中华人民共和国国家标准
GB/T 35687-2017
大型空冷汽轮机末级叶片技术规范
Specification of LSB for large air cooling steam turbine
中国国家标准化管理委员会 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布
前言
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草
本标准由中国电器工业协会提出.
本标准由全国汽轮机标准化技术委员会（SAC/TC172）归口.
站设备有限公司上海汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司， 本标准起草单位：东方电气集团东方汽轮机有限公司、上海发电设备成套设计研究院、上海电气电
本标准主要起草人：范小平、周显丁、刘双明、陈鑫、方崇华、周英、赵思楠、李宇峰、崔建国.
大型空冷汽轮机末级叶片技术规范
1范围
本标准规定了大型空冷汽轮机末级动叶片的设计、制造、动调频试验、背压保护、标识、包装和防护的技术要求.
本标准适用于功率为200MW等级及以上（直接空冷或间接空冷）空冷汽轮机的末级动叶片，其他型式的空冷汽轮机和中、小容量空冷汽轮机可参照执行.
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件.凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括的修改单）适用于本文件.
GB/T8732汽轮机叶片用钢
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件.
空冷汽轮机air cooling steam turbine
利用环境空气并通过空冷式换热器带走汽轮机排汽热量的凝汽式汽轮机.
3.2
颤振flutter
在非定常气动力、惯性力及弹性力的相互作用下，不断对叶片振动输入能量，使自激振动持续下去，形成气动弹性不稳定性振动.
动调频试验rotatingvibration test
针对全尺寸实物动叶片进行旋转振动动力学特性测试的试验.
4设计要求
4.1气动设计
4.1.1原则
气动设计应按末级叶片的相应技术要求进行，同时应根据空冷机的运行特点在变工况范围内作优化.
4.1.2输入条件
4.1.2.1轴向排汽容积流量作为末级叶片气动设计的基本输人参数. 4.1.2.2末级叶片的编负荷（即单位排汽面积的质量流量）作为强度设计的基本输入参数.
GB/T 35687-2017
4.1.2.3末级叶片的选配应符合下列原则：一从气动性能角度，应选配轴向排汽容积流量与机组额定工况容积流量接近的叶片：一一从安全可靠性角度，所选配叶片的设计端负荷应大于机组的最大端负荷.
4.1.3优化排汽面积
4.1.3.1按排汽轴向速度优化
按排汽轴向排汽速度等于UXtan3：确定最优的排汽面积. 应根据末级叶片高度和根径确定排汽环形面积（通常称排汽面积）圆周速度U和叶片出汽角β.
注：不同的展周速度对应不同的最佳轴向排汽速度，通常处在170m/s~230m/s之间.
4.1.3.2按排汽轴向马赫数优化
围内. 可采用排汽轴向马赫数判定排汽面积的合理性，在设计工况下，排汽输向马赫数应在0.4～0.59范
4.1.4叶型设计
在较低水平，即叶型对马赫数不敏感.叶片沿高度方向各部位应采用与马赫数相适应的亚音速、跨音 末级叶片型线应具有较好的变工况适应性和攻角适应性，在较宽的马赫数范围内，叶型损失应保持速、超音速叶型.
4.1.5变工况特性设计
末级叶片变工况特性设计推荐如下：
阻塞背压”：6.0kPa~7.5kPa；零功率背压”：40kPa~50kPa；设计工况根部反动度：20%~35%，顶部反动度：60%~80%；满负荷最高背压：30kPa~35kPa; 最高长期运行许用背压：50kPa~55kPa.
4.2结构、强度、振动设计
4.2.1设计原则
末级叶片在强度设计时，在保证其气动性能的条件下，应尽量减小静应力水平，提高静强度（平均应力）的安全裕度，且在结构设计时，应采用具有较大阻尼、能防止振的叶片结构.
4.2.2结构设计
末级叶片宜采用较大的阻尼结构设计，具体如下：
叶根采用支型叶根、积树型叶根.叶身采用变截面扭转成型以满足流场特性和截面应力特性的要求.
1）在汽轮机进汽量一定的情况下，当机组背压下降到某一数值时，再降低背压也不能增加机组功率时的背压值.2）在最大连续功率工况的排汽流量下，随着背压升高，末级动叶的输出功率减小，末级动叶输出功率为零时对应 是3）空冷机组有一背压保护曲线，其上安全运行的上限背压Ps都是末级叶片可以长期安全运行的，既不用喷水减温，末级动叶承受的附加动应方也在允许范围之内.它是作为衡量空冷机组藏夏能力指标，规定阀门全开流量G所对应的为空冷汽轮机专门定义的最高长期运行许用背压.
叶片顶部采用自带围带（整体围带）的合理限制扭转恢复的阻尼成图结构. 一可采用阻尼拉筋（自带凸台拉筋或成图松拉筋）来增加结构阻尼或改善调频特性.对刚性大、叶高相对较小的空冷汽轮机叶片可不设计拉筋结构，仅采用围带结构，达到最经济性设计.
4.2.3强度设计
4.2.3.1末级叶片的静强度可按各制造厂叶片强度设计规范进行设计.各项静强度（平均应力）的安全 系数如下（以材料的规定塑性延伸强度R作为考核准则）：
叶片型线部分各截面的总应力（拉弯合成应力）安全系数K≥1.7：叶片拉筋孔削弱截面的拉应力安全系数K≥2.5：自带围带叶片的顶截面的拉应力安全系数K6；拉筋的弯应力安全系数K≥1.7；叉型叶根前弱面拉应力安全系数K≥3，拉弯合成总应力安全系数K≥1.3； 其他形式的叶根拉应力安全系数K≥2.2、弯应力安全系数K≥2.5、拉弯合成总应力安全系数K≥1.7;叶根销钉剪应力安全系数K≥2.7、叶根和轮缘剪应力安全系数K≥3、轮缘拉弯合成总应力安全系数K≥2
4.2.3.2按有限元分析法对整个空冷汽轮机末级叶片的应力场进行强度考核，当得到的叶片局部峰值 应力超过材料规定塑性延伸强度R时，应对部件进行低周疲劳寿命评估.低周疲劳寿命应大于10 000次.
4.2.4蒸汽弯应力设计
末级叶片的截面最大蒸汽弯应力设计可按制造厂的设计规范进行.
4.2.5振动设计
空冷汽轮机末级叶片的振动设计可按制造厂长叶片设计规范进行设计.振动调频准则：对整圈连接叶片的调频只需调开其三重点共振.即：
且
式中：
fa某阶m节径的动频，单位为赫兹（Hz）；m节径数；i整数，i=0.1，2 谐波数，k=1.2.；=整级动叶片数.对低阶共振（k≤6），i取0，三重点共振应避开2850r/min~3090r/min的转速范围.
n，转速，单位为转每分（r/min）：
4.2.6动应力设计
4.2.6.1末级叶片应进行动应力分析.分析时，制造厂根据经验选取激振因子，表1的取值范围供参考.
