葉輪結(jié)構(gòu)計(jì)算

葉輪結(jié)構(gòu)計(jì)算第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)子軸、葉輪、動(dòng)葉片和聯(lián)軸器等匯集各級(jí)動(dòng)葉柵上得到的機(jī)械能并傳給發(fā)電機(jī)（或其它機(jī)械）。處在高溫中；高速旋轉(zhuǎn)；承受葉片、葉輪、主軸的離心力；蒸汽作用的軸向推力；溫度分布不均勻的熱應(yīng)力；巨大的扭轉(zhuǎn)力矩；軸系振動(dòng)。第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)（2）

二、轉(zhuǎn)子鼓式轉(zhuǎn)子，輪式轉(zhuǎn)子；輪式轉(zhuǎn)子：整鍛，套裝，組合，焊接轉(zhuǎn)子

第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五整鍛轉(zhuǎn)子的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：整體鍛造，沒(méi)有熱套部件，消除松動(dòng)問(wèn)題，啟動(dòng)和變工況適應(yīng)性好，適于在高溫下工作；強(qiáng)度和剛度好于套裝轉(zhuǎn)子；結(jié)構(gòu)接湊，軸向尺寸短；機(jī)械加工和裝配量少；缺點(diǎn)：鍛件尺寸大工藝要求高，加工周期長(zhǎng)，質(zhì)量不易保證；貴重材料消耗大，不利于材料合理利用。第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)（2）

二、套裝轉(zhuǎn)子

第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五套裝轉(zhuǎn)子：優(yōu)點(diǎn)：鍛件尺寸小，加工方便，質(zhì)量容易控制；不同部件采用不同材料，合理利用；缺點(diǎn)：高溫下由于金屬蠕變，過(guò)盈消失，葉輪和軸之間松動(dòng)；快速啟動(dòng)適應(yīng)性差。第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五整鍛轉(zhuǎn)子用于高溫區(qū)；高壓轉(zhuǎn)子；125MW,200MW,300MW的高壓轉(zhuǎn)子；300MW,600MW的高，中，低壓轉(zhuǎn)子。套裝轉(zhuǎn)子適宜中壓汽輪機(jī)或高壓汽輪機(jī)的低壓部分。200MW的低壓轉(zhuǎn)子。第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五焊接轉(zhuǎn)子：若干個(gè)葉輪和兩個(gè)端軸拼焊而成。如圖6-29.無(wú)中心孔，可以承受很大的離心力，強(qiáng)度好；結(jié)構(gòu)緊湊，剛度大；鍛件尺寸?。灰蠛附庸に嚫?，材料的焊接性能好。第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)（2）

組合轉(zhuǎn)子：國(guó)產(chǎn)200MW的中壓轉(zhuǎn)子

第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)轉(zhuǎn)子和葉輪結(jié)構(gòu)

一、轉(zhuǎn)子形式汽輪機(jī)主要采用整鍛轉(zhuǎn)子，焊接轉(zhuǎn)子，套裝轉(zhuǎn)子以及組合轉(zhuǎn)子。燃?xì)廨啓C(jī)主要采用整鍛轉(zhuǎn)子，焊接轉(zhuǎn)子，拉桿轉(zhuǎn)子。二、葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、葉輪的工作條件和受力情況：葉輪離心力，葉片離心力，接觸應(yīng)力（套裝轉(zhuǎn)子），熱應(yīng)力，振動(dòng)應(yīng)力。2、套裝葉輪的聯(lián)結(jié)方式：簡(jiǎn)單過(guò)盈配合---扭矩借摩擦力和鍵傳遞重載過(guò)盈配合---依靠中間環(huán)，徑向鍵，扭矩借摩擦力和鍵傳遞第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)轉(zhuǎn)子和葉輪結(jié)構(gòu)

3、葉輪型線設(shè)計(jì)按給定應(yīng)力曲線設(shè)計(jì)葉輪型線先選擇型線，計(jì)算應(yīng)力，再修改型線4、型線組成：輪緣，輪面，輪轂（套裝轉(zhuǎn)子）輪緣一般等厚度輪轂一般等厚度輪面型線：等厚度，錐形，雙曲線，等強(qiáng)度。5、設(shè)計(jì)步驟：由葉根聯(lián)結(jié)部的型式選擇適當(dāng)?shù)妮喚壭螤詈统叽?，進(jìn)行輪緣強(qiáng)度計(jì)算，并確定輪緣上的外載荷；選擇輪面型線和輪轂尺寸。第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五接近空心鼓式轉(zhuǎn)子：壁厚壁直徑小得多。力學(xué)分析：圓環(huán)繞軸心旋轉(zhuǎn)，離心力引起圓環(huán)變形，在圓環(huán)徑向縱截面中產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力均勻分布。

第二節(jié)旋轉(zhuǎn)薄圓環(huán)應(yīng)力計(jì)算bδR第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)旋轉(zhuǎn)薄圓環(huán)應(yīng)力計(jì)算結(jié)論：旋轉(zhuǎn)圓環(huán)的切向應(yīng)力（徑向縱截面拉應(yīng)力）與材料密度，圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，轉(zhuǎn)速的平方成正比。如果考慮葉片的離心力，切向應(yīng)力還要大。缺點(diǎn)：不適用于高轉(zhuǎn)速，大直徑轉(zhuǎn)子；優(yōu)點(diǎn)：重量輕，抗彎剛度大。第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三節(jié)葉輪應(yīng)力狀態(tài)和基本計(jì)算公式以圓盤(pán)葉輪代替圓環(huán)組成轉(zhuǎn)子。圓盤(pán)任意半徑上存在徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力。葉輪上應(yīng)力和應(yīng)變對(duì)稱于軸線。應(yīng)力沿軸向（厚度方向）均勻分布。軸向應(yīng)力可以忽略不計(jì)。屬于軸對(duì)稱平面應(yīng)力問(wèn)題。第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五(3-10)

(3-11)

(3-14)(3-15)第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五空心等厚度葉輪：

(3-16)(3-17)邊界條件：計(jì)算公式：已知內(nèi)孔和外緣處的徑向應(yīng)力第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五實(shí)心等厚度葉輪：

(3-18)(3-19)邊界條件：計(jì)算公式：第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五等厚度葉輪應(yīng)力分析1、等厚度葉輪應(yīng)力與葉輪厚度無(wú)關(guān)；2、葉輪切向應(yīng)力比徑向應(yīng)力大；3、最大應(yīng)力發(fā)生在葉輪中心（實(shí)心葉輪）或內(nèi)孔處（空心葉輪）；4、實(shí)心葉輪在中心孔處的切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力相同。

第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五實(shí)心葉輪應(yīng)力曲線空心葉輪應(yīng)力曲線切向應(yīng)力----紅色徑向應(yīng)力----蘭色半徑應(yīng)力第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

（3-16），（3-17）的轉(zhuǎn)化從已知內(nèi)孔、外緣的徑向應(yīng)力變?yōu)橐阎獌?nèi)孔（外緣）的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五變厚度葉輪應(yīng)力計(jì)算第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五實(shí)際葉輪應(yīng)力計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題相鄰兩段交界處應(yīng)力計(jì)算

第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一次計(jì)算：葉輪以工作轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)

設(shè)為任意值邊界條件：計(jì)算過(guò)程：1、根據(jù)第一段等厚度葉輪內(nèi)徑處應(yīng)力計(jì)算外徑處應(yīng)力兩次計(jì)算法：

第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、根據(jù)第一段等厚度葉輪外徑處應(yīng)力計(jì)算第二段內(nèi)徑處應(yīng)力第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、根據(jù)第二段等厚度葉輪內(nèi)徑處應(yīng)力計(jì)算外徑處應(yīng)力4、根據(jù)第二段等厚度葉輪外徑處應(yīng)力計(jì)算第三段內(nèi)徑處應(yīng)力直至計(jì)算到葉輪外徑處應(yīng)力由于外徑處的徑向應(yīng)力已知，如果第一次計(jì)算出的外徑徑向應(yīng)力等于已知的值，則假設(shè)的內(nèi)徑處切向應(yīng)力為正確值；如果第一次計(jì)算出的外徑徑向應(yīng)力不等于已知的值，則需要進(jìn)行第二次計(jì)算。第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一次計(jì)算使用了正確的內(nèi)孔處徑相應(yīng)力和轉(zhuǎn)速和假設(shè)的內(nèi)孔處切相應(yīng)力，第二次計(jì)算僅為考察內(nèi)孔處切相應(yīng)力對(duì)計(jì)算造成的影響。第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二次計(jì)算：由于通過(guò)葉輪內(nèi)孔和外徑處的徑向應(yīng)力就可以計(jì)算出葉輪各個(gè)半徑處的應(yīng)力，而二次計(jì)算中內(nèi)孔的徑向應(yīng)力為準(zhǔn)確值，因此兩次計(jì)算中的誤差是由外徑處的徑向應(yīng)力誤差引起的。葉輪轉(zhuǎn)速n=0

設(shè)為任意值邊界條件：計(jì)算過(guò)程與第一次計(jì)算相同，直至計(jì)算到葉輪外徑處應(yīng)力應(yīng)力疊加：第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五真實(shí)應(yīng)力計(jì)算：修正系數(shù)任意半徑處真實(shí)應(yīng)力值第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五已知：密度7820kg/m3泊松比0.3轉(zhuǎn)速3000r/min

外徑417.25mm，徑向應(yīng)力24.81Mpa內(nèi)徑50mm，徑向應(yīng)力0厚度140mm（50---280mm）40mm(280---417.25mm)求：半徑0.05,0.15,0.28,0.35,0.41725m上的應(yīng)力第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五實(shí)際變厚度葉輪計(jì)算1、在葉輪上將要計(jì)算的半徑劃為不同厚度段的交界處；2、使用二次計(jì)算法計(jì)算。對(duì)于實(shí)心葉輪，第一次計(jì)算與第二次計(jì)算的假設(shè)條件只差轉(zhuǎn)速。由內(nèi)向外計(jì)算較好。第三十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五計(jì)算：變厚度葉輪應(yīng)力轉(zhuǎn)速：5600轉(zhuǎn)/分；密度8000kg/m3；外緣應(yīng)力：50MN/m2；內(nèi)孔應(yīng)力：10MN/m2求半徑80，120，160mm處應(yīng)力。寬y：30；R：160寬：60；R：80泊松比0.3第三十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五葉輪平衡孔處應(yīng)力計(jì)算平衡孔中心的半徑為RL，按無(wú)中心孔計(jì)算相應(yīng)應(yīng)力。第四十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年