汽轮机组件的强度.ppt

第5章 汽轮机零件的强度 第一节 强度计算的内容与方法 强度的意义 工程材料的强度是指抵抗外力产生的某种应力或应变的能力。汽轮机零件的强度系指在外力作用下，零件内部所产生的某几种应力或应变与组成零件材料所能抵抗这几种应力或应变的能力。 强度分析计算的要素 外力、应力或应变、材料的许用极限成为强度分析计算的三要素。 强度分析的分类 静强度、动强度。 汽轮机零件的主要应力应变类型 拉伸应力：如动叶上的离心拉伸应力 弯曲应力：动叶上的汽流弯曲应力，转子、围带等弯曲应力。 扭转应力：转子扭转应力，长叶片扭转应力。 剪切应力：叶根销钉等的剪切应力。 基本方法 利用力学基本理论与方法，分析特定环境下各零件的受力特征，由受力截面的几何参数，计算出对应的应力或应变状态，然后根据工作条件选定材料的机械性能参数，计算出最大受力工况、最大应力水平所对应的屈服、蠕变和持久强度的三个安全系数。 第二节 动叶片的静强度计算 一、结构与受力 受力特征： 高温、高转速、高湿度、高汽流速度环境中，离心力的汽流力使动叶片发生拉伸、弯曲和扭转变形。 结构特征： 叶顶（叶冠、围带和拉筋）、叶型和叶根三部分组成，叶型截面决定于空气动力学设计，叶根满足动、静强度设计要求。 围带的作用 （1）在热力设计中起着减小叶顶漏汽的作用； （2）在静强度设计中起着减小动叶弯曲应力的作用； （3）在动强度设计中，起着调整叶片自振频率、减小叶片振动幅度和消耗、吸收振动能量的作用。 拉筋的作用 叶根的型式 二、离心应力计算 基本特征 对正装直叶片，离心力的作用中心通过沿叶高的各截面形心，离心力仅产生拉伸变形，即产生拉伸应力。 对扭叶片或偏装直叶片，因沿叶高各截面离心力作用中心偏离形心，不仅产生拉伸变形，而且还会产生弯曲变形，即既有拉伸应力，又有弯曲应力。 对长扭叶片，还会产生扭转变形和扭转应力。 直叶片的离心应力 变截面扭叶片的离心应力 形心是一条空间曲线，沿叶高各截面离心力作用中心不但偏离形心，而且方向与截面法线方向不一致。 利用力学中力的分解和平移原理，将离心力平移到形心，得到与截面垂直的力和力偶矩。 与截面法线方向一致的力产生拉伸应力，力偶矩产生弯曲应力。 叶片偏装 使离心力的中心偏离截面形心，产生弯曲应力，抵消蒸汽力。 三、弯曲应力计算 基本特征 汽流力与截面法线方向垂直，因此对动叶片产生弯曲应力。 计算弯曲应力时，应首先求出截面形心和通过截面形心的最大、最小主惯性轴，以及对最大、最小主惯性轴的主惯性矩 ； 然后，计算沿叶高的轮周向、轴向汽流力的线密度，其合力分解到最大、最小主惯性轴上，即得相对于最大、最小主惯性轴的汽流力分量； 将动叶片当作悬臂梁，最大弯曲应力发生在叶片根部，分别计算出离形心最远点处的弯曲应力，并作矢量合成，求得最大弯曲应力。 小结 动叶片的汽流弯曲应力，对压力级，随机组负荷增大而增大； 对喷嘴调节的调节级，最大工况发生于第一调门全开、第二调门即将开启时，因为此时调节级的焓降最大、而部分进汽度为最小。 在叶片长度一定时，为减小动叶片的汽流弯曲应力，应增大截面惯性矩、减小出口边缘与形心的距离。如调节级动叶片采用宽叶片。 四、围带拉筋的反弯矩 基本特征 固定在动叶片顶部的围带和叶片中间部分的紧拉筋，当叶片弯曲变形时，连接处的弯曲变形转角使围带和拉筋产生弯曲变形，随之产生反抗这种变形的反弯矩，阻止叶片弯曲变形。 围带和拉筋的存在，增强了动叶片的抗弯刚度，进而可以减小叶片的弯曲应力。 围带、拉筋与叶片连接刚度下降，则产生的反弯矩减小。 第三节 叶片振动与调频 一、振动基础 单自由度振动模型： 当基础固定，外力为简谐函数 刚性控制区：强迫振动幅值接近静位移，惯性小 阻尼控制区：强迫振动幅值取决于阻尼率 惯性控制区：强迫振动幅值逐渐减小到零，惯性大 二、叶片振动的激励源 基本激励力 （1）周期性汽流激励力 （2）叶轮或转子的振动 流场不均匀的原因 （1）喷嘴出口边缘厚度 （2）喷嘴部分进汽 （3）抽汽口、排汽口的影响 （4）隔板加强筋或肋的影响 （5）喷嘴出口汽流角及面积不一致 （6）隔板中分面结合不良 激励力的频率特征