第五章汽轮机零件的强度校核.ppt

第五章 汽轮机零件的强度校核 主讲：张利平 第五章 汽轮机零件的强度校核 第一节 汽轮机零件强度校核概述 第二节 汽轮机叶片静强度计算 第三节 汽轮机叶轮静强度概念 第四节 汽轮机转于零件材料及静强度条件 第五节 汽轮机静子零件的静强度 第六节 汽轮机叶片的动强度 第七节 叶 轮 振 动 第八节 汽轮发电机组的振动 第九节 汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管 理 第一节 汽轮机零件强度校核概述 一、校核的原因 1.极限工作参数： 增加最高能达到多少，真空降低，发额定功率 时，要增加蒸汽流量但监视段压力增加，隔板强度最 大功率受到限制；变工况运行时温升率，负荷变化 率，振动最大值，危急保安器动作的最高转速等。 2.技术特性要求： 更换叶片，零件等。 二．校核的内容和方法 1.汽轮机的本体结构： 转动部分：动叶片、主轴、叶轮（反动式汽轮机为转鼓）、联轴器 静止部分：汽缸、隔板、法兰、法兰螺栓、轴承、汽封等 各零件的工作条件和受力不通，采用强度校核的方法也不同。例：叶片的受力分析： 汽轮机工作时，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、拉金所产生的离心力；蒸汽的作用力。还受到周期性激振力的作用，从而产生振动。当汽轮机稳定运行时，离心力和蒸汽的作用力不随时间而变，这种力属于静应力；而周期性激振力随时间而变，属于动应力。不同受力，校核的方法不同。 方法：静应力才采用静强度 动强度：限于零只件的自振频率和激振品率的计算及安全性校核。安全倍率和频率避开率 叶片受力 第二节 汽轮机叶片静强度计算 动叶片的作用：将蒸汽的热能转换为转子转动的机械能。 对动叶片的要求：有良好的了流动性能以保证较高的能量转换效率；有足够的强度和完善的振动性能 一、动叶片的结构： 动叶片由叶型、叶根、叶顶三部分组成 一、动叶片的结构 （一）叶型 叶型是动叶片的基本部分，相邻叶片的叶型部分构成汽流通道。 （二）叶根部分 叶根是将动叶片固定在叶轮或轮毂上的连接部分，它的结构应保证在任何运行条件下都能牢固地固定，同时力求结构简单、装配方便。 常用的叶根型式有：T型、叉型和枞树型。 1、T型叶根（见图） 优点：结构简单，加工方便。 缺点：叶根会对轮缘两侧产生弯矩，使轮缘有张开的趋势。外包T型叶根、双T型叶根的产生 装配方法：周向埋入法。 应用：中短叶片 2、叉型叶根（见图） 优点：叉尾数目可根据叶片离心力大小选择，因而强度高，适应性好。同时加工简单，更换叶片方便。 装配方法：从径向插入轮缘上的叉槽中，并用铆钉固定。 缺点：装配工作量大，且需要较大的轴向空间，限制了它在整段转子和焊接转子上的应用。 应用：多用于大型汽轮机的调节级和末几级。 3、枞树型叶根（见图） 优点：这种叶根的承载截面接近按等强度分布，叶根的齿数可按叶片上载荷来选择，因此承载能力大，强度适应性好，拆装方便。 缺点：加工复杂，精度要求高。 装配方法：叶根沿轴向装入轮缘上的枞树型槽中。 应用：主要用于载荷大的叶片，如末级叶片等。 （三）叶顶 汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连接在一起，构成叶片组。长叶片则在叶型部分用拉金连接成组，或者围带和拉金都不用，成为自由叶片。 1、围带 围带的作用是减小叶片工作的弯应力；增加叶片刚性，调整叶片的自振频率，以避开共振，提高叶片振动安全性；使叶片顶部封闭，避免蒸汽从汽道顶部逸出，有的围带还装设汽封，减少了级间漏汽损失。 围带的结构型式很多，常用的有：整体围带、铆接或焊接围带、弹性拱形围带。 2、拉金 拉金的作用是增加叶片的刚性，改善其振动性能。 拉金的型式：焊接拉金、松装拉金或阻尼拉金、Z型拉金等。如图所示。 二、单个叶片叶型部分的应力计算 叶片的拉应力由叶型部分的离心拉应力及围带、拉金离心力引起的拉应力组成。 1、叶型部分离心力引起的拉应力 （1）基本公式 在距叶根截面x处取一微段dx，其截面积为Ax，则此微段质量的离心力为： 在距叶根截面x1处所受的离心力为： 该截面上的离心拉应力为： （2）等截面直叶片离心力及离心应力的计算 等截面叶片，横截面积A为常数，即 由于等截面叶片的横截面积沿叶高不变，其根部承受的离心力最大 叶片内根部截面上所受到的离心拉应力为： 分析上式： 等截面叶片的离心拉应力与横截面积无关，即增大截面积并不能降低离心力引起的拉应力。 在ω、R0、lb（材料，尺寸）已定的情况下，降低叶片的离心力，采用变截面叶片 采用密度较小 高强度的叶片材料，是降低叶片离心拉应力的有效办法。 可粗略估计汽轮机得最大功率为：