等截面直叶片强度设计

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1、汽轮机强度设计题目：15MW补汽凝汽式汽轮机Q3009Z-JS4第2级叶片强度核算学员姓名：柴大鹏岗位名称：中国长江动力公司（集团）热加工工艺部类别:注册18/18目录目录2第一章课程设计任务3一、设计内容3二、已知技术条件和参数3三、提交文件3四、设计要求3第二章概述4第三章长叶片的选型与校核5一、建立长叶片的蒸汽流动方程式，选择叶型5二、核算长扭叶片的离心拉应力8三、核算蒸汽对长叶片的弯曲应力10四、叶片强度核算12五、利用高斯法确定叶片的几何特性：静矩、重心坐标和惯性矩。13第四章总结19参考文献2018/18第一章课程设

2、计任务一、设计内容1、建立叶片中的蒸汽流动方程，选择叶型；2、核算叶片的离心拉应力；3、核算蒸汽对叶片的弯曲应力；4、核算离心力对叶片的弯曲应力(本课程设计中此项忽略)；5、利用高斯法或梯形法确定叶片的几何特性：静矩、重心坐标；6、设计叶根形状并进行强度校核。二、已知技术条件和参数1、15MW；2、转速3000r/min；3、主汽压力：1.1MPa；主蒸汽温度：390℃；4、叶片长度74mm（参考值）；5、其他参数由热力设计提供。三、递交文件1、绘制设计叶片高度各段的速度三角形。2、设计、计算说明书一册。3、详细的设计过程、思路

3、说明。四、设计说明1、所学专业为材料成型及控制工程，非强度设计岗位，采用简化方式完成课程设计，包括核算额定转速、额定工况、不考虑围带/拉金的影响，叶片结构几何特性参数通过CAD选取，附截图。2、课程设计以电子版形式发至hust_wk@hust.edu.cn。18/18第二章概述汽轮机各零件一般都在相当高的压力下工作，有些零部件的条件很恶劣，受力条件也很复杂。强度的核算一般包括零件应力计算，零件材料及其作用应力的选取和零件应力安全性校核。叶片工作时，作用在叶片的力主要有两种：一是汽轮机高度旋转时叶片自身质量和围带，拉金质量引起的离

4、心力；二是气流流过叶片产生的汽流作用力。离心力在叶片中产生拉应力，若偏心拉伸还会引起弯应力。汽流的作用力是随时间变化的，其稳定的平均值分量在叶片中产生静弯曲应力，而改变的分量则引起叶片的振动应力。离心力的汽流力还可能引起扭转应力，叶片受热部均会引起热应力，这两种应力一般都较小。核算叶片静应力即核算离心力各汽流力平均值分量产生的合成应力，此时叶片弯曲应的计算应选择汽流力最大的工况，而离心力一般按额定转速计算。目前，动应力强度的核算趋势是校核动力静应力、结合起来的复合疲劳强度。进行不调频叶片的许用安全倍率校核，调频叶片除了调开危险的

5、的共振频率外，还应该核算安全倍率。叶根部分与叶片一样受离心力和气流力，轮缘部分承受叶片的离心力和轮缘本身的离心力。叶根的强度校核通常只计算离心力引起的应力，有叶根核轮缘截面上的拉弯合成应力、挤压应力和剪切应力。18/18第三章长叶片的选型与校核一、建立长叶片的蒸汽流动方程式，选择叶型研究长叶片级的气流动力问题，一般不再研究静动叶片汽道内的汽动计算，只需研究如图3-1所示的三个特征截面0-0、1-1和2-2的汽动力计算。通过这三个截面的汽动力计算，即可在现有的叶型资料的基础上合理地进行长叶片的成型。在三个截面中，将重点的研究截面1

6、-1的汽动力计算，因为其他两个截面与1-1截面没有什么本质上的不同。图3-1为了研究截面1-1的汽动力计算，在该截面某一半径上截出一个微元叶高的级，称为基元级。如在平均直径处的基元级称为中径基元级。首先求一个效率较高的基元级参数，如按前述方法求出中径基元级的参数，再根据求的参数确定沿叶高的其它各基元级的各项参数，为此，必须确定不同半径上各基元级的参数之间的关系，以保证整个长叶片级有较高的效率。为了确定这个关系，普遍的采用轴向间隙中气流的径向平衡条件，并据此提出气流流动模型。为了便于在工程实际中应用流动规律，把复杂的、具有粘性的不

7、稳定实际流动，简化为理想的三元流动模型。为此假定：（1）不考虑蒸汽粘性对流的影响。由于粘性主要反映在流体流动时附面层力，所以研究通流部分在附面层外的蒸汽主流参数的变化规律时，是许可的。18/18（2）把汽流看作是稳定的。实际上，不仅沿圆周力向节矩上各点的汽流速度不相同，而且由于叶片转速随时间变动，所以汽流流入和流出动叶的流速也随时间周期性变化，但由于转速变化不大，引起流量变化很小，可近似看成稳定流动。（3）在通流部分的轴向间隙中，圆周方向的流面是一个与轴对称的任意回转面，即假定所有圆周向流面都是围绕着一根共同轴线的任意回转面流动

8、，这是把圆周向的扭曲面简化成不扭曲的回转面，而通流部分内，外表面就是其内层外层回转面。（4）由于轴向间隙中无叶片存在，可以忽略叶片对汽流的作用力；同时由于轴向间隙一般比叶片高度小很多，故可近似认为间隙中的汽流参数沿轴向不变。现根据以上假定来分析汽流在通流部分轴向