汽轮机结构：第四节动叶片
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汽轮机内部结构拆装与检修
第四节 转子
❖ 转子结构 ❖ 叶片 ❖ 联轴器
06.07.2024
转子结构
❖ 转子是汽轮机转动部分的总称，它由大轴、叶轮、 叶片及其他部件所组成。
❖ 转子形式主要分为：套装转子、整煅转子和焊接 转子。
❖ 套装转子 ❖ 套装转子的主轴一般都加工成阶梯形，叶轮最常
用热套或其他方式套装在主轴上。多适用于中、 低参数的冲动式汽轮机，这种结构便于加工制造 并节省金属。某些高参数大容量机组的中、低压 转子也有部分采用套装转子的工艺
将其校直，此法直轴精度高，应力小，不会产生 裂纹，但只适用于弯曲不大，直径较细的轴。
06.07.2024
直轴的方法
❖ 3.局部加热法直轴 对于弯曲不大的碳钢或低合金钢轴，用局部
加热法直轴，既省时又省事。
❖ 4.局部加热加压法直轴 此法在加热前先加压，冷却后再卸压，效果
较前几种都好。但不适合高合金钢及经淬火的轴， 而且稳定性较差，在运行中还会产生弯曲。
嘴室通过锥面、卡环与内缸连接，喷嘴室的周向 和竖直方向均有导向键，可以保证自由膨胀和进 气中心不变。
❖隔板和隔板套 ❖隔板的结构形式很多，但都可以大致分为轮缘、
喷嘴、本体等部分。大型汽轮机常用的结构形式 有铸钢隔板、焊接隔板、铸铁隔板三种。
06.07.2024
喷嘴、隔板和隔板套
❖ 隔板的吊装 ❖ 隔板的清理与检修 ❖ 隔板结合面的严密性检查
06.07.2024
叶片
❖ 复环及围带 ❖ 叶顶部分的结构有三种：有铆钉头的，复环与叶
片一体的和叶顶削薄的。
❖ 叶片的连接方式 ❖ 一般短叶片用复环连接，中等长度叶片用复环和
拉金连接。长叶片的连接方式，多采用将复环与 叶片铣成一体，一般将两个叶片在顶部和根部焊 成组。
❖ 转子结构 ❖ 叶片 ❖ 联轴器
06.07.2024
转子结构
❖ 转子是汽轮机转动部分的总称，它由大轴、叶轮、 叶片及其他部件所组成。
❖ 转子形式主要分为：套装转子、整煅转子和焊接 转子。
❖ 套装转子 ❖ 套装转子的主轴一般都加工成阶梯形，叶轮最常
用热套或其他方式套装在主轴上。多适用于中、 低参数的冲动式汽轮机，这种结构便于加工制造 并节省金属。某些高参数大容量机组的中、低压 转子也有部分采用套装转子的工艺
将其校直，此法直轴精度高，应力小，不会产生 裂纹，但只适用于弯曲不大，直径较细的轴。
06.07.2024
直轴的方法
❖ 3.局部加热法直轴 对于弯曲不大的碳钢或低合金钢轴，用局部
加热法直轴，既省时又省事。
❖ 4.局部加热加压法直轴 此法在加热前先加压，冷却后再卸压，效果
较前几种都好。但不适合高合金钢及经淬火的轴， 而且稳定性较差，在运行中还会产生弯曲。
嘴室通过锥面、卡环与内缸连接，喷嘴室的周向 和竖直方向均有导向键，可以保证自由膨胀和进 气中心不变。
❖隔板和隔板套 ❖隔板的结构形式很多，但都可以大致分为轮缘、
喷嘴、本体等部分。大型汽轮机常用的结构形式 有铸钢隔板、焊接隔板、铸铁隔板三种。
06.07.2024
喷嘴、隔板和隔板套
❖ 隔板的吊装 ❖ 隔板的清理与检修 ❖ 隔板结合面的严密性检查
06.07.2024
叶片
❖ 复环及围带 ❖ 叶顶部分的结构有三种：有铆钉头的，复环与叶
片一体的和叶顶削薄的。
❖ 叶片的连接方式 ❖ 一般短叶片用复环连接，中等长度叶片用复环和
拉金连接。长叶片的连接方式，多采用将复环与 叶片铣成一体，一般将两个叶片在顶部和根部焊 成组。
汽轮机主要零件结构
4
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
5
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。
② 单个等截面叶片弯曲振动自振频率
A型振动的自振频率
A型振动的边界条件：叶根固定，即根部的挠度和转角均为零；叶 顶自由，即顶部的弯矩和切力均为零。其数学形式为： （ⅰ）当
Y 0 x =0，
dY 0 dx d 2Y ，M ( x) 0 ，则有： 2 0 dx
；
；
（ⅱ）当 x l
； Q( x ) 0
A0 、 B0 、 A1 型振动；而更高阶次的振动，不容易发生，即使发
生了，振幅也不大，也不危险。
除了产生切向振动之外，叶片组也回产生轴向振动和扭转振动。
16
作业：
1、造成叶片振动的激振力有哪些？各是怎样产生的？
2、叶片的振型有哪些？并画出示意图。
17
四 叶片振动自振频率计算
这里所讲的频率是指叶片不动时的静频率。实际上叶片是随大轴、 叶轮一起旋转的，旋转时要产生离心力，在离心力作用下，叶片的弯曲 刚度增加，故自振频率增高。叶片自振频率可以用实验测得，也可以通 过理论计算求得。 1. 单个等截面叶片弯曲振动自振频率计算
叶轮叶轮是用来装置叶片并传递气流力在叶栅上产生的扭矩动叶片动叶片就是在汽轮机工作过程中随汽轮机转子一起转动的叶片也称工作叶片动叶片安装在叶轮或转鼓上由多个叶片组成动叶栅其作用是将蒸汽的热能转换为动能再将动能转换为汽轮机转子旋转机械能使转子旋转
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
5
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。
② 单个等截面叶片弯曲振动自振频率
A型振动的自振频率
A型振动的边界条件：叶根固定，即根部的挠度和转角均为零；叶 顶自由，即顶部的弯矩和切力均为零。其数学形式为： （ⅰ）当
Y 0 x =0，
dY 0 dx d 2Y ，M ( x) 0 ，则有： 2 0 dx
；
；
（ⅱ）当 x l
； Q( x ) 0
A0 、 B0 、 A1 型振动；而更高阶次的振动，不容易发生，即使发
生了，振幅也不大，也不危险。
除了产生切向振动之外，叶片组也回产生轴向振动和扭转振动。
16
作业：
1、造成叶片振动的激振力有哪些？各是怎样产生的？
2、叶片的振型有哪些？并画出示意图。
17
四 叶片振动自振频率计算
这里所讲的频率是指叶片不动时的静频率。实际上叶片是随大轴、 叶轮一起旋转的，旋转时要产生离心力，在离心力作用下，叶片的弯曲 刚度增加，故自振频率增高。叶片自振频率可以用实验测得，也可以通 过理论计算求得。 1. 单个等截面叶片弯曲振动自振频率计算
叶轮叶轮是用来装置叶片并传递气流力在叶栅上产生的扭矩动叶片动叶片就是在汽轮机工作过程中随汽轮机转子一起转动的叶片也称工作叶片动叶片安装在叶轮或转鼓上由多个叶片组成动叶栅其作用是将蒸汽的热能转换为动能再将动能转换为汽轮机转子旋转机械能使转子旋转
汽轮机转子叶片及联轴器介绍
汽轮机转子、叶片及联轴器介绍1、转子和叶片概述汽轮机是高速旋转的机械，转子在高温高压的环境下工作，转子的任何缺陷都会影响机组的安全经济运行。
转子除了在动叶通道完成能量转换、主轴传递扭矩外，还要承受很大的离心力、各部件的温差引起的热应力，以及由于振动产生的动应力，因此，转子必须用性能优良、高强度、高韧性的金属制造。
为了提高通流部分的能量转换效率，转子、静子部件间保持较小的间隙，要求转子部件加工精密，调整、安装精细准确。
本汽轮机在制造过程中，转子各项跳动指标均能控制在0.03mm以内，转子动叶片装配采用先进的计算机电子力矩秤进行叶片重力矩的测量和分配，成品转子进行高速和超速动平衡，确保轮系的不平衡量小于0.006mm。
动叶片是汽轮机中最重要的零件之一，主要表现在：1、它作为蒸汽热能转换为机械能的主要作功部件，其结构型线、工作状态将直接对能量转换效率产生影响；2、数量最多，加工工作量相当大；3、它是汽轮机中承受应力最高的零件，又必须在相当恶劣的工作条件下工作，事故率很高。
因此，叶片的结构、性能不仅涉及到设计制造，而且和汽轮机的经济性及运转的安全可靠性关系密切。
图2－7 动叶片在汽轮机的位置及结构示意图汽轮机的动叶片一般有三部分组成：一是通过横销紧固在转子的叶根，二是将蒸汽动能转化成机械能的叶高部分，三是引导蒸汽流动、并在叶轮外径设置的护罩，即围带部分。
图2－7为动叶片在汽轮机的安装位置以及动叶片的结构示意图。
汽轮机叶片由于运行条件和作用不同，分为不同的类型。
叶片按其截面是否沿叶高变化，可将叶片分为等截面叶片、变截面叶片和扭曲叶片。
一般情况下，高中压转子的的叶片采用等截面叶片，而低压转子后几级毫无例外的采用变截面扭曲叶片1）本汽轮机的转子的主要特点本汽轮机转子分为高中压转子、低压A转子和低压B转子，通过刚性联轴器联接。
各转子各自支撑在2个轴承上，整个轴系通过位于2号轴承座内的推力轴承定位。
图2－8为我公司高中压转子示意图。
课题一动叶片
围 带
拉 筋
3、围带
作用：增加叶片刚性，提高叶片振动安全 性，减少顶部漏汽损失。 形式：铆接；整体（多用）；弹性拱形。
整 体 围 带
整 体 围 带
铆 接 围 带
铆 接 围 带
互 锁 整 体 围 带
4、拉筋
（1）作用：增加叶片刚性，改善振动性能。
（2）结构形式：下图。
（3）
动叶片在工作过程中，承受着复杂的动、
静应力，而且有的还承受着高温、高压 或湿蒸汽的冲刷、工作环境十分恶劣。 因此，动叶片的设计安装既要保证足够 高的工作效率，又要保证具有足够的安 全性，包括在动静应力作用下的强度、 抗振性能和抗腐蚀性能。
二、类型
（1）按工作原理分：
冲动式；反动式。 （2）按制造工艺分： 铣制；轧制；模锻；精 密铸造。 （3）按叶片截面形状 分：等截面；变截面。
棒状 分组 焊接 双层 拉筋
棒状不 焊接单 层拉筋
Z形焊接 拉筋
整体围带
5、吸水槽
对于处于湿蒸
汽区工作的叶 片，一般还开 有吸水槽。 图为我国第一 台1000MW汽 轮机末级叶片。
三、叶根形式
1、主要形式有： T型叶根：结构简单，加工装配方便，但承载能力 小，用于载荷不大的叶片（如汽轮机的前几级短叶 片）。 菌型：加工复杂，载荷分配合理，应用很少。 叉型：连接强度高，强度适应性好，连接刚性好， 制造工艺简单，检修更换方便，多用于要求连接强 度高的级，如调节级和末几级。 枞树型：承载能力强，安装、更换方便，多用于要 求连接强度高的级，如调节级和末几级。
2、叶片的安装方法
周向埋入法：用于具有T型叶根和菌
型叶根的叶片 轴向埋入法：用于具有枞树型叶根 的叶片 径向跨装法：用于具有叉型叶根的 叶片
汽轮机级内损失及级效率
v • 影响叶轮摩擦损失的因素：圆周速度u、蒸汽的比容、 v 级的平均直径dm及流量等。其中 沿流动方向变化 p f p f v 大；低压级 v 小； 最大，高压级 小， 大， • 反动级无叶轮，没有叶轮摩擦损失。 • 减小叶轮摩擦损失的措施： • （1）尽量减小叶轮与隔板间腔室的容积，即减小叶 轮与隔板间的轴向距离； • （2）尽可能提高叶轮表面的光洁度。
hl
l
hu
式中 a－试验系数，单列级a＝1.2（不包括扇形损失）或 a ＝1.6（包括扇形损失），双列级a＝2； 为 叶栅高度，对单列级为喷嘴高度，对双列级为各级叶栅 l 平均高度，mm。 a 2 l 1 xa 叶高损失也可用下列半经验公式计算： ln hl l E0 式中 a１－试验系数，单列级a１＝9.9，双列级a１＝27.6;
lb 0 .7 d b h E0
2
由此可见，扇形损失与径高比 比。 θ越小，ζθ越大，扇形损失越大。
db l
b
平方成反
一般当θ >8~12时，采用等截面直叶片，存在着扇 形损失，但加工方便；当θ <8~12时，为适应汽流参数 沿叶高的变化，采用扭叶片，虽加工复杂，但避免了 扇形损失。
• （二）扇形损失
• 1、产生原因： • ①环形叶栅的节距、圆周速度及蒸汽参数均沿叶高发生变化。 即这些数值均偏离了平均直径处的设计值，蒸汽流过时会增 加流动损失。 • ②在等截面直叶片级的轴向间隙中，汽流还会径向流动引起 损失。这些损失统称为扇形损失。
（a）环形叶栅的节距变化；（b）平面叶栅
2、计算扇形损失的经验公式：
G p
p Ap c1 p
v1t
G p G
p Ap
第三章第四章 汽轮机基本结构
( ) Ab Ab ( s ,b )
a
6. 调频叶片的安全准则 调频叶片应满足调频指标，同时还应满足 安全倍率许用值要求。由于调频后避开了共振， 动应力大为减少，所以[Ab]值减小了。 (1） A0型频率振动与kn的避开率和安全倍率 叶片频率分散度定义： 同一级中测得的叶片自振频率（切向A0 型）的最大值与最小值之差再与其平均值之 比，即
f f max f min 100% ( f max f min ) / 2
要求 f 8% 。 f 8% 时 ， 说明叶片安 装质量不合格， 应消除缺陷，合格后才能校 核振动安全性 叶片的频率介于kn0与(k-1)n0之间时
f d 1 (k 1)n1 7.5H Z kn2 f d 2 7.5H Z
（2）B0型振动频率与zn高频激振力频率的避开 要求和安全倍率
避开率要求如下：
f1 Z n n f1 15% Znn Z n f2 f 2 n 12% Znn
安全倍率Ab按该叶片的A0型与kn的不调频 叶片确定。 7. 叶片的调频 （1） 叶片调频的定义 调整叶片的自振频率或激振力频率，使两 者在数值上不等，并错开一定的安全范围。
（2） 叶片调频的措施 1）在围带或拉金的连接处加焊。 刚度提高，使叶片的自振频率增加。 2）当叶片较厚时，在叶顶钻径向减荷孔。 使叶片的质量减小，自振频率提高。 用于具有整体围带的短叶片中，钻直径 4－8mm的小孔,。孔深小于1∕2叶片高度。 3）重新安装叶片，改善叶片的安装质量。 使刚度提高，叶片的自振频率增加。
适用场合：用于大功率汽轮机的中低压转子， 如国产200MW汽轮机的中低转子。
优缺点：（简述） 适用场合：常用于大功率汽轮机高中压转子。 注：目前300MW、600MW机组高、中、低压 转子广泛采用整锻转子。
汽轮机本体结构
双层缸结构，这样在启停和变负荷运行时，缸壁内外表面之间的温度
差较小。对于一定的汽缸金属材料来说，汽缸壁的热应力也较小，因此 有利于缩短启动时间和提高汽轮机对负荷的适应性。双层缸比单层缸结 构复杂，零件增多，因而制造、安装和检修等工作量和材料量都有所增 加。600MW汽轮机高压缸双层结构的设计有其独特的优点，即内缸承受 蒸汽的温差小、压差大，而外缸承受的温差大、压差小。因此内缸壁中 温度梯度不大，引起的热应力较小；外缸虽承受大温差，但由于缸壁承 压小，在工况变化过程中，能承受较大的热应力。由于这种设计特点， 可以将气缸壁和法兰厚度做得薄些，在温度变化时(工况变化时)，法兰、 螺栓的温度变化速度较快，这样就不必另设加热装置对法兰螺栓进行加 热，从而取消了加热装置。
• 中压缸剖面图
• 中压外缸
• 中压内缸
中压缸的冷却
• 3.低压缸 • 大机组由于蒸汽的容积流量大，排汽真空高，因此，低压缸尺寸很大。
目前，缸体的强度已不是什么重要问题，而如何保证缸体的足够刚度 和合理的排汽通道则是大机组低压缸的关键问题。为了改善低压缸的 热膨胀，600MW 机组低压缸采用三层缸结构，将通流部分设在内缸 中，使体积较小的内缸承受温度变化，而外缸及庞大的排汽缸则均处 于排汽低温状态，使其膨胀变形较小，这种结构还有利于设计成径向 排汽。以减小排汽损失，缩短轴向尺寸。为了减少汽轮机的余速损失， 尽可能将末级动叶排出的蒸汽动能转念为压力能，在末级动叶的出口 处设置了一种上下对称的扩压导流环，扩压导流环的型线是按照空气 动力学的要求设计的。在空负荷及初负荷情况下，不希望排汽缸过热， 为此，在末级出口处的扩压导流环上，设有一组减温水喷头，设计承 载转子的转速达到600rpm以上时自动投入，并在机组负荷15%前连 续运行。如果温度超过80℃，则必须通过增加负荷或改善真空逐步地 降低排汽缸的温度。排汽缸的极限温度为121℃，如果达到这一温度， 则应停机并排除故障。每个排汽缸的最上部设有Φ880mm 的大气安 全门，它是真空系统的安全保护措施。当凝汽器循环水突然中断时， 它能防止缸内蒸汽压力过高，保护排汽缸和凝汽器。 • 低压外缸提供向凝汽器排汽的通道。在外缸的内部装有两个内缸，它 将内缸的反作用力矩传递至基础上，并承受所有安装于外缸上部件的 结构重量。此外，低压外缸还必须承受真空负荷，因此需要具有足够 的强度和刚度，使其不产生过大的变形，以避免影响动、静部分间的 间隙。#1和#2低压外缸结构基本相同，均为是碳钢板的大型焊接件。 它们是汽轮机本体中尺寸最大的部件(图5-1-7)。
差较小。对于一定的汽缸金属材料来说，汽缸壁的热应力也较小，因此 有利于缩短启动时间和提高汽轮机对负荷的适应性。双层缸比单层缸结 构复杂，零件增多，因而制造、安装和检修等工作量和材料量都有所增 加。600MW汽轮机高压缸双层结构的设计有其独特的优点，即内缸承受 蒸汽的温差小、压差大，而外缸承受的温差大、压差小。因此内缸壁中 温度梯度不大，引起的热应力较小；外缸虽承受大温差，但由于缸壁承 压小，在工况变化过程中，能承受较大的热应力。由于这种设计特点， 可以将气缸壁和法兰厚度做得薄些，在温度变化时(工况变化时)，法兰、 螺栓的温度变化速度较快，这样就不必另设加热装置对法兰螺栓进行加 热，从而取消了加热装置。
• 中压缸剖面图
• 中压外缸
• 中压内缸
中压缸的冷却
• 3.低压缸 • 大机组由于蒸汽的容积流量大，排汽真空高，因此，低压缸尺寸很大。
目前，缸体的强度已不是什么重要问题，而如何保证缸体的足够刚度 和合理的排汽通道则是大机组低压缸的关键问题。为了改善低压缸的 热膨胀，600MW 机组低压缸采用三层缸结构，将通流部分设在内缸 中，使体积较小的内缸承受温度变化，而外缸及庞大的排汽缸则均处 于排汽低温状态，使其膨胀变形较小，这种结构还有利于设计成径向 排汽。以减小排汽损失，缩短轴向尺寸。为了减少汽轮机的余速损失， 尽可能将末级动叶排出的蒸汽动能转念为压力能，在末级动叶的出口 处设置了一种上下对称的扩压导流环，扩压导流环的型线是按照空气 动力学的要求设计的。在空负荷及初负荷情况下，不希望排汽缸过热， 为此，在末级出口处的扩压导流环上，设有一组减温水喷头，设计承 载转子的转速达到600rpm以上时自动投入，并在机组负荷15%前连 续运行。如果温度超过80℃，则必须通过增加负荷或改善真空逐步地 降低排汽缸的温度。排汽缸的极限温度为121℃，如果达到这一温度， 则应停机并排除故障。每个排汽缸的最上部设有Φ880mm 的大气安 全门，它是真空系统的安全保护措施。当凝汽器循环水突然中断时， 它能防止缸内蒸汽压力过高，保护排汽缸和凝汽器。 • 低压外缸提供向凝汽器排汽的通道。在外缸的内部装有两个内缸，它 将内缸的反作用力矩传递至基础上，并承受所有安装于外缸上部件的 结构重量。此外，低压外缸还必须承受真空负荷，因此需要具有足够 的强度和刚度，使其不产生过大的变形，以避免影响动、静部分间的 间隙。#1和#2低压外缸结构基本相同，均为是碳钢板的大型焊接件。 它们是汽轮机本体中尺寸最大的部件(图5-1-7)。
汽轮机结构
二叶轮
❖ 概念:用来装置叶片并将汽流对叶栅的作用力所产生的 扭矩传递给转子;
❖ 位置：装于主轴或与主轴联成一体;装上动叶片后置于 汽缸内。
❖ 结构：套装转子上的叶轮有轮缘 轮体和轮毂三部分组 成。整锻转子和焊接转子上的叶轮只有轮缘和轮体两 部分。
正在套中的叶轮
三叶片
安装在高压转子上的叶片
❖ 动叶片：在汽轮机工作过 程中随汽轮机转子一起转 动的叶片称工作叶片;作用 是把蒸汽的动能转变成机 械能，使转子旋转;
2．叶身
❖ 叶身是动叶片的主要部分;它构成汽 流通道; 它的横截面形状称作叶型， 叶型的周线称为型线。
a冲动式叶片； (b)反动式叶片
3．叶顶结构
围带 拉金
四盘车装置
盘车装置外观
1 概念 在汽轮机不进蒸汽时驱动 转子以一定转速旋转的设 备称为盘车装置;
2、位置 安装在汽轮机转子与发电 机转子连接处的轴承箱上。
3 立销
❖ 位置：轴承座纵向内端面中心处横向 汽 缸两端中心处（横向）;
❖ 结构：轴承座纵向内端面中心处（横向） 焊T形销;汽缸前端中心（横向）处焊U形 槽
❖ 作用：限制汽缸、轴承座之间中心的相 对运动
❖4 角销
❖位置：前轴承座底部纵向凸出边沿上
❖结构：类似角铁状;压在轴承座底部纵向凸出 边沿上
刚性联轴器
五联轴器
1 概念 又称靠背轮;连接汽轮机转子或 汽轮机转子与发电机转子的 重要部件;
2、作用 连接汽轮机转子或汽轮机转子 与发电机转子的重要部件， 用来传递扭矩和轴向力。
3、分类 刚性联轴器、半挠性联轴器和 挠性联轴器
刚性联轴器
a 套装联轴器；(b) 整锻转子(联轴器与主轴成一整体)
汽轮机本体结构
汽轮机结构：喷嘴组及隔板
7
二、隔板
8
9
（一）隔板结构示意图
1-喷嘴静叶； 2、3-喷嘴静叶 的内、外围带； 4-隔板外缘； 5-隔板体； 6-焊接处
10
（二）概述
1、作用： 用来固定 静叶片， 并形成汽 轮机各级 的分隔间 壁。
11
2、组成：主要由隔板体、静叶片和隔板 外缘。
3、安装：可以借助隔板外缘安装在汽缸 内壁的隔板槽中，也可以借助隔板套安 装在汽缸上。
1
一、 喷嘴组、隔板及静叶环
冲动式汽轮机——采用隔板型结构（轮式 转子），汽缸内壁上有固定静叶即喷嘴 的隔板或对隔板进行支承和定位的隔板 套。
反动式汽轮机——大多采用转鼓型结构 （末一、二级有时采用叶轮式），汽缸 内壁可以安装静叶环（由许多静叶组成） 或用于支承静叶环的静叶持环。
2
一、喷嘴组
通常指汽轮机的第一级喷嘴。即将第一级喷嘴分 成若干个组，每一组由一个调节汽阀控制。
固定方法：第一级喷嘴和其它级的喷嘴固定方式 不一样。它可以将喷嘴组直接焊在喷嘴室上；可 以通过整体铣制喷嘴组的凸缘嵌在喷嘴室上；可 以和喷嘴室一体铸造出来；可以用螺栓固定在喷 嘴室上。
喷嘴组可以是整体铣制焊接而成，也可以是精密 铸造而成。
2、了解隔板及隔板套的结构、安装、支 承定位情况。
23
热膨胀均匀，减小了热应力和热变形。 缺点： （1）增加了汽缸的径向尺寸； （2）使水平法兰厚度增加，延长了汽轮机启
动时间。
19
（二）隔板套在汽缸上的悬挂支承和定位
1-悬挂销； 2-调整垫 片
20
（三）隔板及隔板套的中分面支承
21
22
复习思考题：
1、熟悉冲动式汽轮机的结构形式（静止 和转动部分）及隔板和隔板套的作用。
二、隔板
8
9
（一）隔板结构示意图
1-喷嘴静叶； 2、3-喷嘴静叶 的内、外围带； 4-隔板外缘； 5-隔板体； 6-焊接处
10
（二）概述
1、作用： 用来固定 静叶片， 并形成汽 轮机各级 的分隔间 壁。
11
2、组成：主要由隔板体、静叶片和隔板 外缘。
3、安装：可以借助隔板外缘安装在汽缸 内壁的隔板槽中，也可以借助隔板套安 装在汽缸上。
1
一、 喷嘴组、隔板及静叶环
冲动式汽轮机——采用隔板型结构（轮式 转子），汽缸内壁上有固定静叶即喷嘴 的隔板或对隔板进行支承和定位的隔板 套。
反动式汽轮机——大多采用转鼓型结构 （末一、二级有时采用叶轮式），汽缸 内壁可以安装静叶环（由许多静叶组成） 或用于支承静叶环的静叶持环。
2
一、喷嘴组
通常指汽轮机的第一级喷嘴。即将第一级喷嘴分 成若干个组，每一组由一个调节汽阀控制。
固定方法：第一级喷嘴和其它级的喷嘴固定方式 不一样。它可以将喷嘴组直接焊在喷嘴室上；可 以通过整体铣制喷嘴组的凸缘嵌在喷嘴室上；可 以和喷嘴室一体铸造出来；可以用螺栓固定在喷 嘴室上。
喷嘴组可以是整体铣制焊接而成，也可以是精密 铸造而成。
2、了解隔板及隔板套的结构、安装、支 承定位情况。
23
热膨胀均匀，减小了热应力和热变形。 缺点： （1）增加了汽缸的径向尺寸； （2）使水平法兰厚度增加，延长了汽轮机启
动时间。
19
（二）隔板套在汽缸上的悬挂支承和定位
1-悬挂销； 2-调整垫 片
20
（三）隔板及隔板套的中分面支承
21
22
复习思考题：
1、熟悉冲动式汽轮机的结构形式（静止 和转动部分）及隔板和隔板套的作用。
汽轮机结构：第四节动叶片
工作时对叶片自振频率的影响因素有：
（1）叶根的连接刚度。连接不牢，会使叶片 自振频率降低。可用叶根牢固系数Kr修正。 （2）工作温度。工作温度升高会使E减小，叶 片自振频率降低。可用温度修正系数Kt修正。 （3）离心力。工作时叶片偏离了平衡位置， 离心力会增加叶片的刚度，使叶片自振频率提 高。 （4）叶片成组。用围带和拉金将叶片连接成 组对叶片的自振频率有两方面的影响（增大和 减小）。
4、叶片振动的安全准则
（1）概述 叶片上受到的应力：静应力σ m + 动应力σ d 动应力由汽流力引起，与汽流力成正 比 σ = Dσ 。 安全要求：叶片必须满足静强度、动强 度的要求。 ∗ 校核指标——耐振强度 σ a 。
d sb
耐振强度（复合疲劳强度）：指在一定 工作温度和一定静应力作用下，叶片所 能承受的最大交变应力的幅值。 调频叶片：将叶片的自振频率与激振力 频率调开，避免运行中发生共振的叶片。 不调频叶片：允许叶片在共振状态下长 期工作的叶片。
叶片的动频率：叶片在旋转状态下的自 振频率。
fd = f 2 + Bn 2
影响叶片自振频率的因素：
（1）叶片的抗弯刚度（EI）。抗弯刚度越 大，叶片自振频率越高。 （2）叶片的高度。叶片越高（越长），叶 片自振频率越低。 （3）叶片的质量。叶片越重，叶片自振频 率越低。 （4）叶片的振型。振型越复杂，叶片自振 频率越高。
C.进行总结，发现安 全工作叶片和损坏叶 片有一条明显的分界 线，分界线上的安全 倍率为安全倍率界限 值，称为许用安全倍 率[Ab]。
不调频叶片的振动强度安全准则为：
∗ K 1 K 2 K d σ a (修正后的耐振强度) Ab = ≥ [ Ab ] K 3 K 4 K 5 K µ σ sb （修正后的汽流弯应力 ）
汽轮机叶片结构
汽轮机叶片结构概述汽轮机叶片是汽轮机中重要的部件之一，其结构设计直接影响着汽轮机的性能和效率。
本文将就汽轮机叶片结构进行全面、详细、完整且深入地探讨。
叶片类型在汽轮机中，常见的叶片类型包括固定叶片、动叶片和导叶片。
固定叶片固定叶片是安装在汽轮机转子壳上的静止叶片，其主要作用是引导流体流向动叶片，同时也起到了一定的扩压作用。
固定叶片通常采用涡流焊接技术与转子壳连接。
动叶片动叶片是汽轮机转子上安装的可运动叶片，其通过转子的旋转运动来对流体进行加速和扩压。
动叶片通常由高温合金材料制成，以提供足够的强度和耐热性能。
导叶片导叶片通常用于汽轮机的进气导向和调节流量，其结构相对简单。
导叶片一般由固定叶片和动叶片组成，可根据需要进行调节。
叶片结构设计要点在设计汽轮机叶片结构时，需要考虑以下几个关键要点：强度与轻量化汽轮机叶片在高温高压环境下工作，需要具备足够的强度和刚度来承受动态和静态载荷。
同时，随着能源效率的要求越来越高，轻量化也成为一个重要的设计目标，以降低旋转惯量和减少能量损失。
材料选择汽轮机叶片通常采用高温合金材料，如镍基合金和钛合金等。
这些材料具有良好的耐热性能和耐腐蚀性能，能够在高温、高压、恶劣环境下工作。
流动性能优化叶片的流动性能对汽轮机的效率和性能有着重要影响。
优化叶片的气动形状，减小流体流阻和漏失，能够提高汽轮机的效率和能量利用率。
制造工艺汽轮机叶片制造工艺要求较高。
常见的制造工艺包括铸造、锻造、焊接和精密加工等。
制造工艺的选择和控制直接关系到叶片的质量和性能。
叶片结构改进与创新随着汽轮机技术的不断发展，叶片结构也在不断改进和创新。
高温涂层技术高温涂层技术可以在叶片表面形成一层陶瓷涂层，提高叶片的耐热性和耐腐蚀性能。
这种技术可以延长叶片的使用寿命，提高汽轮机的可靠性。
叶片内冷却技术叶片内冷却技术可以通过在叶片内部引入冷却气体，降低叶片的工作温度，提高叶片的耐热性能。
这种技术可以使汽轮机在高温环境下更加可靠和高效。
《汽轮机》课件五、动叶
12
1
w22 2
4.余速动能
hc 2
1 2
c22
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5.h-s图
△hc0 △h1t*
0* 0
t0* h0* p0 t0 h0 c0
△ht*
△h1t1Fra bibliotekp11t △h2t
△hn 2
2 ' p2
△hc2
△hb 2t
2t’
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动叶
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回顾
△ht*
△hc0 △h1t*
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t0* h0* p0 t0 h0 c0
△h1t
1
1t
△h2t
2
2t 2t’
State Grid of China Technology College
p1 p2
告知
1.动叶的进口速度三 角形 2.动叶的出口速度三 角形 3.余速动能 4.h-s图
w2 w2t 2h2t w12
动叶速度系数
w2
w2t
与叶型、动叶高度、动叶进出口角、反动度及表面光洁度等因 素有关，叶高及反动度对其影响尤其大。通常取0.85～0.95
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1.画动叶的进出口速度三角 形
2.计算动叶损失 3.余速动能损失 4.h-s 图
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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。
19
3、叶片的弯应力
由汽流力和离心力 产生。
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。
7
国产引进型300MW汽轮机调节级叶片
3、叶顶
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。
13
（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
（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。
4
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。
（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
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。
分类：常用的叶根型式有T型、叉型和枞 树型、菌型。
5
（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
（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;
20
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。
21
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。
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
8
4叉型和7叉型叶根及其装配
9
（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。
22
（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。
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。
2
（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
3
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。
14
（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
15
（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 16
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。
6
（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
1
（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）。
10
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）。
11
（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
12
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。
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。
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国产引进型300MW汽轮机调节级叶片
3、叶顶
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。
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（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
（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。
（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
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。
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
（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;
20
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。
21
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。
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
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4叉型和7叉型叶根及其装配
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（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。
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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。
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。
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（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
3
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。
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（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
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（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 16
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。
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（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
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（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）。
10
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）。
11
（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
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