≥b1≥1.0；從根截面到頂截面的最大厚度W1的相對值（頂截面為1.0）變化規(guī)律為：3.131≥W1≥1.0?；救~型沿高度單調(diào)扭轉(zhuǎn)成型，基本葉型的出口幾何角α1o沿高度單調(diào)可控地減小。

（2）凸臺拉筋結(jié)構(gòu)—大變形阻尼葉片的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于在工作狀態(tài)下，葉片中上部分的截面相對于靜止?fàn)顟B(tài)時有較大的扭轉(zhuǎn)變形，采用結(jié)構(gòu)有限元分析方法優(yōu)化設(shè)計(jì)了葉片的連接結(jié)構(gòu)。在葉身上高度為Lj的位置設(shè)置凸臺拉筋，凸臺拉筋的高度Lj滿足關(guān)系式0.55＜Lj/H＜0.7，凸臺拉筋截面為橢圓形，凸臺拉筋在葉身上形成背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，其背弧工作面S2、內(nèi)弧工作面P2是相互平行的平面；A2為工作面S2、P2間的距離，T2為工作面S2、P2幾何中心間的距離。凸臺拉筋內(nèi)弧工作面P2與X軸的夾角B2滿足關(guān)系式：A2=T2*COSB2，25°≤B2≤55°；凸臺拉筋背弧工作面S2與相鄰面的拔模角度為C2，其滿足關(guān)系式：3°≤C2≤9°；凸臺拉筋的厚度為W2，寬度為V2，凸臺拉筋輪廓中軸線與水平面的夾角為X2，厚度W2、寬度V2和夾角X2分別滿足關(guān)系式：15毫米≤W2≤35毫米,40毫米≤V2≤60毫米,12°≤C2≤28°。

該凸臺拉筋結(jié)構(gòu)的功能是在額定轉(zhuǎn)速時工作面接觸形成合適的壓應(yīng)力，增加葉片的阻尼，大幅度降低葉片動應(yīng)力，同時提高葉片剛性。

（3）圍帶結(jié)構(gòu)—大變形阻尼葉片的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與葉身自成一體的圍帶厚度為H1，厚度H1滿足關(guān)系式：10毫米＜H1＜25毫米，自帶圍帶結(jié)構(gòu)在氣動方面阻止了葉頂?shù)臋M向竄流和徑向流，在約轉(zhuǎn)速N1轉(zhuǎn)/分時，圍帶背弧工作面S1與相鄰葉片圍帶內(nèi)弧工作面P1接觸，產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力F1，接觸轉(zhuǎn)速N1滿足關(guān)系式：0≤N1≤1000轉(zhuǎn)/分；工作面壓應(yīng)力F1滿足關(guān)系式：0.01＜F1≤0.05倍材料的強(qiáng)度極限；圍帶內(nèi)弧工作面P1與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B1滿足關(guān)系式：A1=T1*COSB1，30⁰≤B1≤50⁰。

圍帶在葉片工作時增加葉片剛性，使靜態(tài)下的自由葉片在額定轉(zhuǎn)速時較大地限制了葉頂?shù)呐まD(zhuǎn)恢復(fù)，形成整圈約束結(jié)構(gòu)，大幅度降低葉片動應(yīng)力。

（4）葉根設(shè)計(jì)

葉根為斜置式四齒斜齒形樅樹型葉根，該結(jié)構(gòu)能使葉片與轉(zhuǎn)子結(jié)合牢固、穩(wěn)定，且便于與轉(zhuǎn)子裝配，操作簡便、快捷。葉根中心線與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的水平夾角為D2，夾角為D2滿足關(guān)系式：60°≤D2≤140°，葉根的軸向?qū)挾葹锽，軸向?qū)挾菳滿足關(guān)系式：450≤D2≤650毫米。

半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片專利目的

《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》提供一種自主研發(fā)的半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片，該葉片為72英寸葉片，適合用于額定轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分的核電蒸汽輪機(jī)，尤其是適用于背壓為3～6千帕、功率為1000～1700兆瓦、轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分的核電汽輪機(jī)。

半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片技術(shù)方案

一種半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片，具有葉根和葉身，所述葉身頂部設(shè)有圍帶，腰部設(shè)有凸臺拉筋，葉根、葉身、凸臺拉筋和圍帶是整體結(jié)構(gòu)；所述葉身是由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合而成的異形體；所述特征截面的輪廓型線是由內(nèi)弧曲線和背弧曲線圍成的封閉曲線，具有特征參數(shù)安裝角c1、弦長b1、最大厚度W1、軸向?qū)挾萖a、截面積A；截面的迭合規(guī)律是沿葉高方向自根端向頂端各截面連續(xù)光滑過渡；所述葉身的有效高度為H、根徑為Dr；葉高H的相對值由0.0單調(diào)增加到1.0；與之相對應(yīng)，安裝角c1的絕對值由80.99°單調(diào)減小到10.8°；從根截面到頂截面的截面積A的相對值變化規(guī)律為：5.564≥A≥1.0；從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對值變化規(guī)律為：8.437≥Xa≥1.0；從根截面到頂截面的弦長b1的相對值變化規(guī)律為：1.556≥b1≥1.0；從根截面到頂截面的最大厚度W1的相對值變化規(guī)律為：3.131≥W1≥1.0。

所述圍帶具有背弧工作面S1和內(nèi)弧工作面P1，S1和P1是相互平行的平面，在轉(zhuǎn)速N1轉(zhuǎn)/分時，圍帶背弧工作面S1與相鄰葉片圍帶內(nèi)弧工作面P1接觸，產(chǎn)生壓應(yīng)力F1，A1為工作面S1、P1間的距離，T1為工作面S1、P1幾何中心間的距離；

所述圍帶厚度H1滿足關(guān)系式：10＜H1＜25毫米；

所述內(nèi)弧工作面P1與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B1滿足關(guān)系式：A1=T1*COSB1，30⁰≤B1≤50⁰；

所述相鄰葉片的圍帶接觸轉(zhuǎn)速N1滿足關(guān)系式：0≤N1≤1000轉(zhuǎn)/分；

所述工作面的壓應(yīng)力F1滿足關(guān)系式：0.01＜F1≤0.05倍材料的強(qiáng)度極限。

所述凸臺拉筋截面為橢圓形，凸臺拉筋在葉身上形成背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，S2和P2是相互平行的平面，A2為工作面S2、P2間的距離，T2為工作面S2、P2幾何中心間的距離；

所述凸臺拉筋的高度Lj滿足關(guān)系式：0.55＜Lj/H＜0.7；

所述凸臺拉筋的厚度W2和寬度V2分別滿足關(guān)系式：15毫米≤W2≤35毫米；40毫米≤V2≤60毫米；

所述凸臺拉筋輪廓中軸線與水平面的夾角X2滿足關(guān)系式：12°≤X2≤28°；

所述凸臺拉筋內(nèi)弧工作面P2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B2滿足關(guān)系式：A2=T2*COSB2，25°≤B2≤55°；

所述凸臺拉筋背弧工作面S2與相鄰面的拔模角度C2滿足關(guān)系式：3°≤C2≤9°。

所述葉根為樅樹型葉根。

所述葉根為斜置式四齒斜齒形樅樹型葉根；

所述葉根中心線與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的水平夾角D2滿足關(guān)系式：60°≤D2≤140°；

所述葉根的軸向?qū)挾菳滿足關(guān)系式：450≤B≤650毫米。

半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片有益效果

《半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片》上述結(jié)構(gòu)的末級葉片自主研發(fā)而成，具有良好的動態(tài)性能，氣動性好，動應(yīng)力小，剛性和阻尼特性好，強(qiáng)度高，安全可靠，能夠滿足葉片的安全性要求；葉根為斜置式斜齒形樅樹型葉根設(shè)計(jì)，能使葉片與轉(zhuǎn)子結(jié)合牢固、穩(wěn)定；它填補(bǔ)了中國在核電汽輪機(jī)用末級長葉片技術(shù)方面的空白，滿足了市場對大容量核電汽輪機(jī)的需要，使中國葉片的技術(shù)水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，提高了中國核電汽輪機(jī)在國際市場的競爭力，也擺脫了中國核電汽輪機(jī)長期受制于人的局面，利國利民。

1.一種半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片，具有葉根和葉身，所述葉身頂部設(shè)有圍帶，腰部設(shè)有凸臺拉筋，葉根、葉身、凸臺拉筋和圍帶是整體結(jié)構(gòu)；所述葉身是由若干特征截面按一特定規(guī)律迭合而成的異形體；所述特征截面的輪廓型線是由內(nèi)弧曲線和背弧曲線圍成的封閉曲線，具有特征參數(shù)安裝角c1、弦長b1、最大厚度W1、軸向?qū)挾萖a、截面積A；截面的迭合規(guī)律是沿葉高方向自根端向頂端各截面連續(xù)光滑過渡；其特征在于，所述葉身的有效高度為H、根徑為Dr；葉高H的相對值由0.0單調(diào)增加到1.0；與之相對應(yīng)，安裝角c1的絕對值由80.99°單調(diào)減小到10.8°；從根截面到頂截面的截面積A的相對值變化規(guī)律為：5.564≥A≥1.0；從根截面到頂截面的軸向?qū)挾萖a的相對值變化規(guī)律為：8.437≥Xa≥1.0；從根截面到頂截面的弦長b1的相對值變化規(guī)律為：1.556≥b1≥1.0；從根截面到頂截面的最大厚度W1的相對值變化規(guī)律為：3.131≥W1≥1.0。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片，其特征在于，所述圍帶具有背弧工作面S1和內(nèi)弧工作面P1，S1和P1是相互平行的平面，在轉(zhuǎn)速N1轉(zhuǎn)/分時，圍帶背弧工作面S1與相鄰葉片圍帶內(nèi)弧工作面P1接觸，產(chǎn)生壓應(yīng)力F1，A1為工作面S1、P1間的距離，T1為工作面S1、P1幾何中心間的距離；所述圍帶厚度H1滿足關(guān)系式：10＜H1＜25毫米；所述內(nèi)弧工作面P1與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B1滿足關(guān)系式：A1=T1*COSB1，30⁰≤B1≤50⁰；所述相鄰葉片的圍帶接觸轉(zhuǎn)速N1滿足關(guān)系式：0≤N1≤1000轉(zhuǎn)/分；所述工作面的壓應(yīng)力F1滿足關(guān)系式：0.01＜F1≤0.05倍材料的強(qiáng)度極限。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片，其特征在于，所述凸臺拉筋截面為橢圓形，凸臺拉筋在葉身上形成背弧工作面S2和內(nèi)弧工作面P2，S2和P2是相互平行的平面，A2為工作面S2、P2間的距離，T2為工作面S2、P2幾何中心間的距離；

所述凸臺拉筋的高度Lj滿足關(guān)系式：0.55＜Lj/H＜0.7；

所述凸臺拉筋的厚度W2和寬度V2分別滿足關(guān)系式：15毫米≤W2≤35毫米；40毫米≤V2≤60毫米；

所述凸臺拉筋輪廓中軸線與水平面的夾角X2滿足關(guān)系式：12°≤X2≤28°；

所述凸臺拉筋內(nèi)弧工作面P2與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的夾角B2滿足關(guān)系式：A2=T2*COSB2，25°≤B2≤55°；

所述凸臺拉筋背弧工作面S2與相鄰面的拔模角度C2滿足關(guān)系式：3°≤C2≤9°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片，其特征在于，所述葉根為樅樹型葉根。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)用的末級葉片，其特征在于，所述葉根為斜置式四齒斜齒形樅樹型葉根；所述葉根中心線與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中軸線X軸的水平夾角D2滿足關(guān)系式：60°≤D2≤140°；所述葉根的軸向?qū)挾菳滿足關(guān)系式：450≤B≤650毫米。

低壓末級葉片排汽面積決定飽和蒸汽汽輪機(jī)的最大功率，而末級葉片排汽面積取決于葉片的高度。所以為了增大功率就必須采取增加低壓缸的數(shù)量或增加末級葉片的高度。

對于增加低壓缸的數(shù)量來說，由于受機(jī)組軸系長度、軸系穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速等限制，一般最多采用四個低壓缸。此外隨著機(jī)組軸系的加長，汽輪機(jī)廠房的投資也會增加。

末級葉片的高度增加，受到葉片材料應(yīng)力和強(qiáng)度的限制。對于全速汽輪機(jī)來說，由于其轉(zhuǎn)速是半速機(jī)的一倍，同樣長度的葉片工作時承受到的離心力是半速機(jī)的四倍。因此全速汽輪機(jī)不可能采用較長的葉片。采用半速機(jī)在同樣的末級葉片應(yīng)力和強(qiáng)度的情況下，可使汽輪機(jī)的功率大約增加四倍。隨著機(jī)組功率的不斷增加，要求不斷增加排汽面積，而排汽面積的增加受末級葉高增加的限制，因?yàn)殡S著葉高的增加，葉片的應(yīng)力不斷增大，采用全速機(jī)可能超過葉片材料的許用應(yīng)力。采用半速機(jī)在滿足末級葉高增加的同時，葉片的應(yīng)力又不會超過葉片材料的許用應(yīng)力，因此采用半速機(jī)組有利于提高單機(jī)的極限功率和機(jī)組效率，有利于降低葉片的設(shè)計(jì)難度。

采用半速機(jī)另外的原因是在同樣末級葉片情況下，由于葉頂速度降低，葉片的水蝕量減小，同時降低了轉(zhuǎn)動部件的應(yīng)力。在給定功率的前提下，由于可以采用更長的末級葉片來增加排汽面積，因此可以減少排汽缸的數(shù)量，降低設(shè)備及廠房的投資。

蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功伴隨著壓力和溫度的降低，體積的膨脹，由于最后一級的蒸汽壓力最低，所需的容積流量也最高，因此末級葉片是汽輪機(jī)各級葉片中最長的一級，承受最大的離心力載荷和由此產(chǎn)生的應(yīng)力。

末級葉片是汽輪機(jī)中的一個重要部件，它的工作環(huán)境復(fù)雜，其可靠性的影響因素眾多，是一個復(fù)雜的多學(xué)科問題，它不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)、空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)、材料成分設(shè)計(jì)有關(guān)，還與材料熱處理工藝設(shè)計(jì)、材料生產(chǎn)控制、成品組裝工藝及控制、環(huán)境因素等相關(guān)。在國內(nèi)外汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，都曾出現(xiàn)較多的末級葉片裂紋或斷裂事故。究其原因是多樣性的、復(fù)雜的。為了保證汽輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有效減少和預(yù)防事故的發(fā)生，在汽輪機(jī)末級葉片正式投入使用之前，我們有必要對汽輪機(jī)末級葉片進(jìn)行全面的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的分析，以確保其在投入使用后能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免葉片過早的失效，有效提高汽輪機(jī)的可靠性和安全性。