空冷汽轮机末级动叶片
阅读：509发布：2020-05-12
专利汇可以提供空冷汽轮机末级动叶片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种空冷 汽轮机 末级动 叶片 ，特征是叶片有效高度为661mm，叶高Ld的相对值由0.0单调增加到1.0，安装 角 c1由85.13°单调减小到20.03°；从根截面到顶截面的面积AI变化规律为：3.82≥AI≥1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为：4.749≥Xa≥1.0，从根截面到顶截面的弦长b1变化规律为：1.627≥b1≥1.0，从根截面到顶截面的最大厚度W1变化规律为：1.748≥W1≥1.0。本发明适用于功率300MW～600MW，转速3000rpm的亚临界、超临界空冷汽轮机。，下面是空冷汽轮机末级动叶片专利的具体信息内容。
1.一种空冷汽轮机末级动叶片，具有叶身和叶根，所述叶身的顶部有围带，腰部有拉筋孔，叶根、叶身、围带是整体结构；其特征在于，所述叶身是由若干特征截面按一特定规律迭合而成的异形体，其有效高度为Ld＝661mm、根径为Dr＝1676.4mm；所述特征截面的轮廓型线是由内弧曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，具有特征参数安装角c1、弦长b1、最大厚度w1、截面积AI；截面的迭合规律是，沿叶高方向自根端向顶端，各截面连续光滑过渡；叶高Ld的相对值由0.0单调增加到1.0；与之相对应，安装角c1由85.13°单调减小到20.03°；从根截面到顶截面的面积AI变化规律为：3.82≥AI≥1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为：4.749≥Xa≥1.0，从根截面到顶截面的弦长b1变化规律为：1.627≥b1≥1.0，从根截面到顶截面的最大厚度W1变化规律为：1.748≥W1≥1.0。
2. 根据权利要求1所述的空冷汽轮机末级动叶片，其特征在于，所 述拉筋孔的直径①d满足关系式：10咖《Od《20鹏。
3. 根据权利要求1所述的空冷汽轮机末级动叶片，其特征在于， 所述围带的工作面与X轴的夹角Bl满足关系式：A1=T1*C0SB1; 10。《B1《50° 。
4. 根据权利要求1所述的空冷汽轮机末级动叶片，其特征在于： 所述叶根是7叉叶根。
空冷汽轮机末级动叶片
技术领域
本发明涉及汽轮机的动叶片，适用于功率300丽〜600MW，转速 3000rpm的亚临界、超临界空冷汽轮机。
肖景駄
空冷汽轮机是一种特殊的蒸汽轮机，特殊性表现在：它经常处于 高背压小容积流量工况运行，且背压变化范围大、变化频繁，这些运 行条件极大地限制了末级叶片的设计。且空冷汽轮机的经济性与安全 性在很大程度上与低压末级的热力、气动、强度、振动设计密切相关， 其中尤以低压末级设计难度最大，必须统筹兼顾，进行繁杂的多因素 约束条件下的方案优选，才能设计出高性能的末级叶片。 —
世界上各大汽轮机厂家均拥有自己风格的适合于大容量空冷机
的末级叶片。如：KWU公司在Kendal电厂已成功投运了间冷686MW 空冷汽轮机，该机末级叶片高668mm，圆弧枞树型叶根，型根宽230皿， 自由叶片；MAN公司在MATINBA电厂已成功投运了直冷665丽空冷汽 轮机，该机末级叶片高662ram，型根宽200mm，自带一道翼型式祖尼 拉筋，无围带。国内上汽厂在伊朗325MW空冷汽轮机中推出了 540ram 末级叶片；哈汽厂在大同空冷600MW工程中推出了 620皿末级叶片， 根径1700mm，排气环形面积4. 52m2，该末级叶片为阻尼式自带围带， 一道松拉筋。
上述叶片属于第一代空冷末级叶片，结构落后，叶片的动应力高, 机组经济性较差。
肖景駄
空冷汽轮机是一种特殊的蒸汽轮机，特殊性表现在：它经常处于 高背压小容积流量工况运行，且背压变化范围大、变化频繁，这些运 行条件极大地限制了末级叶片的设计。且空冷汽轮机的经济性与安全 性在很大程度上与低压末级的热力、气动、强度、振动设计密切相关， 其中尤以低压末级设计难度最大，必须统筹兼顾，进行繁杂的多因素 约束条件下的方案优选，才能设计出高性能的末级叶片。 —
世界上各大汽轮机厂家均拥有自己风格的适合于大容量空冷机
的末级叶片。如：KWU公司在Kendal电厂已成功投运了间冷686MW 空冷汽轮机，该机末级叶片高668mm，圆弧枞树型叶根，型根宽230皿， 自由叶片；MAN公司在MATINBA电厂已成功投运了直冷665丽空冷汽 轮机，该机末级叶片高662ram，型根宽200mm，自带一道翼型式祖尼 拉筋，无围带。国内上汽厂在伊朗325MW空冷汽轮机中推出了 540ram 末级叶片；哈汽厂在大同空冷600MW工程中推出了 620皿末级叶片， 根径1700mm，排气环形面积4. 52m2，该末级叶片为阻尼式自带围带， 一道松拉筋。
上述叶片属于第一代空冷末级叶片，结构落后，叶片的动应力高, 机组经济性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是提供一种结构合理，动应力低，
适用于300MW、 600MW等级的空冷汽轮机末级动叶片。 本发明所采用的技术方案是：
一种空冷汽轮机末级动叶片，具有叶身和叶根，所述叶身的顶部有 围带，腰部有拉筋孔，叶根、叶身、围带是整体结构；其特征在于，所 述叶身是由若干特征截面按一特定规律迭合而成的异形体，其有效高度 为Ld =661mm、根径为Dr=1676. 4mm;所述特征截面的轮廓型线是由内弧 曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，具有特征参数安装角cl、弦长bl、最
大厚度wl、截面积Ar;截面的迭合规律是：沿叶高方向自根端向顶端，
各截面连续光滑过渡；叶高Ld的相对值由0.0单调增加到1.0;与之相 对应，安装角cl由85.13°单调减小到20.03°;从根截面到顶截面的面积 Az变化规律为：3.82>D1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规 律为：4.749》Xa》1.0，从根截面到顶截面的弦长bl变化规律为： 1.627》bl>1.0,从根截面到顶截面的最大厚度Wl变化规律为： 1.748》W1>1.0。
所述拉筋孔的直径Od满足关系式： 10mm《①d《20咖。
所述围带的工作面与X轴的夹角Bl满足关系式： A1=T1*C0SB1; 10°《B1《50° 。
所述叶根是7叉叶根。
本发明的技术效果：
在总结第一代空冷汽轮机末级叶片设计经验基础上，为满足市场
对更大容量空冷机的需求，应用当代先进的设计技术，成功完成了适
用于300丽、600MW等级的661mm空冷汽轮机末级叶片的设计。新开 发的661mm空冷末级叶片具有较先进的结构型式一阻尼式自带围带， 阻尼松拉筋，叶根采用大刚性的叉形叶根设计，使叶片的技术水平达 到世界先进水平，具有较高的经济性和可靠性。它不但适用于四排汽 600丽等级亚临界（或超临界）空冷汽轮机，而且可推广应用于两排 汽300MW等级空冷汽轮机，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本叶片的结构示意图
图2是叶身截面图
图3是拉筋结构示意图
图3'是图3的E-E (旋转）视图
图4是围带结构示意图
图5是叶片叶根安装示意图
图6是图5的B向视图
難麯放
参见图1、图2、图4:采用合适的合金钢叶片和转子材料，按 本专利设计图制造的动叶片由4个部分组成，分别是：围带体l，阻 尼拉筋孔2，叶身3,叶根4。各部分是用同一种高强度性能的合金 钢整体地制造完成。叶片通过7叉叶根4安装在转轴外圆上的叶轮槽 中，每圈轮槽安装94只叶片，当叶轮上一周的叶轮槽中均装上叶片 后，就形成了大功率汽轮机的末级。对600MW等级的空冷汽轮机，每
台机组需要正反共四级（4个排气口），对300MW等级的空冷汽轮机， 每台机组需要正反共2级（2个排气口），具有这样大的排汽面积的 汽轮机才能满足大容量，高经济性，高发电密度的要求。为发电厂节 省大量的设备投资和维修费用，提高其经济效益。
本动叶片的设计载体选择空冷4F-600MW等级汽轮机，此机最适 宜的设计背压为14.0Kpa,在此设计背压范围内，最终方案确定的末 级动叶片气道高为661mm，根径Dr(1676.4 mm)，其环形面积大于 4. 85 m2 ，以此根径和叶高为基准设计完成了低压模块的通^E。 一般 的设计原则是低压末三级作为一个积木块进行通流匹配设计，针对不 同的机型，通过设计低压前几级，可以实现不同功率的低压通流模块。 本次设计以4F-600MW等级汽轮机的整缸低压通流为设计对象，给定 低压进口压力、焓值、流量和背压，在保证低压子午流道光顺的前提 下，优化各级的焓降、速比和级内反动度匹配。
在整缸通流优化匹配的基础上，末级级内可控涡流型设计是一项 复杂的多次循环设计过程。首先设计基本的静、动叶基型型线，按可 控涡流型设计的沿叶高出气角分布，设计静、动叶的空间成型规律， 再用全三维流场计算分析来优化级内流场，并进一步调整静、动叶的 空间成型规律，以气动最优为设计目标。
本设计的变量定义： Ld—叶身有效高度：叶身顶截面与叶身根截面之间的距离。 H—围带厚度。
LJ一拉筋孔高度：叶身根截面与拉筋孔中心的垂直距离。
Od—拉筋孔的直径。
A1—围带工作面S1、 Pl之间的距离。
B1—围带工作面S1、 P1与X轴的水平夹角。
T一节距：相邻两叶片同一高度截面在周向的安装距离。
bl—叶身截面弦向宽。
Xa—叶身根截面轴向宽度。
Ol—叶身根截面出口喉宽：出口边与相邻叶身截面背弧的最小距离。
al—出口几何角：sin—乂01/T)。 cl—叶型安装角：弦长线与周向（Y向）的夹角。 W—叶根轴向宽度。
(1)叶型设计，沿叶高若干个特征叶身截面的气动设计
参见图1、图2:采用专用的通流设计程序设计了本末级叶片沿
叶高各截面的基本叶型要素及安装位置，沿叶高各基本叶型的特征
是：气动特征为根部为亚音速叶型、中部为跨音速叶型、顶部为超音 速叶型。基本叶型的横截面积沿高度单调减小，呈塔形变化，安装角
cl由85.13°单调减小到20. 03°;从根截面到顶截面的面积玍变化规 律为：3.82^A,^1.0,从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为： 4.749》Xa^1.0，从根截面到顶截面的弦长bl变化规律为： 1.627》bl》L0，从根截面到顶截面的最大厚度Wl变化规律为： 1.748》W1》1.0。基本叶型沿高度单调扭转成型。基本叶型的出口几 何角a 1沿高度单调可控地减小。采用全三维气动分析程序分析并优 化设计了各叶型截面沿叶高的成型规律，最终实现了本叶片级流场特 性的优化。
动叶片顶截面以下的叶身部分设计了若干个典型截面型线，各典 型截面之间的叶型采用型面光滑连接，高次样条插值求出。超音速叶
型截面是叶型设计的重点和难点。为了协调强度和气动对叶型的制 约，对叶型作了数次改进，最终基本实现了沿叶高等强度极限应力设 计，同时满足叶根强度和叶片气动性能的要求。
动叶片流道中的流动特性复杂，沿叶高均存在从亚音速、跨音速、 超音速流动变化，型线气动特性的优劣是叶片设计成功的关键要素之 一。以气动性能最佳为目标，分别设计一套静、动叶基本型线，基本 型线常常不能满足叶片的结构、强度、振动设计要求，在后续的叶片 的结构、强度、振动设计时，可以对基型进行相似模化设计，这样不 仅可满足结构、强度、振动设计要求，而且能保证气动性能基本不变。
在完成基本叶型之上，就须进行末级叶片的流型及三维气动分析 研究。流型研究主要是在整缸（至少末三级）环境下，利用准三维方 法来设计级的焓降、速比、反动度沿叶高分布等流型参数。在可控涡 流型设计的基础上，对静动叶进行三维空间积迭设计。静叶主要采用
切向和轴向复合弯扭成型，以最高效率为目标；动叶主要采用动态重 心重合且通过辐射线的扭转成型设计，以叶片在工作状态时离心力产 生的弯应力（对叶身和叶根）最小及最高效率为目标。如前所述，气 动设计和叶片的结构、强度、振动设计相互耦合，有时是不可调和的， 先进的末级长叶片设计就是要达到叶片的气动特性和结构、强度、振 动特性的良好协调，使叶片具有高的可靠性和高经济性。因此叶片的 三维气动设计一般要经过许多方案的逐步优化得到。 (2)大刚度7叉叶根结构设计 在额定转速3000RPM下，采用Cr-Mo-V马氏体钢制成的单只叶片 的离心力较大，约1.6xlOSkgf，由于空冷汽轮机末级动叶片负荷变化 大，经过分析对比，最终采用了有较强承载能力的大刚度7叉叶根结
构（见图5、图6)，该结构能满足叶片的安全性要求。本发明设计的 叶根根径为Dr，叶根轴向宽度为W，与叶片根部截面轴向宽度Xa之 间满足：W/Xa=l. 145,叶根节距为T,整级叶片数Zd，且满足:T= ji氺D/Zd。
(3)大离心载荷下的叶身结构强度振动特性设计
在工作状态下，叶片各扭转变截面的离心力产生应力非常高，而 且受力状态复杂，这对叶片的强度振动设计是一个极大的挑战。这一 部分设计时，将受到下列因素的相互制约。
*叶片各截面型线的气动特性制约
參叶片和转子材料的强度极限制约
參叶片各截面的应力状态制约
參叶片振动调频特性制约
为克服上述主要的制约因素，保持各截面的应力水平基本相当， 从而最大限度地应用材料的强度极限。在保持各截面的形状基本相似 的前提下，来调整叶片的受力状态和振动特性，最终使各制约因素相 互协调。采用了全三维气动和三维有限元强度弱藕合分析方法对本叶 片进行了设计分析，最终优化设计了能满足气动特性和强度振动特性 要求的叶身结构。叶身结构的强度特性为：叶身局部最大应力小于叶 片材料的强度极限，局部最大应力与根截面平均应力之比小于2. 3。 (4)大变形阻尼叶片的连接结构设计
由于在工作^)t态下，叶片中上部分的截面相对于静止状态时有较 大的扭转变形，采用结构有限元分析方法优化设计了叶片的连接结 构。其特征为：设计了在叶身3上高度为LJ的位置开一圆孔2的结 构（其中0. 5〈LJ/Ld〈0. 75)，该圆孔2直径4)d满足10咖< d)d〈20nim(见
图l),其是为放置一根半圆剖松拉筋结构（见图3、图3。。本松拉 筋结构的功能是在额定转速时增加叶片的阻尼，大幅度降低叶片动应 力，同时提高叶片刚性。设计了与叶身3自成一体的围带结构（见图 4)，其厚度为H (8咖〈H〈16mm)，自带围带结构在气动方面阻止了叶 顶的横向窜流和径向流，在约转速Nl转/分时，围带工作面（Sl面） 与相邻叶片围带工作面（Pl面）接触，产生较大的压应力Fl，围带 工作面与X轴（轴向）的夹角Bl满足关系式：A1=T1*C0SB1, 10°《B1《50°，在叶片工作时增加叶片刚性，使静态下的自由叶片在 额定转速时较大地限制了叶顶的扭转恢复，形成整圈约束结构，大幅 度降低叶片动应力。连接结构的接触转速满足关系式：0《N1《2200 转/分。工作面压应力满足关系式：0.0136〈Fl《0.054倍材料的强度 极限。
适用于300MW、 600MW等级的空冷汽轮机末级动叶片。 本发明所采用的技术方案是：
一种空冷汽轮机末级动叶片，具有叶身和叶根，所述叶身的顶部有 围带，腰部有拉筋孔，叶根、叶身、围带是整体结构；其特征在于，所 述叶身是由若干特征截面按一特定规律迭合而成的异形体，其有效高度 为Ld =661mm、根径为Dr=1676. 4mm;所述特征截面的轮廓型线是由内弧 曲线和背弧曲线围成的封闭曲线，具有特征参数安装角cl、弦长bl、最
大厚度wl、截面积Ar;截面的迭合规律是：沿叶高方向自根端向顶端，
各截面连续光滑过渡；叶高Ld的相对值由0.0单调增加到1.0;与之相 对应，安装角cl由85.13°单调减小到20.03°;从根截面到顶截面的面积 Az变化规律为：3.82>D1.0，从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规 律为：4.749》Xa》1.0，从根截面到顶截面的弦长bl变化规律为： 1.627》bl>1.0,从根截面到顶截面的最大厚度Wl变化规律为： 1.748》W1>1.0。
所述拉筋孔的直径Od满足关系式： 10mm《①d《20咖。
所述围带的工作面与X轴的夹角Bl满足关系式： A1=T1*C0SB1; 10°《B1《50° 。
所述叶根是7叉叶根。
本发明的技术效果：
在总结第一代空冷汽轮机末级叶片设计经验基础上，为满足市场
对更大容量空冷机的需求，应用当代先进的设计技术，成功完成了适
用于300丽、600MW等级的661mm空冷汽轮机末级叶片的设计。新开 发的661mm空冷末级叶片具有较先进的结构型式一阻尼式自带围带， 阻尼松拉筋，叶根采用大刚性的叉形叶根设计，使叶片的技术水平达 到世界先进水平，具有较高的经济性和可靠性。它不但适用于四排汽 600丽等级亚临界（或超临界）空冷汽轮机，而且可推广应用于两排 汽300MW等级空冷汽轮机，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本叶片的结构示意图
图2是叶身截面图
图3是拉筋结构示意图
图3'是图3的E-E (旋转）视图
图4是围带结构示意图
图5是叶片叶根安装示意图
图6是图5的B向视图
難麯放
参见图1、图2、图4:采用合适的合金钢叶片和转子材料，按 本专利设计图制造的动叶片由4个部分组成，分别是：围带体l，阻 尼拉筋孔2，叶身3,叶根4。各部分是用同一种高强度性能的合金 钢整体地制造完成。叶片通过7叉叶根4安装在转轴外圆上的叶轮槽 中，每圈轮槽安装94只叶片，当叶轮上一周的叶轮槽中均装上叶片 后，就形成了大功率汽轮机的末级。对600MW等级的空冷汽轮机，每
台机组需要正反共四级（4个排气口），对300MW等级的空冷汽轮机， 每台机组需要正反共2级（2个排气口），具有这样大的排汽面积的 汽轮机才能满足大容量，高经济性，高发电密度的要求。为发电厂节 省大量的设备投资和维修费用，提高其经济效益。
本动叶片的设计载体选择空冷4F-600MW等级汽轮机，此机最适 宜的设计背压为14.0Kpa,在此设计背压范围内，最终方案确定的末 级动叶片气道高为661mm，根径Dr(1676.4 mm)，其环形面积大于 4. 85 m2 ，以此根径和叶高为基准设计完成了低压模块的通^E。 一般 的设计原则是低压末三级作为一个积木块进行通流匹配设计，针对不 同的机型，通过设计低压前几级，可以实现不同功率的低压通流模块。 本次设计以4F-600MW等级汽轮机的整缸低压通流为设计对象，给定 低压进口压力、焓值、流量和背压，在保证低压子午流道光顺的前提 下，优化各级的焓降、速比和级内反动度匹配。
在整缸通流优化匹配的基础上，末级级内可控涡流型设计是一项 复杂的多次循环设计过程。首先设计基本的静、动叶基型型线，按可 控涡流型设计的沿叶高出气角分布，设计静、动叶的空间成型规律， 再用全三维流场计算分析来优化级内流场，并进一步调整静、动叶的 空间成型规律，以气动最优为设计目标。
本设计的变量定义： Ld—叶身有效高度：叶身顶截面与叶身根截面之间的距离。 H—围带厚度。
LJ一拉筋孔高度：叶身根截面与拉筋孔中心的垂直距离。
Od—拉筋孔的直径。
A1—围带工作面S1、 Pl之间的距离。
B1—围带工作面S1、 P1与X轴的水平夹角。
T一节距：相邻两叶片同一高度截面在周向的安装距离。
bl—叶身截面弦向宽。
Xa—叶身根截面轴向宽度。
Ol—叶身根截面出口喉宽：出口边与相邻叶身截面背弧的最小距离。
al—出口几何角：sin—乂01/T)。 cl—叶型安装角：弦长线与周向（Y向）的夹角。 W—叶根轴向宽度。
(1)叶型设计，沿叶高若干个特征叶身截面的气动设计
参见图1、图2:采用专用的通流设计程序设计了本末级叶片沿
叶高各截面的基本叶型要素及安装位置，沿叶高各基本叶型的特征
是：气动特征为根部为亚音速叶型、中部为跨音速叶型、顶部为超音 速叶型。基本叶型的横截面积沿高度单调减小，呈塔形变化，安装角
cl由85.13°单调减小到20. 03°;从根截面到顶截面的面积玍变化规 律为：3.82^A,^1.0,从根截面到顶截面的轴向宽度Xa变化规律为： 4.749》Xa^1.0，从根截面到顶截面的弦长bl变化规律为： 1.627》bl》L0，从根截面到顶截面的最大厚度Wl变化规律为： 1.748》W1》1.0。基本叶型沿高度单调扭转成型。基本叶型的出口几 何角a 1沿高度单调可控地减小。采用全三维气动分析程序分析并优 化设计了各叶型截面沿叶高的成型规律，最终实现了本叶片级流场特 性的优化。
动叶片顶截面以下的叶身部分设计了若干个典型截面型线，各典 型截面之间的叶型采用型面光滑连接，高次样条插值求出。超音速叶
型截面是叶型设计的重点和难点。为了协调强度和气动对叶型的制 约，对叶型作了数次改进，最终基本实现了沿叶高等强度极限应力设 计，同时满足叶根强度和叶片气动性能的要求。
动叶片流道中的流动特性复杂，沿叶高均存在从亚音速、跨音速、 超音速流动变化，型线气动特性的优劣是叶片设计成功的关键要素之 一。以气动性能最佳为目标，分别设计一套静、动叶基本型线，基本 型线常常不能满足叶片的结构、强度、振动设计要求，在后续的叶片 的结构、强度、振动设计时，可以对基型进行相似模化设计，这样不 仅可满足结构、强度、振动设计要求，而且能保证气动性能基本不变。
在完成基本叶型之上，就须进行末级叶片的流型及三维气动分析 研究。流型研究主要是在整缸（至少末三级）环境下，利用准三维方 法来设计级的焓降、速比、反动度沿叶高分布等流型参数。在可控涡 流型设计的基础上，对静动叶进行三维空间积迭设计。静叶主要采用
切向和轴向复合弯扭成型，以最高效率为目标；动叶主要采用动态重 心重合且通过辐射线的扭转成型设计，以叶片在工作状态时离心力产 生的弯应力（对叶身和叶根）最小及最高效率为目标。如前所述，气 动设计和叶片的结构、强度、振动设计相互耦合，有时是不可调和的， 先进的末级长叶片设计就是要达到叶片的气动特性和结构、强度、振 动特性的良好协调，使叶片具有高的可靠性和高经济性。因此叶片的 三维气动设计一般要经过许多方案的逐步优化得到。 (2)大刚度7叉叶根结构设计 在额定转速3000RPM下，采用Cr-Mo-V马氏体钢制成的单只叶片 的离心力较大，约1.6xlOSkgf，由于空冷汽轮机末级动叶片负荷变化 大，经过分析对比，最终采用了有较强承载能力的大刚度7叉叶根结
构（见图5、图6)，该结构能满足叶片的安全性要求。本发明设计的 叶根根径为Dr，叶根轴向宽度为W，与叶片根部截面轴向宽度Xa之 间满足：W/Xa=l. 145,叶根节距为T,整级叶片数Zd，且满足:T= ji氺D/Zd。
(3)大离心载荷下的叶身结构强度振动特性设计
在工作状态下，叶片各扭转变截面的离心力产生应力非常高，而 且受力状态复杂，这对叶片的强度振动设计是一个极大的挑战。这一 部分设计时，将受到下列因素的相互制约。
*叶片各截面型线的气动特性制约
參叶片和转子材料的强度极限制约
參叶片各截面的应力状态制约
參叶片振动调频特性制约
为克服上述主要的制约因素，保持各截面的应力水平基本相当， 从而最大限度地应用材料的强度极限。在保持各截面的形状基本相似 的前提下，来调整叶片的受力状态和振动特性，最终使各制约因素相 互协调。采用了全三维气动和三维有限元强度弱藕合分析方法对本叶 片进行了设计分析，最终优化设计了能满足气动特性和强度振动特性 要求的叶身结构。叶身结构的强度特性为：叶身局部最大应力小于叶 片材料的强度极限，局部最大应力与根截面平均应力之比小于2. 3。 (4)大变形阻尼叶片的连接结构设计
由于在工作^)t态下，叶片中上部分的截面相对于静止状态时有较 大的扭转变形，采用结构有限元分析方法优化设计了叶片的连接结 构。其特征为：设计了在叶身3上高度为LJ的位置开一圆孔2的结 构（其中0. 5〈LJ/Ld〈0. 75)，该圆孔2直径4)d满足10咖< d)d〈20nim(见
图l),其是为放置一根半圆剖松拉筋结构（见图3、图3。。本松拉 筋结构的功能是在额定转速时增加叶片的阻尼，大幅度降低叶片动应 力，同时提高叶片刚性。设计了与叶身3自成一体的围带结构（见图 4)，其厚度为H (8咖〈H〈16mm)，自带围带结构在气动方面阻止了叶 顶的横向窜流和径向流，在约转速Nl转/分时，围带工作面（Sl面） 与相邻叶片围带工作面（Pl面）接触，产生较大的压应力Fl，围带 工作面与X轴（轴向）的夹角Bl满足关系式：A1=T1*C0SB1, 10°《B1《50°，在叶片工作时增加叶片刚性，使静态下的自由叶片在 额定转速时较大地限制了叶顶的扭转恢复，形成整圈约束结构，大幅 度降低叶片动应力。连接结构的接触转速满足关系式：0《N1《2200 转/分。工作面压应力满足关系式：0.0136〈Fl《0.054倍材料的强度 极限。
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