汽轮机叶片的动强度课件.ppt

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1、汽轮机叶片的动强度一、叶片的动强度概念汽轮机受到因汽流不均匀产生的激振力作用，激振力由结构因素、制造和安装误差及工况变化等原因引起。因叶片高速旋转，所以激振力对叶片的作用是周期性的，叶片在振动状态下工作。叶片的振动分为两大类：1）自由振动：Ⅰ）振动的频率称为自振频率，取决于(1)叶片本身的形状、尺寸、材料；(2)叶片的边界条件，如叶根的紧固程度，有无围带、拉筋等；Ⅱ）叶片在自振过程中，受到阻尼作用，振动强衰减并消失，回到原来的平衡位置，振动振幅随时间变化的过程可用曲线表示。振幅按指数规律递减，而频率基本不变。叶片在工作时的阻

2、尼主要来自两方面：材料本身的内摩擦，介质的粘性阻尼。2）强迫振动Ⅰ）强迫振动的频率等于激振力频率Ⅱ）强迫振动的振幅取决于激振力幅值大小；激振力频率与叶片自振频率的接近程度，可用曲线表示。激振力频率与自振频率越接近，振幅越大，当两者相等将发生共振，振幅及动应力明显增大，最终可能导致叶片损坏。说明：（1）在汽机叶片激振中，激振力往往是矩形的脉冲波，周期为T；（2）叶片自振频率为激振力频率的整数倍时，因为激振力是脉冲形式，即f自＝kf激，也要激起叶片的共振，k＝3举例见P263图5.6.2为了保证叶片安全工作，必须研究激振力，叶片

3、振动特性，及叶片在动应力作用下的承载能力，属叶片动强度范畴。目前还不能精确地对叶片动应力进行理论计算。二、激振力产生的原因及其频率计算叶片的激振力是由级中汽流流场不均匀所致，（1）叶栅尾迹扰动（2）结构扰动，部分进汽，抽汽口、排汽管，叶栅节距偏差等原因引起汽流流场不均匀。激振力分类：（一）低频激振力1、产生的原因：主要与结构因素有关若个别喷嘴损坏或加工尺寸有偏差，动叶片旋转到这里受到一次扰动力；上下两隔板结合面处喷嘴错位或有间隙；级前后有抽汽口，抽汽口附近喷嘴出口汽流的轴向速度小，引起扰动；高压级采用窄喷嘴时，加强筋对汽流产

4、生扰动；采用喷嘴配汽方式2、低频激振力频率计算（1）对称激振力，若引起汽流扰动的因素沿圆周对称分布，则，n为动叶转速，k为一个圆周内的激振力次数。（2）非对称激振力如喷嘴配汽有两个不通汽弧段相隔，动叶转速n，则每秒转过2πn弧度。则周期，，如果二个异常点的分布没有规律，就不可能与叶片自振频率合拍，引起共振。（二）高频激振力（1）产生原因由喷嘴尾迹引起。另外汽流和通道壁面的摩擦力，使喷嘴出口沿圆周方向汽流的作用力不均匀分布，叶片每经过一只喷嘴片，汽流作用力就减小一次，即受到反方向的扰动。（2）计算Ⅰ）全周进汽喷嘴沿圆周向是均匀

5、分布，所以，一般zn＝40～90。Ⅱ）部分进汽，部分进汽度e进汽弧度有个喷嘴，级平均直径dm，动叶经过一个节距所需时间所以，当量喷嘴数三、叶片与叶片组的振型所谓振型是指叶片在不同的自振频率下振动所具有的振动形状，可分为两大类(1)弯曲振动：切向弯曲振动，轴向弯曲振动；(2)扭转振动（一）单个叶片的振型1、单个叶片的振型（1）切向振动叶片振动容易发生在最大主惯性轴（2－2轴）方向，Ⅰ）叶片在激振力作用下振动，顶端也振动，称A型振动，按自振频率由低到高振型曲线上不动的节点数增加，A0，A1，A2型振动A0在最低的自振频率下振动，

6、一阶振型，顶部振幅最大，自上而下逐渐减小，只有根部不动。Ⅱ)B型振动叶片叶身振动，顶端不振动，称B型振动，B0B1B2上述振型中，A0型最危险，B0型次之（2）轴向振动振动沿最小主惯性轴（1－1）方向的振动称轴向振动。理论上有A0、A1，但轴向惯性矩大，振动频率高，不易出现有节点的轴向振动。2、单个叶片扭转振动叶片各个横截面重心的连线，组成了一条轴线，当叶片受到一个绕轴线来回变化的交变扭矩时，发生扭转振动，常在长叶片中出现。一阶振型－所有截面发生同方向的来回扭转，顶部转角最大，这时叶片中不扭转的线称为节线，（二）叶片组的振型

7、1、叶片组弯曲振动（1）切向振动根据叶片顶部是否振动分A型、B型。A型振动－方向相同，叶片顶部的振幅最大。组内各叶片在围带联系下，振动频率相同，A0型最危险。当有拉筋时，节点往往在拉筋附近。B型振动－无节点的B0型最危险叶身振动时，围带基本不动。B01型：叶片组中心线两侧等距离的叶片振动相位双双相反，对围带的作用力刚好相反，可抵消。B02型：叶片组中心线两侧等距离的叶片振动相位双双相同，围带不动，组内各叶片的振动频率也不相同，而是略有大小的一组频率数值——频带，不容易避开激振力频率。（2）轴向振动轴向振动要与叶轮的轴向振动来

8、共同分析，同组中两部分叶片各作反方向振动，围带上出现不振动的节点，每一叶片的振动同时伴有叶片的扭转振动。2、叶片组扭转振动节线扭振和叶片组扭振（节点扭振）今后我们主要讨论切向振动，因为（1）切向振动是绕叶片最小主惯性轴的振动，即使很小的激振力也可能激发相当大的振动；（2）讨论弯曲应力时，蒸