透平机械强度与振动复习题道及答案

动力机械强度与振动复习题

（2013-05-30）

1 对于叶片较长、径高比<10的级，为什么要采用变截面扭叶片？ 采用变截面是为了降低叶型截面上的离心应力。

2 常见的汽轮机叶片的叶根有哪些型式？各有什么特点？

T 型叶根: 结构简单，加工方便，增大受力面积，提高承载能力，多用于短叶片，加有 凸肩的可用于中长叶片。凸肩T 型叶根

枞树型叶根: 承载截面按等强度分布，适应性好。但加工复杂，精度要求高。 叉型叶根：强度高，适应性好。同时加工简单，更换方便。 3 围带、拉金有几种形式，各有什么作用？

围带的型式：整体围带结构型式，铆接围带结构形式 （采用围带或拉金可增加叶片刚性，）

围带：增加叶片刚性，减少级内漏气损失。降低叶片蒸汽力引起的弯应力，调整叶片频率。 拉金：增加叶片刚性，改善振动性能。

4 等截面叶片的横截面积是由哪些强度因素确定的？等截面叶片的离心拉应力与那些因素有关？

等截面叶片的截面积是根据许用弯曲应力确定的，与拉伸应力无关。

等截面叶片的离心应力

（材料密度，截面积，叶高，转速）

5 离心力在什么情况下引起弯应力？什么是叶片的最佳安装值？

等截面叶片，各截面形心的连线是一条直线。该直线如果与离心力辐射线重合，则离心力引起的弯曲应力等于零；如果不重合，就产生弯曲应力

2

m C FlR ρω=

变截面叶片，各截面的形心连线通常是一条空间曲线，不可能使其与离心力辐射线完全重合，因此离心力必然引起弯应力。

最佳安装值：叶片应力最大的截面中，其合成应力为最小时的安装值。

6 什么是蠕变，什么叫蠕变极限？请解释 的意义。 零件在高温和应力作用下长期工作时，虽然应力没有超过屈服极限，也会产生塑性变形，而且这种变形随时间不断增长，这种现象称为蠕变。

蠕变极限：通常把一定温度下、在一定时间间隔内引起一定数量的相对蠕变变形量的应力称为蠕变极限。 指当温度为550℃ 、蠕变速度为1X10-5%/h 对应的应力为90MPa 。

7 蠕变分哪几个阶段？什么叫持久强度极限？请解释 的意义。 蠕变分成三个阶段：

1 初始阶段（AB 段）：蠕变速度由大到小，金属变形强化。

2 恒定阶段（BC 段）：蠕变速度保持不变，材料的变形强化与再结晶软化趋势达到平衡。

3 破断阶段（CD 段）：应力值由颈缩现象而增加，蠕变速度加快，直到发生断裂

持久强度极限：在一定温度下，经过一定时间间隔后引起试件断裂的应力叫持久强度极限。

05

5502

11090MN/m σ

-⨯=05

5502

10160MN/m σ

=0

5

5502

11090MN/m σ

-⨯=0

5

5502

10160MN/m σ

=

指当温度为550℃ 、经过105

小时造成断裂的应力为160MPa 。

8 对安装带凸肩的T 型叶根的轮缘，简述其应力计算所依据的原理和计算主要步骤。 卡氏定理：构件或结构在若干外部载荷Fp1，Fp2，…，Fpn 作用下，其内部贮藏的应变能V 是载

荷Fp1，Fp2，…，Fpn 的函数

构件或结构的应变能对于某一个载荷的一阶偏导数，等于这一载荷的作用点处、沿着这

一载荷作用方向上的位移。其数学表达式为：

9 写出气流引起的叶片周向力和轴向力的表达式，并说明影响其大小的因素。

12(,,......,)

p p pn V V F F F =1212,,......,n p p pn V V V F F F ∂∂∂∆=∆=∆=

∂∂∂

10 叶片截面的几何特性是指哪些量？

叶片截面的几何特性是指叶片的截面积、形心坐标、惯性矩、截面系数等一些和叶型几何形状和尺寸有关的数据。

11 请分别写出计算单个叶片的A型弯曲振动和B

型弯曲振动的叶根和叶顶边界条件。

A型振动（叶根固定、叶顶自由）的边界条件：

B型振动（叶根固定而叶顶为铰支）

的边界条件：

12 汽轮机中能够引起叶片振动的激振力有哪些？

一、由于结构上的因素产生的激振力：

1 喷嘴叶栅出口气流不均匀引起的激振力

2 喷嘴组部分进气引起的激振力

3 抽汽管、排气管引起的激振力

4 气流通道中加强筋和肋引起的激振力

二、制造安装偏差引起的激振力：

1 喷嘴和叶片槽道偏差引起的激振力

2 隔板中分面处喷嘴偏差引起的激振力

13 等截面单个叶片弯曲振动的频率与哪些因素有关？

A型振动:叶根固定、叶顶自由

B型振动: 叶根固定，叶顶铰支

叶片的自振频率与下列因素有关：

(1)叶片的抗弯刚度(EI)。EI越大，频率越高；(2)叶片的质量[)(Almρ=]。越大，频率越低；(3)叶片的高度()。增加时，叶片的质量增大，刚度减小，频率降低。(4)叶片频率方程的根()。

14 等截面单个叶片扭转振动的频率与哪些因素有关？

A 顶部自由:

B 顶部有围带:

15 叶片弯曲振动自振频率需要做哪些修正？

一、叶根联结刚性、切力和转动惯量的影响

1 叶根联结刚性影响

2 切力的影响

3 转动惯量的影响

4 根部牢固修正系数

二、温度对叶片自振频率的影响（温度升高时，弹性模量降低，刚度也就降低。叶片自振频率减小。）

三、离心力对自振频率的影响（离心力的存在，相当于增加了叶片的刚度，因此使叶片自振频率增加。）

16 什么是调频叶片和不调频叶片？

将叶片自振频率与激振力频率调开，以避免在运行中发生共振的叶片称为调频叶片；在保证安全运行的前提下，按叶片可能处于共振条件下工作来设计的叶片称作不调频叶片17 改变叶片自振频率的方法有哪些？

调整叶片(叶栅)的自振频率主要是通过改变叶片的质量和刚性来实现的，常用的调频方法有：

(1) 重新安装叶片，改善安装质量。

(2) 增加叶片与围带或拉金的连接牢固度。

(3) 加大拉金直径或改用空心拉金。可以增加拉金对叶片的反弯矩。

(4) 改变成组叶片数目。

(5) 叶顶钻孔。

18 转动惯量和温度对叶片弯曲振动频率有何影响？

1.惯性力矩的存在，使叶片振动系统总的惯量增加，因而使叶片的自振频率降低。