汽輪機(jī) 葉片的強(qiáng)度

1、汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)與功能分析Steam Turbine Theory 承德石油高等?？茖W(xué)校承德石油高等?？茖W(xué)校熱工系熱工系 二、葉片的強(qiáng)度二、葉片的強(qiáng)度 (一一)葉片的受力分析葉片的受力分析 葉片受到的作用力主要有兩種：葉片受到的作用力主要有兩種： 葉片本身和與其相連的圍帶、拉金所葉片本身和與其相連的圍帶、拉金所產(chǎn)生的產(chǎn)生的離心力離心力； 汽流汽流的作用力。的作用力。 第一節(jié)第一節(jié) 動(dòng)葉片動(dòng)葉片第四章第四章 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)及零件強(qiáng)度汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)及零件強(qiáng)度 葉片振動(dòng)的激振力 三、葉片的振動(dòng)三、葉片的振動(dòng) 葉片是根部固定的彈性桿件葉片是根部固定的彈性桿件 自由振動(dòng)自由振動(dòng)自振頻率自振頻率 強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)激振力

2、激振力 共振共振 葉片的自振頻率與激振力頻率相等或成整葉片的自振頻率與激振力頻率相等或成整數(shù)倍，葉片將發(fā)生共振數(shù)倍，葉片將發(fā)生共振 。 共振時(shí)：振幅和振動(dòng)應(yīng)力急劇增加，可能引起葉片的共振時(shí)：振幅和振動(dòng)應(yīng)力急劇增加，可能引起葉片的疲勞損壞疲勞損壞 。 (一一)引起葉片振動(dòng)的激振力引起葉片振動(dòng)的激振力 1.高頻激振力高頻激振力 汽流力汽流力 周期性變化周期性變化 激振力的頻率為：激振力的頻率為：f=Znn0 激振力的頻率激振力的頻率f=20004000Hz 2低頻激振力低頻激振力 由于制造加工的由于制造加工的誤差及結(jié)構(gòu)誤差及結(jié)構(gòu)等方面的原因，級(jí)的等方面的原因，級(jí)的圓周上個(gè)別地方汽流速度的大小或方向

3、可能異常，動(dòng)圓周上個(gè)別地方汽流速度的大小或方向可能異常，動(dòng)葉每轉(zhuǎn)到此處所受汽流力就變化一次，這樣形成的激葉每轉(zhuǎn)到此處所受汽流力就變化一次，這樣形成的激振力頻率較低，稱為低頻激振力。振力頻率較低，稱為低頻激振力。 低頻激振力頻率為：低頻激振力頻率為：f=in (二二)葉片的振型葉片的振型葉片的振動(dòng)葉片的振動(dòng) 彎曲振動(dòng)彎曲振動(dòng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)：繞葉片形心連線往復(fù)扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)：繞葉片形心連線往復(fù)扭轉(zhuǎn)軸向振動(dòng)：汽輪機(jī)軸向軸向振動(dòng)：汽輪機(jī)軸向切向振動(dòng)：葉輪圓周的切線方向切向振動(dòng)：葉輪圓周的切線方向 切向振動(dòng)可分為：切向振動(dòng)可分為： A型振動(dòng)和型振動(dòng)和B型振動(dòng)兩大類型振動(dòng)兩大類 1A型振動(dòng)型振動(dòng) 葉片振動(dòng)時(shí)，葉片

4、振動(dòng)時(shí)，葉根不動(dòng)、葉頂擺動(dòng)葉根不動(dòng)、葉頂擺動(dòng)的振動(dòng)形式稱為的振動(dòng)形式稱為A型振動(dòng)。型振動(dòng)。 振動(dòng)時(shí)，葉型上可能有不動(dòng)的點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，葉型上可能有不動(dòng)的點(diǎn)(實(shí)際是一條線實(shí)際是一條線)，稱為，稱為節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)。 葉片和葉片組：葉片和葉片組： 隨著隨著激振力頻率的升高激振力頻率的升高，將出現(xiàn)一個(gè)、兩個(gè)及更多個(gè)節(jié)點(diǎn)的振，將出現(xiàn)一個(gè)、兩個(gè)及更多個(gè)節(jié)點(diǎn)的振型，這些振動(dòng)分別稱為型，這些振動(dòng)分別稱為A0型、型、Al型、型、A2型型振動(dòng)。振動(dòng)。 A0型振動(dòng)型振動(dòng)：頻率低，振幅最大，動(dòng)應(yīng)力最大，：頻率低，振幅最大，動(dòng)應(yīng)力最大，最危險(xiǎn)最危險(xiǎn) 高階次的振動(dòng)不容易出現(xiàn)高階次的振動(dòng)不容易出現(xiàn) 2B型振動(dòng)型振動(dòng) 葉片振動(dòng)時(shí)，葉片

5、振動(dòng)時(shí)，葉根不動(dòng)、葉頂也基本不擺動(dòng)葉根不動(dòng)、葉頂也基本不擺動(dòng)的振的振動(dòng)形式稱為動(dòng)形式稱為B型振動(dòng)。型振動(dòng)。 用圍帶連成組的葉片，除葉根固定外，葉頂也有支點(diǎn)，用圍帶連成組的葉片，除葉根固定外，葉頂也有支點(diǎn)，有可能發(fā)生有可能發(fā)生B型振動(dòng)。型振動(dòng)。 按節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，按節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，B型振動(dòng)也有型振動(dòng)也有B0、Bl等型式。等型式。 第第一一類對(duì)稱的類對(duì)稱的Bo型振動(dòng)型振動(dòng) ：對(duì)稱于葉片組中心線的葉：對(duì)稱于葉片組中心線的葉片的振動(dòng)相位片的振動(dòng)相位相反。相反。 第第二二類對(duì)稱的類對(duì)稱的B0型振動(dòng)：對(duì)稱于葉片組中心線的葉型振動(dòng)：對(duì)稱于葉片組中心線的葉片振動(dòng)相位片振動(dòng)相位相同。相同。 (三三)葉片的自振頻率葉片的

6、自振頻率 葉片在靜止時(shí)的自振頻率稱為葉片在靜止時(shí)的自振頻率稱為靜頻率靜頻率。葉片。葉片的自振頻率取決于以下因素：的自振頻率取決于以下因素： (1)葉片的抗彎剛度越葉片的抗彎剛度越小小，頻率越，頻率越低低，振幅大。，振幅大。 (2)葉片的高度越葉片的高度越高高，頻率越，頻率越低低，振幅大。，振幅大。 (3)葉片的質(zhì)量越葉片的質(zhì)量越大大，頻率越，頻率越低低，振幅大。，振幅大。 葉片工作時(shí)的自振頻率還受到以下工作條件的影響：葉片工作時(shí)的自振頻率還受到以下工作條件的影響： (1)葉根的連接剛度葉根的連接剛度 連接連接剛度降低剛度降低，振動(dòng)葉片的質(zhì)量增加，剛性降低，因，振動(dòng)葉片的質(zhì)量增加，剛性降低，因此

7、此自振頻率降低自振頻率降低。 (2)工作溫度工作溫度 當(dāng)溫度升高時(shí)，葉片的剛性降低，使自自振當(dāng)溫度升高時(shí)，葉片的剛性降低，使自自振頻率降低頻率降低。 (3)離心力離心力 離心力的存在相當(dāng)于增加了葉片的剛度，使葉片的自離心力的存在相當(dāng)于增加了葉片的剛度，使葉片的自振振頻率提高頻率提高。 (4)葉片成組葉片成組 兩方面影響：質(zhì)量增加，使頻率降低兩方面影響：質(zhì)量增加，使頻率降低 ；葉片的剛度；葉片的剛度增加，頻率升高增加，頻率升高 葉片組葉片組的頻率通常比單個(gè)葉片的同階的頻率通常比單個(gè)葉片的同階頻率高頻率高。 (五五)葉片的調(diào)頻葉片的調(diào)頻葉片在共振狀態(tài)下工作容易損壞，因此需要將葉片在共振狀態(tài)下工作容

8、易損壞，因此需要將葉片的自振頻率與激振力頻率調(diào)開，避免運(yùn)行葉片的自振頻率與激振力頻率調(diào)開，避免運(yùn)行中發(fā)生共振中發(fā)生共振 。對(duì)葉片的自振頻率或激振力頻率進(jìn)行調(diào)整，稱對(duì)葉片的自振頻率或激振力頻率進(jìn)行調(diào)整，稱之為調(diào)頻。由于激振力的頻率難以準(zhǔn)確估計(jì)且之為調(diào)頻。由于激振力的頻率難以準(zhǔn)確估計(jì)且不好改變，實(shí)用中通常是不好改變，實(shí)用中通常是調(diào)整調(diào)整葉片的葉片的自振頻率自振頻率。葉片的頻率分散率葉片的頻率分散率 頻率分散率頻率分散率f是一級(jí)中葉片是一級(jí)中葉片A0型振動(dòng)最高和型振動(dòng)最高和最低自振頻率之差與它們的平均值之比的百分最低自振頻率之差與它們的平均值之比的百分?jǐn)?shù)，要求數(shù)，要求f8。 當(dāng)頻率分散率當(dāng)頻率分散率

9、過大過大時(shí)，應(yīng)檢查葉片的時(shí)，應(yīng)檢查葉片的安裝質(zhì)量安裝質(zhì)量。當(dāng)頻率分散度合格而頻率仍不合格時(shí)，應(yīng)進(jìn)行當(dāng)頻率分散度合格而頻率仍不合格時(shí)，應(yīng)進(jìn)行調(diào)頻。調(diào)頻。 調(diào)整葉片自振頻率的措施主要是改變?nèi)~片的調(diào)整葉片自振頻率的措施主要是改變?nèi)~片的質(zhì)量和剛質(zhì)量和剛度度，包括，包括連接剛度連接剛度。常用的調(diào)頻方法有：。常用的調(diào)頻方法有： 1)加裝圍帶、拉金或改變圍帶、拉金的尺寸。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，以增加葉根的連接剛重新研磨葉根之間的結(jié)合面，以增加葉根的連接剛性。性。 3)在葉片頂部鉆孔或切角，減小葉片的質(zhì)量，提高自在葉片頂部鉆孔或切角，減小葉片的質(zhì)量，提高自振頻率。振頻率。 4)改變?nèi)~片組內(nèi)的葉片數(shù)。改變?nèi)~片組內(nèi)