汽轮机 叶片强度

1、汽轮机结构与功能分析Steam Turbine Theory 承德石油高等专科学校承德石油高等专科学校热工系热工系 二、叶片的强度二、叶片的强度 (一一)叶片的受力分析叶片的受力分析 叶片受到的作用力主要有两种：叶片受到的作用力主要有两种： 叶片本身和与其相连的围带、拉金所叶片本身和与其相连的围带、拉金所产生的产生的离心力离心力； 汽流汽流的作用力。的作用力。 第一节第一节 动叶片动叶片第四章第四章 汽轮机结构及零件强度汽轮机结构及零件强度 叶片振动的激振力 三、叶片的振动三、叶片的振动 叶片是根部固定的弹性杆件叶片是根部固定的弹性杆件 自由振动自由振动自振频率自振频率 强迫振动强迫振动激振力

2、激振力 共振共振 叶片的自振频率与激振力频率相等或成整叶片的自振频率与激振力频率相等或成整数倍，叶片将发生共振数倍，叶片将发生共振 。 共振时：振幅和振动应力急剧增加，可能引起叶片的共振时：振幅和振动应力急剧增加，可能引起叶片的疲劳损坏疲劳损坏 。 (一一)引起叶片振动的激振力引起叶片振动的激振力 1.高频激振力高频激振力 汽流力汽流力 周期性变化周期性变化 激振力的频率为：激振力的频率为：f=Znn0 激振力的频率激振力的频率f=20004000Hz 2低频激振力低频激振力 由于制造加工的由于制造加工的误差及结构误差及结构等方面的原因，级的等方面的原因，级的圆周上个别地方汽流速度的大小或方向

3、可能异常，动圆周上个别地方汽流速度的大小或方向可能异常，动叶每转到此处所受汽流力就变化一次，这样形成的激叶每转到此处所受汽流力就变化一次，这样形成的激振力频率较低，称为低频激振力。振力频率较低，称为低频激振力。 低频激振力频率为：低频激振力频率为：f=in (二二)叶片的振型叶片的振型叶片的振动叶片的振动 弯曲振动弯曲振动扭转振动：绕叶片形心连线往复扭转扭转振动：绕叶片形心连线往复扭转轴向振动：汽轮机轴向轴向振动：汽轮机轴向切向振动：叶轮圆周的切线方向切向振动：叶轮圆周的切线方向 切向振动可分为：切向振动可分为： A型振动和型振动和B型振动两大类型振动两大类 1A型振动型振动 叶片振动时，叶片

4、振动时，叶根不动、叶顶摆动叶根不动、叶顶摆动的振动形式称为的振动形式称为A型振动。型振动。 振动时，叶型上可能有不动的点振动时，叶型上可能有不动的点(实际是一条线实际是一条线)，称为，称为节点。节点。 叶片和叶片组：叶片和叶片组： 随着随着激振力频率的升高激振力频率的升高，将出现一个、两个及更多个节点的振，将出现一个、两个及更多个节点的振型，这些振动分别称为型，这些振动分别称为A0型、型、Al型、型、A2型型振动。振动。 A0型振动型振动：频率低，振幅最大，动应力最大，：频率低，振幅最大，动应力最大，最危险最危险 高阶次的振动不容易出现高阶次的振动不容易出现 2B型振动型振动 叶片振动时，叶片

5、振动时，叶根不动、叶顶也基本不摆动叶根不动、叶顶也基本不摆动的振的振动形式称为动形式称为B型振动。型振动。 用围带连成组的叶片，除叶根固定外，叶顶也有支点，用围带连成组的叶片，除叶根固定外，叶顶也有支点，有可能发生有可能发生B型振动。型振动。 按节点的数目，按节点的数目，B型振动也有型振动也有B0、Bl等型式。等型式。 第第一一类对称的类对称的Bo型振动型振动 ：对称于叶片组中心线的叶：对称于叶片组中心线的叶片的振动相位片的振动相位相反。相反。 第第二二类对称的类对称的B0型振动：对称于叶片组中心线的叶型振动：对称于叶片组中心线的叶片振动相位片振动相位相同。相同。 (三三)叶片的自振频率叶片的

6、自振频率 叶片在静止时的自振频率称为叶片在静止时的自振频率称为静频率静频率。叶片。叶片的自振频率取决于以下因素：的自振频率取决于以下因素： (1)叶片的抗弯刚度越叶片的抗弯刚度越小小，频率越，频率越低低，振幅大。，振幅大。 (2)叶片的高度越叶片的高度越高高，频率越，频率越低低，振幅大。，振幅大。 (3)叶片的质量越叶片的质量越大大，频率越，频率越低低，振幅大。，振幅大。 叶片工作时的自振频率还受到以下工作条件的影响：叶片工作时的自振频率还受到以下工作条件的影响： (1)叶根的连接刚度叶根的连接刚度 连接连接刚度降低刚度降低，振动叶片的质量增加，刚性降低，因，振动叶片的质量增加，刚性降低，因此

7、此自振频率降低自振频率降低。 (2)工作温度工作温度 当温度升高时，叶片的刚性降低，使自自振当温度升高时，叶片的刚性降低，使自自振频率降低频率降低。 (3)离心力离心力 离心力的存在相当于增加了叶片的刚度，使叶片的自离心力的存在相当于增加了叶片的刚度，使叶片的自振振频率提高频率提高。 (4)叶片成组叶片成组 两方面影响：质量增加，使频率降低两方面影响：质量增加，使频率降低 ；叶片的刚度；叶片的刚度增加，频率升高增加，频率升高 叶片组叶片组的频率通常比单个叶片的同阶的频率通常比单个叶片的同阶频率高频率高。 (五五)叶片的调频叶片的调频叶片在共振状态下工作容易损坏，因此需要将叶片在共振状态下工作容

8、易损坏，因此需要将叶片的自振频率与激振力频率调开，避免运行叶片的自振频率与激振力频率调开，避免运行中发生共振中发生共振 。对叶片的自振频率或激振力频率进行调整，称对叶片的自振频率或激振力频率进行调整，称之为调频。由于激振力的频率难以准确估计且之为调频。由于激振力的频率难以准确估计且不好改变，实用中通常是不好改变，实用中通常是调整调整叶片的叶片的自振频率自振频率。叶片的频率分散率叶片的频率分散率 频率分散率频率分散率f是一级中叶片是一级中叶片A0型振动最高和型振动最高和最低自振频率之差与它们的平均值之比的百分最低自振频率之差与它们的平均值之比的百分数，要求数，要求f8。 当频率分散率当频率分散率

9、过大过大时，应检查叶片的时，应检查叶片的安装质量安装质量。当频率分散度合格而频率仍不合格时，应进行当频率分散度合格而频率仍不合格时，应进行调频。调频。 调整叶片自振频率的措施主要是改变叶片的调整叶片自振频率的措施主要是改变叶片的质量和刚质量和刚度度，包括，包括连接刚度连接刚度。常用的调频方法有：。常用的调频方法有： 1)加装围带、拉金或改变围带、拉金的尺寸。加装围带、拉金或改变围带、拉金的尺寸。 2)重新研磨叶根之间的结合面，以增加叶根的连接刚重新研磨叶根之间的结合面，以增加叶根的连接刚性。性。 3)在叶片顶部钻孔或切角，减小叶片的质量，提高自在叶片顶部钻孔或切角，减小叶片的质量，提高自振频率。振频率。 4)改变叶片组内的叶片数。改变叶片组内