华电保定汽轮机原理ppt5上课讲义

§5.6 汽轮机叶片的动强度
二、激振力产生的原因及其频率计算
叶片的激振力由级中汽流流场不均匀所致的。而造成流场不均 匀的原因：一是叶栅尾迹扰动，即汽流绕流叶栅时，由于附面层的 存在，叶栅流速度近于零，附面层以外汽流速度为主流区速度，当 汽流流出叶栅时在出口边形成尾迹，所以在动静叶栅间隙中汽流的 速度和压力沿圆周向分布是不均匀的；另一是结构扰动，如部分进 汽、抽汽口、进排汽管以及叶栅节距有一偏差等原因引起流场不均 匀，都将对叶片产生周期性的激振力，因而使叶片发生振动。以频 率高低来分，激振力分为低频激振力和高频激振力两大类。当叶片 自振频率与激振力频率相等时，无论激振力是脉冲形式还是简谐形 式，都会使叶片发生共—振。
§5.6 汽轮机叶片的动强度
1.低频激振力 a. 低频激振力产生的原因 ➢个别喷嘴损坏或加工尺寸偏差，使出口边缘厚度不均匀，造成
出口流场不均匀；
➢上下隔板结合面处喷嘴错位造成出口流场分布不均； ➢抽汽口、排汽口造成局部区域汽流速度分布不均匀； ➢隔板加强筋或肋造成喷嘴出口流场分布不均匀； ➢喷嘴部分进汽，叶片间断性受力。
§5 汽轮机零件的强度校核
§5 汽轮机零件的强度校核 第一节 汽轮机零件强度校核概述 第二节 汽轮机叶片强度计算**** 第三节 汽轮机叶轮静强度概念**** 第四节 汽轮机转子零件材料及静强度条件**** 第五节 汽轮机静子零件的静强度**** 第六节 汽轮机叶片的动强度 第七节 叶轮振动**** 第八节 汽轮机发电机组的振动 第九节 汽轮机主要零件的热应力及汽轮机寿命管理*
强度分析计算的要素：
工程材料的强度是指抵抗外力产生的某种应力或应变的能力。汽轮 机零件的强度指在外力作用下，零件内部所产生的某几种应力或应 变与组成零件材料所能抵抗这几种应力或应变的能力。外力、应力 或应变和材料的许用极限成为强度分析、计算的三要素。 分类：静强度----外力和应力或应变的大小及方向不随时间而变，
①单个叶片弯曲振动
§5.6 汽轮机叶片的动强度
a) 切向振动 叶片沿最大主惯性轴(绕最小主惯性轴方向,即与轴向成某 一角度)的振动称为切向振动。若叶片在激振力作用下振 动，其顶端也振动，统称为A型振动。若叶片在激振力作
用下其叶身振动，顶端不振动，统称为B型振动。根据出
现节点的多少，依次称为： 型振动。 A 0 、 A 1 、 A 2 、 B 0 、 B 1 、 B 2
其中A0型最危险，B0型次之。
§5.6 汽轮机叶片的动强度
b)轴向振动 叶片绕最大主惯性轴(即振幅沿最小主惯性轴方向)
的振动称为轴向振动。由于轴向惯性矩大，振动频率 高，一般不易出现有节点的轴向振动，但轴向振动易 与叶轮振动联系在一起，可能不利于安全运行。 ②单个叶片扭转振动 ******1
周期性的激振力导致叶片振动，所以叶片是在振动状态下工作 的，当叶片的自振频率等于脉冲激振力频率或其整数倍时，叶片发 生共振，振幅很大，产生很大的交变动应力。
运行试验表明，在汽轮机事故中，叶片损坏占相当大 的比重，其中又以叶片振动损坏为主。据国外统计， 叶片事故约占汽轮机事故25%以上；据国内1977年对 1156台汽轮机统计，发生叶片损坏或断裂事故者约占 31.7%。
b. 低频激振力频率计算
对称激振力--引起汽流的扰动的因素在圆周向是对称分布的， 则低频激振力频率为： fex kn 非对称激振力--引起汽流的扰动的因素在圆周向是非对称分 布的，则低频激振力频率为： fex 4n
§5.6 汽轮机叶片的动强度
2. 高频激振力 高频激振力是由喷嘴尾迹引起的，它使喷嘴出口
流速沿圆周向分布不均。
全周进汽的级 fex znn ， z n是级的喷嘴数， z n =40～90
部分进汽的级 ， fex znn zn zn' e称为当量喷嘴数
三、叶片与叶片组的振型 叶片的振动类型分为分为两大类：一类是弯曲振
动，包括切向和轴向弯曲振动；另一类是扭转振动。 1. 单个叶片的振型
即静态或准静态力或应力。如动叶上的离心应力和汽流弯曲 应力，转子和汽缸的热应力等。
§5.1 汽轮机零件强度校核概述
动强度----外力和应力或应变的大小及方向随时间而变，特别是惯性
质量对部件运动的影响。如动叶和转子的振动等。 二、汽轮机零件的主要应力应变类型 拉伸应力---如动叶上的离心拉伸应力。 弯曲应力---动叶上的汽流弯曲应力，转子、围带等弯曲应力。 扭转应力---转子扭转应力，长叶片扭转应力。 剪切应力---叶根销钉等的剪切应力。 基本方法---利用力学基本理论，分析特定环境下各零件的受力特征， 由受力截面的几何参数，计算出对应的应力或应变状态，然后根据 工作条件选定材料的机械性能参数，计算出最大受力工况、最大应 力水平所对应的屈服、蠕变和持久强度的三个安全系数。 屈服强度---金属材料在受力较大时，可能产生塑性变形，称为屈服 现象。试件受拉力时的应力值，称为材料的屈服强度 蠕变是指金属材料在应力和高温的双重作用下产生的缓慢而连续的 塑性变形蠕变极限是高温长期载荷作用下材料对塑性变形抗力的指 标。持久强度是材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力。
§5.1 汽轮机零件强度校核概述(作业)
1.试述零件强度校核的目的。 2.强度分析、计算的三个主要因素是什 么？Biblioteka §5.6 汽轮机叶片的动强度
一、叶片动强度概念
叶片的自振频率：叶片是一个弹性体，若外力迫使其离开原平 衡位置，一旦外力除去，则叶片在平衡位置两侧作往复自由震动， 其振动频率为叶片的自振频率，与尺寸、材料性质以及两端固定的 方式有关是叶片的固有特性。
§5.1 汽轮机零件强度校核概述
一、零件强度校核的目的、分析计算的要素与分类
目的：对汽轮机零件进行静，动强度校核，确定汽轮机安全运行 的工况范围及应该控制的极限值，为保证在所有工况下机组能安 全可靠运行提供理论依据。
汽轮机本体零件分为转子（主要有叶片、叶轮、主轴、围带、 拉金、联轴器、和紧固件）和静子(汽缸、隔板套、隔板、喷嘴、 汽封、滑销系统以及一些紧固零件)两部分。