汽轮机结构及零件强度

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1、1第四章 汽轮机结构及零件强度哈尔滨工程大学核科学与技术学院2n 汽轮机本体由转动部分和静止部分组成。汽轮机本体由转动部分和静止部分组成。 转动部分称为转子，主要部件有动叶片、主轴和叶轮（反转动部分称为转子，主要部件有动叶片、主轴和叶轮（反动式汽轮机为转鼓）、联轴器等；动式汽轮机为转鼓）、联轴器等； 静止部分称为静子，主要部件有汽缸、隔板、轴承和汽封静止部分称为静子，主要部件有汽缸、隔板、轴承和汽封等。等。n 作用：蒸汽动能转换成转子机械能的重要部件。作用：蒸汽动能转换成转子机械能的重要部件。n 要求：良好的流动特性，足够的强度和完善的振动特性。要求：良好的流动特性，足够的强度和完善的振动特性

2、。第一节 动叶片3一、动叶片的结构一、动叶片的结构 动叶片由叶型、叶根、叶顶三部分组成。动叶片由叶型、叶根、叶顶三部分组成。（一）叶型（一）叶型 叶型是动叶片的基本部分，相邻叶片的叶型部分构成通道。叶型是动叶片的基本部分，相邻叶片的叶型部分构成通道。（二）叶根部分（二）叶根部分 叶根部分是将动叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。叶根部分是将动叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。1、T型叶根型叶根n 优点：结构简单，加工方便，被短叶片普遍采用；优点：结构简单，加工方便，被短叶片普遍采用；n 缺点：在叶片离心力作用下，叶根对叶轮两侧产生弯矩；缺点：在叶片离心力作用下，叶根对叶轮两侧产生弯矩；n 装配：

3、周向埋入法。装配：周向埋入法。4动叶片的结构动叶片的结构（a a）等截面直叶片；（）等截面直叶片；（b b）变截面扭曲叶片）变截面扭曲叶片叶顶叶型叶根叶型叶根567T T型叶根型叶根外包外包T T型叶根型叶根 双双T T型叶根型叶根 装入装入T T型叶根的切口型叶根的切口叉型叶根叉型叶根垫片圆销枞树型叶根枞树型叶根82 2、叉型叶根、叉型叶根n 优点：叉尾数目可根据叶片离心力大小选择，因而强度高，优点：叉尾数目可根据叶片离心力大小选择，因而强度高， 适应性好。同时加工简单，更换叶片方便。适应性好。同时加工简单，更换叶片方便。n 装配方法：从径向插入轮缘上的叉槽中，并用铆钉固定。装配方法：从径向

4、插入轮缘上的叉槽中，并用铆钉固定。n 缺点：装配工作量大，且需要较大的轴向空间，限制了它在缺点：装配工作量大，且需要较大的轴向空间，限制了它在n 整段转子和焊接转子上的应用。整段转子和焊接转子上的应用。n 应用：多用于大型汽轮机的调节级和末几级。应用：多用于大型汽轮机的调节级和末几级。 93 3、枞树型叶根、枞树型叶根n 优点优点：叶根的齿数可按叶片上载荷来选择，因此承载能力叶根的齿数可按叶片上载荷来选择，因此承载能力 大，强度适应性好，拆装方便。大，强度适应性好，拆装方便。 n 缺点：加工复杂，精度要求高。缺点：加工复杂，精度要求高。n 装配方法：叶根沿轴向装入轮缘上的枞树型槽中。装配方法：

5、叶根沿轴向装入轮缘上的枞树型槽中。n 应用：主要用于载荷大的叶片，如末级叶片等。应用：主要用于载荷大的叶片，如末级叶片等。 10 末级叶根安装实物图末级叶根安装实物图调节级叶根实物图调节级叶根实物图末级扭叶片实物图末级扭叶片实物图叶片实物图叶片实物图11（二）叶顶（二）叶顶n 叶片组：叶片组：汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连接在一起，构成叶片组。接在一起，构成叶片组。n 自由叶片：自由叶片：当长叶片在叶型部分不用围带和拉金时，成为当长叶片在叶型部分不用围带和拉金时，成为自由叶片。自由叶片。 1 1、围带、围带n 作用作用：（1 1）减小叶片工

6、作的弯应力；）减小叶片工作的弯应力；（2 2）增加叶片刚性，调整叶片的自振频率，以避开共振；）增加叶片刚性，调整叶片的自振频率，以避开共振；（3 3）使叶顶封闭，避免蒸汽从汽道顶部逸出；）使叶顶封闭，避免蒸汽从汽道顶部逸出；12（4）有的围带装设了汽封，减小了级内漏汽损失。）有的围带装设了汽封，减小了级内漏汽损失。n 形式：整体围带，铆接或焊接围带，弹性拱形围带；形式：整体围带，铆接或焊接围带，弹性拱形围带；2、拉金、拉金n作用作用：增加叶片刚性，改善其振动性能。增加叶片刚性，改善其振动性能。n缺点缺点：（1）处于蒸汽通道中，增加了蒸汽流动损失；）处于蒸汽通道中，增加了蒸汽流动损失；（2）拉金

7、孔会削弱叶片强度；）拉金孔会削弱叶片强度；13 整体围带铆接围带弹性拱形围带14实心焊接拉金实心松装拉金空心松装拉金剖分松装拉金Z装拉金1516二、叶片的受力分析二、叶片的受力分析离心拉应力离心力静应力离心弯应力叶片受力稳定部分气流弯应力气流力交变部分动应力n 拉应力：叶型部分的离心拉应力、围带和拉金离心力拉应力：叶型部分的离心拉应力、围带和拉金离心力n 弯应力：汽流作用力、离心力产生的弯应力、围带和拉金弯应力：汽流作用力、离心力产生的弯应力、围带和拉金对叶片产生弯应力对叶片产生弯应力17n 作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能并传给发电机。作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能并传给发电机。n 组

8、成：轴、轴颈、密封轴、推力环、联轴节、轮盘（或转组成：轴、轴颈、密封轴、推力环、联轴节、轮盘（或转鼓）、工作叶片、汽轮机超速保护装置的脉动油泵轮等附件。鼓）、工作叶片、汽轮机超速保护装置的脉动油泵轮等附件。对于反动式单流路汽轮机还布置有平衡活塞。对于反动式单流路汽轮机还布置有平衡活塞。n 受力：蒸汽作用力、离心力、热应力、轴系的振动应力。受力：蒸汽作用力、离心力、热应力、轴系的振动应力。第二节 转子套装转子18一、转子的结构一、转子的结构（一）轮式转子（一）轮式转子 轮式转子主轴上装有叶轮，动叶片安装在叶轮上，通常轮式转子主轴上装有叶轮，动叶片安装在叶轮上，通常用于冲动式汽轮机。用于冲动式汽轮

9、机。1、套装转子、套装转子n 叶轮与主轴分别加工制造，装配时将叶轮热套在轴上。叶轮与主轴分别加工制造，装配时将叶轮热套在轴上。 n 特点：加工方便、能合理利用材料、质量容易得到保证，在特点：加工方便、能合理利用材料、质量容易得到保证，在高温或大温差情况下容易松动。高温或大温差情况下容易松动。n 应用：一般用于中压汽轮机和高压汽轮机的低压部分。应用：一般用于中压汽轮机和高压汽轮机的低压部分。192 2、整锻转子、整锻转子n 叶轮、联轴器等与主轴为一整体，由整体锻件加工而成。叶轮、联轴器等与主轴为一整体，由整体锻件加工而成。n 特点：不会出现叶轮等零件松动问题，结构紧凑，强度和特点：不会出现叶轮等

10、零件松动问题，结构紧凑，强度和刚度较高；但锻件尺寸大，对生产设备和加工工艺要求高，刚度较高；但锻件尺寸大，对生产设备和加工工艺要求高，贵重材料消耗大。贵重材料消耗大。n 应用：大容量汽轮机高、中压转子。应用：大容量汽轮机高、中压转子。203 3、组合转子、组合转子 高压部分采用整段式、低压部分采用套装式。高压部分采用整段式、低压部分采用套装式。 214 4、焊接转子、焊接转子n 由若干个实心轮盘和两个端轴焊接而成。由若干个实心轮盘和两个端轴焊接而成。n 特点：强度高、刚度大、相对重量轻、结构紧凑等，但对特点：强度高、刚度大、相对重量轻、结构紧凑等，但对焊接工艺要求高。焊接工艺要求高。 22（二

11、）鼓式转子（二）鼓式转子n 鼓式转子没有叶轮或有叶轮径向尺寸也很小，除调节级外，鼓式转子没有叶轮或有叶轮径向尺寸也很小，除调节级外，其它各级动叶片安装在转鼓上，可缩短轴向长度和减小轴向其它各级动叶片安装在转鼓上，可缩短轴向长度和减小轴向推力，主要用于反动式汽轮机。推力，主要用于反动式汽轮机。n 为了减小高温区域内转子的金属蠕变变形和热应力，需要为了减小高温区域内转子的金属蠕变变形和热应力，需要对转子进行冷却。对转子进行冷却。23二、转子上的主要零部件二、转子上的主要零部件（一）叶轮（一）叶轮1 1、叶轮的结构、叶轮的结构n 作用：安装动叶片并将动叶片上的转矩传递给主轴。作用：安装动叶片并将动叶