1200mm末级动叶片开发试验研究

圣言浇论拨Ｉ　ＤＯＮＧＦＡＮＧ　ＴＵＲＢＩＮＥ　ｌ　

商宇何斌卢中俊杨长柱徐荣冬　（东方汽轮机有限公司。四川德阳。６１８ＯＯＯ）　

摘　要：１２００ｍｍ末级动叶片是东汽自主开发的末级动叶片，叶片采用阻尼凸台拉筋和自带围带的结构形式。为了保证　叶根强度、避免叶片在正常运行中发生共振现象，通过叶根强度试验和叶片的动调频试验，为保障叶片具有合格的强度　振动特性提供支持，确保叶片在机组运行中的安全可靠。该文介绍了该叶片的叶根强度试验、动频试验的测试技术、试　验结果及分析结论。　关键词：１２００ｍｍ叶片；强度试验；振动试验　

Ｔｈｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　１　２００ｍｍ　Ｌａｓｔ　Ｓｔａｇｅ　Ｂｌａｄｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ＴｅＳｔ　Ｓｈａｎｇ　Ｙｕ，Ｈｅ　Ｂｉｎ，Ｌｕ　Ｚｈｏｎｇｊｕｎ，Ｙａｎｇ　Ｃｈａｎｇｚｈｕ，Ｘｕ　Ｒｏｎｇｄｏｎｇ　（Ｄｏｎｇｆａｎｇ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｄｅｙａｎｇ　Ｓｉｃｈｕａｎ　６１８０００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　１　２００ｍｍ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｌａｓｔ　ｓｔａｇｅ　ｂｌａｄｅ（ＬＳＢ）ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ　ｂｙ　ＤＴＣ，ｉｔ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｃｏｖｅｒ，ｍｉｄ—ｓｐａｎ　ｔｉｅ—ｂｏｓｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｏ　ｉｎｓｕｒｅ　ｂｌａｄｅ　ｒｏｏｔ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ａｖｏｉｄ　ｂｌａｄｅ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｂｌａｄｅ　ｒｏｏｔ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｄｅｔｕｎｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ａｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｋｅ　ｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｂｌａｄｅ　ｈａｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｉｎ　ｕｎｉｔｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｏｆｔｅｓｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：１２００ｍｍ　ｂｌａｄｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｔｅｓｔ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ　

开发高效可靠的汽轮机组是东方汽轮机有限　公司不断追求的目标。汽轮机末级叶片承受很大　的负荷，开发更长的末级叶片是大幅降低汽轮机　的排汽损失、提高汽轮机效率的有效途径之一。　同时更长的末级叶片可减小汽轮机轴系的长度，　有效降低电站建设成本。东方汽轮机有限公司历　时四年多的时间应用当代先进的全三维叶片气　

动、强度振动设计技术开发出用于５０Ｈｚ机组的　１２００ｍｍ｛Ｎ叶片。可应用于５０Ｈｚ超超临界四排汽　１０００￣ｄＷ等级凝汽式汽轮机，也可推广应用于５０Ｈｚ　超超临界、超临界、亚临界两排汽６００ＭＷ等级凝汽　式汽轮机。　１２００ｍｍ叶片叶根采用大承载斜齿枞树型结　构，围带采用成熟可靠先进的自带冠整圈成组结　构，拉筋的结构型式设计为自带凸台式阻尼拉　筋，采用高频淬火防水蚀措施。对新设计的叶根　和轮槽型线开展了叶根连接强度模型试验；设计　

作者简介：商宇（１９６６一），男，高级工程师，现任东汽产品设计研究所副所长，从事汽轮机产品开发工作。　何斌（１９６９一），男，高级工程师，从事汽轮机强度振动及机组故障诊断工作。　２　ＤＯＮ　ＧＦＡＮ拨Ｇ　Ｔ删ＮＥ　

制造了专用试验转子，在高速动平衡台位上完成　了实物叶片旋转试验，确保叶片有合格的调频特　性。本文介绍了试验测试内容与试验结果。　

１．１叶根强度模型试验　在工作状态下叶片主要承受自身的离心力和　蒸汽载荷作用，叶根所受的静载荷主要是叶片的　径向离心力，所以叶根一轮缘的连接强度主要考核　在离心力作用下叶根及轮缘的应力。通过试验比　较枞树型叶根各对齿承担载荷比例，以及各颈截　面的应力情况。　试验叶根与轮缘的型线均同于实物型线，为　了利用模型上所测得的应力值估计实物叶根的应　力，取应力相似Ｌ＆Ｃ　＝１，根据相似原理，通过实　物离心载荷即可计算模型试件需加的额定载荷　值。试验件材料与实物相同，叶根及轮缘的型线　加工完成后，在型线检测仪上进行了检测，保证　试验件的型线合格。　叶根试件的应变测点布置如图１所示，叶根试　件前后左右对称布置５４个测点。电阻应变片全部　采用１ｍ×Ｉｍｍ的小基距应变片。加载试验机型号　是ＷＥ－２ＯＯＯＡ，加载精度为２％。采用７Ｖ１４Ｃ应变测试　系统采集各测点的应变值。加载前，试件用夹紧　块夹紧，以模拟实物叶根、轮缘的边界条件，试　验件见图２。每个截面中间测点的应变数据取前后　两点平均值，其余测点的应变数据取前后左右对　称点的平均值，以消除加载、装夹不对称所引起　的误差，最后汇总成各颈截面测点的应变值。　

图１应变测点布置　

图２试验件　１＿２叶片振动试验　叶片运行时承受的汽流激振力较为复杂，从　调频的角度出发，可将激振力分为两类：　类是　高频激振力；　一类是低频激振力。对于长叶片，　其自振频率远低于高频激振力的频率，因而，　１２００ｍｍ长叶片振动试验的重点内容是使叶片振动　频率避开低频激振力的频率ｋｎ（ｋ≤７）。　１２００ｍｍｎ￣片运行时依靠自身的扭转恢复，白　带拉筋和围带处相互接触，实现叶片与叶片之间　的制约，形成整圈阻尼型结构，在高转速下全周　叶片呈整圈成组振动特性。试验中安装一套固定　喷嘴的管路系统，可导入压缩空气激振叶片，以　模拟实际工作中的低频激振力。　振动试验采用近程无线电遥测技术，用设计　制造的专用试验转子在高速动平衡台位上进行，　试验转子见图３。叶片受扰产生振动，由贴于叶身　上的传感器拾振，振动信号经遥测发射机和接收　机传输到后续的记录仪和动态信号分析仪系统，　测试系统框图见图４。在全周叶片＿卜共布置了ｌ２个　测点。　

图３试验转予　图４测试系统框图　２．１强度试验结果　在叶根型线初设阶段，对四种方案进行了试　验，确定了较优的型线。对选用型线，为掌握叶　根一轮缘型线加工误差对各齿受力的影响，试验中　

Ｇ　汔　Ｉ３ＤＯＮ　ＦＡＮ　ＴＵＲＢ　ＮＥ　Ｇ　Ｇ　ｌ　Ｉ　对第１对、第４对齿分别加０．０２ｍｍ、０．Ｏ５ｍｍ不锈钢　垫片进行了应力试验。在应力试验完成后，进行　了破坏试验。由测试数据采用辛普森积分法求得　各颈截面的平均应力，进而获得各对齿的载荷。　各对齿的载荷数据见表１。各试验工况下颈截面的　应力一载荷曲线见图５。　从试验结果可知，在额定载荷（工况一）下　叶根第１截面的平均拉应力是３３２ＭＰａ，叶根各对　齿的承载分布是不均匀的，叶根的第２对齿的负荷　最大。加垫片处齿承受的负荷明显增大。第１对齿　ＤＨｏ．０２ｍｍ垫片（工况二），齿的负荷约增Ｄ１￣５％；　）ＪＨｏ．０５ｍｍ垫片（工况四），齿的负荷约增加１２％～　１５％。第４对齿加０．０２ｍｍ垫片（工况三），齿的负　荷约增加４％；加０．０５ｍｍ垫片（工况五），齿的负　荷约增加１０％。　极限承载试验时叶根及轮缘试件均是颈截面　断裂，叶根试件第１对齿有明显的挤压变形，轮缘　前３对齿接触面挤压变形严重。齿无剪切破坏痕　迹，表明齿的安全系数略大于颈截面。试验结果　为强度计算提供了基础。　

表１叶根各齿的负荷数据　（单位：Ｎ）　

２．２振动试验结果　第一次振动试验时围带厚度是２０ｍｍ，围带外　圆直径￣４３４５ｍｍ（以下称方案１），试验数据表明　叶片存在高阶高节径共振，因此将围带外圆直径　车削至￣４３３８ｍｍ（围带厚度１６．５ｍｍ，以下称方案　２）后进行了第二次试验，数据表明方案２还不足　以使高阶高节径共振远离工作转速，最后将围带　外圆直径车削至￣４３２７ｍｍ（围带厚度１ｌｍｍ，以下称　方案３）。　三种方案在试验过程中均进行了多次升、降　

速，叶片振动信号随转速升降的变化特征基本相　似。低转速下叶片振动还呈现有单只自由的特征，　在ｌＯ００ｒ／ｍｉｎ后叶片的主要振动频率集中在几个频　带内，叶片振动表现出整圈成组的特点；随着转　速的升高，在２０００ｒ／ｍｉｎ后，叶片的振动频带明显　上移，叶片振动信号幅值有所减小。　三种方案均在降速过程中对叶片进行了激振　试验，激振转速范围为３２００ｒ／ｍｉｎ￣ｌＯ００ｒ／ｍｉｎ。　三种方案测得的第一、二阶模态“三重点”共振　频率及共振转速对比数据见表２。方案三中第六阶　响应跟踪图见图６，三种方案的叶片的实测坎贝尔　图见图７。　４　茎　、　．、　

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圣言汔扮按　ＤＯＮＧＦＡＮＧ　ＴＵＲＢＩＮＥ　

（ａ）工况一齿上不加垫片　（ｃ）工况三仅４—４齿上／Ｊｎ０．０２ｒａｍ垫片　（Ｏ）工况五仅４～４齿上加Ｏ．０５ｒａｍ垫片　茎　＿、　、　甥　露　有　镬　４５０　３５０　２５０　２（１ｏ　１０Ｏ　０　４５０　４００　３５０　３００　２５０　３Ａ　２００　罐１　５０　１００　５０　Ｏ　Ｏ　５Ｏ　ｌ００　１５０　试蝓抽ｊ３　ｋＮ　（ｂ）工况二仅１－１齿．１－＿；￣ｔｌ０．０２ｒａｍ垫片　图５颈截面的应力一载荷曲线　ｌ００　试验挝力ｋＮ　（ｄ）工况四仅１—１齿上，０ｎｏ．０５ｒａｍ垫片　——　９一第１截面　———ｉｉ　第Ⅱ　截面　——　一第Ⅳ截面　

＝＝　２００　：；；＝～