汽轮机结构：第四节动叶片.ppt

第四节 叶片与叶轮
一、叶片
（一）叶片的分类
1、按用途分：静叶片和动叶片。
2、按叶型沿叶高变化规律分：等截面叶片和变截面扭叶片。如哈尔滨汽轮机厂生产的300MW、600MW反动式汽轮机的叶片全部采用扭叶片，东方汽轮机厂生产的3金；（b）拱形围带和空心拉金；（c）组间连接拉金；（d）Z型拉金
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（四）叶片的强度
1、叶片工作时的受力
离心力（叶片本身、围带、拉金）和汽流力（交变）。
正常工作时离心力的大小基本不变，在叶片的横截面上产生拉应力和弯应力。
喷嘴出口汽流速度沿圆周方向分配不均匀，成周期性变化，使得叶片上的受力是交变的。
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力所产生的应力：
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2、叶片的拉应力
由叶型部分的离心拉应力、围带离心拉应力、拉金离心拉应力组成。
根据推导分析：
（1）等截面叶片的离心拉应力与叶片的横截面面积无关，而且根部所承受的离心拉应力最大。
减小等截面叶片根部离心拉应力的有效办法——在一定叶片参数下，采用密度较小的叶片材料。
（2）变截面叶片的最大离心拉应力出现在叶片的某一截面处。
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3、叶片的弯应力
由汽流力和离心力产生。
（1）汽流作用力引起的弯应力
（如右图），F1使叶片进汽边、出汽边——拉应力，背弧——压应力；
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F2使叶片进汽边——压应力，出汽边——拉应力。
合成后，直截面叶片出汽边的应力（拉）最大，最危险。
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由于变截面叶片上的作用力沿叶高方向是变化的，则将各个截面上的力分解后在根部截面所产生的弯应力会有部分抵消，所以根部的弯应力不一定最大。
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（2）离心力产生的弯应力
当叶片发生弯曲时，离心力的连线不通过原安装时的形心连线，从而产生一个反弯矩，叶片的弯曲程度减小，刚度提高。
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（3）围带和拉金对叶片弯应力的影响
用围带和拉金连成组的叶片发生弯曲变形时，会带动围带和拉金变形，而围带和拉金的刚度会抵御这种变形，从而给叶片一个反弯矩，部分抵消叶片上汽流力引起的弯矩，使叶片的弯应力减小，刚度增加。
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4、叶片的静强度校核
选择好强度准则和安全系数，去计算叶片工作时的许用应力，保证叶片工作时所受到的应力不会超过许用应力，满足静强度需要。
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（五）叶片的振动
叶片振动的原因：根部固定的弹性杠杆；有力的作用。
自由振动：当叶片受到一个瞬时外力冲击后其在平衡位置附近做的周期性摆动。
强迫振动：当叶片受到一个周期性外力作用时其在平衡位置附近做的周期性摆动。
叶片共振的危害：叶片振幅和振动应力急剧增加→引起叶片疲劳损坏→将相邻叶片及后级叶片打坏→使转子失去平衡→引起机组强烈振动，造成严重后果。
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1、引起叶片振动的激振力
激振力：引起叶片振动的周期性外力。
按频率高低分为：高频激振力和低频激振力。
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（1）高频激振力
位置：喷嘴出口。
产生原因：汽流速度不均匀，导致对叶片的作用力分布也不均匀。
激振力的计算：
其中T为叶片通过每个喷嘴时的时间，即汽流力变化一次的时间。
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对于部分进汽的级：
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（2）低频激振力
位置：喷嘴出口、隔板结合面等个别地方。
产生原因：个别喷嘴制造加工安装误差，隔板结合面处喷嘴结合不良，设置加强筋，部分进汽，抽汽口等引起该处汽流速度不均匀，导致对叶片的作用力也发生变化。
数量：在一个圆周上有1个、2个或3个等。
分布情况：可以均匀布置，也可以是任意夹角布置。
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低频激振力的计算：
扰源均匀布置时：
扰源非均匀布置时（仅作了解）：
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2、叶片的振型
切向振动是最容易发生的：汽流的作用力大，叶片的刚度又小。
切向振动分为：A型振动、B型振动。
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（1）A型振动
定义：叶根固定不动，叶顶自由摆动的叶片振动形式。
单个叶片A型振动：可以发生A0、A1、A2等振动形式（注意节点、振幅、频率）。
叶片组的A型振动： 用围带或拉金连成的叶片组，也可以发生A0、A1、A2等振动形式（注意节点、振幅、频率）。
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（2）B型振动
定义：叶根固定不动，叶顶也基本不动的叶片振动形式。
用围带连成的叶片组：可以发生B型振动（也分为B0、B1、B2等振动形式）。
用围带和拉金连成的叶片组不会发生B0振动。
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最危险的振型： A0、 B0 、A1
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3、叶片的自振频率
叶片的静频率：叶片在静止状态下的自振频率。
叶片的动频率：叶片在旋转状态下的自振频率。
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影响叶片自振频率的因素：
（1）叶片的抗弯刚度（EI）。抗弯