靜葉片

1．高、中壓第一級斜置靜葉

在高、中壓汽缸兩個(gè)徑向進(jìn)汽通道向軸向葉片級折轉(zhuǎn)過程中配置了一種獨(dú)特的斜置靜葉，如圖3所示。其主要特點(diǎn)如下。

（1）第1級為低反動(dòng)度葉片級（反動(dòng)度約為20%），靜葉有較大的焓降，可以降低轉(zhuǎn)子的工作溫度。

（2）采用切向進(jìn)汽的第1級斜置靜葉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理緊湊，漏汽損失小，效率高。

（3）全周進(jìn)汽模式對動(dòng)葉片無任何附加激振力。

（4）采用滑壓運(yùn)行方式，大幅度提高超超臨界機(jī)組帶部分負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

（5）動(dòng)、靜葉片問的距離加大，有利于避免硬質(zhì)顆粒沖蝕。

（6）滑壓運(yùn)行及全周進(jìn)汽使第l級動(dòng)、靜葉片的最大載荷大幅度下降，從根本上解決了采用單流程的第1葉片級強(qiáng)度設(shè)計(jì)問題。

2．反動(dòng)級葉片的全三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)

反動(dòng)式葉片與沖動(dòng)式葉片相比較，除了葉片及平衡活塞的漏汽損失稍大外，在其他方面要強(qiáng)于沖動(dòng)式葉片：反動(dòng)級葉片兇其折轉(zhuǎn)角較小，可減少二次流損失；葉片面積大，可減少高壓端葉片的端部損失；動(dòng)葉片大進(jìn)汽

角下的沖角損失小等。因此，反動(dòng)式葉片級的效率要高于沖動(dòng)式葉片級。

上汽汽輪機(jī)HMN模塊通流部分反動(dòng)式葉片級中采取了一系列先進(jìn)的氣動(dòng)及結(jié)構(gòu)技術(shù)以進(jìn)一步提高效率：

（1）所有的高、中、低葉片級（除了最末3級外）均采用彎扭的馬刀型動(dòng)、靜葉片，如圖4所示。該葉片具有新一代形損小、有寬廣沖角適應(yīng)范罔的型線；采用全三維一彎扭的葉片成型技術(shù)，以減少二次流損失。

（2）采用變反動(dòng)度設(shè)計(jì)原則：整個(gè)通流部分按最佳氣流特性決定各級的反動(dòng)度。反動(dòng)度的變化范圍為30%～50%，使整個(gè)葉片級的總效率達(dá)到最佳。

（3）所有的高、中壓葉片以及除末級之外的低壓缸葉片全部采用帶T形葉根的整體圍帶結(jié)構(gòu)形式，全切削加工。葉片采用預(yù)扭安裝技術(shù)，使單個(gè)葉片成為整圈連接，強(qiáng)度高，大幅度降低動(dòng)應(yīng)力，抗高溫蠕變性能好．安全可靠性高。

采用了上述技術(shù)后，汽輪機(jī)效率可提高約2%。

3．葉片進(jìn)汽邊激光硬化技術(shù)

以往各種提高動(dòng)葉片抗水蝕能力的技術(shù)，如鑲硬質(zhì)合金、高頻淬硬、火焰淬硬等都伴隨著犧牲葉片部分疲勞強(qiáng)度性能。1997年后發(fā)展的特大型長葉片，鋼制葉片的最大圓周速度已提高到650m/s以上，葉片的應(yīng)力水平更高，常規(guī)提高動(dòng)葉片抗水蝕能力技術(shù)已難以滿足需求。上汽1000MW機(jī)組末級葉片采用了一種新的激光硬化專利技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的兩大突破為：將局部表面硬化技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用到17-4PH鋼；在提高抗水蝕能力的同時(shí)，材料的韌性不變，而葉片的表面應(yīng)力狀況及疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕能力還有所提高。

100MW汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和投產(chǎn)年代較早，其經(jīng)濟(jì)性已遠(yuǎn)落后于當(dāng)代汽輪機(jī)水平，經(jīng)濟(jì)性差。為提高機(jī)組出力，降低發(fā)電煤耗，節(jié)約能源，延長機(jī)組壽命。琿春發(fā)電公司利用1、2號機(jī)組大修機(jī)會，將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，隔板及隔板套返廠進(jìn)行改造。哈爾濱汽輪機(jī)廠參考200MW汽輪機(jī)高、低壓缸改造的成功經(jīng)驗(yàn)， 對100MW汽輪機(jī)高、低壓缸進(jìn)行了通流部分改造，按汽輪機(jī)全三維設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

靜葉片改造所采用的先進(jìn)技術(shù)和措施

（1）噴嘴組采用子午面收縮型靜葉柵；靜葉全部采用高效后加載葉型；部分靜葉片采用復(fù)合彎扭成型全三維設(shè)計(jì)葉片。

（2）高壓2～7級隔板靜葉為內(nèi)外圍帶焊接結(jié)構(gòu)；12～25級和低壓2×5級由鑄鐵隔板改為焊接鋼隔板。

（3）全部動(dòng)葉均采用自帶冠結(jié)構(gòu)，頂部加裝3～4道汽封齒。

（4）調(diào)節(jié)級動(dòng)葉型線進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整安裝角，增大通流面積，減小型線損失；其他所有動(dòng)葉型線改用高效葉型。

（5）采用光滑子午面流道；優(yōu)化低壓缸速比和焓降分配；提高末級、次末級根部反動(dòng)度。

靜葉片改造效果

改造前后由琿春發(fā)電公司、吉林省電力科學(xué)研究院、哈爾濱汽輪機(jī)廠三方有關(guān)技術(shù)人員對1、2號機(jī)進(jìn)行了改造前、后的熱效率試驗(yàn)， 試驗(yàn)工作參照美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）《汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程》PTC 6—1972進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過系統(tǒng)修正和參數(shù)修正，1號機(jī)發(fā)電熱耗率由改造前的9315.71kJ/kWh降至改造后的9135.21kJ/kWh,低壓缸效率提高了5.69%，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4350t，改造后機(jī)組在原額定進(jìn)汽量不變的情況下出力增加2MW。2號機(jī)改造后發(fā)電熱耗率降至8909.8kJ/kWh，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤9750t，改造后機(jī)組在原額定進(jìn)汽量不變的情況下出力增加6MW，提高了機(jī)組的發(fā)電能力。

靜葉片（stationary blade），直接安置在汽缸內(nèi)壁、汽缸上和鑲嵌在隔板上葉片的統(tǒng)稱。靜葉片和動(dòng)葉片組成汽輪機(jī)的通流部分。蒸汽在靜葉柵中進(jìn)行膨脹，使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。反動(dòng)式汽輪機(jī)的靜葉片直接安裝在汽缸內(nèi)壁上；沖動(dòng)式汽輪機(jī)的靜葉片第一級（噴嘴）裝在汽缸上，其余各級靜葉片（即隔板噴嘴）鑲嵌在隔板上。高壓部分的靜葉片采用切削、冷拉、精密鑄造、模壓等工藝制成后鑲嵌在隔板上焊牢，低壓部分采用鑄造隔板時(shí)，靜葉片鑄于板體與外緣之間。靜葉片有空心和實(shí)心兩種。盡可能采用等截面葉片（或工藝簡單的變截面葉片）。靜葉片的材料應(yīng)有較好的高溫強(qiáng)度、耐磨、耐腐蝕性能，常采用的有1Cr13。

葉片按用途可分為動(dòng)葉片（又稱工作葉片，簡稱葉片）和靜葉片（又稱導(dǎo)葉葉片）兩種。

動(dòng)葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉輪（沖動(dòng)式汽輪機(jī)）或轉(zhuǎn)鼓（反動(dòng)式汽輪機(jī)）上，接受靜葉柵射出的高速汽流。把蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

靜葉片安裝在隔板或持環(huán)套上。在靜葉柵中，蒸汽的壓力和溫度降低。流速增加，將熱力勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。

葉片是汽輪機(jī)中數(shù)量和種類最多的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)型線、工作狀態(tài)將直接影響能量轉(zhuǎn)換效率，因此其加工精度要求高，它所占加工量約為整個(gè)汽輪機(jī)加工量的30%，可批量生產(chǎn)。

葉片的工作條件很復(fù)雜，除兇高速旋轉(zhuǎn)和汽流作用而承受較高的靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力外，還因其分別處在過熱蒸汽區(qū)、兩相過渡區(qū)（指從過熱蒸汽區(qū)過渡到濕蒸汽區(qū)）和濕蒸汽區(qū)段內(nèi)工作而承受高溫、高壓、腐蝕和沖蝕作用，因此它的結(jié)構(gòu)、材料和加工、裝配質(zhì)量對汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有極大的影響。所以存設(shè)計(jì)、制造葉片時(shí)，既要考慮到有足夠的強(qiáng)度和剛度，又要有良好的型線，以提高汽輪機(jī)的效率。

對于在高溫區(qū)工作的葉片，應(yīng)考慮材料的蠕變問題；對于在濕蒸汽區(qū)工作的葉片，應(yīng)考慮材料受濕蒸汽沖蝕的問題。任何一只葉片的斷裂都有可能造成嚴(yán)重事故。實(shí)踐表明，汽輪發(fā)生的事故以葉片部分的為最多，所以必須給予足夠的重視。

葉片一般由葉根、工作部分（或稱葉身、葉型部分）、葉頂連接件（圍帶）或拉筋組成，如圖1所示。

1．葉根部分

葉片是通過葉根與葉輪或轉(zhuǎn)鼓相連接的。葉根的作用是將動(dòng)葉嵌固在葉輪輪緣或轉(zhuǎn)鼓凸緣的溝槽里，在汽流的作用力和旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，使葉片不至于從溝槽里甩出來；因此要求它與葉輪輪緣或轉(zhuǎn)鼓凸緣的配合部分要有足夠的配合精度和強(qiáng)度，而且應(yīng)力集中要小。所以，葉根與輪緣或葉根與轉(zhuǎn)鼓槽的結(jié)構(gòu)是否適當(dāng)，對葉片的安全運(yùn)行起著重要的作用。

工作葉片一般用單支承面或多支承面的葉根固定在溝槽中，隨著葉片高度和重量的增加，葉根所受的作用力增大，應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地增加葉片根部支承而的數(shù)目，即要采用不同型式的葉根結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代汽輪機(jī)常用的葉根結(jié)構(gòu)型式有T形、外包T形、雙T形、菌形、叉形、樅樹形等，其適用范圍和裝配要求各不相同。

2．葉型部分

葉型部分是指葉片的工作部分。葉片工作部分的橫截面形狀稱為葉型。葉型的周線稱為型線。相鄰葉片的葉型部分構(gòu)成蒸汽流動(dòng)的通道，它要求具有良好的空氣動(dòng)力特性的型線，以減少汽流的能量損失，提高機(jī)組的內(nèi)效率。同時(shí)還要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和加工工藝的要求。

按工作原理不同，汽輪機(jī)的級分為沖動(dòng)級和反動(dòng)級兩大類。沖動(dòng)級動(dòng)葉片的進(jìn)、出口壓差不大，級的反動(dòng)度較小，蒸汽在動(dòng)葉柵中的膨脹程度不大，動(dòng)葉柵流通截面積稍呈漸縮形；反動(dòng)級動(dòng)葉片的進(jìn)、出口壓差較大，級的反動(dòng)度大，蒸汽在動(dòng)葉柵中的膨脹程度與導(dǎo)葉柵差不多，動(dòng)葉柵流通橫截面與導(dǎo)葉葉柵的幾何形狀相似，如圖2所示。

按葉片的截面形狀沿葉高是否變化，可以把葉片分為等截面葉片、變截面葉片和扭曲葉片。等截面葉片的葉型形狀和截面面積沿葉高是不變的，也稱為直葉片；變截面葉片的葉型截面面積沿葉高按一定的規(guī)律變化，各截面面積不相等；若葉片不同高度各橫截面逐漸扭轉(zhuǎn)一定角度，且各截面面積不相等，則稱為扭曲葉片。

3．葉頂部分

為了使動(dòng)葉片之間組成良好的通道，保證汽流沿外緣周界上的良好流動(dòng)性，降低漏汽損失，提高級的效率，通常葉片的葉頂上都裝有圍帶（復(fù)環(huán)），將動(dòng)葉片連成葉片組。成組葉片也提高了葉柵的剛度，降低了葉片中的彎曲應(yīng)力，改善其頻率特性；在扭曲葉‘片加裝圍帶后，能限制動(dòng)葉片外緣部分在蒸汽作用力下發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

隨著成組方式的不同，葉頂結(jié)構(gòu)也各不相同。整體圍帶結(jié)構(gòu)型式，圍帶和葉片實(shí)為一個(gè)整體部件，葉片裝好后頂板互相靠緊即形成一圈圍帶，圍帶之問可以焊接，這種結(jié)構(gòu)稱為焊接圍帶；也可以不焊接。整體圍帶一般用于短葉片。將3～5mm厚的扁平鋼帶，用鉚接方法固定在葉片頂部，稱為鉚接圍帶。采用鉚接圍帶結(jié)構(gòu)的葉頂必須做出與圍帶上的孔相配合的凸出部分（鉚頭），以備鉚接。考慮到有熱膨脹，各成組葉片的圍帶間留有約1mm的膨脹間隙。

葉片振動(dòng)斷裂可能是由于葉片自振頻率調(diào)整不當(dāng)，或由于其他惡化了葉片的工作條件因素造成的，一般主要有下列主要原因：

（1）材料缺陷。材料的夾雜、裂紋等缺陷所引起的葉片疲勞折斷，一般在一級內(nèi)是沒有規(guī)律的，其折斷處的高度是不一致的。

（2）設(shè)計(jì)、制造缺陷。由于葉片設(shè)計(jì)不當(dāng)和制造加工誤差所引起的疲勞折斷，其折斷處的形狀和位置，表現(xiàn)在一級內(nèi)的各葉片都是相同的。如加工的圓角不足，或加工時(shí)所用的刀具或夾具設(shè)計(jì)不當(dāng)，致使葉片加工出傷紋等。

（3）裝配質(zhì)量不佳。如：葉片根部研磨貼合接觸不良；葉根與輪槽配合過松，鉚釘未鉚緊等影響葉片白振頻率降低而陷入共振，造成疲勞斷裂；拉筋焊接時(shí)，使拉筋孔周圍葉片被局部淬硬，或組織顆粒變粗都會引起疲勞折斷。圍帶上的鉚釘孔與葉片鉚釘頭配合過緊，鉚頭過鉚會產(chǎn)生裂紋。

（4）汽流的擾動(dòng)。汽輪機(jī)通流部分的靜止件由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工誤差，將造成各種頻率的汽流擾動(dòng)。各種擾振頻率的存在，增加了與葉片自振頻率發(fā)生共振的機(jī)會。

（5）汽輪機(jī)在非規(guī)定周波下運(yùn)行。在對葉片進(jìn)行調(diào)頻時(shí)，雖然使葉片的自振頻率不僅不與汽輪機(jī)的工作轉(zhuǎn)速重合或不為其倍數(shù)，并且還有一定的裕度。這個(gè)裕度考慮的因素之一就是系統(tǒng)周波的擺動(dòng)。但系統(tǒng)允許的周波的擺動(dòng)只有±0.5r/s。因此，汽輪機(jī)長時(shí)間在超出系統(tǒng)周波允許的范圍內(nèi)運(yùn)行，將會導(dǎo)致葉片進(jìn)入共振區(qū)工作而疲勞折斷。

（6）機(jī)組振動(dòng)。機(jī)組振動(dòng)對葉片增加不正常的干擾力，將使葉片共振斷裂。 2100433B

多排轉(zhuǎn)靜葉片排間，葉片尾流抖動(dòng)行為影響著葉片排間相互作用，尾流和主流的摻混，氣動(dòng)噪聲特性，還會引起轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生振動(dòng)。已有研究很少涉及多排轉(zhuǎn)靜葉片排的尾流抖動(dòng)現(xiàn)象及其調(diào)控方法。針對這一問題，本研究工作的主要目的是揭示轉(zhuǎn)靜葉片排間抖動(dòng)尾流流動(dòng)形態(tài)特性，以及如何對抖動(dòng)尾流進(jìn)行調(diào)控，使其具有最小的流動(dòng)損失。 首先研究了兩排葉片間的轉(zhuǎn)靜干涉與葉片尾跡抖動(dòng)行為關(guān)系。然后依據(jù)三排葉片組成的軸徑流組合壓氣機(jī)模型，研究兩個(gè)轉(zhuǎn)靜子干涉同時(shí)存在情況下葉輪機(jī)械內(nèi)部尾跡非定常干涉耦合疊加特性，并建立代表多因素的變量疊加模型。借鑒模型分解方法，將某些干涉因素對應(yīng)變量從疊加公式中分離，用于展示非定常因素時(shí)域耦合疊加特征。研究主要結(jié)論如下： (1) 認(rèn)為下游葉片勢流場是上游葉片尾跡發(fā)生抖動(dòng)的主導(dǎo)因素。下游葉片勢流造成葉片排之間區(qū)域周向壓力分布不均。隨著葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，上游葉片尾跡兩側(cè)壓力差正負(fù)交變。這個(gè)正負(fù)變化壓力梯度是葉片尾跡發(fā)生抖動(dòng)行為的驅(qū)動(dòng)力。(2) 描述了上游葉片尾跡對下游葉片尾跡抖動(dòng)特性的異步干涉現(xiàn)象。上游葉片尾跡通過與下游葉片邊界層干涉方式改變下游葉片邊界層局部厚度，隨后葉片兩側(cè)增厚邊界層異步匯入尾跡，影響下游葉片尾跡抖動(dòng)特性。(3) 中間葉片排尾跡抖動(dòng)特性是由上下游葉片排共同決定的。當(dāng)上下游葉片干涉頻率不同時(shí)，中間葉片抖動(dòng)周期為兩個(gè)影響因素周期的最小公倍數(shù)。當(dāng)上下游葉片排干涉頻率相同時(shí)，中間葉片尾跡抖動(dòng)周期與上下游葉片排通過頻率相同。(4) 建立了影響因素耦合疊加公式，成功獲得部分影響因素時(shí)域疊加特征。時(shí)域疊加波形圖顯示：當(dāng)兩個(gè)因素以“波峰-波峰”或“波谷-波谷”相對相位疊加時(shí)，中間葉片尾跡抖動(dòng)幅值最大。而當(dāng)兩個(gè)因素以“波峰-波谷”相對相位疊加時(shí)，中間葉片尾跡抖動(dòng)幅值最小。 項(xiàng)目研究結(jié)果有助于推進(jìn)葉輪機(jī)械非定常設(shè)計(jì)體系的建立和實(shí)現(xiàn)非定常干涉或多因素耦合干涉的有效組織。 2100433B

燃?xì)馔钙揭话悴捎幂S流式,僅在燃?xì)饬髁亢苄?例如100千瓦以下的燃?xì)廨啓C(jī)中)時(shí)才較多采用向心式。軸流式燃?xì)馔钙街饕伸o子和轉(zhuǎn)子組成。靜子中裝有靜葉片，轉(zhuǎn)子上裝有動(dòng)葉片。從燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室來的高溫混合氣體在靜子的第一級靜葉片中膨脹加速后流入動(dòng)葉片，對動(dòng)葉片產(chǎn)生作用力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，把燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)化為機(jī)械功，使燃?xì)馔钙侥軒?dòng)負(fù)荷和壓氣機(jī)運(yùn)行。由一列靜葉片和一列動(dòng)葉片組成的透平級的轉(zhuǎn)換能量有限，故常用多個(gè)級來完成能量轉(zhuǎn)換。在燃?xì)馔钙街幸话銥?～5級。為達(dá)到高效率，燃?xì)馔钙街卸疾捎门まD(zhuǎn)葉片，并在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計(jì)。此外，燃?xì)馔钙匠隹谘b有擴(kuò)壓器，使排氣擴(kuò)壓降速，以減少出口速度損失。因此，燃?xì)馔钙叫士蛇_(dá)到較高水平，一般為85～91%。

汽輪機(jī)的汽封根據(jù)安裝部位的不同分為葉片汽封、隔板汽封和軸端汽封。

汽封葉片汽封

葉片汽封包括： 動(dòng)葉片圍帶處和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向汽封以及動(dòng)葉片根部和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向汽封。

汽封隔板汽封

隔板內(nèi)圓面或靜葉片環(huán)內(nèi)圓面與轉(zhuǎn)子或輪轂外圓面之間用來限制級與級之間的漏汽的汽封。

汽封軸端汽封

在轉(zhuǎn)子兩端穿過汽缸的部位設(shè)置適合不同壓力降的成組汽封，也稱為軸封。