转子、叶轮结构和强度计算-最终

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1、第三章转子、叶轮结构和强度计算转子和叶轮结构旋转薄圆环应力计算叶轮应力状态和基本计算公式等厚度叶轮应力分析实际叶轮应力计算套装叶轮按松动转速计算过盈和应力叶轮温度应力计算整锻转子强度计算叶轮、转子材料和许用应力转子的工作条件相当复杂，转子处在高温工质中，并以高速旋转。转子承受由于叶片和转子本身离心力引起的很大的应力以及由于温度分布不均匀引起的温度应力。透平转子和其他高速旋转机械一样，由于不平衡质量的离心力，将引起转子振动。此外，转子还要传递作用在叶片上的气流力产生的扭矩等。因此，必须对转子、叶轮进行强度计算，任何设计、制造

2、、运行等方面工作的疏忽，均会造成重大事故。前言转子是透平十分重要的部件，保证转子安全工作是设计制造部门的重要任务之一。3-1转子和叶轮结构一、转子结构型式现代蒸汽轮机主要采用以下几种型式的转子:整锻转子、焊接转子、套装转子以及上述两种型式组合的转子，譬如整锻转子上套装几个叶轮。中压机组广泛采用套装转子，套装转子加工方便，生产周期短；材料可以合理利用；叶轮、主轴等锻件尺寸小，易保证质量，且供应方便。但套装转子在高温条件下，由于产生蠕变会使叶轮与轴之间产生松动。因此不宜作为高压、高温汽轮机的高压转子。3-1转子和叶轮结构在高温

3、、高压区域内工作的转子，最好采用整锻转子。因为整锻转子的叶轮与轴是一整体，解决了高温条件下叶轮与轴连接可能松动的问题。此外，整锻转子强度和刚度比同一外形尺寸的套装转子大，机械加工和装配工作量小，而且结构紧凑(轴向尺寸短)；但是整锻转子的锻件大，需要大型锻造设备，而且大锻件的质量较难保证，它的检验比较复杂。整锻转子有两种型式:一种是转鼓式，另一种是轮盘式。用于反击式汽轮机中，制造简单，刚度很大，但强度较低。只能用于圆周速度较小的情况。3-1转子和叶轮结构广泛采用的是轮式整锻转子。由于采用叶轮弥补了上述空心鼓式转子强度不足的缺

4、点，其圆周速度容许达到170-200米/秒以上。3-1转子和叶轮结构整锻转子加工过程3-1转子和叶轮结构为了保证锻件的良好质量，整锻转子的尺寸是受到一定限制的。如果转子有几级叶轮直径过大而锻造困难而且由于后面低压级蒸汽温度低，叶轮可用低一级的材料。此时亦可以采用组合转子，即在整锻转子轴上套上几级叶轮。如图3-5所示为整锻和套装组合的转子，高压部份的前11级叶轮是整锻，后面低压部分7级叶轮为套装。3-1转子和叶轮结构焊接转子具有整锻转子所有的许多优点，但它比整锻转子重量轻；特别是锻件小容易获得高质量锻件。它比套装转子结构紧凑

5、，而且刚度大。此外，焊接转子的显著优点是强度大。焊接转子适于作为高温和高速条件下工作的转子型式，而转子的重量和尺寸几乎不受限制。焊接转子3-1转子和叶轮结构焊接转子焊接过程焊接转子热处理过程燃气轮机主要采用以下几种型式转子:整锻转子、焊接转子、拉杆转子。3-1转子和叶轮结构3-1转子和叶轮结构由于燃气轮机转子尺寸较小，容易获得所需尺寸的整锻转子锻件。燃气轮机整锻转子也有轮式和鼓式两种型式。但在燃气轮机中多半采用实心鼓式整锻转子。其优点是刚度大，强度较好，结构简单；但重量较大，变工况时温度应力较大。焊接转子在燃气轮机中得到广

6、泛应用。这种型式的转子除了刚度和强度大外;由于转子轻巧，温度应力小，适应燃气轮机启动快的要求。3-1转子和叶轮结构拉杆转子是用拉杆螺栓将叶轮、轴头联成一整体所组成。拉杆的作用是:既固定每个叶轮，又保证叶轮的对中，有时还传递扭矩。拉杆转子不但具有焊接转子的所有优点，并且可以根据需要自由选择各个叶轮材料而不受材料可焊性的限制，重量也可以做得更轻。3-1转子和叶轮结构9FA重型燃气轮机拉杆转子3-1转子和叶轮结构二、叶轮结构设计从叶轮的工作条件和受力情况方面分析，叶轮是处在高温工质内并以高速旋转，叶轮用来承装叶片。叶轮工作时，承

7、受的力如下：(1)叶轮自身质量引起的离心力;(2)叶片引起的离心力，一般称为叶轮外部径向载荷，通常包括叶片（包括围带、拉金）、叶根联结部分（叶根和轮缘）的离心力；(3)由于叶轮红套在轴上的过盈产生的接触压力（对于套装叶轮而言）。以上三项载荷引起的应力与叶轮旋转速度有关称为转动应力；(4)在较高温度区域内以及透平起动过程中，叶轮受到温度沿径向分布不均匀引起的温度应力；(5)由于叶轮轴向振动将产生振动应力。着手设计叶轮时，先必须考虑叶轮与透平轴的联结方法。对套装叶轮，通常是用键来联结，同时为了使叶轮与轴可靠的联结，也就是说要保

8、证在叶轮工作时，叶轮与轴保持对中(同心)，且相对于轴的位置不变，还必须把叶轮红套在轴上。3-1转子和叶轮结构图3-11用键和过盈联结叶轮与轴。扭矩借接触摩擦力和键来传递。对于承受较重载荷的叶轮(低压转子的叶轮)，由于强度不允许在叶轮内孔开轴向键槽，因为在叶轮内孔键槽周围要引起应力集中。此时键应装在叶轮或