汽轮机叶片的结构特点与数控加工技术研究

0 引言

    叶片是汽轮机的核心关键零件，是汽轮机的心脏，叶片加工质量的好坏直接影响到汽轮机的工作效率以及可靠性。随着汽轮机设计要求的提高，叶片形状复杂，叶片加工要求也越来越高，特别是叶片型面加工一真是汽轮机叶片生产的瓶颈口，传统的叶片加工方式加工工艺原始、加工手段落后，工人劳动负荷大，作业环境恶劣，生产效率很难提高，加工质量难以保证。因此研究汽轮机叶片制造新技术、新工艺已势在必行，本文主要研究汽轮机叶片加工的新的工艺方案和加工手段，探讨了汽轮机叶片的数控加工技术。

1 汽轮机叶片结构特点分析

    1.1 汽轮机叶片结构组成及其作用

    汽轮机叶片按功能作用的不同可分为动叶片（如图1所示）和静叶片（如图2所示）两种。

图1 某动叶片组成

图2 静叶片

    动叶片安装在转子叶轮或转鼓上，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换为机械能，使转子旋转。叶片装于转子上如图3所示。动叶片与汽轮机转子相连接并随转子一起转动，是将汽流的动能转换为有用功的极其重要的零件；静叶片（又称导叶）与汽轮机静子相连接处于不动状态，作导向叶片，其主要作用是改变汽流的方向，引导蒸汽进入下一列动叶片。不同功率的汽轮机中，处于不同级的叶片因工作条件不同，动叶片与静叶片具有各不相同的结构、尺寸及固定方法。

图3 叶片装于转子

    动叶片的结构主要由叶身（叶型）、叶根、叶冠（叶顶）等组成，如图1所示。

    1)叶身：叶身是叶片的基本工作部分，又称为叶身型面，叶身结构复杂，多为扭转自由曲面。如图4所示为叶片型面，叶身型面分为内型面（或内弧）、背型面（或背弧）、进汽边圆角、出汽边圆角、叶根圆角、叶冠圆角、拉筋等几个部分，如图1所示。叶身型面是由若干个截面型线拟合而成的光滑复杂曲面，由一组等距或不等距平行截面型线组成的空间扭曲面，其中叶身部分的横截面称为叶型，其每一个横截面边缘叫型线，如图5所示，一条叶片截面型线由叶盆曲线（内弧）、叶背曲线（背弧）、进汽边曲线和出汽边曲线四条曲线组成，型线的结构决定叶片的工作情况，有的型面为弯扭变截面或等截面弯扭曲面。

图4 叶片型面

图5 叶片截面型线

    叶身可分为直叶片和扭叶片（如图6所示）。直叶片是叶根到叶冠的型线不变化，是等截面叶片。扭叶片是叶根到叶冠的型线不规则，是变截面叶片。由于叶片型面是由复杂的自由曲面组成，几何精度要求高，传统的加工方法无法满足叶片加工的精度要求，因而其型面的加工是制约叶片生产效率和产品质量提高的瓶颈。