淺析直焊式隔板導(dǎo)葉片端部的結(jié)構(gòu)特性

鄧凌宇+宋萍+李繼朝+高宏喜

摘 要：文章以某機組直焊式隔板的大彎扭導(dǎo)葉片為對象，分析了導(dǎo)葉片的實際大徑與其理論大徑、彎曲度、出汽邊傾角和葉頂子午面擴張角之間的定量關(guān)系，并確定了不同類型導(dǎo)葉片實際大徑與理論大徑之間的相互關(guān)系，以引導(dǎo)導(dǎo)葉片端部的正確加工。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)葉片；理論大徑；實際大徑

中圖分類號：TK263.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0186-02

前言

隨著汽輪機技術(shù)的不斷發(fā)展，直焊式隔板導(dǎo)葉片的型線復(fù)雜程度越來越高，其彎扭度也越來越大。因此，其大端加工的復(fù)雜性也越來越高。目前，有部分導(dǎo)葉片制造廠家為方便加工，簡單的將導(dǎo)葉片的理論大徑當(dāng)做實際最大直徑，并以其作為基準進行加工。這種做法雖然能簡化加工，但在遇到型線比較復(fù)雜的導(dǎo)葉片時，往往會導(dǎo)致加工后的導(dǎo)葉片長度超差，影響其裝配。為此，本文從分析導(dǎo)葉片的端部結(jié)構(gòu)特性出發(fā)，探尋導(dǎo)葉片理論大徑與實際最大直徑之間的相互關(guān)系。

1 理論大徑與實際大徑的差異

某機組直焊式隔板導(dǎo)葉片設(shè)計圖紙上的大端結(jié)構(gòu)如圖1所示， 按圖紙加工尺寸在導(dǎo)葉片模型中作圓錐曲面如圖2所示。

圖2中下方為導(dǎo)葉片模型的大端形狀，上方為寬度為m的基準圓錐曲面。從圖中可見，導(dǎo)葉片大端的出汽邊尖點T位于圓錐曲面左側(cè)的延長面上。根據(jù)圓錐體的擴張?zhí)匦?，則該出汽邊尖點的直徑必然大于導(dǎo)葉片的理論大徑D。

再在導(dǎo)葉片模型上做一個φD的圓筒曲面，如上圖3所示。圖3中，上方為φD的圓筒曲面，該圓筒曲面與導(dǎo)葉片相交后，導(dǎo)葉片出汽邊m區(qū)左側(cè)以外，有一部分尖角有位于圓筒曲面外側(cè)。因此，如果導(dǎo)葉片制造方以φD的圓筒體為加工尺寸切割導(dǎo)葉片大端，會將上圖3中的那一部分尖角切去，再以切去尖角后的端點為基準，進行角度為β的圓錐切割，則必然會導(dǎo)致完工后的導(dǎo)葉片比設(shè)計要求短，甚至可能導(dǎo)致長度超差。

2 以理論大徑進行加工的偏差分析

為確定以理論大徑為基準進行加工對導(dǎo)葉片長度偏差的影響，本文對導(dǎo)葉片的各形狀參數(shù)與導(dǎo)葉片和隔板外環(huán)裝配間隙值J之間的關(guān)系進行了分析。

下圖4為導(dǎo)葉片理論大徑處的型線截面，并定義X、Y平面如圖所示。本文用圖中的L值來表征該導(dǎo)葉片的彎曲程度。

將導(dǎo)葉片投影至Y平面，如圖5所示。

上圖5中，D為導(dǎo)葉片的理論大徑，與導(dǎo)葉片出汽邊相交于B點，與輻射線相交于P點，B點與P點之間的高差為H。B點與輻射線的距離為L。

則有：

為便于分析，本文根據(jù)導(dǎo)葉片X平面投影視圖上出汽邊與機組軸線汽流方向的夾角（α）的大小，將導(dǎo)葉片分兩類進行分析：

（1）當(dāng)α>90°時，導(dǎo)葉片的X平面的投影視圖如圖6所示。

在上圖6中，A點為設(shè)計圖紙的理論加工基準點，A點與圖5中的P點等高。過A點且擴張角為β的直線即為導(dǎo)葉片大端的設(shè)計理論加工線，該設(shè)計理論加工線也即是隔板外環(huán)的汽道面。當(dāng)以理論大徑D的圓筒體為加工尺寸進行導(dǎo)葉片大端的切割時，由于在Y平面投影視圖上導(dǎo)葉片的出汽邊輪廓離輻射線較遠（見圖5），因此直徑D與導(dǎo)葉片出汽邊交點B投影到X平面上后，其高度位置低于A點。同時，由于X平面投影視圖上出汽邊輪廓的傾斜角度α>90°，導(dǎo)致投影點B在A點的左側(cè)（如圖6）。并且，由于B點是以直徑D的圓筒體回旋切割導(dǎo)葉片大端而形成的交點，因此，B點對應(yīng)的實物點必然位于直徑為D的圓筒體上。將B點繞轉(zhuǎn)子中心旋轉(zhuǎn)回X平面，即為C點所在位置，此時再以過C點且擴張角為β的直線為基準進行加工，則加工線如圖6所示。從圖6可見，以理論大徑的圓筒體為基準的加工線與設(shè)計理論加工線之間有一定間隙，間隙值為J，該間隙也即是導(dǎo)葉片大端與隔板外環(huán)之間的理論裝配間隙。

根據(jù)圖6中的三角幾何關(guān)系，則有：

J=H×tgθ×sinβ 式（2）

由式（1）、式（2）可得：

J=×tgθ×sinβ 式（3）

（2）當(dāng)α<90°時，導(dǎo)葉片投影至X平面的視圖如圖7所示。與圖6同理，將B點繞轉(zhuǎn)子中心旋轉(zhuǎn)回X平面，即為C點所在位置，過C點且擴張角為β的直線即為以理論大徑的圓筒體為基準的加工線。不同的是，由于圖7中α角<90°，導(dǎo)致以理論大徑為基準的加工線與設(shè)計理論加工線之間不再是有間隙，反而是有一定的重疊干涉區(qū)，重疊干涉區(qū)寬度為J。

根據(jù)圖7中的三角幾何關(guān)系，同理可得：

J=×tgθ×sinβ 式（4）

式（3）中，α>90°，α=90°+θ，則有：

ctgα=-tgθ 式（5）

式（4）中，α<90°，α=90°-θ，則有：

ctgα=tgθ 式（6）

合并式（3）～式（6）可得：

J=（）×ctgα×sinβ 式（7）

因此，當(dāng)α>90°時，J值為負，則說明裝配時導(dǎo)葉片與隔板外環(huán)之間有間隙，間隙值為|J|；當(dāng)α<90°時，J值為正，則說明裝配時導(dǎo)葉片與隔板外環(huán)之間有重疊干涉，重疊干涉區(qū)寬度為J。并且|J|隨著|α-90°|以及L和β（β<90°）的增大而增大。

3 結(jié)論

本文以某機組直焊式隔板導(dǎo)葉片為對象，分析了裝配間隙（或干涉量）J、導(dǎo)葉片理論大徑D、導(dǎo)葉片實際大徑D1、導(dǎo)葉片的彎曲度L、出汽邊傾角α以及葉頂子午面擴張角β（0°<β<90°）之間的定量關(guān)系，最終得出以下結(jié)論：

（1）當(dāng)出汽邊傾角α>90°時，導(dǎo)葉片的實際大徑D1>理論大徑D，如果此時按理論大徑D的圓筒體為基準進行導(dǎo)葉片大端的加工，會導(dǎo)致導(dǎo)葉片長度變短，導(dǎo)葉片與外環(huán)之間會產(chǎn)生裝配間隙，間隙值J隨L、α和β值的增大而增大。

（2）當(dāng)出汽邊傾角α<90°時，導(dǎo)葉片的實際大徑D1<理論大徑D，如果此時按理論大徑D的圓筒體位基準進行導(dǎo)葉片大端的加工，會導(dǎo)致導(dǎo)葉片長度變長，導(dǎo)葉片與外環(huán)之間會產(chǎn)生裝配干涉，干涉量J隨L和β值的增大而增大，并隨α值的增大而減小。

（3）僅當(dāng)α=90°或β=0或L=0時，導(dǎo)葉片實際大徑D1才與理論大徑D相等。

根據(jù)上述結(jié)論，導(dǎo)葉片制造方可根據(jù)J值是否在導(dǎo)葉片的制造公差范圍內(nèi)，來確定是否可按理論大徑為基準，簡化導(dǎo)葉片端部的加工。

參考文獻：

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