汽轮机结构：第四节动叶片ppt课件
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汽轮机工作原理及结构(共38张PPT)
叶轮的结构型式
主轴加工成阶梯形，中间直径大，只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。 新蒸汽经汽轮机前几级作功后，全部引至加热装置再次加热到某一温度，然后再回到汽轮机继续作功。 焊成整体后转子刚性较大等。
超高压汽轮机 新蒸汽压力为12. 汽轮机通流部分的动、静机件之间，为了避免碰磨，必须留有一定的间隙，而间隙的存在又会导致漏汽，使汽轮机效率降低。 随着动叶片的圆周速度和长度的不同，其叶根所受的作用力也不同，这就需要采用不同的叶根结构型式。 在隔板体的内孔壁有安装汽封环的槽道。 运转平稳、事故率较低、充分提高了设备利用率 根据各段的工作条件不同，在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。 运转平稳、事故率较低、充分提高了设备利用率 根据各段的工作条件不同，在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。
孔，其作用是：①去掉锻
件中残留的杂质及疏松部分 ；②用来检查锻件的质量；
③减轻转子的重量。高参 数或超高参数机组的高压 转子，防止高温下松动是 主要的，因此广泛采用整 锻转子。
组合转子
根据各段的工作条件不同 ，在同一转子上，高压部 分采用整锻结构，中、低 压部分采用套装结构，从 而兼得整锻转子和套装转 子的优点。组合转子广泛 用于高参数、中等功率的 汽轮机上。
叶片与叶轮装配实例
拉金联接方式
拉金用来将叶片连成叶片组 ，其作用是增加叶片的刚性 以改善其振动特性。拉金通
常作成棒状(实心拉金)或 管状(空心拉金)，穿在叶
型部分的拉金孔中。拉金与
叶片之间有 焊接的(焊接拉 金) ，也有不焊接的(松拉 金或阻尼拉金)。在一级叶 片中一般有1～2圈拉金， 最多不超过3圈。 用拉金 连接叶片的方式有：分 组联接、整圈联接及组 间连接等方式，
汽轮机结构第四节动叶片
（2）拉金结构
作用：增加叶片的刚性，改善其振动性能。
结构：通常为6～12mm的实心或空心金属丝或金属管， 穿在叶型部分的拉金孔中。
（a）实心焊接拉金；（b）实心松装拉金； （c）空心松 装拉金； （d）剖分松装拉金；（e）Z型拉金
（3）拉金连接方式
（a）分组连接拉金；（b）拱形围带和空心拉金；（c）组间连接拉金；（d）Z型拉金
（1）汽流作用力 引起的弯应力
a.直截面叶片（如 右图），F1使叶片 进汽边、出汽边— —拉应力，背弧— —压应力；
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。
b.变截面叶片的弯应力
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。
（3）叶型的结构尺寸主要取决于静强度和动强度 的要求和加工工艺的要求。
（4）工作于湿蒸汽区的叶片要做强化处理。 （5）叶型截面的变化可作为叶片的分类形式。
2、叶根
作用：叶根是将动叶片固定在叶轮或转 鼓上的连接部分。
要求：它的结构应保证在任何运行条件 下叶片都能牢固的固定在叶轮或转鼓上， 同时力求制造简单、装配方便。
分类：常用的叶根型式有T型、叉型和枞 树型、菌型。
（1）T型叶根
（a）T型叶根：结构简单，加工方便，被短叶片普遍采用；缺点是，在工作时轮 缘有张开的趋势。
（b）外包T型叶根： 可以阻止轮缘张开。国产300MW汽轮机高压部分采用。 （c）外包双T型叶根：增大了叶根的受力面积，提高了叶根的承载能力，多用于
（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
汽轮机ppt课件
级和反动级共同组成，一般情况下，汽轮机的前几级为冲动
级，后几级为反动级。近代常用的汽轮机，实际上用的大部分都是带反
动度的冲动式汽轮机，动叶片中也有汽流膨胀，但比在喷嘴中膨胀的程
度小些。
反动度是指蒸汽在汽轮机动叶片中膨胀的程度，反动度常用ρ来表示。
31
纯冲动级的ρ=0，意思是指蒸汽只在喷嘴中膨胀。反动级的ρ=0.5，意思 是指蒸汽的膨胀有一半在喷嘴中进行。带反动度的冲动级0＜ρ＜0.5。带 有不大反动度的冲动级使用最为广泛，它可以提高冲动式汽轮机的效率 。
（2）国外
上海汽轮机厂
美国：GE、WH
哈尔滨汽轮机厂
德国：KWU（SIEMENS）
– 125、300、600、1000 – 200、300、600、1000 东方汽轮机厂
– 200、300、600、1000
瑞士：BBC、ABB 法国：ALSTHOM 日本：MHI、TOS、HIT
北京重型电机厂
44
冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方 向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的 级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称 为冲动级。
45
反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前 者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸 汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。
37
凝汽式汽轮机低压部分的动叶片通常采用自由状态的扭曲和变截面的叶片。
38
轴向力产生的原因 一般情况下，汽轮机转子的轴向推力主要来源于蒸汽作用于动叶片上 的轴向分力、动叶片和叶轮的前后压差、轴变径产生的压差等。
级，后几级为反动级。近代常用的汽轮机，实际上用的大部分都是带反
动度的冲动式汽轮机，动叶片中也有汽流膨胀，但比在喷嘴中膨胀的程
度小些。
反动度是指蒸汽在汽轮机动叶片中膨胀的程度，反动度常用ρ来表示。
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纯冲动级的ρ=0，意思是指蒸汽只在喷嘴中膨胀。反动级的ρ=0.5，意思 是指蒸汽的膨胀有一半在喷嘴中进行。带反动度的冲动级0＜ρ＜0.5。带 有不大反动度的冲动级使用最为广泛，它可以提高冲动式汽轮机的效率 。
（2）国外
上海汽轮机厂
美国：GE、WH
哈尔滨汽轮机厂
德国：KWU（SIEMENS）
– 125、300、600、1000 – 200、300、600、1000 东方汽轮机厂
– 200、300、600、1000
瑞士：BBC、ABB 法国：ALSTHOM 日本：MHI、TOS、HIT
北京重型电机厂
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冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方 向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的 级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称 为冲动级。
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反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前 者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸 汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。
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凝汽式汽轮机低压部分的动叶片通常采用自由状态的扭曲和变截面的叶片。
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轴向力产生的原因 一般情况下，汽轮机转子的轴向推力主要来源于蒸汽作用于动叶片上 的轴向分力、动叶片和叶轮的前后压差、轴变径产生的压差等。
图解汽轮发电机组工作原理及结构
•燃。料的化学能 热能 机械能 电能
2021/5/9
28
火力发电厂的几个基本概念
1.饱和水：指在一定条件时，水不能再溶解某种物 质而达到此物质的饱和状态，但此饱和水还可以溶 解其他物质，里面物质的溶解度并不会互相影响。 2.饱和蒸汽：当液体在有限的密闭空间中蒸发时 单 位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子 数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态。 3.过热蒸汽：就是在一定压力下，蒸汽达到饱和温 度，继续吸热，温度超过饱和温度。
49
喷嘴
2021/5/9
50
隔板
2021/5/9
51
汽轮机喷嘴和喷嘴室
2021/5/9
52
隔板和下汽缸组装
2021/5/9
53
轴承（轴瓦）
汽轮机的轴承有径向支持轴承和轴向推 力轴承两种。
1.径向支持承轴：支持转子重量 和离心力。 ( 固定式、自立式 、三油楔式、可倾瓦。） 2.推力承轴： 承担汽轮机转子轴向推力， 保证轴向间隙。
热核反应，相当地球燃烧19000T的标煤，太阳中可燃烧的氢为10分之1，能燃 烧100多亿年。电磁波-粒子流。地球接收的能量只占总能量的20亿分之1。
2021/5/9
20
4.核能发电：利用铀235的核裂变，产生的 能量，进行发电。
2021/5/9
21
中国核电站分布图
2021/5/9
22
原理：1个中子进入铀235原子核以后，原子就变的不稳 定，分裂成2个较小质量的原子核，这就是核裂反应， 产生很大的能量的同时，还会放出2-3个中子和其他射 线，这些中子再次进入铀235原子核，不断重复上述核 裂变反应。
CC50-8.82/0.98/0.118
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火力发电厂的几个基本概念
1.饱和水：指在一定条件时，水不能再溶解某种物 质而达到此物质的饱和状态，但此饱和水还可以溶 解其他物质，里面物质的溶解度并不会互相影响。 2.饱和蒸汽：当液体在有限的密闭空间中蒸发时 单 位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子 数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态。 3.过热蒸汽：就是在一定压力下，蒸汽达到饱和温 度，继续吸热，温度超过饱和温度。
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喷嘴
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50
隔板
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汽轮机喷嘴和喷嘴室
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隔板和下汽缸组装
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轴承（轴瓦）
汽轮机的轴承有径向支持轴承和轴向推 力轴承两种。
1.径向支持承轴：支持转子重量 和离心力。 ( 固定式、自立式 、三油楔式、可倾瓦。） 2.推力承轴： 承担汽轮机转子轴向推力， 保证轴向间隙。
热核反应，相当地球燃烧19000T的标煤，太阳中可燃烧的氢为10分之1，能燃 烧100多亿年。电磁波-粒子流。地球接收的能量只占总能量的20亿分之1。
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20
4.核能发电：利用铀235的核裂变，产生的 能量，进行发电。
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中国核电站分布图
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原理：1个中子进入铀235原子核以后，原子就变的不稳 定，分裂成2个较小质量的原子核，这就是核裂反应， 产生很大的能量的同时，还会放出2-3个中子和其他射 线，这些中子再次进入铀235原子核，不断重复上述核 裂变反应。
CC50-8.82/0.98/0.118
【精品】汽轮机课件-汽机叶片静强度计算精品ppt课件
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(d d y x 0 )x l
令
s
z112EsIsHslcos2刚度系数，反映了围带对叶片刚度的影响程度，
对于扭叶片，单位叶高的蒸汽作用力，各截面的主惯性矩或抗弯截
面模量沿叶高变化，弯曲应力最大值不一定在根部截面，必须计算弯曲
应力沿叶高的变化规律，对最大弯曲应力的截面进行强度校核。
工程中采用近似方法计算，类似于离心应力，将叶片分段，求出任
一小段的ΔG，j段上蒸汽轮周向、轴向作用力。
作用力 弯矩
Fuj zG bej (c1cos1c2cos2)j
M s zz 1 H sM s zz 1 1 2 E t ss IsH s(d d y x 0 )x lc o s 2
4、围带反弯矩的实际计算
1）计算叶片顶部截面的转角(
dy0 dx
)
xl
在最大主惯性轴平面内，叶片受到两个弯矩，蒸汽弯矩Mx和围带产
生的反弯矩Ms。 叶片的弯矩M为二者之差
四、围带或拉筋成组叶片的应力计算
（一）围带或拉筋离心力对叶片离心力的影响
如果叶片的不同部位装有围带或拉筋，则围带与拉筋在旋转时，也
要产生离心力，作用于叶片的不同部位。
（1）围带产生的离心力
设围带的厚度为δ，节矩ts＝周长/叶片数 宽度b，旋转半径 R s
2 R s z
，
围带离心力
1、围带反弯矩 （1）叶片顶部位移y0 蒸汽作用力作用在最大主惯性轴（2-2轴）方 向，因此弯曲变形发生在 2-2轴所在平面，最 大主惯性轴2-2与轮周平面的夹角为β。
汽轮机工作原理及结构ppt
组合转子
根据各段得工作条件 不同,在同一转子上, 高压部分采用整锻结 构,中、低压部分采 用套装结构,从而兼 得整锻转子与套装转 子得优点。组合转子 广泛用于高参数、中 等功率得汽轮机上。
焊接转子
由若干个实心轮盘与端轴 拼合焊接而成。焊接转子 得主要优点就是:不存在 松动问题;采用实心得轮 盘,强度高,不需要叶轮轮 壳,结构紧凑;轮盘与转子 可以单独制造,材料利用 合理,加工方便且易于保 证质量;焊成整体后转子 刚性较大等。但就是焊接 转子要求材料得可焊性好, 焊接工艺及检验技术要求 高且比较复杂,这一切在 一定程度下妨碍了焊接转 子得应用。
汽轮机剖面图
汽轮机转子
汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转,不 仅要承受汽流得作用力与由叶片、叶轮本 身离心力所引起得应力,而且还承受着由温 度差所引起得热应力。此外,当转子不平衡 质量过大时,将引起汽轮机得振动。因此, 转子得工作状况对汽轮机得安全、经济运 行有着很大得影响。
给水泵汽轮机转子
330MW机组低压转子
汽缸得结构
汽缸从高压向低压方向瞧,大致上呈圆筒形或圆 锥形。为了便于加工、安装及检修,汽缸一般作成水 平对分式,即分为上、下汽缸,水平结合面一般用法 兰螺栓连接,另外,为了合理利用材料与便于加工、 运输,汽缸也常按缸内压力高低沿轴向分为几段,垂 直结合面也采用法兰螺栓连接,由于垂直结合面一般 不需拆卸,为保证其严密性,有些汽缸还在结合面得 内圆加以密封焊。
目前单台机组容量已突破1300MW
➢ 运转平稳、事故率较低、充分提高了设备利 用率
一般可保持3～4年大修一次
汽轮机得应用领域
发电拖动
火力发电厂、核电厂
工业拖动
钢铁厂、造纸厂、化工厂
舰船拖动
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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。
.
力所产生的应力：
.
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。
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300MW冲动式 汽轮机所有压力级动叶片均为扭叶片，上汽生 产的300MW汽轮机部分级采用了扭叶片。
1-铆接围带； 2-整体围带； 3-动叶片； 4-铆钉； 5-叶轮;
三叉齿叶根
.ห้องสมุดไป่ตู้
4叉型和7叉型叶根及其装配
.
（3）枞树型叶根
结构：叶根形状呈楔形，并有多个承受作用力的树齿。 安装：叶根沿轴向装入轮缘上的纵树槽中，底部打入楔形垫片将叶片
向外胀紧在轮缘上，同时相邻叶根的接缝处有一圆槽，用两根斜劈的 半圆销对插入圆槽内将整圈叶根周向胀紧。 优点：叶根树齿和对应的轮缘承载面接近于等强度，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。 应用：用于国产引进型600MW汽轮机的压力级动叶片。
轮缘的叉槽中并用铆钉固定。 优点：叉尾数目可以根据叶片
离心力大小选择，叶根强度高， 适应性好。加工简单，更换叶 片方便。 缺点：装配工作量大，需要较 大的轴向空间（侧面要打铆 钉）。 要求：在叶片装配好后再打铆 钉孔和铰配铆钉。 应用：东汽300MW汽轮机调节 级动叶为三叉型叶根。
.
国产引进型300MW汽轮机调节级叶片
汽轮机的短叶片、中长叶片和长叶片通 常在叶顶用围带连在一起，构成叶片组。
长叶片也可以通过叶型部分的拉金或者 拉金与围带连接成组；或者围带和拉金 都不用，成为自由叶片。
.
（1）围带
作用：减小叶片工作的弯应力；增加叶片刚性以避开共振； 形成一个封闭的汽流通道，减小级内漏汽损失。
（a）、（b）整体围带；（c）铆接围带； （d）弹性拱形 围带
.
（2）拉金结构
作用：增加叶片的刚性，改善其振动性能。 结构：通常为6～12mm的实心或空心金属丝或金属管，
穿在叶型部分的拉金孔中。 （a）实心焊接拉金；（b）实心松装拉金； （c）空心松
装拉金； （d）剖分松装拉金；（e）Z型拉金
.
（3）拉金连接方式
（a）分组连接拉金；（b）拱形围带和空心拉金；（c）组间连接拉金；（d）Z型拉金 .
.
（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。
分类：常用的叶根型式有T型、叉型和枞 树型、菌型。
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（1）T型叶根
（a）T型叶根：结构简单，加工方便，被短叶片普遍采用；缺点是，在工作时轮 缘有张开的趋势。
（b）外包T型叶根： 可以阻止轮缘张开。国产300MW汽轮机高压部分采用。 （c）外包双T型叶根：增大了叶根的受力面积，提高了叶根的承载能力，多用于
（3）叶型的结构尺寸主要取决于静强度和动强度 的要求和加工工艺的要求。
（4）工作于湿蒸汽区的叶片要做强化处理。 （5）叶型截面的变化可作为叶片的分类形式。
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2、叶根
作用：叶根是将动叶片固定在叶轮或转 鼓上的连接部分。
要求：它的结构应保证在任何运行条件 下叶片都能牢固的固定在叶轮或转鼓上， 同时力求制造简单、装配方便。
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特点：
（1）轮缘上载荷分配比较合理； （2）同一结构尺寸下，连接刚度较高。 应用：调节级叶片、末级叶片和特殊要
求的叶片（如国产亚临界600MW凝汽式 汽轮机中压后两级叶片、超临界中压转 子所有动叶）。
.
（4）菌型叶根
1-整体围带；2-铆钉；3-铆接围带；4-三菌型叶根；5-轮缘
.
3、叶顶
长叶片。这种叶根加工精度要求较高，特别是两层承力面之间的尺寸误差较大时， 受力不均，强度会下降。 （d）安装槽：采用周向埋入法。安装时，将叶片从轮缘上的一个或两个缺口处逐 个插入，并沿周向移至相应位置，最后缺口处的叶片用铆钉固定在轮缘上。装配 简单，换叶片时工作量大。
.
（2）叉型叶根
结构：叶根被制成叉齿型。 安装：叶根的叉尾从径向插入
.
（二）叶片工作概述
（1）叶片是汽轮机中数量和种类最多的零件（其加 工量占整个汽轮机加工量的30%～50%）；
（2）由多个叶片组成的叶栅可以完成蒸汽的能量转 换过程；
（3）工作时，叶片不仅承受高速转动时离心力所产 生的静应力和汽流作用的动应力，还要承受高温、 腐蚀和冲蚀作用；
（4）叶片要有足够的强度、良好的型线，以使汽轮 机安全经济运行（要求）。
.
（三）叶片的结构
（a）等截面叶片；（b）变截面扭曲叶片 1-叶顶；2-叶型；3-叶根
.
叶片（主要指的是动叶片）的组成：由叶型（也 称叶身）、叶根和叶顶组成。
1、叶型
（1）叶型是叶片的最基本工作部分，相邻叶片的 叶型部分构成汽流通道。
（2）叶片的横截面形状称为叶型，叶型决定了汽 流通道的变化规律。
a.直截面叶片（如 右图），F1使叶片 进汽边、出汽边— —拉应力，背弧— —压应力；
.
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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b.变截面叶片的弯应力
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。
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。
.
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