叶片结构和强度计算.ppt

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1、透平强度与振动哈尔滨工业大学能源学院强度振动实验室主讲人:张广辉第一章叶片结构和强度计算叶片结构叶片强度计算叶片截面的几何特性叶根和轮缘的强度计算叶片的高温蠕变叶片材料和强度校核秦山核电二期核电汽轮机三菱重工600MW汽轮机1-1叶片结构1-1叶片结构叶顶部分叶型部分叶根部分叶轮叶片结构叶片结构示意图1-1叶片结构——叶型部分叶型的设计除满足气动要求以外,还要满足强度和加工方面的要求。叶型等截面:叶型沿叶高相同,加工简单强度差。变截面:叶型沿叶高变化,从气动方面考虑:其目的是改善流动和减小离心力;从强度方面考虑:为了充分利用材料强度。式中:是级的平均直径,是叶高。1-1叶片结构

2、——叶根部分叶根部分是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分,其结构形式取决于强度、制造和安装工艺条件以及转子的结构形式。叶轮与轮缘的固定应该是牢靠的,在任何运行条件下保证叶片在转子中未知不变。叶根结构在满足强度条件下,结构尽可能简单,制造方便,使轮缘的轴向尺寸最小以缩短整个通流部分的轴向长度。常用的叶根形式:T型、叉型、纵树型、菌型及燕尾型等。1-1叶片结构——叶根部分T形叶根结构简单,加工装配方便、工作可靠,较短叶片普遍采用。1-1叶片结构——叶根部分圆周向装配式叶根T形叶根的安装窗口:长度略大于叶片节距,宽度比叶根宽0.02~0.05mm封口叶片缺点:叶片损坏时增加拆卸工作量

3、1-1叶片结构——叶根部分叉形叶根避免了T型叶根使轮缘两侧张开引起的应力,强度适应性好,随叶片离心力增大,叉数可以增多,但是装配比较费时,通常在整锻转子和焊接转子上不使用。中长叶片较多采用。1-1叶片结构——叶根部分枞树型叶根枞树型叶根广泛地应用于燃气轮机的透平叶片上,很多大功率蒸汽轮机的末级叶片也采用枞树型叶根。1-1叶片结构——叶根部分枞树型叶根的优缺点:优点:1、拆装方便;2、叶根采用尖劈形,所以叶根和对应的轮缘承载面都接近于等强度,在相同尺寸下,枞树形叶根承载能力强。3、在叶根和叶轮槽中,齿的非承载面一变有间隙,可利此间隙进行空冷;同时松动配合叶片可以自动定心;间隙存在

4、允许叶根和轮缘在受热后膨胀,减小热应力。缺点:由于外形复杂,装配面多,为保证各对齿接触良好,所以加工精度要求高,工艺复杂;由于齿数多,并受到叶根尺寸限制,所以过渡圆角不易大,易引起应力集中。1-1叶片结构——叶根部分除以上三种叶根之外,还有外包型叶根(菌形叶根)和燕尾形叶根等。菌形叶根燕尾形叶根1-1叶片结构——叶顶部分叶片由围带、拉金联在一起后称为叶片组。否则称为自由叶片。汽轮机:叶片通常用围带、拉金联接,只有末级长叶片为自由叶片。燃气轮机:很少连成叶片组。围带:通常为3-5mm厚的扁平金属带,用铆接的方法固定在顶,现在大多数叶片都是自带围带的。拉金:一般是6—12mm的金属

5、丝或金属管,穿过叶片中间的拉金孔,用银焊焊牢的称为焊接拉金,不焊且与拉金孔有间隙的称为松装拉金。围带和焊接拉金都能增加叶片的刚度,减小叶片的弯应力,同时改变自身固有频率,避免共振。松装拉金可以增加阻尼,减小振动应力,围带含有限制气流叶顶泄露的功能。1-1叶片结构——叶顶部分铆接围带自带围带叶片1-1叶片结构含汽封结构的围带1-1叶片结构第一章叶片结构和强度计算叶片结构叶片强度计算叶片截面的几何特性叶根和轮缘的强度计算叶片的高温蠕变叶片材料和强度校核1-2叶片强度计算——受力分析离心力气流力叶片离心力围带拉金离心力平均值分量随时间变化的分量静弯曲应力振动应力(用于振动计算)热应力

6、(忽略)受热不均扭转应力(忽略)扭转应力(忽略)静弯曲应力叶片强度计算叶片所受的各种力:拉应力1-2叶片强度计算——离心拉应力计算1、等截面叶片离心力计算叶型部分质量离心力:叶片底部截面应力:围带和拉金离心力:离心力之和:叶底拉应力:底部截面承受了整个型线部分的离心力,故离心拉应力最大。1-2叶片强度计算——离心拉应力计算2、变截面叶片离心力计算微段dx的离心力为:距离底部截面为x的截面上的离心力为:底部截面上的离心力为:底部截面上的拉应力为:1-2叶片强度计算——离心拉应力计算表达式:仅仅是解析形式的,实际的强度计算采用数值的方法,如图所示:任意一段的离心力为:距离型线底部为

7、xi的截面上的离心力:叶片任意截面上的离心拉应力为:2、变截面叶片离心力计算1-2叶片强度计算——离心力计算2、变截面叶片离心力计算实际计算中往往用下式计算离心拉引力:式中:上式中:为个小段重心半径故又可写为:1-2叶片强度计算——离心拉应力计算2、变截面叶片离心力计算式中表示该段重心距离叶底截面的距离:其中可近似地等于,而比较准确地计算时为梯形重心至下底的距离,它等于:1-2叶片强度计算——气流弯应力计算冲动式汽轮机速度三角形1-2叶片强度计算——气流弯应力计算反动式汽轮机速度三角形1-2

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