汽轮机课件－汽机叶片静强度计算

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1、汽机叶片静强度计算一、叶片的结构与分类1、叶片的结构分为三部分：叶型－作用：汽轮机的主要通流部分，承担把蒸汽的动能转变为机械能的任务，要求有好的汽动特性，比如型线、进汽角、出汽角等。叶根－作用：把叶片牢固地固定在轮缘上。叶顶－作用：汽流通道的上表面，并通过围带的不同结构起到调整叶片频率作用。2、分类按叶片截面沿叶高变化的规律分：（1）等截面叶片：叶片的截面处处相等，适用于短叶片，即径高比（2）变截面叶片（扭叶片）：叶片高度增大后为提高叶片的效率，叶片的型线沿高度变化，为了改善叶片的强度条件，自下而上叶片截面积缩小。3、叶根的分类倒T型－简单，强度

2、条件差，安装方式：圆发展为双倒T型周向装配方式外包T型－改善轮缘向外弯曲叉型－长叶片－插入装配纵树型－长叶片、叶根与轮缘截面接近于等强度—轴向装配。叶根的选型是根据受力情况和加工的工艺习惯。T型叶根外包T型叉型纵树型4、叶顶整体围带，装配围带围带作用：减小叶顶漏汽损失，增加叶片抗弯刚度。由薄钢板或带制成，通过铆接或焊接固定在叶顶上。长叶片取消围带，改为顶部削薄拉筋：焊接拉筋（紧拉筋），松拉筋拉筋作用：调整叶片的自振频率，增强叶片振动阻尼。拉筋由直径为5-12mm的细金属丝或管组成，贯穿于叶型段的拉筋孔中。(松拉筋)拉筋置于动叶流道内，造成流动损失

3、，降低经济性，只有在叶片振动特性迫切需要才使用。二、叶片的拉伸应力与弯曲应力（一）叶片受力情况分析1、作用力的主要形式：离心力作用蒸汽作用力围带、拉筋发生弯曲变形时的作用力当叶片安装偏移时，离心力的作用点不通过计算截面的形心时，将引起弯曲应力。应力分析包括：汽流作用力：包括弯曲应力和振动－动应力、频率特性（计算自振频率是否会共振）离心力－拉伸应力、弯曲应力受热不均匀－不均匀温度场引起的温度应力2、最危险工况下的校核叶片所受离心力随转速、叶片质量变化，蒸汽作用力随级的焓降和流量而变化。要保证运行安全性，必须在最危险工况下即叶片受力最大的情况下进行校

4、核。汽轮机中各级叶片的最危险工况并不是同时出现。例如调节级的最危险工况是在第一个调节阀接近全开而第二个调节阀尚未开启之时，此时调节级的理想比焓降最大，部分进汽度最小；对于低压级，最危险工况是在最大蒸汽流量和最高真空时。3、对于同一叶片，其叶顶、叶身、叶根等不同位置的应力情况不同，应对最危险截面进行校核。一般而言，靠近叶根位置的应力较大，对于变截面叶片应该对应力最大的截面进行校核。4、同一因素对强度的不同影响许多级的叶片采用装配式围带，围带将叶片连接成组后，抗弯刚度比单个叶片增强，可以减小叶片的弯曲应力，刚度的增加有使叶片自振频率提高的趋势。由于在

5、叶顶增加了质量，从而增加叶片所受的离心力，质量增加使叶片自振频率有降低的趋势。（二）叶片的离心应力计算1、等截面叶片的离心应力叶片截面积处处相等，在不同截面上叶片所承受的离心力不同，自上而下是逐渐增大，根部的拉伸应力最大。（P237计算公式）讨论：（1）等截面叶片根部截面上所受的离心力拉伸应力与截面积大小无关。在等截面叶片的强度设计，不能用增大截面积来降低离心拉伸力。（2）采用低密度、高强度的叶片材料来降低根部拉应力。如钛基合金密度＝4.5×103kg/m3，相当于不锈钢的57％，拉应力也只有57％。（3）当等截面叶片的材料一定时，可采用变截面叶

6、片降低离心应力。平均直径2、变截面叶片的离心应力（1）特点：当叶片径高比<8～12，为减少汽流入口的撞击损失，提高级效率，采用扭叶片，变截面叶片的最大离心应力比等截面叶片小50％。为了减小离心拉应力，希望叶片的截面积自下而上逐渐减小。扭叶片的叶型截面积沿叶高变化，一般无法用简单函数式表达，常把叶片分成若干段，用数值积分法近似求解。一般将叶片沿叶高等分成5～10段，设n段，i截面号，j分段号，i截面上离心应力为j段平均面积j段平均半径讨论：（1）叶片分段数越多，计算结果越精确；（2）对于变截面叶片，离心力和截面积都随叶高而变化，不一定是根部拉应力最

7、大，应该找出最危险截面进行校核；（3）实际上叶片截面上的离心拉应力不是均匀分布，截面中心区的离心拉应力大于进出口边的拉应力值。（三）叶片的弯曲应力计算叶片受力分解1、等截面叶片弯曲应力计算（1）叶片的蒸汽作用力根据第一章讨论，喷嘴出来的蒸汽对叶片的作用力可分解为Fu（轮周向力）Fz（轴向力）同理，Zb-级中动叶片数目；Pu－级的轮周功率；说明：对于不同叶片应选择最危险工况计算，压力级按最大流量工况来计算Fu、Fz，调节级是在第一调门全开和第二调门未开的工况计算，此时部分进汽度最小，调节级理想比焓降最大，选最危险工况计算。（2）蒸汽作用力引起的弯矩

8、将叶片看成是一个直立的悬臂梁均布载荷q＝F/L；F为Fu和Fz的合力弯矩从弯矩公式看，等截面叶片根部的弯矩为最大，即危险截面。方向与F一