汽轮机动叶片

第六节汽轮机叶片的动强度一、叶片动强度概念运行实践证明：汽轮机叶片除了承受静应力外，还受到因汽流不均匀产生的激振力作用。

该力是由结构因素、制造和安装误差及工况变化等原因引起的。

对旋转的叶片来说，激振力对叶片的作用是周期性的，导致叶片振动，所以叶片是在振动状态下工作的。

当叶片的自振频率等于脉冲激振力频率或为其整数倍时，叶片发生共振，振幅增大，并产生很大的交变动应力。

为了保证叶片安全工作，必须研究微振力和叶片振动特性，以及叶片在动应力作用下的承载能力等问题，这些属于叶片动强度范畴。

运行经验表明，在汽轮机事故中，叶片损坏占相当大比重，其中又以叶片振动损坏为主。

据国外统计，叶片事故约占汽轮机事故25％以上。

据国内1977年对1156台汽轮机统计，发生叶片损坏或断裂事故者约占31．7％。

应该指出，迄今为止还不能精确地对叶片动应力进行理论计算。

因此，下面只介绍激振力和叶片自振频率、动频率的计算，以及叶片安全准则和调频方法。

二、激振力产生的原因及其频率计算叶片的激振力是由级中汽流流场不均匀所致的。

造成流场不均的原因很多，归纳起来可分为两类：一类是叶栅尾迹扰动，即汽流绕流叶栅时，由于附面层的存在，叶栅表面汽流速度近于零、附面层以外汽流速度为主流区速度，当汽流流出叶栅时在出口边形成尾迹，所以在动静叶栅间隙中汽流的速度和压力沿圆周向分布是不均匀的，另一类是结构扰动，如部分进汽、抽汽口、进排汽管以及叶栅节距有偏差等原因引起汽流流场不均匀，都将对叶片产生周期性的激振力，因而使叶片发生振动。

当叶片自振频率与激振力频率相等时，无论激振力是脉冲形式还是简谐形式，都会使叶片发生共振。

当自振频率为激振力频率的整数倍时，只有脉冲形式激振力才会引起叶片共振。

当自振频率等于激振力频率或前者是后者的整数倍而共振时，称为两者合拍。

在汽轮机中叶片的激振力都是以脉冲形式出现的。

因5，6．2所示为叶片自振频率为脉冲激振力频率的三倍时的振幅变化情况。

一、汽轮机的反动度的含义：反动度就是动叶栅中蒸汽膨胀的程度占级中总的应该膨胀程度的比例数，或指动叶片中焓降与这一级中静叶片和动叶片的总焓降之比。

衡量气体在动叶片内膨胀程度的参数叫做反动度（又称反力度），定义是Ω=h2s/(h1s*+h2s),h2s是动叶片中的焓降，h1s*是静叶片的等熵焓降，Ω是透平级的反动度。

反动度为零的级就叫做冲动级，但是一般冲动级都带有少量的反动度（0.02~0.15），静叶片和动叶片内等熵焓降相等的级称为反动级（Ω=0.5）。

二、电厂汽轮机中，调节级为什么是冲动级而不是反动级调节级工作环境最恶劣，调节级做功能力最大，能量转化最多。

这样，它后面的各级承担的做功量可以少一些，汽轮机的级就可以少一些，叶轮和汽缸也不必做得很大。

正因为这样，调节级承受的应力很大（当然材料和工艺要求也非常高），如果采用反动级或反动度较大，动叶中的焓降较多，它的受力就会很大，对材质和制造工艺要求就会更高。

因此，调节级应该是冲动级，而且它的反动度应该很小。

三、级的反动度为什么不大于0.5？1、反动式汽轮机的反动度如果大于0.5，那么蒸汽在动叶里膨胀加大，动叶前后压差将增大，这样就造成了更大的漏汽损失，造成经济性下降。

同时过大的反动度将造成轴向推力加剧，对机组安全性不利。

2、通常在内外缸夹层里引入一股中等压力的蒸汽流。

当机组正常运行时，由于内缸温度很高，其热量源源不断地辐射到外缸，有使外缸超温的趋势，这时夹层汽流对外缸起冷却作用。

当机组冷态起动时，为使内缸尽可能迅速同步加热，以减小动静部分胀差和热应力，缩短起动时间，此时夹层汽流对汽缸起加热作用。

内外缸夹层的冷却汽流是来自高压平衡活塞汽封的漏汽，漏汽通过夹层后，一部分与高压缸排汽汇合，另一部分则经过外缸上部的连通弯管进入中压平衡活塞汽封中段。

汽缸夹层中的蒸汽状态决定了汽缸承受的压力情况。

内缸两侧温差小而压差大，沿壁厚的温度梯度减至最低限度，热应力很小，故内缸主要承受压应力，起压力容器的作用；外缸内侧是冷却蒸汽，外侧是大气，其两侧温差大而压差小，主要承受温差的热应力，因此只需较薄的缸壁和较小的法兰，内外缸的法兰螺栓靠近缸壁中心线，使缸壁与法兰厚度相差不大，这样就使得汽缸、法兰、螺栓都易于加热。

汽轮机叶片故障及分析本文主要从汽轮机叶片的概述入手，针对其出现的故障，提出解决方法，为汽轮机的正常运行提供保障。

标签：汽轮机叶片；故障；措施一、工程概况本项目是某电厂的汽轮机的运行情况，2013年7月份进行了一次大修，在该汽轮机大修前基本是正常运行，之后对于汽轮机叶片出现的故障以及解决措施进行了分析研究。

二、汽轮机叶片安全的重要性分析叶片是汽轮机的重要组成部分，同时也是发生事故最多的地方，所以，它的安全性与整个电站的安全与满发是息息相关的。

众所周知，电力是国民经济的重要命脉所在。

所以，加强汽轮机叶片的安全性非常有必要，尤其是需要与不断高涨的电力需求相符合，与国民经济的发展相适应，起着重要的作用。

随着叶片高度与蒸汽参数的进一步改善和提高，叶片的工作条件也更加艰难，处在进汽端的调节级叶片，要能够承受最高600℃的高温以及在喷嘴弧段的巨大冲击力，在排汽端，就需要承受巨大的离心力以及接近两倍音速的湿蒸汽流的冲刷【1】。

正由于叶片工作条件的艰辛性，才奠定了叶片在汽轮机中的重要性。

三、汽轮机叶片故障的表现汽轮机叶片故障的表现主要包括：一是汽轮机内部或凝汽器内有突然的响声。

二是当断落的叶片落入凝汽器时，就会损坏凝汽器钢管，从而造成凝汽器内循环水漏入凝结水中，致使凝结水硬度与导电度骤然增加，而且会增高凝结水水位，增大凝结水泵电动机电流。

三是一般情况下，机组振动的变化比较明显，甚至还会出现瞬间的强烈抖动，主要在于叶片断裂脱落造成转子无法保持平衡或是造成摩擦撞击。

然而也会出现叶片在转子中间级断落，不会造成严重的摩擦，在正常的工作转速下，机组的振动增加不明显，只是在启动、停机过程中的临界转速附近，机组振动会明显增大。

四是叶片损坏比较严重时，就会改变蒸汽通流的面积，最终改变了同一个负荷的蒸气流量、监视段压力以及调速汽阀开度等。

五是若是断落叶片出现在抽汽级的地方，叶片进入抽汽管道的可能性增加，从而致使抽汽逆止阀卡涩或直接进入加热器，造成加热器的管子由于撞击而出现断裂，致使加热器疏水水位升高。

轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺简述摘要：介绍了汽轮机等截面直叶片、自由成型叶片、有成型规律叶片汽道加工的毛坯制造、型面加工工艺过程，并介绍了五联动加工中心的基本特点，简单说明了汽轮机叶片几种特种加工方法的基本原理。

关键字：汽轮机动叶片毛坯制造加工工艺特种加工一：汽轮机简介汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。

主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。

还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。

汽轮机是一种高温高压高速旋转的机械，尤其对于发电用汽轮机来说，又是大功率输出地原动力机械，所以设计要求汽轮机具有高效率，高安全可靠性，而且可调性要好。

目前我国发电用汽轮机以300～600MW居多，体积庞大，结构精细复杂。

由于多级轴流式汽轮机绝热焓降大，能够充分利用蒸汽的热能，因此绝大多数为发电用汽轮机均为多级轴流式汽轮机。

汽轮机本体主要由转动部分和静止部分两个方面组成。

转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。

静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。

因此汽轮机的制造工艺主要为上述部件的制造工艺。

汽轮机制造工艺的特点为：属单件生产，生产期长，材料品种多，材料性能要求高，零件种类多，加工精度高，设备要求高，操作技能要求高，机械加工工种齐全，设计冷热工艺且面广，检测手段齐备要求高，计量设备、测量工具齐全而且要求高采用专门工装多。

二：轴流式蒸汽轮机动叶片制造工艺1：叶片的结构静叶片一般由工作部分和安装部分组成动叶片一般由叶根、叶型部分和叶顶三部分组成2：叶片的工作条件及材料选择叶片的工作条件复杂，除因高速旋转和气流作用而承受较高的静应力和动应力外，还因其分别处在过热蒸汽区、两相过渡区、和湿蒸汽区段内工作而承受高温、高压、腐蚀和冲蚀作用。

因此叶片的材料要满足以下要求：良好的常温和高温机械性能、良好的抗蚀性、良好的减震性、和一定的耐磨性良好的冷热加工性能。

汽轮机叶片结构概述汽轮机叶片是汽轮机中重要的部件之一，其结构设计直接影响着汽轮机的性能和效率。

本文将就汽轮机叶片结构进行全面、详细、完整且深入地探讨。

叶片类型在汽轮机中，常见的叶片类型包括固定叶片、动叶片和导叶片。

固定叶片固定叶片是安装在汽轮机转子壳上的静止叶片，其主要作用是引导流体流向动叶片，同时也起到了一定的扩压作用。

固定叶片通常采用涡流焊接技术与转子壳连接。

动叶片动叶片是汽轮机转子上安装的可运动叶片，其通过转子的旋转运动来对流体进行加速和扩压。

动叶片通常由高温合金材料制成，以提供足够的强度和耐热性能。

导叶片导叶片通常用于汽轮机的进气导向和调节流量，其结构相对简单。

导叶片一般由固定叶片和动叶片组成，可根据需要进行调节。

叶片结构设计要点在设计汽轮机叶片结构时，需要考虑以下几个关键要点：强度与轻量化汽轮机叶片在高温高压环境下工作，需要具备足够的强度和刚度来承受动态和静态载荷。

同时，随着能源效率的要求越来越高，轻量化也成为一个重要的设计目标，以降低旋转惯量和减少能量损失。

材料选择汽轮机叶片通常采用高温合金材料，如镍基合金和钛合金等。

这些材料具有良好的耐热性能和耐腐蚀性能，能够在高温、高压、恶劣环境下工作。

流动性能优化叶片的流动性能对汽轮机的效率和性能有着重要影响。

优化叶片的气动形状，减小流体流阻和漏失，能够提高汽轮机的效率和能量利用率。

制造工艺汽轮机叶片制造工艺要求较高。

常见的制造工艺包括铸造、锻造、焊接和精密加工等。

制造工艺的选择和控制直接关系到叶片的质量和性能。

叶片结构改进与创新随着汽轮机技术的不断发展，叶片结构也在不断改进和创新。

高温涂层技术高温涂层技术可以在叶片表面形成一层陶瓷涂层，提高叶片的耐热性和耐腐蚀性能。

这种技术可以延长叶片的使用寿命，提高汽轮机的可靠性。

叶片内冷却技术叶片内冷却技术可以通过在叶片内部引入冷却气体，降低叶片的工作温度，提高叶片的耐热性能。

这种技术可以使汽轮机在高温环境下更加可靠和高效。

汽轮机动叶片一、速度级叶片中小型汽轮机的调节级一般都采用双列速度级。

双列速度级的热焓降大。

新蒸汽经过这一级后压力和温度都要下降较多,所以中小型汽轮机的调节级采用双列速度级后,可以得到以下好处:(1)在蒸汽参数,汽轮机功率相同的条件下,可使汽轮机级数减少,结构简化,而机组效率相差并不大。

(2)由于双列速度级后的蒸汽压力、温度都下降很多,所以使调节级后的高压、高温段缩短,在汽缸和转子上都能节约一定数量的贵重金属材料,降低汽轮机的造价。

(3)由于蒸汽经过双列速度级后压力下降很多,所以高压轴封结构可以简化,且漏汽损失可以减少。

尤其对小型汽轮机这是很重要的。

二、动叶和静叶间的关系1、动叶片和静叶片的高度配合动叶片应比静叶片稍高些,这是为了让蒸汽由静叶喷出后尽可能全部进入动叶中工作。

若部分汽流不能进入动叶片,则会增加碰撞和漏汽损失。

一般汽轮机中,动叶片比静叶片高2~ 6mm,但是,动叶片不能过高,因为动叶片过高,蒸汽在动叶片顶部和根部会出现涡流,并增大了静叶喷射蒸汽时的抽吸作用,即把静叶和动叶间隙中的散乱蒸汽吸入动叶中,消耗了工作蒸汽的动能,造成所谓的副流损失,如叶片过高,蒸汽在动叶片中,消耗了工作蒸汽的动能,造成所谓的副流损失。

2、叶和动叶之间的轴向间隙动、静叶间必须保持适当的间隙,否则叶片无法转动。

但是,这个轴向间隙的存在,会造成以下问题:(1)汽流在动、静叶的间隙中发生散乱现象,从而造成漏汽损失;(2)汽流抽吸此间隙中的散乱蒸汽而消耗动能,造成副流损失;(3)汽流在间隙中喷射方向的少许改变,引起蒸汽在叶片进口边的碰撞损失。

为了减少蒸汽在叶片中的涡流损失、撞击损失及尽可能更多地利用余速动能,总希望尽量使动、静叶间的间隙减小。

但是这个减小也是有条件的,它必须保证高速转动的动叶和静叶不发生摩擦、碰撞。

一般汽轮机动叶和下一级静叶间的间隙必须大于推力轴承乌金的厚度一定数值,以防止推力力轴承乌金熔化后,转子向后移动时使动、静叶碰撞而发生严重事故。