汽轮机课件－汽轮机零部安全准则

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1、汽轮机零部件的材料许用应力及安全准则一、叶片振动的安全准则50年代开始，沿用苏联1941年叶片和叶轮会议的标准，称旧标准。1977年我国制定汽轮机叶片振动安全准则，1980年完成了“汽轮机叶片振动强度安全准则”，即新准则。新准则的特点：1、采用表征叶片抵抗疲劳破坏能力的安全倍率Ab2、采用叶片材料在静动载荷作用下的耐振强度来衡量动强度，并考虑实际叶片工作条件对耐振强度及静应力的影响。1、第一种共振：切向A0型振动的动频率与低频激振力频率kn合拍时的共振2、第二种共振：切向B0型振动的动频率与高频激振力频率Znn相等时的共振3、第三种共振：切向A0型振动

2、的动频率与高频激振力频率Znn相等时的共振不调频叶片：允许其某个主频率与某类激振力频率合拍而处于共振状态下长期运行，不会导致叶片疲劳破坏。调频叶片：要求其某个主振型频率避开激振力频率才能安全运行。叶片最危险的三种共振（主振型）（一）有关基本概念1、叶片动应力F总＝平均作用力F＋交变作用力FkF－引起叶片弯曲，产生静弯矩Msb，从而引起静弯应力Fk－引起叶片振动，产生动弯矩Md，由Md可计算动应力D－动应力放大系数2、叶片组当若干个叶片用围带或拉筋连接成组后，组内叶片受到的激振力大小和相位不同，计算时取平均值。引入成组系数(叶片组内某叶片受到的激振力平均

3、幅值)/（单个叶片受到的激振力幅值）＝（叶片组内某叶片动应力幅值的均值）/（单个叶片动应力幅值）3、耐振强度（由材料试验确定）叶片振动产生应力的特性如图纵坐标：应力σ横坐标：时间t－平均应力（静应力）－幅值从图上看，＝0时，耐振强度即疲劳极限耐振强度曲线（复合疲劳强度曲线）试验方法：在一定温度下，给出平均应力，找出与它相应的经过无限多次应力循环而不发生损坏的最大交变应力幅值，称为耐振强度。给出不同，可以得到，整理成曲线。改变工作温度，重复上述试验，可以得到不同的曲线。教材中P283图5.6.22（常用的三种叶片材料的耐振强度曲线）先确定—离心应力；—离

4、心弯曲应力；—蒸汽弯曲应力；然后根据，t曲线查耐振强度4、频率分散度I.汽轮机一级叶轮上叶片的频率不一样，出现频率分散。原因有两方面：制造方面—造成各个叶片质量、刚性差异安装方面—边界条件差异Ⅱ定义：同一级中，测得的切向A0型自振频率最大值fmax与最小值fmin之差与平均值之比的百分数，由表示。Ⅲ规定范围频率分散度反映叶片制造安装的综合性能，若频率分散度太大，就不可能进行调频工作。正常情况下，可达4％以下，规定<8％为合格5、振动倍率k当叶片的自振频率与激振力频率相等或整数倍，叶片要发生共振k振动倍率k↑，二次干扰之间的间隔↑，危险性↓当k足够大，如

5、k>6-7，就不容易产生共振损坏问题。6、调频叶片与不调频叶片如叶片不允许在共振条件下长期运行，必须使叶片的自振频率与激振力频率及其整数倍避开一定的安全距离，这种叶片称为调频叶片。由于采用合理的结构材料及阻尼，叶片能在共振条件下长期安全运行，无需将自振频率与激振力频率调开，这种叶片称不调频叶片。注意：数量最多的中间级叶片基本频率较高，自振频率为激振力频率整数倍时相邻两个倍数，如3、4倍之间的频率间隔很小，小于一级叶片的频率分散度和转速波动引起的频率变化范围，这些级的叶片可能在共振状态下工作，必须采用不调频叶片。两种叶片的安全准则不调频叶片：主要考核叶片

6、共振时的动应力水平调频叶片：考核叶片自振频率、激振力频率和频率调开的范围二、不调频叶片安全准则1、安全倍率Ab不调频叶片可能在共振状态下工作，从安全运行要求出发，共振时动应力应小于材料允许的耐振强度ns－安全系数Cd－动应力系数，与叶片结构、阻尼特性、振动类型、共振阶次及激振力水平有关。－蒸汽作用力在振动方向所产生的静弯曲应力，可以间接反映叶片动应力大小。叶片实际工作时的Ab>许用安全倍率时，即使叶片在共振状态下，也能安全运行。2、影响耐振强度因素（1）介质腐蚀修正系数k1蒸汽中带盐分，当盐分以较高浓度的溶液状态停留在叶片表面时，可能对材料产生腐蚀，降

7、低耐振强度，降低程度用修正系数表示。蒸汽湿度较大区域（x<0.96）：k1＝0.8过热区：k1＝1过渡区：k1＝0.5（2）叶片表面质量修正系数k2抛光叶片不作修正k2＝1表面镀铬叶片，易产生龟裂，k2＝0.8（3）应力集中修正系数k3k3按截面过渡处圆角大小而定，一般k3＝1.1～1.4，拉筋孔处k3=2.0（4）尺寸修正系数kd对材料试验条件的修正，因为材料耐振强度曲线是根据直径为6mm的标准试棒试验求出的。若叶型的最大厚度大于6mm，降低，用kd修正。叶片厚度增加，kd下降。可查曲线P285图5.6.24（5）通道修正系数k4汽轮机运行形成水垢，

8、使通道有效流通面积缩小，蒸汽流速增加，蒸汽引起的弯应力增大。过热区域或蒸汽过渡区：k4＝1.1