转子叶片结构和强度计算叶轮隔板

多排拉金
底部截面拉应力
C Cs Cl F
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透平零件结构与强度计算
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底部截面拉应力
C F
l 2 Rm
增大等截面叶片截面积不能降低拉应力
围带离心力
Cs Fsts 2 Rs
拉金离心力
Cl Fl tl 2 Rl
ts，tl 为围带和拉金的节矩，Fs，Fl 为围 带和拉金的横截面积
等截面叶片
Y X
Dm 10 l
变截面叶片
改善流动，减少离心力 Z Y
X
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Z X
Y
Z Y
X
8
2
透平零件结构与强度计算
叶根部分
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把叶片固定在叶轮或轮 毂上的联接部分
T型叶根
结构简单，加工装 配方便工作可靠
轮缘张开有危险
安装上有封口叶片
透平零件结构与强度计算
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第一章 叶片结构和强度计算
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透平零件结构与强度计算
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秦山二期的 642MW 核电汽轮机
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透平零件结构与强度计算
1.1 叶片结构
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叶片
转子
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透平零件结构与强度计算
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枞树型型叶根
轴向插入，装拆方便
等强度结构
叶根与轮缘之间的间隙可通入空气冷却
加工精度要求高
比较容易应力集中
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透平零件结构与强度计算
双T型叶根 加大叶根受力面积
叉型叶根
强度适应性好，加 工简单，但装配比 较费工
高温蠕变强度
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5
透平零件结构与强度计算
叶片离心拉应力的计算
等截面叶片
离心力
C Fl 2Rm
式中：旋转角速度 2n
60
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透平零件结构与强度计算
叶片型线底部截面离心力
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C0 C Cs Cl
透平零件结构与强度计算
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汽轮机零部件分析方法
强度－常规的材料力学分析方法
振动－振动力学分析方法
有限元方法：二维，三维
流场分析方法：CFD 流场－固体耦合求解
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透平零件结构与强度计算
叶片结构
叶型部分
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叶顶部分
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透平零件结构与强Hale Waihona Puke Baidu计算
透平零件结构与强度计算
气流力切向分量
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Pu
G Z 2
(c1u
c2u )
从轮周功求解
Pu
Gh0u uZ 2
1000 N u uZ 2
注意C2u的方向，若 < 90º，则C2u以负数代入
气流力轴向分量
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Pa
G Z 2
(c1a
c2a ) ( p1
p2 )tl
汽轮机的重 要零部件
叶轮
汽缸
隔板
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透平零件结构与强度计算
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汽轮机部件强度计算分析的重要性
叶片事故 转子事故
扬子石化；200MW汽轮 机末级；323mm叶片
秦岭 200MW；阜新电厂
叶轮事故较少
气缸气密性、隔板挠度等
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1
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透平零件结构与强度计算
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枞树型叶根
枞树型轮缘
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透平零件结构与强度计算
叶顶部分
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叶片组、自由叶片，围带和拉金
围带有铆接和成组，可以减少叶片中汽流 产生的弯应力和提高叶片振动的安全性
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拉金
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拉金
拉金
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透平零件结构与强度计算
1.2 叶片强度计算
叶片受力分析
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离心力
拉应力，偏心弯应力
变转速透平以最高转速计算
气流作用力
选择最大工况计算
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透平零件结构与强度计算
实际计算中采用数值积分的方法
分段的离心力
C 2Vj Rj 2Fj ( x)xRj 某截面以上离心力
n
Ci 2 Fj ( x)xRj 2Vj Rb j
离心应力
ti Ci Fi
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透平零件结构与强度计算
变截面叶片
Dm/l < 10
提高空气动力效率
使叶片型线沿高度变化
强度
使截面积由叶顶向叶
底逐渐增加
Z Y
X
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Z Y
X
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透平零件结构与强度计算
微段离心力
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dC 2F ( x)(R0 x)dx 截面以上离心力
叶顶汽封 拉金会引起附加损失
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透平零件结构与强度计算
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铆接围带
透平零件结构与强度计算
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整体围带
铆接围带
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透平零件结构与强度计算
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拉金
铆接围带
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透平零件结构与强度计算
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1200mm叶片 整体阻尼围带
凸台拉金
四对齿枞树型 叶根
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透平零件结构与强度计算
离心力和气动力
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扭转应力
叶片受热不均
热应力
一般情况数值较小，计算时往往略去
叶片工作温度 > 450 ºC
C x
2
l
x F ( x)(R0 x)dx
总离心力
C
2
l
0 F ( x)(R0
x)dx
应力
2 F0
l
0 F ( x)(R0 x)dx
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透平零件结构与强度计算
气流产生的弯应力计算
气流力 速度三角形
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叶根部分
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透平零件结构与强度计算
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强度振动分析的一些最新进展
各个部件的疲劳寿命预估 阻尼叶片 转子系统的自激振荡及稳定性 三维叶片设计带来的三维强度振动分析
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透平零件结构与强度计算
叶型部分
满足空气动力学要求
Dm 10 l
Z