汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié) 動葉片課件

第四節(jié)葉片與葉輪一、葉片（一）葉片的分類1、按用途分：靜葉片和動葉片。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。如哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的300MW、600MW反動式汽輪機的葉片全部采用扭葉片，東方汽輪機廠生產(chǎn)的300MW沖動式汽輪機所有壓力級動葉片均為扭葉片，上汽生產(chǎn)的300MW汽輪機部分級采用了扭葉片。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（二）葉片工作概述（1）葉片是汽輪機中數(shù)量和種類最多的零件（其加工量占整個汽輪機加工量的30%～50%）；（2）由多個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，葉片不僅承受高速轉(zhuǎn)動時離心力所產(chǎn)生的靜應力和汽流作用的動應力，還要承受高溫、腐蝕和沖蝕作用；（4）葉片要有足夠的強度、良好的型線，以使汽輪機安全經(jīng)濟運行（要求）。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（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-葉根汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片葉片（主要指的是動葉片）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度和動強度的要求和加工工藝的要求。（4）工作于濕蒸汽區(qū)的葉片要做強化處理。（5）葉型截面的變化可作為葉片的分類形式。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片2、葉根作用：葉根是將動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)應保證在任何運行條件下葉片都能牢固的固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上，同時力求制造簡單、裝配方便。分類：常用的葉根型式有T型、叉型和樅樹型、菌型。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（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；缺點是，在工作時輪緣有張開的趨勢。（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，受力不均，強度會下降。（d）安裝槽：采用周向埋入法。安裝時，將葉片從輪緣上的一個或兩個缺口處逐個插入，并沿周向移至相應位置，最后缺口處的葉片用鉚釘固定在輪緣上。裝配簡單，換葉片時工作量大。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（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：叉尾數(shù)目可以根據(jù)葉片離心力大小選擇，葉根強度高，適應性好。加工簡單，更換葉片方便。缺點：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。應用：東汽300MW汽輪機調(diào)節(jié)級動葉為三叉型葉根。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片國產(chǎn)引進型300MW汽輪機調(diào)節(jié)級葉片1-鉚接圍帶；2-整體圍帶；3-動葉片；4-鉚釘；5-葉輪;三叉齒葉根汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片4叉型和7叉型葉根及其裝配汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（3）樅樹型葉根結(jié)構(gòu)：葉根形狀呈楔形，并有多個承受作用力的樹齒。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，同時相鄰葉根的接縫處有一圓槽，用兩根斜劈的半圓銷對插入圓槽內(nèi)將整圈葉根周向脹緊。優(yōu)點：葉根樹齒和對應的輪緣承載面接近于等強度，承載能力大，強度適應性好，拆裝方便。缺點：加工復雜，精度要求高。應用：用于國產(chǎn)引進型600MW汽輪機的壓力級動葉片。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片特點：（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。應用：調(diào)節(jié)級葉片、末級葉片和特殊要求的葉片（如國產(chǎn)亞臨界600MW凝汽式汽輪機中壓后兩級葉片、超臨界中壓轉(zhuǎn)子所有動葉）。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（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-輪緣汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片3、葉頂汽輪機的短葉片、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。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（1）圍帶作用：減小葉片工作的彎應力；增加葉片剛性以避開共振；形成一個封閉的汽流通道，減小級內(nèi)漏汽損失。（a）、（b）整體圍帶；（c）鉚接圍帶；（d）彈性拱形圍帶汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（2）拉金結(jié)構(gòu)作用：增加葉片的剛性，改善其振動性能。結(jié)構(gòu)：通常為6～12mm的實心或空心金屬絲或金屬管，穿在葉型部分的拉金孔中。（a）實心焊接拉金；（b）實心松裝拉金；（c）空心松裝拉金；（d）剖分松裝拉金；（e）Z型拉金汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（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型拉金汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（四）葉片的強度1、葉片工作時的受力離心力（葉片本身、圍帶、拉金）和汽流力（交變）。正常工作時離心力的大小基本不變，在葉片的橫截面上產(chǎn)生拉應力和彎應力。噴嘴出口汽流速度沿圓周方向分配不均勻，成周期性變化，使得葉片上的受力是交變的。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片力所產(chǎn)生的應力：汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片2、葉片的拉應力由葉型部分的離心拉應力、圍帶離心拉應力、拉金離心拉應力組成。根據(jù)推導分析：（1）等截面葉片的離心拉應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力最大。減小等截面葉片根部離心拉應力的有效辦法——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力出現(xiàn)在葉片的某一截面處。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片3、葉片的彎應力由汽流力和離心力產(chǎn)生。（1）汽流作用力引起的彎應力a.直截面葉片（如右圖），F(xiàn)1使葉片進汽邊、出汽邊——拉應力，背弧——壓應力；汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片F(xiàn)2使葉片進汽邊——壓應力，出汽邊——拉應力。合成后，直截面葉片出汽邊的應力（拉）最大，最危險。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片b.變截面葉片的彎應力由于變截面葉片上的作用力沿葉高方向是變化的，則將各個截面上的力分解后在根部截面所產(chǎn)生的彎應力會有部分抵消，所以根部的彎應力不一定最大。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（2）離心力產(chǎn)生的彎應力當葉片發(fā)生彎曲時，離心力的連線不通過原安裝時的形心連線，從而產(chǎn)生一個反彎矩，葉片的彎曲程度減小，剛度提高。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（3）圍帶和拉金對葉片彎應力的影響用圍帶和拉金連成組的葉片發(fā)生彎曲變形時，會帶動圍帶和拉金變形，而圍帶和拉金的剛度會抵御這種變形，從而給葉片一個反彎矩，部分抵消葉片上汽流力引起的彎矩，使葉片的彎應力減小，剛度增加。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片4、葉片的靜強度校核選擇好強度準則和安全系數(shù)，去計算葉片工作時的許用應力，保證葉片工作時所受到的應力不會超過許用應力，滿足靜強度需要。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（五）葉片的振動葉片振動的原因：根部固定的彈性杠桿；有力的作用。自由振動：當葉片受到一個瞬時外力沖擊后其在平衡位置附近做的周期性擺動。強迫振動：當葉片受到一個周期性外力作用時其在平衡位置附近做的周期性擺動。葉片共振的危害：葉片振幅和振動應力急劇增加→引起葉片疲勞損壞→將相鄰葉片及后級葉片打壞→使轉(zhuǎn)子失去平衡→引起機組強烈振動，造成嚴重后果。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片1、引起葉片振動的激振力激振力：引起葉片振動的周期性外力。按頻率高低分為：高頻激振力和低頻激振力。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（1）高頻激振力位置：噴嘴出口。產(chǎn)生原因：汽流速度不均勻，導致對葉片的作用力分布也不均勻。激振力的計算：其中T為葉片通過每個噴嘴時的時間，即汽流力變化一次的時間。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片對于部分進汽的級：汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（2）低頻激振力位置：噴嘴出口、隔板結(jié)合面等個別地方。產(chǎn)生原因：個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，設置加強筋，部分進汽，抽汽口等引起該處汽流速度不均勻，導致對葉片的作用力也發(fā)生變化。數(shù)量：在一個圓周上有1個、2個或3個等。分布情況：可以均勻布置，也可以是任意夾角布置。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片低頻激振力的計算：擾源均勻布置時：擾源非均勻布置時（僅作了解）：汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片2、葉片的振型切向振動是最容易發(fā)生的：汽流的作用力大，葉片的剛度又小。切向振動分為：A型振動、B型振動。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（1）A型振動定義：葉根固定不動，葉頂自由擺動的葉片振動形式。單個葉片A型振動：可以發(fā)生A0、A1、A2等振動形式（注意節(jié)點、振幅、頻率）。葉片組的A型振動：用圍帶或拉金連成的葉片組，也可以發(fā)生A0、A1、A2等振動形式（注意節(jié)點、振幅、頻率）。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（2）B型振動定義：葉根固定不動，葉頂也基本不動的葉片振動形式。用圍帶連成的葉片組：可以發(fā)生B型振動（也分為B0、B1、B2等振動形式）。用圍帶和拉金連成的葉片組不會發(fā)生B0振動。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片最危險的振型：A0、B0

、A1汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片3、葉片的自振頻率葉片的靜頻率：葉片在靜止狀態(tài)下的自振頻率。葉片的動頻率：葉片在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的自振頻率。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片影響葉片自振頻率的因素：（1）葉片的抗彎剛度（EI）?？箯潉偠仍酱?，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。振型越復雜，葉片自振頻率越高。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片工作時對葉片自振頻率的影響因素有：（1）葉根的連接剛度。連接不牢，會使葉片自振頻率降低。可用葉根牢固系數(shù)Kr修正。（2）工作溫度。工作溫度升高會使E減小，葉片自振頻率降低。可用溫度修正系數(shù)Kt修正。（3）離心力。工作時葉片偏離了平衡位置，離心力會增加葉片的剛度，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葉片的自振頻率有兩方面的影響（增大和減?。?。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片4、葉片振動的安全準則（1）概述葉片上受到的應力：動應力由汽流力引起，與汽流力成正比。安全要求：葉片必須滿足靜強度、動強度的要求。校核指標——耐振強度。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片耐振強度（復合疲勞強度）：指在一定工作溫度和一定靜應力作用下，葉片所能承受的最大交變應力的幅值。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。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（2）不調(diào)頻葉片的安全準則汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片一般情況下用統(tǒng)計的方法得到不調(diào)頻葉片的安全準則，步驟為：a.對大量在共振條件下工作的葉片，分別計算出它們的安全倍率和振動倍率（葉片動頻率與激振力頻率之比）；b.按振型歸納后將計算值標在圖上，并用不同的符號表示葉片的工作結(jié)果；汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片C.進行總結(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]。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片不調(diào)頻葉片的振動強度安全準則為：表4-1，說明某一振型下不同振動倍率時的許用安全倍率。如果要保證工作時不調(diào)頻葉片的安全，其安全倍率必須大于表中數(shù)值。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片（3）調(diào)頻葉片的安全準則調(diào)頻葉片應滿足調(diào)頻指標和安全倍率許用值。不同振型與不同激振力的調(diào)頻區(qū)間見式4-33和4-34。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片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：對葉片自振頻率或激振力頻率進行的調(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。汽輪機結(jié)構(gòu)第四節(jié)動葉片電廠中常用的改變?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