汽轮机结构及零件强度共72页
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汽轮机本体结构简介共81页
汽轮机本体结构简介
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙37、我们唯一ຫໍສະໝຸດ 会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙37、我们唯一ຫໍສະໝຸດ 会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
汽轮机原理6汽轮机主要零部件结构
1－高压转子
高压缸纵剖面图 2－高压外缸进汽端 3－高压外缸排汽端
高压内缸有中分面 设置于垂直方向将 汽缸分为左右两半， 采用高温螺栓进行 连接，螺栓不需要 承受内缸本身的重 量，可减少螺栓应 力，无高应力的高 温蠕变问题，安全 可靠性好。1级低 反动度叶片和13级 反动式扭叶片直接 装在内缸上。
中压主汽门和中压调门
在中压缸进口处必须设置中压主汽门来紧急切断来自再热器及管道的蒸汽。另 一方面在机组低负荷时为了维持锅炉再热器及旁路系统的稳定运行，保证再热 器有足够的冷却蒸汽流量，保护再热器不被烧坏，必须设置中压调门。
主汽门和调门组件
上汽1000MW超超临界汽 轮机采用全周进汽滑压运行 与补汽阀调频技ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，设置有2 只高压主汽门和高压调门组 合件（简称高压联合汽门） 、2只中压主汽门和中压调门 组合件（简称中压联合汽门 ）及2只补汽调门，所有的汽 门均通过弹簧弹力来关闭， 运行安全可靠。
低压缸纵剖面图 1－低压转子 2－低压外缸上半 3－低压内缸上半 4－低压外缸 6－低压内缸下半 7－低压外缸下半
(三) 进汽部分和中低压连通管
1 进汽部分 （1）定义：进汽部分是指调节汽阀后蒸汽进入汽缸第一级喷嘴的这 段区域。它包括调节汽阀至喷嘴室的主蒸汽(再热蒸汽)导管、导管与汽 缸的连接部分和喷嘴室。它是汽缸中承受蒸汽压力温度最高的部分。
（2）台板（搭脚）支承
低压缸的温度低，外形尺寸较大，低压缸 一般采用下缸伸出的搭脚直接支撑在基础 台板上，虽然它的支撑面比汽缸中分面低 ，但因排汽缸温度低，膨胀小，故影响不 大。轴向两端预埋入基础的固定板确定了 低压缸的轴向位置，在两轴向定位板连线 上，汽缸不允许轴向位移，轴向定位板连 线和横向定位板连线的交点，既是低压缸 的膨胀死点
第二章-汽轮机结构及零件强度教案资料
叶片一般由叶根、工作部分（或称叶身、叶型 部分）、叶顶连接件（围带）或拉筋组成。
叶片结构
叶片的组成
叶根、叶型部分 叶顶连接件（主要是围带或拉筋）
(一) 叶根
叶根是将叶片固定在叶轮或轮毂上的连接部分
叶根和轮缘的固定要求：
牢靠，任何运行工况不松动； 结构简单，加工安装方便，并使轮缘的轴向尺 寸尽可能缩短
第二章-汽轮机结构及零件强度
汽轮机的构成
第一节 叶片
• 一、叶片的分类和结构
叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称 叶片）和静叶片（又称导叶叶片）两种。 动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓 （反动式汽轮机）上，接受导叶叶栅射出的高速 汽流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。 静叶片安装在隔板或持环套上。在静叶栅中，蒸 汽的压力和温度降低，流速增加，将热力势能转 换为动能。
现在的大型汽轮机转子普遍采用的是整锻式无中 心孔转子。
无中心孔转子的优点： （1）工作应力低； （2）安全性能好； （3）有利于使用更长的叶片； （4）可以延长机组的使用寿命； （5）有利于改善机组的启动性能，缩短启动时 间； （6）造价便宜。
• 组合转子
• 焊接转子
焊接转子的优点：
（1）焊接式转鼓型转子为中空腔室结构，其热 应力和离心应力较低，启动灵活并能适应负荷的 快速变化，使用寿命长。
• 二、叶片的强度
叶片的受力分析： 分为两种，叶片本身和与其连接的围带、拉筋所产生 的离心力；汽流的作用力。
叶片的拉应力： 叶型部分离心力引起的拉应力和围带、拉筋离心力引 起的拉 三、叶片的振动
叶片的自振频率 引起叶片振动的激振力：高频激振力和低频激振力
➢枞树型叶根的装配
叶片沿轴向装入轮缘相应的枞树槽内
叶片结构
叶片的组成
叶根、叶型部分 叶顶连接件（主要是围带或拉筋）
(一) 叶根
叶根是将叶片固定在叶轮或轮毂上的连接部分
叶根和轮缘的固定要求：
牢靠，任何运行工况不松动； 结构简单，加工安装方便，并使轮缘的轴向尺 寸尽可能缩短
第二章-汽轮机结构及零件强度
汽轮机的构成
第一节 叶片
• 一、叶片的分类和结构
叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称 叶片）和静叶片（又称导叶叶片）两种。 动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓 （反动式汽轮机）上，接受导叶叶栅射出的高速 汽流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。 静叶片安装在隔板或持环套上。在静叶栅中，蒸 汽的压力和温度降低，流速增加，将热力势能转 换为动能。
现在的大型汽轮机转子普遍采用的是整锻式无中 心孔转子。
无中心孔转子的优点： （1）工作应力低； （2）安全性能好； （3）有利于使用更长的叶片； （4）可以延长机组的使用寿命； （5）有利于改善机组的启动性能，缩短启动时 间； （6）造价便宜。
• 组合转子
• 焊接转子
焊接转子的优点：
（1）焊接式转鼓型转子为中空腔室结构，其热 应力和离心应力较低，启动灵活并能适应负荷的 快速变化，使用寿命长。
• 二、叶片的强度
叶片的受力分析： 分为两种，叶片本身和与其连接的围带、拉筋所产生 的离心力；汽流的作用力。
叶片的拉应力： 叶型部分离心力引起的拉应力和围带、拉筋离心力引 起的拉 三、叶片的振动
叶片的自振频率 引起叶片振动的激振力：高频激振力和低频激振力
➢枞树型叶根的装配
叶片沿轴向装入轮缘相应的枞树槽内
汽轮机结构及零件强度
空心松装拉金
剖分松装拉金
Z装拉金
14
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二、叶片的受力分析 叶片受力离气心流力力离 离交稳心 心变定拉 弯部部应 应分分力 力－－动气应流静力弯应应力力
拉应力：叶型部分的离心拉应力、围带和拉金离心力 弯应力：汽流作用力、离心力产生的弯应力、围带和拉金 对叶片产生弯应力
轮式转子主轴上装有叶轮，动叶片安装在叶轮上，通常用 于冲动式汽轮机。 1、套装转子 叶轮与主轴分别加工制造，装配时将叶轮热套在轴上。 特点：加工方便、能合理利用材料、质量容易得到保证，在 高温或大温差情况下容易松动。 应用：一般用于中压汽轮机和高压汽轮机的低压部分。
18
2、整锻转子 叶轮、联轴器等与主轴为一整体，由整体锻件加工而成。 特点：不会出现叶轮等零件松动问题，结构紧凑，强度和 刚度较高；但锻件尺寸大，对生产设备和加工工艺要求高， 贵重材料消耗大。 应用：大容量汽轮机高、中压转子。
36
国产300MW双层结构低压缸
1—内缸；2—外缸；3—排汽室；4—扩压器；5—汽轮机后轴承；
6—隔板套；7—扩压管斜前壁；8—进汽口；9—低压转子
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➢ 喷水减温装置
在汽轮机启动、空负荷及低负荷 运行时，蒸汽流量很小，不足以带走 因鼓风摩擦产生的热量，使排汽温度 升高，排汽缸温度升高，引起汽缸的 热变形，使汽轮机动、静部分中心不 一致，造成机组振动或发生事故。因 此，有的汽轮机在排汽缸上装设了喷 水减温装置，以防止排汽缸温度过高。
一、喷嘴组 作用：安装调节级喷嘴（静叶）的部件。 制造：精密铸造；整锻铣制焊接 ➢ 整锻铣制的焊接结构喷嘴组具有较高精度，密封性能和热 膨胀性能比较好，广泛应用于高参数汽轮机，但制造工艺复 杂，费工又费料。 ➢ 精铸工艺喷嘴组的喷嘴汽道形状可以不受机械加工工艺的 限制，而且还可节省材料，使机械加工量大为减少，应用也 比较广泛；其缺点是喷嘴组精度有待进一步提高。
汽轮机本体结构介绍
汽轮机本体结构介绍第一部分常规汽轮机本体结构介绍一汽轮机主要构成汽轮机本体，汽轮机辅机系统，汽轮机调节控制系统。
1 汽轮机本体主要由转子、静子、轴承及轴承箱、盘车装置四大部分构成。
1.1转子:汽轮机通流中的转动部分,是汽轮机作功的关键部件,由主轴,叶轮,叶片,联轴器等主要零部件组成。
1.2静子: 汽轮机通流中的静止部分及汽轮机的外壳部分,由汽缸、隔板及隔板套、进汽部分、排汽部分、端汽封等主要零部件组成。
1.3轴承及轴承箱：支持轴承用来承受转子的重量并保持转子的径向位置，推力轴承用来固定转子的轴向位置，轴承箱用来安装轴承和轴承座。
1.4盘车装置：在进汽冲转前及停汽停机后使汽轮机继续保持低速旋转的装置，由电动机、减速器、离合器、操纵机构构成。
2 汽轮机辅机系统主要由油系统、汽封系统、疏水系统、凝汽系统、抽气系统组成。
2.1 油系统：主要用于向汽轮机各轴承和盘车装置提供润滑油，向转子联轴器提供冷却油，向调节保安部套提供压力油和安全油，向发电机密封系统提供密封油，向主轴顶轴装置提供顶轴油；主要由润滑油系统，顶轴油系统，油处理系统组成。
2.2 汽封系统：防止高中压缸内蒸汽向外泄漏进入汽机房和窜入轴承箱，防止空气漏入低压缸内影响机组真空度，回收高压及中压主汽阀及调节阀的阀杆漏汽；一般由汽源、调节阀站及其控制装置、减温装置、抽气装置、安全阀组成。
2.3疏水系统：确保在机组启动、停机、升负荷、降负荷运行，蒸汽参数大幅度波动或在异常情况下将汽轮机本体及其本体阀门以及与汽缸连接的各管道内的凝结水排泄出去，从而防止汽轮机进水造成汽缸变形、转子弯曲、动静碰磨，甚至引起叶片断裂。
典型的疏水系统由疏水分管、母管、自动疏水阀、疏水孔板、疏水扩容器、排汽管以及各种消能装置和挡水板组成。
2.4凝汽系统：保证汽轮机排汽在凝汽器中不断凝结，并使凝汽器达到所要求的真空值；是凝结水和补给水去除氧器之前的先期除氧设备；接受机组启停和正常运行中的疏水；接受机组启停和甩负荷过程中的旁路排汽。
汽轮机零件的强度校核PPT课件
Fr
2A
um2
（5——3）
r
2
um2
由以上公式可知：
（5——4）
l Rm
1）等截面叶片离心应力与其截面积大小无关。也就是说，增加
等截面叶片截面积并不能降低叶片的根部拉应力。
2）要想降低叶片的离心应力，只有采用变截面叶片。
3）在圆周速度和径高比不能改变的情况下，采用密度较小的材 料可以减小叶片的质量（拉应力）。
总之，在进行叶片强度校核时，必须根据其危险工况及 工作条件，选定适当的许用应力，以保证叶片的安全。
5.2.1叶片的拉伸应力 叶片的拉伸应力是叶片作高速旋转时质量离心力而产生的。
1，等截面叶片 对于等截面叶片，沿高度各截面所承受离心力是逐渐增大，其应力也
是逐渐增加的。现在在任意半径R处(图5—1)取一微段dR叶片进行分析， 则该微段的离心力为：
当叶片在蒸汽力的作用下产生弯曲变形后，离心力不再通过截面形心0点，在 叶片上引起了附加弯矩。
图5—5 a,b
5.4汽轮机转子零件材料及静强度条件
力的大小和级的焓降、反动度及流过叶栅的蒸汽量有关。圆周分力为
或者
G Fu ze (c1u c2u )
Fu
Ghtu
uez
1000Pu uez
（5——10） （5——11）
式中
G ——通过一级的蒸汽流量(kg／s)； Pu 、u 、ht ——级的轮周功率、轮周效率、绝热焓降；
c1u 、c2u ——叶片进、出口汽流在圆周方向的分速度；
屈服极限
最小许用应力 蠕变极限
分别除以各自 安全系数后的
小者
持久强度极限
动强度校核：安全倍率和共振避开率
(精品)汽轮机本体及结构课件
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4) 反动级
定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配在 喷嘴和动叶通道中的级称为反动级
工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的膨 胀程度相等，作功的力冲动力和反动力各 占一半
结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。 反动级的效率高于冲动级，但整级的理想 焓降较小。
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使动叶转动
蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化
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反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对 动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气 体从容器中加速流出时，要对容器产生— 个与流动方向相反的力。
基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变 方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动 叶通道是逐渐收缩的。
3. 按汽流方向分
轴流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方 向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。
辐流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽 流方向的总趋势是沿半径方向。
汽轮机的分类
4. 按用途分
电站汽轮机----用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转 速运行，故也称为定转速汽轮机，主要采用凝汽式汽轮机。也采 用同时供热的供电的汽轮机，通常称为热电汽轮机或供热式汽轮 机。
1. 按工作原理分
冲动式汽轮机----由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶中 只有少数膨胀。现代冲动式汽轮机各级的反动度一般在5%~30% 的范围内。
反动式汽轮机----由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。 由于反动级不能做成部分进汽，故调节机采用单列冲动机或复速 级。反动式汽轮机反动度常取0.5，以使动叶和静叶可取相同叶型， 从而简化制造工艺。
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4) 反动级
定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配在 喷嘴和动叶通道中的级称为反动级
工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的膨 胀程度相等，作功的力冲动力和反动力各 占一半
结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。 反动级的效率高于冲动级，但整级的理想 焓降较小。
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使动叶转动
蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化
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反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对 动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气 体从容器中加速流出时，要对容器产生— 个与流动方向相反的力。
基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变 方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动 叶通道是逐渐收缩的。
3. 按汽流方向分
轴流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方 向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。
辐流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽 流方向的总趋势是沿半径方向。
汽轮机的分类
4. 按用途分
电站汽轮机----用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转 速运行，故也称为定转速汽轮机，主要采用凝汽式汽轮机。也采 用同时供热的供电的汽轮机，通常称为热电汽轮机或供热式汽轮 机。
1. 按工作原理分
冲动式汽轮机----由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶中 只有少数膨胀。现代冲动式汽轮机各级的反动度一般在5%~30% 的范围内。
反动式汽轮机----由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。 由于反动级不能做成部分进汽，故调节机采用单列冲动机或复速 级。反动式汽轮机反动度常取0.5，以使动叶和静叶可取相同叶型， 从而简化制造工艺。
汽轮机主要零件结构
式中， n----- 转速； fh n z
（6—47）
z ---- 级内喷嘴数。
当部分进汽度e < 1 时，则有
fh n z' z' z
式中， z ' ——为当量喷嘴数。
e
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三 叶片振动的基本振型
叶片振动的基本形式有弯曲振动和扭转振动。而弯曲振动又分切向振动和轴向振 动：
❖ 绕叶片截面最小主惯性轴（Ⅰ—Ⅰ轴）的弯曲振动称为切向振动； ❖ 绕叶片截面最大主惯性轴（Ⅱ—Ⅱ轴）的弯曲振动称为轴向振动； ❖ 沿着叶片长度方向绕通过截面型心轴线往复作转过一角度的振动称为扭转振
7
第三节 叶片的振动
❖ 叶片的受力 ❖ 引起叶片振动的激振力 ❖ 叶片振动的基本振型 ❖ 叶片的自振频率 ❖ 叶片频率的测定 ❖ 叶片动强度的安全准则和叶片调频
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一 叶片的振动 汽轮机的叶片在工作时，会受到不均匀汽流力（激振力）
的作用，使叶片产生振动。特别是当叶片的自振频率等于激振 力或者为其整数倍时，叶片将发生共振，就可能使叶片疲劳断 裂。运行经验表明，叶片损坏主要原因是由于振动造成的。因 此，研究叶片的振动，就应该研究引起叶片振动的激振力和叶 片本身的自振频率。 二 引起叶片振动的激振力
3
三 轴承 轴承是汽轮机的一个重要组成部分。
1. 轴承工作原理 2. 径向支持轴承 3. 推力轴承
4
第二节 汽轮机转动部分结构
汽轮机的转动部分包括动叶栅、叶轮（或转鼓）、主轴 和联轴器以及紧固件等旋转部件。 一 转子
汽轮机的转动部分总称为转子，主要由主轴叶轮（或 轮鼓）动叶及联轴器等组成，它是汽轮机最主要的部件之一， 起着工质能量转换及扭矩传递的任务。
上述几种情况产生的激振力，都会使动叶片每旋转一周，就要受到一 次（或几次）激振力的作用，故称为低频激振力。
汽轮机本体详细结构课件
THANKS
腐蚀等情况。
维修与更换
对磨损、腐蚀严重的部件进行维修 或更换，确保汽轮机性能稳定。
油样分析
定期采集润滑油样本进行化验分析， 了解油质状况，及时更换不合格的 润滑油。
常见故障与排除方法
轴承温度过高
蒸汽通流部分结垢
检查轴承润滑状况，清理轴承箱，调 整轴承间隙；若无法排除故障，需更 换轴承。
停机清洗蒸汽通流部分，清除结垢； 加强水质管理，防止结垢再次发生。
叶片部分
总结词
叶片是汽轮机的重要部件，主要作用是将蒸汽的热能转换为转子的旋转机械能。
详细描述
叶片通常由高强度钢材制成，其结构形式根据工作原理和用途的不同而不同。叶 片的形状和尺寸对汽轮机的性能和效率有重要影响。
喷嘴部分
总结词
喷嘴是汽轮机的重要部件，主要作用是将蒸汽引入适当的工 作室，并在适当的时间将其导向叶片。
汽轮机的分类与用途
按照工作原理分类
冲动式汽轮机和反动式汽轮机。
按照热力特性分类
凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽气式汽轮机和中间再热式汽轮机等。
按照用途分类
发电用汽轮机、化工用汽轮机、船舶用汽轮机等。
02
汽轮机本体结构
汽缸部分
总结词
汽缸是汽轮机的外壳，主要作用是封闭汽轮机的内部空间，形成一定的工作室， 使蒸汽在其中做功。
汽轮机在长期的应用和发展过程 中，技术已经相当成熟，可靠性 高。
汽轮机在其他领域的应用
工业驱动
汽轮机可用于驱动压缩机、泵等 工业设备，广泛应用于石油、化 工、造纸等领域。
船舶推进
汽轮机曾是大型船舶的主要推进 动力之一，尽管现在已被燃气轮 机部分取代，但仍有一些船舶使 用汽轮机。
第三章 汽轮机零部件的结构及强度1
图3-1`国产引进型300MW汽轮机高中压缸纵剖面图
图3-2 分开布置的引进型国产600MW汽轮机高中压 缸剖面图 1-高压缸 2-中压缸
图3-3法兰螺栓加热装置（a）法兰加热装置（b）螺栓加热装置
图3-4 单层缸进汽部分剖面图
图3-5 配汽方式示意图（从机头向电机方向看）
图3-6 喷嘴室结构图
图3-12低压缸支承
图3-13 机组热膨胀示意图 1-高压缸；2–推力轴承；3–中压缸；4–低压缸；5–低压胀差 表；6–中压胀差表；7-高压胀差表
图3-14 铣制喷嘴 （a）单个铣制喷嘴；（b）整体铣焊喷嘴组
1–内环；2–导叶；3–隔叶件；4–外环
Diaphragm dimensional data
图3-7 双层缸结构排汽缸 1–内缸；2–外缸；3–排汽室；4–扩压器；5–汽轮机后轴承； 6–隔板套；7–扩压管斜前壁；8–进汽口；9–低压转子
图3-8下猫爪支撑
图3-9上猫爪支撑
图3-11内缸在外缸上的中分面支承 1-内下缸；2-内缸连接螺栓；3-内上缸； 图3-10 下猫爪中分面支撑1-下缸猫 爪；2-双头螺检；3-平面键；4-垫圈； 4-外下缸；5-外缸连接螺栓；6-外上缸； 5-轴承座 7-轴承座；8-支撑垫片
第三章汽轮机零部件的结构及强度
汽轮机本体由静止部分（静子）和转动部分（转 子）组成，其静止部分主要零件有汽缸、隔板、 隔板套、汽封和轴承等；其转动部分主要零件有 叶片、叶轮、主轴和联轴器等
第一节汽轮机的静止部分
一、汽轮机的静止部分
（一）汽缸的结构 1．高中压缸 2．低压缸和排汽缸
隔板的Z形悬挂销支持定位
引进型300MW汽轮机高、中压缸静叶持环的结构
汽轮机结构及零件强度
（二）叶片的拉应力 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 2 dFx Ax ( R0 x) dx
Fx1 Ax ( R0 x) dx
2 x1
lb
2
x1
x1 2
A
Fx1 Ax1 Ax1
第四章
汽轮机结构及零件强度
汽轮机本体由转动部分和静止部分组成。转 动部分称为转子，主要部件有动叶片、主轴和叶 轮（反动式汽轮机为转鼓）、联轴器等；静止部 分称为静子，主要部件有汽缸、隔板、轴承和汽 封等。 第一节 动叶片 动叶片是蒸汽动能转换成转子机械能的重要 部件。它在运行中受力复杂，工作条件又很恶劣。 因此它不但要有良好的流动特性，以保证较高的 能量转换效率，还要有足够的强度和完善的振动 特性。 一、动叶片的结构 动叶片由叶型、叶根、叶顶三部分组成
lb x1
2
lb
x1
Ax ( R0 x)dx
lb
x1
Ax ( R0 x)dx
A( R0 x)dx
2
2
(R
0
l b ) 2 ( R0 x1 ) 2
由上式可知，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已定的情况下，采用密度较 小的叶片材料，是降低叶片离心拉应力的有效办法。 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，因此根部的离心拉应力最大， 为：
对于变截面叶片，横截面积沿叶高是变化的， 2 在求拉应力时，通常将其沿叶高分成若干段，把每 段看作等截面体，然后计算出每段的离心力及每一 截面的离心拉应力。通过对各个截面的计算比较， 可找出离心拉应力最大的截面。
汽轮机结构及零件强度PPT72页
汽轮机结构及零件强度
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
汽轮机结构及零件强度PPT学习教案
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几点说明 1 冲动式和反动式叶片叶型不同 2 等截面叶片 变截面叶片（扭 叶片） 3 湿蒸汽区工作的叶片，为提高 抵抗水滴冲蚀的能力，叶片 上部进汽边强化处理 方法有：镀铬烙，焊硬质合金
·变截面扭叶片
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(三) 叶顶连接部分（围带和拉筋）
1 围带的作用 ➢ 减少漏汽 ➢ 增加叶片的抗弯刚度 整体围带 多用于短叶片 铆接围带 3-5mm厚的扁平钢带铆接或铆接加焊在叶片顶部 考虑到热膨胀，各成组叶片围带间留有1mm间隙 2 拉筋的作用 ➢ 调整叶片的自振频率 ➢ 增加叶片振动系统的阻尼 5-12mm金属丝或金属管 但拉筋存在一定影响，流动效率和降低叶片的刚度 末级可选自由叶片，但叶顶削薄，减轻叶片质量，改善叶片自振频率
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双层缸结构的优点： （1）把汽缸所受的蒸汽总压力分摊给了内、外两 层汽缸，减少了每层缸的压差和温差，缸壁和法 兰可以相应减薄。在机组启停和变工况时，其热 应力也相应减小，有利于缩短启动时间和提高汽 轮机对负荷的适应性，具有较强的调峰能力。 （2）内缸主要承受高温及部分蒸汽压力作用，且 其尺寸较小，故可以做得较薄，耗用的贵重耐热 金属材料相对减少。而且在内缸和外缸之间有蒸 汽流动，因此在正常运行时外缸得到冷却，使外 汽缸温度降低，故可采用较便宜的合金钢制造。
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（3）外缸的内外压差比采用单层汽缸时降低 了许多，因此减少了漏汽的可能性，能更好地 保证汽缸接合面的严密性。 双层缸结构的缺点是结构比单层缸复杂，零部 件增多，故加工工时、安装和检修等方面的工 作量都有所增加。
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B.汽轮机高中压缸的布置有两种方式： （1）高中压合缸 （2）高中压分缸
哈汽600MW超临界机组高中压缸
几点说明 1 冲动式和反动式叶片叶型不同 2 等截面叶片 变截面叶片（扭 叶片） 3 湿蒸汽区工作的叶片，为提高 抵抗水滴冲蚀的能力，叶片 上部进汽边强化处理 方法有：镀铬烙，焊硬质合金
·变截面扭叶片
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(三) 叶顶连接部分（围带和拉筋）
1 围带的作用 ➢ 减少漏汽 ➢ 增加叶片的抗弯刚度 整体围带 多用于短叶片 铆接围带 3-5mm厚的扁平钢带铆接或铆接加焊在叶片顶部 考虑到热膨胀，各成组叶片围带间留有1mm间隙 2 拉筋的作用 ➢ 调整叶片的自振频率 ➢ 增加叶片振动系统的阻尼 5-12mm金属丝或金属管 但拉筋存在一定影响，流动效率和降低叶片的刚度 末级可选自由叶片，但叶顶削薄，减轻叶片质量，改善叶片自振频率
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双层缸结构的优点： （1）把汽缸所受的蒸汽总压力分摊给了内、外两 层汽缸，减少了每层缸的压差和温差，缸壁和法 兰可以相应减薄。在机组启停和变工况时，其热 应力也相应减小，有利于缩短启动时间和提高汽 轮机对负荷的适应性，具有较强的调峰能力。 （2）内缸主要承受高温及部分蒸汽压力作用，且 其尺寸较小，故可以做得较薄，耗用的贵重耐热 金属材料相对减少。而且在内缸和外缸之间有蒸 汽流动，因此在正常运行时外缸得到冷却，使外 汽缸温度降低，故可采用较便宜的合金钢制造。
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（3）外缸的内外压差比采用单层汽缸时降低 了许多，因此减少了漏汽的可能性，能更好地 保证汽缸接合面的严密性。 双层缸结构的缺点是结构比单层缸复杂，零部 件增多，故加工工时、安装和检修等方面的工 作量都有所增加。
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B.汽轮机高中压缸的布置有两种方式： （1）高中压合缸 （2）高中压分缸
哈汽600MW超临界机组高中压缸
汽轮机零件强度
第5章 汽轮机零件旳强度
第一节 强度计算旳内容与措施
强度旳意义
工程材料旳强度是指抵抗外力产生旳某种应力或应变 旳能力。汽轮机零件旳强度系指在外力作用下，零件 内部所产生旳某几种应力或应变与构成零件材料所能 抵抗这几种应力或应变旳能力。
强度分析计算旳要素
外力、应力或应变、材料旳许用极限成为强度分析计 算旳三要素。
率旳分布，将实际中对叶片运营安全影响较大旳振型称之为主振型。 主振型有三个，即切向A0型振动旳动频率与低频激振kn；切向B0型 振动旳动频率与高频激振znn；切向A0型振动旳动频率与高频激振 znn。
叶片旳动强度 汽轮机动叶片不但受到稳定旳离心拉伸应力、汽
流及离心弯曲应力旳作用，还受到振动引起旳交变动应力旳作用。 交变动应力尽管平均值为零，但会引起材料疲劳损伤，经若干次循 环会出现疲劳失效。在动、静应力联合作用下强度称为动强度。用 耐振强度来评价。
在叶片长度一定时，为减小动叶片旳汽流 弯曲应力，应增大截面惯性矩、减小出口边沿 与形心旳距离。如调整级动叶片采用宽叶片。
四、围带拉筋旳反弯矩
基本特征
固定在动叶片顶部旳围带和叶片中间部分旳紧拉 筋，当叶片弯曲变形时，连接处旳弯曲变形转角使围 带和拉筋产生弯曲变形，随之产生对抗这种变形旳反 弯矩，阻止叶片弯曲变形。
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。
利用力学中力旳分解和平移 原理，将离心力平移到形心，得 到与截面垂直旳力和力偶矩。
与截面法线方向一致旳力产 生拉伸应力，力偶矩产生弯曲应 力。
叶片偏装
使离心力旳中心偏离截面形 心，产生弯曲应力，抵消蒸汽力。
将动叶片看成悬臂梁，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旳弯曲应力，并作 矢量合成，求得最大弯曲应力。
第一节 强度计算旳内容与措施
强度旳意义
工程材料旳强度是指抵抗外力产生旳某种应力或应变 旳能力。汽轮机零件旳强度系指在外力作用下，零件 内部所产生旳某几种应力或应变与构成零件材料所能 抵抗这几种应力或应变旳能力。
强度分析计算旳要素
外力、应力或应变、材料旳许用极限成为强度分析计 算旳三要素。
率旳分布，将实际中对叶片运营安全影响较大旳振型称之为主振型。 主振型有三个，即切向A0型振动旳动频率与低频激振kn；切向B0型 振动旳动频率与高频激振znn；切向A0型振动旳动频率与高频激振 znn。
叶片旳动强度 汽轮机动叶片不但受到稳定旳离心拉伸应力、汽
流及离心弯曲应力旳作用，还受到振动引起旳交变动应力旳作用。 交变动应力尽管平均值为零，但会引起材料疲劳损伤，经若干次循 环会出现疲劳失效。在动、静应力联合作用下强度称为动强度。用 耐振强度来评价。
在叶片长度一定时，为减小动叶片旳汽流 弯曲应力，应增大截面惯性矩、减小出口边沿 与形心旳距离。如调整级动叶片采用宽叶片。
四、围带拉筋旳反弯矩
基本特征
固定在动叶片顶部旳围带和叶片中间部分旳紧拉 筋，当叶片弯曲变形时，连接处旳弯曲变形转角使围 带和拉筋产生弯曲变形，随之产生对抗这种变形旳反 弯矩，阻止叶片弯曲变形。
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。
利用力学中力旳分解和平移 原理，将离心力平移到形心，得 到与截面垂直旳力和力偶矩。
与截面法线方向一致旳力产 生拉伸应力，力偶矩产生弯曲应 力。
叶片偏装
使离心力旳中心偏离截面形 心，产生弯曲应力，抵消蒸汽力。
将动叶片看成悬臂梁，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旳弯曲应力，并作 矢量合成，求得最大弯曲应力。
汽轮机原理：第5章 汽轮机零件的强度
➢机组功率
✓功率大、流量大，产生的汽流力大，故动叶片汽流弯
曲应力大；
✓叶片数，单个叶片所受的汽流力小，弯曲应力也减小。
✓部分进汽度减小，动叶片的汽流力增大，弯曲应力增
大。
5.2 动叶片的静强度计算
➢叶片尺寸 叶片越长，叶根处弯矩就越大，弯
曲应力也越大。
M 0 ql2 / 2 Fl / 2
叶根处的弯曲应力 Me I 。惯性矩越大，弯 曲应力则越小；离中性轴越远，弯曲应力则越大 。
最大应力发生于叶根处。
➢减小叶根处的离心应力，可采用沿叶高逐渐缩小的变
截面叶片。
➢在叶高、截面形状确定后，降低叶片离心应力的措施
是采用轻质材料，如铝、钛合金，或降低转速。
❖变截面扭叶片
➢特征 形心是一条空间曲线，沿叶高离心力作用中心不
但偏离形心，而且方向与截面法线方向不一致。
5.2 动叶片的静强度计算
矩等于零，但切力不为零。
❖在切力Q的作用下，围带产生与叶顶处弯曲转角成正比
的挠度；
❖基于迭加原理，建立叶片在汽流力和切力Q联合作用下
叶顶处的转角数学模型。
5.2 动叶片的静强度计算
❖牢固性系数 描述围带和拉筋与叶片连接牢固性程度的
系数。围带有铆接、焊接、整体、自带冠等多种型式，连 接的牢固性程度不尽相同，在围带和拉筋的反弯矩计算中， 应对此分别加以修正。
了叶片的惯性质量，增大了叶片的离心力。
➢计算 利用对称受力特征，以一个节距的围带和拉筋为
计算单位，其离心力集中作用在单叶片上。当围带、 拉筋的离心力与计算截面的形心及法线方向偏离时， 不仅产生拉伸应力，还会产生弯曲应力。
5.2 动叶片的静强度计算
蒸汽弯曲应力计算
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