《葉輪結(jié)構(gòu)計(jì)算》PPT課件.ppt

1、第三章 轉(zhuǎn)子、葉輪結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度計(jì)算,轉(zhuǎn)子,軸、葉輪、動(dòng)葉片和聯(lián)軸器等 匯集各級(jí)動(dòng)葉柵上得到的機(jī)械能并傳給發(fā)電機(jī)（或其它機(jī)械）。 處在高溫中； 高速旋轉(zhuǎn)； 承受葉片、葉輪、主軸的離心力； 蒸汽作用的軸向推力； 溫度分布不均勻的熱應(yīng)力； 巨大的扭轉(zhuǎn)力矩； 軸系振動(dòng)。,汽輪機(jī)結(jié)構(gòu) （2）,二、轉(zhuǎn)子 鼓式轉(zhuǎn)子，輪式轉(zhuǎn)子； 輪式轉(zhuǎn)子：整鍛，套裝，組合，焊接轉(zhuǎn)子,整鍛轉(zhuǎn)子的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 整體鍛造，沒有熱套部件，消除松動(dòng)問題，啟動(dòng)和變工況適應(yīng)性好，適于在高溫下工作； 強(qiáng)度和剛度好于套裝轉(zhuǎn)子； 結(jié)構(gòu)接湊，軸向尺寸短； 機(jī)械加工和裝配量少； 缺點(diǎn)： 鍛件尺寸大工藝要求高，加工周期長(zhǎng)，質(zhì)量不易保證； 貴重材料消

2、耗大，不利于材料合理利用。,汽輪機(jī)結(jié)構(gòu) （2）,二、套裝轉(zhuǎn)子,套裝轉(zhuǎn)子： 優(yōu)點(diǎn)： 鍛件尺寸小，加工方便，質(zhì)量容易控制； 不同部件采用不同材料，合理利用； 缺點(diǎn)： 高溫下由于金屬蠕變，過盈消失，葉輪和軸之間松動(dòng)； 快速啟動(dòng)適應(yīng)性差。,整鍛轉(zhuǎn)子用于高溫區(qū)；高壓轉(zhuǎn)子； 125MW, 200MW,300MW的高壓轉(zhuǎn)子； 300MW,600MW的高，中，低壓轉(zhuǎn)子。 套裝轉(zhuǎn)子適宜中壓汽輪機(jī)或高壓汽輪機(jī)的低壓部分。 200MW的低壓轉(zhuǎn)子。,焊接轉(zhuǎn)子： 若干個(gè)葉輪和兩個(gè)端軸拼焊而成。如圖6-29. 無中心孔，可以承受很大的離心力，強(qiáng)度好； 結(jié)構(gòu)緊湊，剛度大； 鍛件尺寸??； 要求焊接工藝高，材料的焊接性能好。,

3、汽輪機(jī)結(jié)構(gòu) （2）,組合轉(zhuǎn)子： 國(guó)產(chǎn)200MW的中壓轉(zhuǎn)子,第一節(jié) 轉(zhuǎn)子和葉輪結(jié)構(gòu),一、轉(zhuǎn)子形式 汽輪機(jī)主要采用整鍛轉(zhuǎn)子，焊接轉(zhuǎn)子，套裝轉(zhuǎn)子以及組合轉(zhuǎn)子。 燃?xì)廨啓C(jī)主要采用整鍛轉(zhuǎn)子，焊接轉(zhuǎn)子，拉桿轉(zhuǎn)子。 二、葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、葉輪的工作條件和受力情況：葉輪離心力，葉片離心力，接觸應(yīng)力（套裝轉(zhuǎn)子），熱應(yīng)力，振動(dòng)應(yīng)力。 2、套裝葉輪的聯(lián)結(jié)方式： 簡(jiǎn)單過盈配合-扭矩借摩擦力和鍵傳遞 重載過盈配合-依靠中間環(huán)，徑向鍵，扭矩借摩擦力和鍵傳遞,第一節(jié) 轉(zhuǎn)子和葉輪結(jié)構(gòu),3、葉輪型線設(shè)計(jì) 按給定應(yīng)力曲線設(shè)計(jì)葉輪型線 先選擇型線，計(jì)算應(yīng)力，再修改型線 4、型線組成：輪緣，輪面，輪轂（套裝轉(zhuǎn)子） 輪緣一般等厚度 輪

4、轂一般等厚度 輪面型線：等厚度，錐形，雙曲線，等強(qiáng)度。 5、設(shè)計(jì)步驟：由葉根聯(lián)結(jié)部的型式選擇適當(dāng)?shù)妮喚壭螤詈统叽?，進(jìn)行輪緣強(qiáng)度計(jì)算，并確定輪緣上的外載荷；選擇輪面型線和輪轂尺寸。,接近空心鼓式轉(zhuǎn)子：壁厚壁直徑 小得多。 力學(xué)分析：圓環(huán)繞軸心旋轉(zhuǎn)，離心力引起圓環(huán)變形，在圓環(huán)徑向縱截面中產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力均勻分布。,第二節(jié) 旋轉(zhuǎn)薄圓環(huán)應(yīng)力計(jì)算,第二節(jié) 旋轉(zhuǎn)薄圓環(huán)應(yīng)力計(jì)算,結(jié)論： 旋轉(zhuǎn)圓環(huán)的切向應(yīng)力（徑向縱截面拉應(yīng)力）與材料 密度，圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，轉(zhuǎn)速的平方成正比。 如果考慮葉片的離心力，切向應(yīng)力還要大。 缺點(diǎn)：不適用于高轉(zhuǎn)速，大直徑轉(zhuǎn)子； 優(yōu)點(diǎn)：重量輕，抗彎剛度大。,第三節(jié) 葉輪應(yīng)力狀態(tài)和基本計(jì)算公式,

5、以圓盤葉輪代替圓環(huán)組成轉(zhuǎn)子。 圓盤任意半徑上存在徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力。 葉輪上應(yīng)力和應(yīng)變對(duì)稱于軸線。 應(yīng)力沿軸向（厚度方向）均勻分布。 軸向應(yīng)力可以忽略不計(jì)。屬于軸對(duì)稱平面應(yīng)力問題。,(3-10),(3-11),(3-14),(3-15),空心等厚度葉輪：,(3-16),(3-17),邊界條件：,計(jì)算公式：,已知內(nèi)孔和外緣處的徑向應(yīng)力,實(shí)心等厚度葉輪：,(3-18),(3-19),邊界條件：,計(jì)算公式：,等厚度葉輪應(yīng)力分析,1、等厚度葉輪應(yīng)力與葉輪厚度無關(guān)； 2、葉輪切向應(yīng)力比徑向應(yīng)力大； 3、最大應(yīng)力發(fā)生在葉輪中心（實(shí)心葉輪）或內(nèi)孔處（空心葉輪）； 4、實(shí)心葉輪在中心孔處的切向應(yīng)力與徑向應(yīng)力相

6、同。,實(shí)心葉輪應(yīng)力曲線,空心葉輪應(yīng)力曲線,切向應(yīng)力-紅色,徑向應(yīng)力-蘭色,半徑,應(yīng)力,（3-16），（3-17）的轉(zhuǎn)化 從已知內(nèi)孔、外緣的徑向應(yīng)力變?yōu)橐阎獌?nèi)孔（外緣）的徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力,變厚度葉輪應(yīng)力計(jì)算,實(shí)際葉輪應(yīng)力計(jì)算的關(guān)鍵問題,相鄰兩段交界處應(yīng)力計(jì)算,第一次計(jì)算 ：,葉輪以工作轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn),設(shè)為任意值,邊界條件：,計(jì)算過程：,1、根據(jù)第一段等厚度葉輪內(nèi)徑處應(yīng)力計(jì)算外徑處應(yīng)力,兩次計(jì)算法：,2、根據(jù)第一段等厚度葉輪外徑處應(yīng)力計(jì)算第二段內(nèi)徑處應(yīng)力,3、根據(jù)第二段等厚度葉輪內(nèi)徑處應(yīng)力計(jì)算外徑處應(yīng)力,4、根據(jù)第二段等厚度葉輪外徑處應(yīng)力計(jì)算第三段內(nèi)徑處應(yīng)力,直至計(jì)算到葉輪外徑處應(yīng)力,由于外徑處的徑

7、向應(yīng)力已知，如果第一次計(jì)算出的外徑徑向應(yīng)力等于已知的值，則假設(shè)的內(nèi)徑處切向應(yīng)力為正確值； 如果第一次計(jì)算出的外徑徑向應(yīng)力不等于已知的值，則需要進(jìn)行第二次計(jì)算。,第一次計(jì)算使用了正確的內(nèi)孔處徑相應(yīng)力和轉(zhuǎn)速和假設(shè)的內(nèi)孔處切相應(yīng)力，第二次計(jì)算僅為考察內(nèi)孔處切相應(yīng)力對(duì)計(jì)算造成的影響。,第二次計(jì)算 ：,由于通過葉輪內(nèi)孔和外徑處的徑向應(yīng)力就可以計(jì)算出葉輪各個(gè)半徑處的應(yīng)力，而二次計(jì)算中內(nèi)孔的徑向應(yīng)力為準(zhǔn)確值，因此兩次計(jì)算中的誤差是由外徑處的徑向應(yīng)力誤差引起的。,葉輪轉(zhuǎn)速n=0,設(shè)為任意值,邊界條件：,計(jì)算過程與第一次計(jì)算相同，直至計(jì)算到葉輪外徑處應(yīng)力,應(yīng)力疊加 ：,真實(shí)應(yīng)力計(jì)算 ：,修正系數(shù),任意半徑處真實(shí)

8、應(yīng)力值,已知：密度 7820kg/m3 泊松比 0.3 轉(zhuǎn)速 3000 r/min 外徑 417.25mm，徑向應(yīng)力 24.81Mpa 內(nèi)徑 50mm， 徑向應(yīng)力 0 厚度 140mm（ 50-280mm） 40 mm ( 280-417.25mm) 求：半徑 0.05 , 0.15 , 0.28 , 0.35 , 0.41725m上的應(yīng)力,實(shí)際變厚度葉輪計(jì)算,1、在葉輪上將要計(jì)算的半徑劃為不同厚度段的交界處； 2、使用二次計(jì)算法計(jì)算。 對(duì)于實(shí)心葉輪，第一次計(jì)算與第二次計(jì)算的假設(shè)條件只差轉(zhuǎn)速。由內(nèi)向外計(jì)算較好。,計(jì)算：變厚度葉輪應(yīng)力,轉(zhuǎn)速：5600轉(zhuǎn)/分；密度8000kg/m3； 外緣應(yīng)力：50 MN/m2；內(nèi)孔應(yīng)力 ：10 MN/m2 求半徑 80，120，160mm處應(yīng)力。,寬y：30； R：160,寬：60；R：80,泊松比 0.3,葉輪平衡孔處應(yīng)力計(jì)算,平衡