華電保定汽輪機(jī)原理ppt5

1、5 汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度校核汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度校核第一節(jié) 汽輪機(jī)零件強(qiáng)度校核概述第二節(jié) 汽輪機(jī)葉片強(qiáng)度計(jì)算*第三節(jié) 汽輪機(jī)葉輪靜強(qiáng)度概念*第四節(jié) 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子零件材料及靜強(qiáng)度條件*第五節(jié) 汽輪機(jī)靜子零件的靜強(qiáng)度*第六節(jié) 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度第七節(jié) 葉輪振動(dòng)*第八節(jié) 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)第九節(jié) 汽輪機(jī)主要零件的熱應(yīng)力及汽輪機(jī)壽命管理*5 汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度校核汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度校核一、零件強(qiáng)度校核的目的、分析計(jì)算的要素與分類一、零件強(qiáng)度校核的目的、分析計(jì)算的要素與分類 目的：目的：對(duì)汽輪機(jī)零件進(jìn)行靜，動(dòng)強(qiáng)度校核，確定汽輪機(jī)安全運(yùn)行的工況范圍及應(yīng)該控制的極限值，為保證在所有工況下機(jī)組能安全可靠運(yùn)行提供理論依據(jù)。

2、 汽輪機(jī)本體零件分為轉(zhuǎn)子（主要有葉片、葉輪、主軸、圍帶、拉金、聯(lián)軸器、和緊固件）和靜子(汽缸、隔板套、隔板、噴嘴、汽封、滑銷系統(tǒng)以及一些緊固零件)兩部分。分類：靜強(qiáng)度分類：靜強(qiáng)度-外力和應(yīng)力或應(yīng)變的大小及方向不隨時(shí)間而變，即靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)力或應(yīng)力。如動(dòng)葉上的離心應(yīng)力和汽流彎曲應(yīng)力，轉(zhuǎn)子和汽缸的熱應(yīng)力等。強(qiáng)度分析計(jì)算的要素強(qiáng)度分析計(jì)算的要素：工程材料的強(qiáng)度是指抵抗外力產(chǎn)生的某種應(yīng)力或應(yīng)變的能力。汽輪機(jī)零件的強(qiáng)度指在外力作用下，零件內(nèi)部所產(chǎn)生的某幾種應(yīng)力或應(yīng)變與組成零件材料所能抵抗這幾種應(yīng)力或應(yīng)變的能力。外力、應(yīng)力或應(yīng)變和材料的許用極限成為強(qiáng)度分析、計(jì)算的三要素。5.1 汽輪機(jī)零件強(qiáng)度校核概述汽輪機(jī)

3、零件強(qiáng)度校核概述動(dòng)強(qiáng)度動(dòng)強(qiáng)度-外力和應(yīng)力或應(yīng)變的大小及方向隨時(shí)間而變，特別是慣性 質(zhì)量對(duì)部件運(yùn)動(dòng)的影響。如動(dòng)葉和轉(zhuǎn)子的振動(dòng)等。二、汽輪機(jī)零件的主要應(yīng)力應(yīng)變類型二、汽輪機(jī)零件的主要應(yīng)力應(yīng)變類型拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力-如動(dòng)葉上的離心拉伸應(yīng)力。彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力-動(dòng)葉上的汽流彎曲應(yīng)力，轉(zhuǎn)子、圍帶等彎曲應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力-轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，長(zhǎng)葉片扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力-葉根銷釘?shù)鹊募羟袘?yīng)力。基本方法基本方法-利用力學(xué)基本理論，分析特定環(huán)境下各零件的受力特征，由受力截面的幾何參數(shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的應(yīng)力或應(yīng)變狀態(tài)，然后根據(jù)工作條件選定材料的機(jī)械性能參數(shù)，計(jì)算出最大受力工況、最大應(yīng)力水平所對(duì)應(yīng)的屈服、蠕變和持久強(qiáng)度

4、的三個(gè)安全系數(shù)。屈服強(qiáng)度-金屬材料在受力較大時(shí)，可能產(chǎn)生塑性變形，稱為屈服現(xiàn)象。試件受拉力時(shí)的應(yīng)力值，稱為材料的屈服強(qiáng)度蠕變是指金屬材料在應(yīng)力和高溫的雙重作用下產(chǎn)生的緩慢而連續(xù)的塑性變形蠕變極限是高溫長(zhǎng)期載荷作用下材料對(duì)塑性變形抗力的指標(biāo)。持久強(qiáng)度是材料在高溫長(zhǎng)期載荷作用下抵抗斷裂的能力。 5.1 汽輪機(jī)零件強(qiáng)度校核概述汽輪機(jī)零件強(qiáng)度校核概述5.1 汽輪機(jī)零件強(qiáng)度校核概述汽輪機(jī)零件強(qiáng)度校核概述(作業(yè)作業(yè))1.試述零件強(qiáng)度校核的目的。2.2.強(qiáng)度分析、計(jì)算的三個(gè)主要因素是什么？5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度一、葉片動(dòng)強(qiáng)度概念一、葉片動(dòng)強(qiáng)度概念 葉片的自振頻率：葉片是一個(gè)彈性體，若外

5、力迫使其離開(kāi)原平衡位置，一旦外力除去，則葉片在平衡位置兩側(cè)作往復(fù)自由震動(dòng)，其振動(dòng)頻率為葉片的自振頻率，與尺寸、材料性質(zhì)以及兩端固定的方式有關(guān)是葉片的固有特性。 周期性的激振力導(dǎo)致葉片振動(dòng)，所以葉片是在振動(dòng)狀態(tài)下工作的，當(dāng)葉片的自振頻率等于脈沖激振力頻率或其整數(shù)倍時(shí)，葉片發(fā)生共振，振幅很大，產(chǎn)生很大的交變動(dòng)應(yīng)力。 運(yùn)行試驗(yàn)表明，在汽輪機(jī)事故中，葉片損壞占相當(dāng)大的比重，其中又以葉片振動(dòng)損壞為主。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，葉片事故約占汽輪機(jī)事故25%25%以上；據(jù)國(guó)內(nèi)19771977年對(duì)11561156臺(tái)汽輪機(jī)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生葉片損壞或斷裂事故者約占31.7%31.7%。二、激振力產(chǎn)生的原因及其頻率計(jì)算二、激振力產(chǎn)生的

6、原因及其頻率計(jì)算 葉片的激振力由級(jí)中汽流流場(chǎng)不均勻所致的。而造成流場(chǎng)不均勻的原因：一是葉柵尾跡擾動(dòng)，即汽流繞流葉柵時(shí)，由于附面層的存在，葉柵流速度近于零，附面層以外汽流速度為主流區(qū)速度，當(dāng)汽流流出葉柵時(shí)在出口邊形成尾跡，所以在動(dòng)靜葉柵間隙中汽流的速度和壓力沿圓周向分布是不均勻的；另一是結(jié)構(gòu)擾動(dòng)，如部分進(jìn)汽、抽汽口、進(jìn)排汽管以及葉柵節(jié)距有一偏差等原因引起流場(chǎng)不均勻，都將對(duì)葉片產(chǎn)生周期性的激振力，因而使葉片發(fā)生振動(dòng)。以頻以頻率高低來(lái)分，激振力分為低頻激振力和高頻激振力兩大類。率高低來(lái)分，激振力分為低頻激振力和高頻激振力兩大類。當(dāng)葉片自振頻率與激振力頻率相等時(shí)，無(wú)論激振力是脈沖形式還是簡(jiǎn)諧形式，都會(huì)

7、使葉片發(fā)生共振。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度對(duì)稱激振力對(duì)稱激振力-引起汽流的擾動(dòng)的因素在圓周向是對(duì)稱分布的，則低頻激振力頻率為： 低頻激振力低頻激振力 低頻激振力產(chǎn)生的原因個(gè)別噴嘴損壞或加工尺寸偏差，使出口邊緣厚度不均勻，造成出口流場(chǎng)不均勻；上下隔板結(jié)合面處噴嘴錯(cuò)位造成出口流場(chǎng)分布不均；抽汽口、排汽口造成局部區(qū)域汽流速度分布不均勻；隔板加強(qiáng)筋或肋造成噴嘴出口流場(chǎng)分布不均勻；噴嘴部分進(jìn)汽，葉片間斷性受力。 低頻激振力頻率計(jì)算非對(duì)稱激振力非對(duì)稱激振力-引起汽流的擾動(dòng)的因素在圓周向是非對(duì)稱分布的，則低頻激振力頻率為：exfkn4exfn5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 高

8、頻激振力高頻激振力 高頻激振力是由噴嘴尾跡引起的，它使噴嘴出口流速沿圓周向分布不均。全周進(jìn)汽的級(jí)部分進(jìn)汽的級(jí)exnfz nexnfz n， 是級(jí)的噴嘴數(shù)， =4090， 稱為當(dāng)量噴嘴數(shù)nznznnzze三、葉片與葉片組的振型三、葉片與葉片組的振型 葉片的振動(dòng)類型分為分為兩大類：一類是彎曲振動(dòng)，包括切向和軸向彎曲振動(dòng)；另一類是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。 單個(gè)葉片的振型單個(gè)葉片的振型 單個(gè)葉片彎曲振動(dòng)單個(gè)葉片彎曲振動(dòng)5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 切向振動(dòng)切向振動(dòng)葉片沿最大主慣性軸(繞最小主慣性軸方向,即與軸向成某一角度)的振動(dòng)稱為切向振動(dòng)。若葉片在激振力作用下振動(dòng)，其頂端也振動(dòng)，統(tǒng)稱為A型振動(dòng)。若

9、葉片在激振力作用下其葉身振動(dòng)，頂端不振動(dòng)，統(tǒng)稱為B型振動(dòng)。根據(jù)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的多少，依次稱為： 型振動(dòng)。其中A0型最危險(xiǎn)，B0型次之。012012BBBAAA 、 、5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 軸向振動(dòng)軸向振動(dòng) 葉片繞最大主慣性軸(即振幅沿最小主慣性軸方向)的振動(dòng)稱為軸向振動(dòng)。由于軸向慣性矩大，振動(dòng)頻率高，一般不易出現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)的軸向振動(dòng)，但軸向振動(dòng)易與葉輪振動(dòng)聯(lián)系在一起，可能不利于安全運(yùn)行。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度葉片扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是指葉片在 激振力作用下，其截面繞 徑向線(又稱節(jié)線)所作的 往復(fù)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種振動(dòng) 通常在長(zhǎng)葉級(jí)中出現(xiàn)。在 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中，可能出現(xiàn)一 條或多

10、條節(jié)線，根據(jù)出現(xiàn) 單個(gè)葉片扭轉(zhuǎn)振動(dòng)單個(gè)葉片扭轉(zhuǎn)振動(dòng)*1 葉片組的振型葉片組的振型5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度用圍帶或拉筋連接成組的葉片組振動(dòng)， 也可以分為彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)兩種 類型。 葉片組彎曲振動(dòng)葉片組彎曲振動(dòng)葉片組的彎曲振動(dòng)同樣分切向振動(dòng)和 軸向振動(dòng)兩類： 切向振動(dòng)切向振動(dòng)與單個(gè)葉片的相同，根據(jù)葉片頂部 是否振動(dòng)也分為A型B型兩種。同樣，123TTT 、 、型振動(dòng)。節(jié)線的多少可將其分別稱為5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度對(duì)于B型振動(dòng)，沒(méi)有節(jié)點(diǎn)的B0型振動(dòng)最危險(xiǎn)。若葉片組中心線兩側(cè)等距離的葉片振動(dòng)相位雙雙相反，稱為B01型振動(dòng)；若葉片組中心線兩側(cè)等距離的葉片振動(dòng)

11、相位雙雙相同，稱為B02型振動(dòng)。 軸向振動(dòng)軸向振動(dòng)當(dāng)葉片組作軸向振動(dòng)時(shí)，同組中兩部分葉片各作反方向振動(dòng)，圍帶上出現(xiàn)不振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)，如圖：這種振動(dòng)往往與葉輪的振動(dòng)類型有關(guān)，且每一葉片的振動(dòng)同時(shí)伴隨有葉片的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。012012BBBAAA 、 、型振動(dòng)。其中A0型最危險(xiǎn)。根據(jù)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的多少，依次稱 葉片組扭轉(zhuǎn)振動(dòng)葉片組扭轉(zhuǎn)振動(dòng)葉片組扭轉(zhuǎn)振動(dòng)也分為兩類：一類是組內(nèi)各個(gè)葉片的扭振，又稱節(jié)線扭振，圖(c)、(d)、(e)所示分別為單節(jié)線、雙節(jié)線與三節(jié)線扭振；另一類是葉片組扭振，又稱節(jié)點(diǎn)扭振，圖(a)、(b)分別為單節(jié)點(diǎn)振動(dòng)與雙節(jié)點(diǎn)振動(dòng)，其為軸向振動(dòng)中伴隨出現(xiàn)的各葉片的扭振。 四、葉片自振頻率四、葉片自振

12、頻率葉片是連續(xù)質(zhì)量分布的彈性體,有無(wú)窮多個(gè)自振頻率。自振頻率的大小，與葉片的截面形狀I(lǐng)、材料機(jī)械特性E、密度等有關(guān)。要改變自頻率，應(yīng)著重于改變?nèi)~片的抗彎剛度和材料的線密度。靜頻率靜頻率f f -葉片在靜力場(chǎng)中的自振頻率稱靜頻率。動(dòng)頻率動(dòng)頻率f fd d- -葉片在旋轉(zhuǎn)力場(chǎng)中的自振頻率稱動(dòng)頻率。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度整圈自鎖阻尼長(zhǎng)葉片整圈自鎖阻尼長(zhǎng)葉片動(dòng)靜頻率關(guān)系動(dòng)靜頻率關(guān)系-離心力使葉片自振頻率升高，故同階次的動(dòng)頻率高于靜頻率，但隨著階次的增高，動(dòng)頻率與靜頻率的差異縮小。動(dòng)頻率計(jì)算公式：式中：n是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；Bb是葉片的動(dòng)頻系數(shù)。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)

13、度圍帶、拉筋的影響圍帶、拉筋的影響 圍帶和拉筋產(chǎn)生的反彎矩阻止葉片彎曲，增大葉片抗彎剛度，將使葉片的自振頻率升高。但圍帶和拉筋的慣性質(zhì)量又使葉片的自振頻率降低。 機(jī)理分析: 圍帶和拉筋對(duì)葉片自振頻率的影響，是剛度增大為剛度增大為主還是慣性增大為主主還是慣性增大為主? ?主要取決于圍帶和拉筋處的位移和轉(zhuǎn)角主要取決于圍帶和拉筋處的位移和轉(zhuǎn)角。位移大，產(chǎn)生的加速度大,則慣性影響較大；轉(zhuǎn)角大,反彎矩大，則剛性影響較大。因此，圍帶和拉筋對(duì)葉片自振頻率的影響，對(duì)不同振型其影響的程度是不同的。由于慣性力正比于自振頻率的平方，附著振動(dòng)階次升高，慣性的影響將增強(qiáng)，故對(duì)高階振型圍帶使自振頻率降低,所控制范圍擴(kuò)大。

14、用圍帶或拉筋的質(zhì)量與單葉片質(zhì)量比，22dbffB n以及葉片組反彎矩系數(shù)來(lái)描述葉片組自振頻率與單葉片自振頻率的關(guān)系。拉筋不同高度對(duì)葉片自振頻率的影響拉筋不同高度對(duì)葉片自振頻率的影響 葉片不同高度處，位移和轉(zhuǎn)角是不同的，因此拉筋位置不同，對(duì)葉片自振頻率的影響是不同的。對(duì)A0型振動(dòng)，拉筋從根部上升時(shí)，振動(dòng)的位移和轉(zhuǎn)角隨之增大，但轉(zhuǎn)角增大強(qiáng)于位移，即拉筋的剛性增大的貢獻(xiàn)大于慣性，自振頻率上升；拉筋位置繼續(xù)上移時(shí)，位移增大逐漸強(qiáng)于轉(zhuǎn)角增大，慣性增大的貢獻(xiàn)逐漸強(qiáng)于剛性，在拉筋上移到62.5后，慣性增大占主居地位，自振頻率由最高值開(kāi)始下降。由于拉筋的剛性較強(qiáng)，即使拉筋到達(dá)葉頂處，通常拉筋葉片組的自振頻率仍

15、高于單葉片。但如果拉筋的牢固性系數(shù)不大時(shí)，也有可能小于單葉片。 對(duì)于A1型振動(dòng)，由于存在節(jié)線，該處的位移為零，如果拉筋的剛度不是很大，拉筋移到該處時(shí)，慣性的貢獻(xiàn)為零，剛性的貢獻(xiàn)接近于零，故自振頻率與單葉片基本相同。 5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度五、葉片頻率的測(cè)定五、葉片頻率的測(cè)定葉片頻率的測(cè)定分動(dòng)頻率和靜頻率測(cè)定兩類。 葉片靜頻率測(cè)定葉片靜頻率測(cè)定 葉片靜頻率的測(cè)定是指在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)定葉片的自振頻率值，常用自振法和共振法兩種測(cè)定方法。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 葉片靜頻率的測(cè)定是指在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)定葉片的自振頻率值，常用自振法和共振法兩種測(cè)定

16、方法。 自振法自振法其測(cè)頻的原理如圖所示。用橡皮小錘輕擊葉片，使被測(cè)葉片發(fā)生自由振動(dòng)，用拾振器將葉片振動(dòng)的機(jī)械量轉(zhuǎn)換為與葉片振動(dòng)頻率相等的電信號(hào)，送至示波器y軸，或?qū)㈦娦盘?hào)放大后輸入y軸，同時(shí)將音頻信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)輸至示波器x軸，兩個(gè)輸入信號(hào)在示波器內(nèi)合成。x軸與y軸輸入電信號(hào)的相位差和頻率比不同時(shí)，在熒光屏上顯示不同的圖形。當(dāng)x軸頻率與y軸頻率之比為整數(shù)倍時(shí)，在熒光屏上顯示李沙茹圖，由音頻信號(hào)發(fā)生器的頻率值及李沙茹圖得知頻率比。實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)音頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，使熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的橢圓或圓，這時(shí)，音頻信號(hào)發(fā)生器的頻率就是被測(cè)葉片的自振頻率。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 共

17、振法其測(cè)量原理如圖所示。由音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率信號(hào)分別送至示波器、數(shù)字頻率計(jì)及功率放大器，音頻信號(hào)經(jīng)功率放大后送至激振器，在激振器內(nèi)，音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為拉桿的機(jī)械振動(dòng)。因拉桿與被測(cè)葉片固定在一起，所以被測(cè)葉片隨之發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)。當(dāng)音頻信號(hào)發(fā)生器輸出的電信號(hào)頻率與葉片某階自振頻率相等時(shí)，葉片發(fā)生共振，被測(cè)葉片振幅達(dá)最大值。拾振器將葉片振動(dòng)的機(jī)械量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，送至示波器y軸，根據(jù)李沙茹圖和數(shù)字頻率計(jì)讀數(shù)，便可確定葉片的自振頻率。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 葉片動(dòng)頻率的測(cè)定葉片動(dòng)頻率的測(cè)定普通采用無(wú)線電遙測(cè)方法測(cè)定動(dòng)頻率，其測(cè)量系統(tǒng)框圖如圖所示，系統(tǒng)由接收和發(fā)送兩部分組成。發(fā)送

18、部分通過(guò)貼在葉片上的應(yīng)變片或晶體片感受葉片振動(dòng)信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻放大后輸至射頻壓控振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制，并以調(diào)頻波向空間發(fā)射。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度六、葉片動(dòng)強(qiáng)度的安全準(zhǔn)則和調(diào)頻六、葉片動(dòng)強(qiáng)度的安全準(zhǔn)則和調(diào)頻1. 1. 概述：概述：舊準(zhǔn)則：蘇聯(lián)1941年第三屆葉片與葉輪會(huì)議通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)。新準(zhǔn)則：我國(guó)1980年完成的汽輪機(jī)葉片振動(dòng)強(qiáng)度安全準(zhǔn)則。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度接收部分利用裝在發(fā)射機(jī)附近的在汽缸內(nèi)部的天線接收信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)高頻電纜引出汽缸，至調(diào)頻接收機(jī)被放大和解調(diào)還原為應(yīng)變片頻率信號(hào)，然后輸入光線錄波器和磁帶錄波儀。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定葉片的動(dòng)

19、頻率。 *2主要特點(diǎn)：采用表征葉片抵抗疲勞破壞能力的安全倍率Ab這一概念；采用葉片材料在靜動(dòng)載荷聯(lián)合作用下的耐振強(qiáng)度 來(lái)衡量葉片的動(dòng)強(qiáng)度，并考慮了實(shí)際葉片工作條件對(duì)耐振強(qiáng)度以及靜應(yīng)力（蒸汽彎應(yīng)力）的影響。體現(xiàn)了動(dòng)靜應(yīng)力聯(lián)合承載的觀點(diǎn)。*a 葉片振動(dòng)的主振型葉片振動(dòng)的主振型 工程上根據(jù)激勵(lì)力的諧波特征和葉片自振頻率的分布，將實(shí)際中對(duì)葉片運(yùn)行安全影響較大的振型稱之為主振型。三種最危三種最危險(xiǎn)共振險(xiǎn)共振切向A0型振動(dòng)的動(dòng)頻率與低頻激振力頻率 合拍時(shí)的共振，稱為第一種共振。切向B0型振動(dòng)的動(dòng)頻率與高頻激振力頻率 相等時(shí)的共振，稱為第二種共振。切向A0型振動(dòng)的動(dòng)頻率與 相等時(shí)的共振，稱為第三種共振。kn

20、nz nnz n5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 調(diào)頻葉片與不調(diào)頻葉片調(diào)頻葉片與不調(diào)頻葉片調(diào)頻葉片調(diào)頻葉片-對(duì)有些葉片要求其某個(gè)主振型頻率避開(kāi)某類激振力頻率才能安全運(yùn)行，這個(gè)葉片對(duì)這一主振型，稱為調(diào)頻葉片。不調(diào)頻葉片-對(duì)有些葉片允許其某個(gè)主振型頻率與某類激振力頻率合拍而處與共振狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行，不會(huì)導(dǎo)致葉片疲勞破壞，這個(gè)葉片對(duì)這一主振型，稱為不調(diào)頻葉片。注：注：對(duì)一具體葉片，它具有各種振型，對(duì)某一主振型對(duì)一具體葉片，它具有各種振型，對(duì)某一主振型為不調(diào)頻葉片，對(duì)另一主振型，稱為調(diào)頻葉片。為不調(diào)頻葉片，對(duì)另一主振型，稱為調(diào)頻葉片。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 耐振強(qiáng)度耐振

21、強(qiáng)度 表示材料在承受動(dòng)靜應(yīng)力時(shí)的一種機(jī)械性能。*a5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度在某一溫度和某一靜應(yīng)力下，對(duì) 無(wú)缺口試件在空氣環(huán)境中，做“彎-彎”實(shí)驗(yàn)，循環(huán)10107 7次不破壞可承受的最大動(dòng)應(yīng)力 ， 又稱耐振強(qiáng)度。它與靜應(yīng)力有關(guān)。6*a*a 安全倍率安全倍率表征葉片抵抗疲勞破壞能力的系數(shù)、耐振強(qiáng)度和蒸汽彎曲應(yīng)力修正值之比。(5.6.49)*.abs bA5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度新準(zhǔn)則對(duì)不同振型所推薦的許用安全倍率值如下：對(duì)A0型振動(dòng)與kn共振的不調(diào)頻葉片，Ab值見(jiàn)下表。當(dāng)k=2時(shí)（有時(shí)當(dāng)k=3時(shí)），不采用不調(diào)頻葉片，而是用調(diào)頻葉片避開(kāi)共振，確保葉片安全運(yùn)行。

22、4.4710324.185.066.253.712111094k3.83.94.07.8Ab不調(diào)頻葉片不調(diào)頻葉片A A0 0型振動(dòng)的型振動(dòng)的A Ab b值值 不調(diào)頻葉片安全準(zhǔn)則不調(diào)頻葉片安全準(zhǔn)則(5.6.50)Ab許用安全倍率，葉片安全與危險(xiǎn)的界限值。*.abbs bAA 葉片安全準(zhǔn)則葉片安全準(zhǔn)則5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 調(diào)頻葉片的安全準(zhǔn)則調(diào)頻葉片的安全準(zhǔn)則長(zhǎng)期安全運(yùn)行滿足條件頻率避開(kāi)一安全范圍Ab Ab，比不調(diào)頻葉片的Ab小葉片頻率分散度-最大與最小自振頻率差與平均值比的百分率。一般要求最大分散度小于8%。 A A0 0型頻率與型頻率與knkn的避開(kāi)要求的避開(kāi)要求1117

23、.5dfknHz227.5dknfHz對(duì)B0型振動(dòng)與znn共振的不調(diào)頻葉片，取Ab=10。對(duì)A0型振動(dòng)與znn共振的不調(diào)頻葉片，全周進(jìn)汽級(jí)的Ab=45，部分進(jìn)汽級(jí)的Ab=55。maxminmaxmin100%2fffff B B0 0型振動(dòng)頻率與型振動(dòng)頻率與z zn nn n的避開(kāi)要求的避開(kāi)要求當(dāng)要求某葉片的動(dòng)頻率避開(kāi)高頻激振力頻率時(shí)，該葉片的靜頻率已經(jīng)很高，動(dòng)頻率和靜頻率很接近，可認(rèn)為f= ，所以新標(biāo)準(zhǔn)中用靜頻率代替動(dòng)頻率。B0型頻率避開(kāi)率的要求如下：(5.6.53)5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度上式說(shuō)明在 轉(zhuǎn)速下，葉片頻率與激振力頻率的頻率差必須大于7.5Hz，才能滿足避開(kāi)要

24、求。12nn與11100%15%nnfz nfz n22100%12%nnz nffz n22dbffB n若葉片組B0型振動(dòng)的Ab值是小于10的較大值，如Ab=49，則對(duì)B0型振動(dòng)的調(diào)頻葉片頻率避開(kāi)率，推薦用下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：118bfA215bfA(5.6.54) 葉片調(diào)頻葉片調(diào)頻葉片調(diào)頻設(shè)計(jì)的總目標(biāo)，是在機(jī)組主要運(yùn)行范圍內(nèi)，葉片的自振頻率偏離激勵(lì)力的頻率一定范圍，保證葉片運(yùn)行安全。一般說(shuō)來(lái)，凡是能影響葉片頻率的諸因素，都可作為調(diào)頻手段。下面是電廠常用的幾種調(diào)頻方法。5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度 重新安裝葉片、改善安裝質(zhì)量 增加葉片與圍帶或拉筋的連接牢固度 加大拉筋直徑或改

25、用空心拉筋 增加拉筋數(shù)目 改變成組葉片數(shù)目 增設(shè)拉筋或圍帶 葉頂鉆孔 采用長(zhǎng)弧圍帶5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度5.6 汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度（作業(yè)）汽輪機(jī)葉片的動(dòng)強(qiáng)度（作業(yè)）1.畫(huà)出單個(gè)葉片切向振動(dòng)的振型。2.試述最危險(xiǎn)共振為哪三種？3.解釋調(diào)頻葉片和不調(diào)頻葉片。4.電廠常用調(diào)頻方法。 5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子振動(dòng)類型：橫向振動(dòng)、軸向振動(dòng)（躥軸）、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。一、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)一、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng) 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速概念轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速概念 概念：概念：?jiǎn)?dòng)或停機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)振幅峰值的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子臨界速度，由低到高依次為第一、二、階臨界轉(zhuǎn)速，并用nc

26、1、nc2、表示。以汽輪機(jī)的工作轉(zhuǎn)速高于還是低于第一臨界轉(zhuǎn)速分類，把轉(zhuǎn)子分為撓性轉(zhuǎn)子和剛性轉(zhuǎn)子兩大類， 的轉(zhuǎn)子稱為撓性轉(zhuǎn)子， 的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。01cnn01cnn若撓性轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速介于 之間，則臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足下列安全要求：12ccnn與1021.40.7ccnnn對(duì)剛性轉(zhuǎn)子、第一臨界轉(zhuǎn)速一般應(yīng)為101.25 1.8cnn 單個(gè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)子的橫向自振頻率單個(gè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)子的橫向自振頻率 物理意義：物理意義：轉(zhuǎn)子彈性恢復(fù)力等于轉(zhuǎn)子離心力時(shí)，偏心力無(wú)彈性力平衡，只靠阻尼力，出現(xiàn)最大振幅。*3根據(jù)轉(zhuǎn)子振動(dòng)中彈性恢復(fù)力和慣性力平衡的關(guān)系得：220d xkxmd令：211ppkkmm或(5.8.1)(5.8.

27、2)5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng) 轉(zhuǎn)子自由振動(dòng)的振幅A與相位角，初位移x0和初速度 有關(guān)。令 而轉(zhuǎn)子的自振頻率只與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和剛度系數(shù)有關(guān)，與初始條件無(wú)關(guān)，即與激振力大小無(wú)關(guān)，由式（5.8.2）得自振頻率計(jì)算式：其解為：1cospxA (5.8.4)式中 -轉(zhuǎn)子一價(jià)自振圓頻率1p設(shè) 時(shí)， ， ，可解得：00 xx022001pAx001tanpx 5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)(5.8.5)00000Ax時(shí)，則，1131148222pkEIfmml0 單個(gè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)單個(gè)圓盤(pán)轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振

28、動(dòng) 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與其軸線幾何中心之間總會(huì)有偏心距e存在，當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心產(chǎn)生的離心力作用在轉(zhuǎn)子上，使軸產(chǎn)生彈性變形，造成轉(zhuǎn)子發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)。運(yùn)動(dòng)微分方程：222cosxd xmk xmetd222sinyd ymk ymetd設(shè)在系統(tǒng)橫向各向同性，即 ，則上兩式的解xykkk12cossincosppxxccA 34cossinsinppyyccA cosxxAsinyyA對(duì)上式進(jìn)行簡(jiǎn)化得（5.8.8）S點(diǎn)在x、y軸方向的運(yùn)動(dòng)微分方程式：5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)22222xypm eeAAAArkm將上式代入原方程：2

29、2xxmeAkm22yymeAkm兩種運(yùn)動(dòng)的合成為：5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng) 無(wú)阻尼轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅頻特性與臨界轉(zhuǎn)速無(wú)阻尼轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅頻特性與臨界轉(zhuǎn)速00A，00()pAe，與 同向()pA，無(wú)阻尼時(shí)22222()()ppm AekAeAk m 把某些介質(zhì)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)及振動(dòng)產(chǎn)生的阻礙作用稱為阻尼。阻尼的存在對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)起著抑制和衰減的作用。 ）： ）： ）： ）：Ae ，(自動(dòng)定心)有阻尼時(shí)的幅頻特性有阻尼時(shí)的幅頻特性 運(yùn)動(dòng)微分方程：222cosxxd xdxmck xmedd222sinyyd ydymck ymedd 沒(méi)有力平衡，振幅被放大，在與有阻尼的情況下，因阻尼力平

30、衡的作用，振幅達(dá)到一個(gè)極值，極值大小決定于阻尼。 臨界轉(zhuǎn)速(另一定義):偏心力引起的激振力頻率等于橫向自振力頻率。5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)22222212pppeA222arctan1pp在 取不同值時(shí)， 的關(guān)系曲線：（圖）A與）：）：）：）：00A，00()pAe時(shí)，與 同向2peA時(shí)，Ae ，如各向同性， ， 。解：令xycccxykkk2ccc ccmk阻尼系數(shù)，cosxAsinyA222arctan1pp）： ，所以有阻尼時(shí)，轉(zhuǎn)子振幅極大值對(duì)應(yīng)的臨界角速度 。 5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)max2111 2

31、pAp時(shí)，1cp 單圓盤(pán)轉(zhuǎn)子的相頻特性單圓盤(pán)轉(zhuǎn)子的相頻特性22cosmAmekA2sinmecA解得：）：）：）：）：00，002p，2p，2p，）： ， 轉(zhuǎn)子找動(dòng)平衡兩個(gè)線形條件轉(zhuǎn)子找動(dòng)平衡兩個(gè)線形條件 *4在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、阻尼系數(shù)一定時(shí)： 轉(zhuǎn)子振動(dòng)振幅與不平衡質(zhì)量大小成正比； 偏心離心力超前振幅的相位角為一常數(shù)。 5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng) 剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡原理及剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡原理及模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)系統(tǒng)說(shuō)明說(shuō)明二、汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭振二、汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭振 汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系扭振原因是軸承中心，轉(zhuǎn)子軸心，旋轉(zhuǎn)中心三者不在同一直線上。電網(wǎng)和汽輪發(fā)電機(jī)組的非正常運(yùn)行都可能導(dǎo)致軸系扭振，其中次同步共振、超同步共振以及短路引起的扭振對(duì)軸系的威脅最大。5.8 汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)一一) ) 電網(wǎng)與汽輪發(fā)電機(jī)組的非正常運(yùn)行方式電網(wǎng)與汽輪發(fā)電機(jī)組的非正常運(yùn)行方式 1.1.第一類非正常運(yùn)行方式第一類非正常運(yùn)行方式 在失磁異步運(yùn)行、電壓及頻率偏差、強(qiáng)行勵(lì)磁、正相運(yùn)行以調(diào)峰等非正常方式下運(yùn)行，發(fā)電機(jī)氣隙中電磁力矩基本上不