理论教育 长叶片设计问题与基本方法

长叶片设计问题与基本方法

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:随着扭叶片加工工艺水平的提高和制造成本的下降,它的使用范围也越来越广。长叶片的设计方法大致可分为简单径向平衡法和完全径向平衡法两类,两类方法均忽略蒸汽参数沿圆周方向的变化,而将级内流动问题简化假设为一个空间轴对称问题,不同的是前者进一步假设汽流为圆柱面流动,后者汽流速度存在径向分量。

长叶片设计问题与基本方法

实践证明,采用三维概念设计的扭叶片级与直叶片级相比,当θ=8时,级内效率可以提高1%~1.5%,当θ=6时,级内效率提高3%~4%,当θ=4时,级内效率提高可达7%~8%。可见,θ越小,效率的提高越显著。现代汽轮机中采用的弯扭联合叶片,更体现了叶型与气动参数相结合的原则,级内效率更高。随着扭叶片加工工艺水平的提高和制造成本的下降,它的使用范围也越来越广。最初扭叶片只用在θ<5的末几级,目前在大功率汽轮机的高中压部分也普遍采用扭叶片,有些机组已经全部采用弯扭联合叶片。

对于短叶片级,根据一维热力理论,只要合理地确定Ωm、速度比xa喷嘴和动叶的出口角α2和β2,并选择具有高气动效率的叶型,那么根据级前后参数p0、t0、p2,就可以获得一个热力效率较高的中径基元级。由于汽流在直叶片级内沿叶身方向参数变化不大,所以气动性能只跟平面叶型有关系,采用各截面相同的直叶片也可确保整个叶片长度上都具有较高的热力和气动效率。

对于长叶片级,随着叶片高度的增加,汽流在叶根和叶顶处的轮周速度差异变得较为突出,相应沿叶片高度方向的反动度和速度比也将存在较大差异,这对保证全叶高范围内的正反动度带来困难;与此同时,由于汽流的圆周速度分量差异会带来离心力差异,给级内沿半径方向的压力分布设计带来挑战,若设计失当,有可能导致级排汽速度场分布紊乱,加大叶片的气动损失,因此长叶片设计需要考虑的因素更为复杂、难度更高。

长叶片的设计方法大致可分为简单径向平衡法和完全径向平衡法两类,两类方法均忽略蒸汽参数沿圆周方向的变化,而将级内流动问题简化假设为一个空间轴对称问题,不同的是前者进一步假设汽流为圆柱面流动,后者汽流速度存在径向分量。汽流流线的不同对应汽流受力径向平衡状态的不同,根据流体力学基本原理可知,流场内任一气体微元需要满足的径向力的平衡方程为(www.daowen.com)

式中:为单位质量流体由于子午流线方向加速度而产生的惯性力的径向分量;为单位质量流体因子午流线弯曲而引起的离心力的径向分量;为单位质量流体圆周方向分速度cu产生的离心力。

上述径向平衡方程式表明,流体压力沿叶高的变化规律与圆周方向分速度沿叶高的分布和子午流线的形状(即流线的曲率和斜率)均有关系。

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