葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式

1、葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式一、葉片（一）葉片的分類1、按用途分：靜葉片和動(dòng)葉片。2、按葉型沿葉高變化規(guī)律分：等截面葉片和變截面扭葉片。如哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW、600MW反動(dòng)式汽輪機(jī)的葉片全部采用扭葉片，東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW沖動(dòng)式汽輪機(jī)所有壓力級(jí)動(dòng)葉片均為扭葉片，上汽生產(chǎn)的300MW汽輪機(jī)部分級(jí)采用了扭葉片。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（二）葉片工作概述（1）葉片是汽輪機(jī)中數(shù)量和種類最多的零件（其加工量占整個(gè)汽輪機(jī)加工量的30%50%）；（2）由多個(gè)葉片組成的葉柵可以完成蒸汽的能量轉(zhuǎn)換過程；（3）工作時(shí)，葉片不僅承受高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離心力所產(chǎn)生的靜應(yīng)力和汽流作用的動(dòng)

2、應(yīng)力，還要承受高溫、腐蝕和沖蝕作用；（4）葉片要有足夠的強(qiáng)度、良好的型線，以使汽輪機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（要求）。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（三）葉片的結(jié)構(gòu)（a）等截面葉片；（b）變截面扭曲葉片 1-葉頂；2-葉型；3-葉根葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式葉片（主要指的是動(dòng)葉片）的組成：由葉型（也稱葉身）、葉根和葉頂組成。1、葉型（1）葉型是葉片的最基本工作部分，相鄰葉片的葉型部分構(gòu)成汽流通道。（2）葉片的橫截面形狀稱為葉型，葉型決定了汽流通道的變化規(guī)律。（3）葉型的結(jié)構(gòu)尺寸主要取決于靜強(qiáng)度和動(dòng)強(qiáng)度的要求和加工工藝的要求。（4）工作于濕蒸汽區(qū)的葉片要做強(qiáng)化處理。（5）葉型截面的變化可作為葉片的分類形式。葉片與葉

3、輪分類和結(jié)構(gòu)形式2、葉根作用：葉根是將動(dòng)葉片固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上的連接部分。要求：它的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在任何運(yùn)行條件下葉片都能牢固的固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上，同時(shí)力求制造簡單、裝配方便。分類：常用的葉根型式有T型、叉型和樅樹型、菌型。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（1）T型葉根（a）T型葉根：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，被短葉片普遍采用；缺點(diǎn)是，在工作時(shí)輪緣有張開的趨勢。（b）外包T型葉根： 可以阻止輪緣張開。國產(chǎn)300MW汽輪機(jī)高壓部分采用。（c）外包雙T型葉根：增大了葉根的受力面積，提高了葉根的承載能力，多用于長葉片。這種葉根加工精度要求較高，特別是兩層承力面之間的尺寸誤差較大時(shí)，受力不均，強(qiáng)度會(huì)下降。 （d）安裝槽

4、：采用周向埋入法。安裝時(shí)，將葉片從輪緣上的一個(gè)或兩個(gè)缺口處逐個(gè)插入，并沿周向移至相應(yīng)位置，最后缺口處的葉片用鉚釘固定在輪緣上。裝配簡單，換葉片時(shí)工作量大。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（2）叉型葉根結(jié)構(gòu)：葉根被制成叉齒型。安裝：葉根的叉尾從徑向插入輪緣的叉槽中并用鉚釘固定。優(yōu)點(diǎn)：叉尾數(shù)目可以根據(jù)葉片離心力大小選擇，葉根強(qiáng)度高，適應(yīng)性好。加工簡單，更換葉片方便。缺點(diǎn)：裝配工作量大，需要較大的軸向空間（側(cè)面要打鉚釘）。要求：在葉片裝配好后再打鉚釘孔和鉸配鉚釘。應(yīng)用：東汽300MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉為三叉型葉根。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式國產(chǎn)引進(jìn)型300MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)葉片1-鉚接圍帶；2-整體圍帶；3-動(dòng)葉

5、片； 4-鉚釘； 5-葉輪;三叉齒葉根葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式4叉型和7叉型葉根及其裝配葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（3）樅樹型葉根結(jié)構(gòu)：葉根形狀呈楔形，并有多個(gè)承受作用力的樹齒。安裝：葉根沿軸向裝入輪緣上的縱樹槽中，底部打入楔形墊片將葉片向外脹緊在輪緣上，同時(shí)相鄰葉根的接縫處有一圓槽，用兩根斜劈的半圓銷對(duì)插入圓槽內(nèi)將整圈葉根周向脹緊。優(yōu)點(diǎn)：葉根樹齒和對(duì)應(yīng)的輪緣承載面接近于等強(qiáng)度，承載能力大，強(qiáng)度適應(yīng)性好，拆裝方便。缺點(diǎn)：加工復(fù)雜，精度要求高。應(yīng)用：用于國產(chǎn)引進(jìn)型600MW汽輪機(jī)的壓力級(jí)動(dòng)葉片。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)：（1）輪緣上載荷分配比較合理；（2）同一結(jié)構(gòu)尺寸下，連接剛度較高。應(yīng)用：調(diào)

6、節(jié)級(jí)葉片、末級(jí)葉片和特殊要求的葉片（如國產(chǎn)亞臨界600MW凝汽式汽輪機(jī)中壓后兩級(jí)葉片、超臨界中壓轉(zhuǎn)子所有動(dòng)葉）。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（4）菌型葉根1-整體圍帶；2-鉚釘；3-鉚接圍帶；4-三菌型葉根；5-輪緣葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式3、葉頂汽輪機(jī)的短葉片、中長葉片和長葉片通常在葉頂用圍帶連在一起，構(gòu)成葉片組。長葉片也可以通過葉型部分的拉金或者拉金與圍帶連接成組；或者圍帶和拉金都不用，成為自由葉片。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（1）圍帶作用：減小葉片工作的彎應(yīng)力；增加葉片剛性以避開共振；形成一個(gè)封閉的汽流通道，減小級(jí)內(nèi)漏汽損失。（a）、（b）整體圍帶；（c）鉚接圍帶； （d）彈性拱形圍帶葉片與葉

7、輪分類和結(jié)構(gòu)形式（2）拉金結(jié)構(gòu)作用：增加葉片的剛性，改善其振動(dòng)性能。結(jié)構(gòu)：通常為612mm的實(shí)心或空心金屬絲或金屬管，穿在葉型部分的拉金孔中。（a）實(shí)心焊接拉金；（b）實(shí)心松裝拉金； （c）空心松裝拉金； （d）剖分松裝拉金；（e）Z型拉金葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（3）拉金連接方式（a）分組連接拉金；（b）拱形圍帶和空心拉金；（c）組間連接拉金；（d）Z型拉金葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（四）葉片的強(qiáng)度1、葉片工作時(shí)的受力離心力（葉片本身、圍帶、拉金）和汽流力（交變）。正常工作時(shí)離心力的大小基本不變，在葉片的橫截面上產(chǎn)生拉應(yīng)力和彎應(yīng)力。噴嘴出口汽流速度沿圓周方向分配不均勻，成周期性變化，使得葉片上

8、的受力是交變的。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式力所產(chǎn)生的應(yīng)力：葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式2、葉片的拉應(yīng)力由葉型部分的離心拉應(yīng)力、圍帶離心拉應(yīng)力、拉金離心拉應(yīng)力組成。根據(jù)推導(dǎo)分析：（1）等截面葉片的離心拉應(yīng)力與葉片的橫截面面積無關(guān)，而且根部所承受的離心拉應(yīng)力最大。減小等截面葉片根部離心拉應(yīng)力的有效辦法在一定葉片參數(shù)下，采用密度較小的葉片材料。（2）變截面葉片的最大離心拉應(yīng)力出現(xiàn)在葉片的某一截面處。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式3、葉片的彎應(yīng)力由汽流力和離心力產(chǎn)生。（1）汽流作用力引起的彎應(yīng)力a.直截面葉片（如右圖），F(xiàn)1使葉片進(jìn)汽邊、出汽邊拉應(yīng)力，背弧壓應(yīng)力；葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式F2使葉片進(jìn)汽邊壓應(yīng)力，出

9、汽邊拉應(yīng)力。合成后，直截面葉片出汽邊的應(yīng)力（拉）最大，最危險(xiǎn)。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式b.變截面葉片的彎應(yīng)力由于變截面葉片上的作用力沿葉高方向是變化的，則將各個(gè)截面上的力分解后在根部截面所產(chǎn)生的彎應(yīng)力會(huì)有部分抵消，所以根部的彎應(yīng)力不一定最大。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（2）離心力產(chǎn)生的彎應(yīng)力當(dāng)葉片發(fā)生彎曲時(shí)，離心力的連線不通過原安裝時(shí)的形心連線，從而產(chǎn)生一個(gè)反彎矩，葉片的彎曲程度減小，剛度提高。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（3）圍帶和拉金對(duì)葉片彎應(yīng)力的影響用圍帶和拉金連成組的葉片發(fā)生彎曲變形時(shí)，會(huì)帶動(dòng)圍帶和拉金變形，而圍帶和拉金的剛度會(huì)抵御這種變形，從而給葉片一個(gè)反彎矩，部分抵消葉片上汽流力引起的彎

10、矩，使葉片的彎應(yīng)力減小，剛度增加。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式4、葉片的靜強(qiáng)度校核選擇好強(qiáng)度準(zhǔn)則和安全系數(shù)，去計(jì)算葉片工作時(shí)的許用應(yīng)力，保證葉片工作時(shí)所受到的應(yīng)力不會(huì)超過許用應(yīng)力，滿足靜強(qiáng)度需要。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（五）葉片的振動(dòng)葉片振動(dòng)的原因：根部固定的彈性杠桿；有力的作用。自由振動(dòng)：當(dāng)葉片受到一個(gè)瞬時(shí)外力沖擊后其在平衡位置附近做的周期性擺動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)：當(dāng)葉片受到一個(gè)周期性外力作用時(shí)其在平衡位置附近做的周期性擺動(dòng)。葉片共振的危害：葉片振幅和振動(dòng)應(yīng)力急劇增加引起葉片疲勞損壞將相鄰葉片及后級(jí)葉片打壞使轉(zhuǎn)子失去平衡引起機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，造成嚴(yán)重后果。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式1、引起葉片振動(dòng)的激振力激

11、振力：引起葉片振動(dòng)的周期性外力。按頻率高低分為：高頻激振力和低頻激振力。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（1）高頻激振力位置：噴嘴出口。產(chǎn)生原因：汽流速度不均勻，導(dǎo)致對(duì)葉片的作用力分布也不均勻。激振力的計(jì)算：其中T為葉片通過每個(gè)噴嘴時(shí)的時(shí)間，即汽流力變化一次的時(shí)間。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式對(duì)于部分進(jìn)汽的級(jí)：葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（2）低頻激振力位置：噴嘴出口、隔板結(jié)合面等個(gè)別地方。產(chǎn)生原因：個(gè)別噴嘴制造加工安裝誤差，隔板結(jié)合面處噴嘴結(jié)合不良，設(shè)置加強(qiáng)筋，部分進(jìn)汽，抽汽口等引起該處汽流速度不均勻，導(dǎo)致對(duì)葉片的作用力也發(fā)生變化。數(shù)量：在一個(gè)圓周上有1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)等。分布情況：可以均勻布置，也可以是任意

12、夾角布置。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式低頻激振力的計(jì)算：擾源均勻布置時(shí)：擾源非均勻布置時(shí)（僅作了解）：葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式2、葉片的振型切向振動(dòng)是最容易發(fā)生的：汽流的作用力大，葉片的剛度又小。切向振動(dòng)分為：A型振動(dòng)、B型振動(dòng)。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（1）A型振動(dòng)定義：葉根固定不動(dòng)，葉頂自由擺動(dòng)的葉片振動(dòng)形式。單個(gè)葉片A型振動(dòng)：可以發(fā)生A0、A1、A2等振動(dòng)形式（注意節(jié)點(diǎn)、振幅、頻率）。葉片組的A型振動(dòng)： 用圍帶或拉金連成的葉片組，也可以發(fā)生A0、A1、A2等振動(dòng)形式（注意節(jié)點(diǎn)、振幅、頻率）。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（2）B型振動(dòng)定義：葉根固定不動(dòng)，葉頂也基本不動(dòng)的葉片振動(dòng)形式。用圍帶連成的葉

13、片組：可以發(fā)生B型振動(dòng)（也分為B0、B1、B2等振動(dòng)形式）。用圍帶和拉金連成的葉片組不會(huì)發(fā)生B0振動(dòng)。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式最危險(xiǎn)的振型： A0、 B0 、A1葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式3、葉片的自振頻率葉片的靜頻率：葉片在靜止?fàn)顟B(tài)下的自振頻率。葉片的動(dòng)頻率：葉片在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的自振頻率。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式影響葉片自振頻率的因素：（1）葉片的抗彎剛度（EI）。抗彎剛度越大，葉片自振頻率越高。（2）葉片的高度。葉片越高（越長），葉片自振頻率越低。（3）葉片的質(zhì)量。葉片越重，葉片自振頻率越低。（4）葉片的振型。振型越復(fù)雜，葉片自振頻率越高。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式工作時(shí)對(duì)葉片自振頻率的影響因素

14、有：（1）葉根的連接剛度。連接不牢，會(huì)使葉片自振頻率降低?？捎萌~根牢固系數(shù)Kr修正。（2）工作溫度。工作溫度升高會(huì)使E減小，葉片自振頻率降低?？捎脺囟刃拚禂?shù)Kt修正。（3）離心力。工作時(shí)葉片偏離了平衡位置，離心力會(huì)增加葉片的剛度，使葉片自振頻率提高。（4）葉片成組。用圍帶和拉金將葉片連接成組對(duì)葉片的自振頻率有兩方面的影響（增大和減小）。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式4、葉片振動(dòng)的安全準(zhǔn)則（1）概述葉片上受到的應(yīng)力：動(dòng)應(yīng)力由汽流力引起，與汽流力成正比 。安全要求：葉片必須滿足靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度的要求。校核指標(biāo)耐振強(qiáng)度 。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式耐振強(qiáng)度（復(fù)合疲勞強(qiáng)度）：指在一定工作溫度和一定靜應(yīng)力作用下

15、，葉片所能承受的最大交變應(yīng)力的幅值。調(diào)頻葉片：將葉片的自振頻率與激振力頻率調(diào)開，避免運(yùn)行中發(fā)生共振的葉片。不調(diào)頻葉片：允許葉片在共振狀態(tài)下長期工作的葉片。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（2）不調(diào)頻葉片的安全準(zhǔn)則葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式一般情況下用統(tǒng)計(jì)的方法得到不調(diào)頻葉片的安全準(zhǔn)則，步驟為：a.對(duì)大量在共振條件下工作的葉片，分別計(jì)算出它們的安全倍率和振動(dòng)倍率（葉片動(dòng)頻率與激振力頻率之比）；b.按振型歸納后將計(jì)算值標(biāo)在圖上，并用不同的符號(hào)表示葉片的工作結(jié)果；葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式C.進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)安全工作葉片和損壞葉片有一條明顯的分界線，分界線上的安全倍率為安全倍率界限值，稱為許用安全倍率Ab。葉片與

16、葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式不調(diào)頻葉片的振動(dòng)強(qiáng)度安全準(zhǔn)則為：表4-1，說明某一振型下不同振動(dòng)倍率時(shí)的許用安全倍率。如果要保證工作時(shí)不調(diào)頻葉片的安全，其安全倍率必須大于表中數(shù)值。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式（3）調(diào)頻葉片的安全準(zhǔn)則調(diào)頻葉片應(yīng)滿足調(diào)頻指標(biāo)和安全倍率許用值。不同振型與不同激振力的調(diào)頻區(qū)間見式4-33和4-34。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式5、葉片的調(diào)頻原因：葉片的自振頻率不能滿足安全工作的要求。調(diào)頻：對(duì)葉片自振頻率或激振力頻率進(jìn)行的調(diào)整。調(diào)整葉片自振頻率的措施：主要是改變?nèi)~片的質(zhì)量和剛度，包括連接剛度。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式電廠中常用的改變?nèi)~片自振頻率的方法：（1）加裝圍帶、拉金或改變圍帶、拉金的尺寸。（2）重新研磨葉根之間的結(jié)合面，增加連接剛性。（3）在葉片頂部鉆減荷孔或切角。（4）改變?nèi)~片組內(nèi)的葉片數(shù)。（5）采用松裝拉金或空心拉金。（6）在焊接圍帶和拉金與葉片連接處加焊，或重新捻鉚不合格的鉚釘。葉片與葉輪分類和結(jié)構(gòu)形式二、葉輪作用：用來裝置葉片并將汽流對(duì)葉柵的作用力所產(chǎn)生的扭矩傳遞給轉(zhuǎn)子。工作時(shí)的受力： （