《汽轮机》全册配套完整教学课件.pptx

1、1、功率滞后功率滞后 （1）外界负荷增大中间再热机组存在功率滞）外界负荷增大中间再热机组存在功率滞后现象；后现象；（2）高压缸功率）高压缸功率PH能突然增大，中低压缸功能突然增大，中低压缸功率率PIPL随中间再热容积压力随中间再热容积压力Pv的提高，的提高，流量增大而增加。流量增大而增加。2、中间再热容积影响甩负荷后的转速飞升、中间再热容积影响甩负荷后的转速飞升 如果没有中压调节汽门，当汽机甩负荷后，如果没有中压调节汽门，当汽机甩负荷后，即使立即关闭高压主汽门，调速汽门，中即使立即关闭高压主汽门，调速汽门，中间再热容积中的蒸汽继续到中低压缸膨胀间再热容积中的蒸汽继续到中低压缸膨胀作功，使汽轮机

2、严重超速，超速量可达作功，使汽轮机严重超速，超速量可达4050，超过强度所允许的极限。，超过强度所允许的极限。 （1）锅炉稳燃最小负荷为额定蒸发量的锅炉稳燃最小负荷为额定蒸发量的3050，汽机的空载流量为额，汽机的空载流量为额定流量的定流量的58。汽机在空载或低负荷时，必须处理锅炉的多余蒸汽。汽机在空载或低负荷时，必须处理锅炉的多余蒸汽。 （2）中间再热器需要通过蒸汽来冷却管道）中间再热器需要通过蒸汽来冷却管道，以防止烧坏。以防止烧坏。20万千瓦机组冷万千瓦机组冷却需要的蒸汽流量约为额定值的却需要的蒸汽流量约为额定值的14。必须考虑在启动过程中对中间再。必须考虑在启动过程中对中间再热器的保护问

3、题。热器的保护问题。1、高压调节汽门采用动态过开解决功率滞后高压调节汽门采用动态过开解决功率滞后 增设动态校正器使高压缸调速汽门动态过开，增设动态校正器使高压缸调速汽门动态过开，利用高压缸增发的功率弥补中低压缸的功率利用高压缸增发的功率弥补中低压缸的功率滞后，以后随着中低压缸功率的增加，高压滞后，以后随着中低压缸功率的增加，高压调速汽门逐渐关小，达到稳定时所需的数值。调速汽门逐渐关小，达到稳定时所需的数值。功率滞后示意图功率滞后示意图 2、设置中压缸主汽门和调速汽门防止甩负荷时动态飞升设置中压缸主汽门和调速汽门防止甩负荷时动态飞升l中压缸前设中压主汽门和中压调速汽门，分别受保安系统、调速器控制

4、。中压缸前设中压主汽门和中压调速汽门，分别受保安系统、调速器控制。l汽机甩负荷出现转速飞升时，调速系统同时关闭高中压调速汽门，切断汽机甩负荷出现转速飞升时，调速系统同时关闭高中压调速汽门，切断新蒸汽和再热蒸汽，避免大量再热蒸汽进入中低压缸引起严重超速。新蒸汽和再热蒸汽，避免大量再热蒸汽进入中低压缸引起严重超速。l调速系统如果失灵，转速超过危急保安器的动作转速时，危急遮断器将调速系统如果失灵，转速超过危急保安器的动作转速时，危急遮断器将动作，关闭高中压主汽门。动作，关闭高中压主汽门。 l中压调节汽门起节流作用，为减少损失，汽轮机在中压调节汽门起节流作用，为减少损失，汽轮机在30负荷以上运行负荷以

5、上运行时，中压调速汽门全开。时，中压调速汽门全开。30负荷以下时，中压调速汽门关小，并且负荷以下时，中压调速汽门关小，并且将和高压调速汽门同时关死。将和高压调速汽门同时关死。 （1） 旁路种类旁路种类l小旁路：部分主蒸汽不经高压缸而经减温减压器直达再热器（小旁路：部分主蒸汽不经高压缸而经减温减压器直达再热器（I级小旁级小旁路），冷却再热器后，部分蒸汽不经中低压缸，经减温减压器进入冷路），冷却再热器后，部分蒸汽不经中低压缸，经减温减压器进入冷凝器，目的是保证锅炉和再热器的安全运行（凝器，目的是保证锅炉和再热器的安全运行（II级小旁路）级小旁路） 。l大旁路：汽机负荷低于锅炉稳燃最低负荷时，多余蒸

6、汽经减温减压器大旁路：汽机负荷低于锅炉稳燃最低负荷时，多余蒸汽经减温减压器进入冷凝器，以收回工质。进入冷凝器，以收回工质。再热器 （2）旁路系统型式及容量根据机炉特性及运行要求确定。）旁路系统型式及容量根据机炉特性及运行要求确定。 哈汽哈汽20万机组的旁路：万机组的旁路： 汽机空载流量汽机空载流量5 14% 中间再热器最小冷却量中间再热器最小冷却量 高压小旁路取高压小旁路取9 50维持锅炉稳燃维持锅炉稳燃 大旁路大旁路 36 北重调速系统适当放大小旁路，不设大旁路北重调速系统适当放大小旁路，不设大旁路（3）旁路的操作有自动、手动，自动的投入信号来自高、中压缸调节汽门，旁路的操作有自动、手动，自

7、动的投入信号来自高、中压缸调节汽门，阀门关小到一定程度就自动打开旁路。阀门关小到一定程度就自动打开旁路。（一）问题（一）问题 当外界负荷改变，锅炉供应的蒸汽量不能马上适应。汽轮机从调速当外界负荷改变，锅炉供应的蒸汽量不能马上适应。汽轮机从调速汽阀动作到功率变化，动态响应时间常数有汽阀动作到功率变化，动态响应时间常数有710s，而锅炉从调节系统而锅炉从调节系统动作，经过燃烧到蒸汽量改变的动态响应，时间要动作，经过燃烧到蒸汽量改变的动态响应，时间要100250s，所以产所以产生一个如何合理控制锅炉与汽轮机问题机炉协调控制。生一个如何合理控制锅炉与汽轮机问题机炉协调控制。（1）汽轮机跟随控制方式）汽

8、轮机跟随控制方式 外界负荷信号先送给锅炉调节系统，通过外界负荷信号先送给锅炉调节系统，通过改变给煤量、给风量、给水量改变蒸发量改变给煤量、给风量、给水量改变蒸发量新汽压力变大根据新汽压力控制汽轮机的新汽压力变大根据新汽压力控制汽轮机的调节汽阀改变负荷，即汽轮机等锅炉先行调节汽阀改变负荷，即汽轮机等锅炉先行调节，等主蒸汽压力发生变化再进行调节。调节，等主蒸汽压力发生变化再进行调节。特点：特点：l由于负荷的改变没有利用锅炉的蓄热，要等由于负荷的改变没有利用锅炉的蓄热，要等锅炉调节，蒸汽量发生变化之后才进行。锅锅炉调节，蒸汽量发生变化之后才进行。锅炉调节的动态响应时间长，负荷适应性差。炉调节的动态响

9、应时间长，负荷适应性差。l由于要调整主蒸汽压力再改变进汽量，主蒸由于要调整主蒸汽压力再改变进汽量，主蒸汽压力波动小。汽压力波动小。l 汽轮机调节阀由转速控制，锅炉的调节系统由调节阀前的主蒸汽压力控制。汽轮机调节阀由转速控制，锅炉的调节系统由调节阀前的主蒸汽压力控制。 外界负荷外界负荷 调节汽阀、进汽量调节汽阀、进汽量 调节阀前主蒸汽压力调节阀前主蒸汽压力 汽轮机功率汽轮机功率 锅炉调节系锅炉调节系统动作给水量、给煤量、给风量统动作给水量、给煤量、给风量 蒸汽量蒸汽量 压力值恢复压力值恢复1) 汽机刚开始调节，锅炉调节还未动作，蒸汽量增大来自锅炉汽水、金属的蓄热。外汽机刚开始调节，锅炉调节还未动

10、作，蒸汽量增大来自锅炉汽水、金属的蓄热。外界负荷变化不大时可利用蓄热参与一次调频，响应速度快。界负荷变化不大时可利用蓄热参与一次调频，响应速度快。2）负荷变化较大时，由于蓄热量不足锅炉调节响应速度慢，造成主汽压力较大波动。）负荷变化较大时，由于蓄热量不足锅炉调节响应速度慢，造成主汽压力较大波动。3）如主汽压力降低太大，可能产生蒸汽带水，对锅炉汽机的安全不利，压力信号将）如主汽压力降低太大，可能产生蒸汽带水，对锅炉汽机的安全不利，压力信号将反馈关小控制调节阀。反馈关小控制调节阀。l利用锅炉蓄热转换成蒸汽，增强机组的一次调频能力，锅炉要提前调节。利用锅炉蓄热转换成蒸汽，增强机组的一次调频能力，锅炉

11、要提前调节。1）调节系统连线上：）调节系统连线上： 外界负荷变化的信号同时送给锅炉、汽机，主蒸汽压力的信号送给锅炉。外界负荷变化的信号同时送给锅炉、汽机，主蒸汽压力的信号送给锅炉。2）控制方式上：）控制方式上：（a）负荷变化开始阶段改变调节汽阀开度，利用锅炉的蓄热参与一次调频。负荷变化开始阶段改变调节汽阀开度，利用锅炉的蓄热参与一次调频。（b）负荷变化信号同时送到锅炉，锅炉可以在主蒸汽压力变动之前提前调节，及负荷变化信号同时送到锅炉，锅炉可以在主蒸汽压力变动之前提前调节，及时改变蒸汽量。时改变蒸汽量。（c）主蒸汽压力信号接到锅炉，维持主蒸汽压力尽可能不变。主蒸汽压力信号接到锅炉，维持主蒸汽压力

12、尽可能不变。1、作用：实现中间再热机组动态过开或关，克服中低压缸功率滞后。、作用：实现中间再热机组动态过开或关，克服中低压缸功率滞后。 高压缸功率的变化靠油动机来实现，油动机的动作受滑阀的控制，滑高压缸功率的变化靠油动机来实现，油动机的动作受滑阀的控制，滑阀的动作又受到控制油压阀的动作又受到控制油压px的控制，所以为了实现动态过开，的控制，所以为了实现动态过开，px的变的变化有如图所示的动态规律。化有如图所示的动态规律。l再热机组为何出现功率滞后现象再热机组为何出现功率滞后现象l中间再热机组调速系统特点中间再热机组调速系统特点l旁路的种类旁路的种类l机炉联合运行的三种方案和各自特点机炉联合运行

13、的三种方案和各自特点l 动态校正器的作用动态校正器的作用1、叶片的结构分为三部分：、叶片的结构分为三部分：l叶型作用：汽轮机的主要通流部分，承担把蒸汽的动能叶型作用：汽轮机的主要通流部分，承担把蒸汽的动能转变为机械能的任务，要求有好的汽动特性，比如型线、转变为机械能的任务，要求有好的汽动特性，比如型线、进汽角、出汽角等。进汽角、出汽角等。l叶根作用：把叶片牢固地固定在轮缘上。叶根作用：把叶片牢固地固定在轮缘上。l叶顶作用：汽流通道的上表面，并通过围带的不同结构叶顶作用：汽流通道的上表面，并通过围带的不同结构起到调整叶片频率作用。起到调整叶片频率作用。2、分类、分类按叶片截面沿叶高变化的规律分：

14、按叶片截面沿叶高变化的规律分：（1）等截面叶片：）等截面叶片： 叶片的截面处处相等，适用于短叶片，即径高比叶片的截面处处相等，适用于短叶片，即径高比 （2）变截面叶片（扭叶片）：）变截面叶片（扭叶片）： 叶片高度增大后为提高叶片的效率，叶片的型线沿高度变叶片高度增大后为提高叶片的效率，叶片的型线沿高度变化，为了改善叶片的强度条件，自下而上叶片截面积缩小。化，为了改善叶片的强度条件，自下而上叶片截面积缩小。l倒倒T型简单，强度条件差，型简单，强度条件差， 安装方式：圆安装方式：圆 发展为双倒发展为双倒T型型 周向装配方式周向装配方式l外包外包T型改善轮缘向外弯曲型改善轮缘向外弯曲l叉型长叶片插入

15、装配叉型长叶片插入装配l纵树型长叶片、叶根与轮缘截面接近于等强度纵树型长叶片、叶根与轮缘截面接近于等强度轴向装配。轴向装配。 叶根的选型是根据受力情况和加工的工艺习惯。叶根的选型是根据受力情况和加工的工艺习惯。 lT型叶根型叶根 外包外包T型型 叉型叉型 纵树型纵树型l整体围带，装配围带整体围带，装配围带 围带作用：减小叶顶漏汽损失，增加叶片抗弯刚度。由薄钢板或带制成，围带作用：减小叶顶漏汽损失，增加叶片抗弯刚度。由薄钢板或带制成，通过铆接或焊接固定在叶顶上。通过铆接或焊接固定在叶顶上。l长叶片取消围带，改为顶部削薄长叶片取消围带，改为顶部削薄l拉筋：焊接拉筋（紧拉筋），松拉筋拉筋：焊接拉筋（

16、紧拉筋），松拉筋 拉筋作用：调整叶片的自振频率，增强叶片振动阻尼。拉筋作用：调整叶片的自振频率，增强叶片振动阻尼。 拉筋由直径为拉筋由直径为5-12mm的细金属丝或管组成，贯穿于叶型段的拉筋孔中。的细金属丝或管组成，贯穿于叶型段的拉筋孔中。(松拉筋松拉筋) 拉筋置于动叶流道内，造成流动损失，降低经济性，只有在叶片振动特拉筋置于动叶流道内，造成流动损失，降低经济性，只有在叶片振动特性迫切需要才使用。性迫切需要才使用。（一）叶片受力情况分析（一）叶片受力情况分析1 1、作用力的主要形式：、作用力的主要形式：l离心力作用离心力作用l蒸汽作用力蒸汽作用力l围带、拉筋发生弯曲变形时的作用力围带、拉筋发生

17、弯曲变形时的作用力l当叶片安装偏移时，离心力的作用点不通过计算截面的形心时，将引起当叶片安装偏移时，离心力的作用点不通过计算截面的形心时，将引起弯曲应力。弯曲应力。 应力分析包括：应力分析包括：l汽流作用力：包括弯曲应力和振动汽流作用力：包括弯曲应力和振动 动应力、频率特性（计算自振频率动应力、频率特性（计算自振频率是否会共振）是否会共振）l离心力拉伸应力、弯曲应力离心力拉伸应力、弯曲应力l受热不均匀不均匀温度场引起的温度应力受热不均匀不均匀温度场引起的温度应力l叶片所受离心力随转速、叶片质量变化，蒸汽作用力随级的焓降和流量而变化。叶片所受离心力随转速、叶片质量变化，蒸汽作用力随级的焓降和流量

18、而变化。要保证运行安全性，必须在最危险工况下即叶片受力最大的情况下进行校核。要保证运行安全性，必须在最危险工况下即叶片受力最大的情况下进行校核。l汽轮机中各级叶片的最危险工况并不是同时出现。例如调节级的最危险工况是汽轮机中各级叶片的最危险工况并不是同时出现。例如调节级的最危险工况是在第一个调节阀接近全开而第二个调节阀尚未开启之时，此时调节级的理想比在第一个调节阀接近全开而第二个调节阀尚未开启之时，此时调节级的理想比焓降最大，部分进汽度最小；对于低压级，最危险工况是在最大蒸汽流量和最焓降最大，部分进汽度最小；对于低压级，最危险工况是在最大蒸汽流量和最高真空时。高真空时。3 3、对于同一叶片，其叶

19、顶、叶身、叶根等不同位置的应力情况不同，应对最危险、对于同一叶片，其叶顶、叶身、叶根等不同位置的应力情况不同，应对最危险截面进行校核。一般而言，靠近叶根位置的应力较大，对于变截面叶片应该对截面进行校核。一般而言，靠近叶根位置的应力较大，对于变截面叶片应该对应力最大的截面进行校核。应力最大的截面进行校核。l许多级的叶片采用装配式围带，围带将叶片连接成组后，抗弯刚许多级的叶片采用装配式围带，围带将叶片连接成组后，抗弯刚度比单个叶片增强，可以减小叶片的弯曲应力，刚度的增加有使度比单个叶片增强，可以减小叶片的弯曲应力，刚度的增加有使叶片自振频率提高的趋势。叶片自振频率提高的趋势。l由于在叶顶增加了质量

20、，从而增加叶片所受的离心力，质量增加由于在叶顶增加了质量，从而增加叶片所受的离心力，质量增加使叶片自振频率有降低的趋势。使叶片自振频率有降低的趋势。1、等截面叶片的离心应力、等截面叶片的离心应力 叶片截面积处处相等，在不同截面上叶片所承受的离心力不同，自上叶片截面积处处相等，在不同截面上叶片所承受的离心力不同，自上而下是逐渐增大，根部的拉伸应力最大。（而下是逐渐增大，根部的拉伸应力最大。（P237计算公式）计算公式）讨论：讨论：（1）等截面叶片根部截面上所受的离心力拉伸应力与截面积大小无关。）等截面叶片根部截面上所受的离心力拉伸应力与截面积大小无关。在等截面叶片的强度设计，不能用增大截面积来降

21、低离心拉伸力。在等截面叶片的强度设计，不能用增大截面积来降低离心拉伸力。（2）采用低密度、高强度的叶片材料来降低根部拉应力。如钛基合金密）采用低密度、高强度的叶片材料来降低根部拉应力。如钛基合金密度度4.5103kg/m3，相当于不锈钢的，相当于不锈钢的57，拉应力也只有，拉应力也只有57。（3）当等截面叶片的材料一定时，可采用变截面叶片降低离心应力。）当等截面叶片的材料一定时，可采用变截面叶片降低离心应力。平均直径（1）特点：）特点： 当叶片径高比当叶片径高比11或或11以以B0振动为例振动为例 只是在一个狭小的范围内变化，只是在一个狭小的范围内变化，4.44.44.94.9，比，比A0A0

22、，A1A1的的 值变化值变化范围要小得多，说明围带的结构不同，对范围要小得多，说明围带的结构不同，对B B0 0型自振频率影响不大，因型自振频率影响不大，因为叶片组作振动时，叶顶基本不动，围带变形及质量影响较小，不同为叶片组作振动时，叶顶基本不动，围带变形及质量影响较小，不同围带的差别显示不出来围带的差别显示不出来B B0 0型的两条曲线上没有注型的两条曲线上没有注 ，两条线的区域表示了，两条线的区域表示了B0B0型自振频率的变型自振频率的变化范围，这不是由围带的质量不同所引起，是由于型振动时组内各个化范围，这不是由围带的质量不同所引起，是由于型振动时组内各个叶片振动相位不同，自振频率也略有差

23、异产生。叶片振动相位不同，自振频率也略有差异产生。II. 对于结构尺寸已确定的叶片组，自振频率的升高有一定的规律，将交对于结构尺寸已确定的叶片组，自振频率的升高有一定的规律，将交替出现替出现A0，B0，A1，B1型型a） 自振频率的计算自振频率的计算I. 与分析围带一样，写出安装拉筋后叶片组的边界条件，然后求出值，与分析围带一样，写出安装拉筋后叶片组的边界条件，然后求出值，再带入频率计算公式计算再带入频率计算公式计算uu 顶端无约束，即弯矩，切力为顶端无约束，即弯矩，切力为0uu 根部固定根部固定uu 拉筋处叶片连接拉筋处叶片连接I. 引入拉筋对叶片组自振频率修正系数引入拉筋对叶片组自振频率修

24、正系数可以通过试验或计算得出，一般整理成曲线可以通过试验或计算得出，一般整理成曲线 lP279图图5.6.18I. 与振型有关。与振型有关。振型不同，振型不同， 值大小范围相差很大值大小范围相差很大A0型型 11.25 A1型型 57.2II.与拉筋位置有关与拉筋位置有关 拉筋相对高度拉筋相对高度 对对A0型，尽管拉筋质量，刚度不同，但具有同样的变化趋势，且安装型，尽管拉筋质量，刚度不同，但具有同样的变化趋势，且安装在离叶根（在离叶根（0.50.6）l高度处，高度处， 最大，安装位置升高或降低都将使最大，安装位置升高或降低都将使叶片自振频率下降叶片自振频率下降。l一方面由于拉筋被弯曲的叶片所迫

25、弯曲成波浪形，相应产生一个反弯一方面由于拉筋被弯曲的叶片所迫弯曲成波浪形，相应产生一个反弯矩作用于叶片，以提高叶片的刚度，使自振频率提高。另一方面，由矩作用于叶片，以提高叶片的刚度，使自振频率提高。另一方面，由于拉筋质量参与振动，增大了叶片的惯性，使自振频率降低，综合作于拉筋质量参与振动，增大了叶片的惯性，使自振频率降低，综合作用的结果，若拉筋安装位置偏低，这时虽然拉筋质量的影响减少，但用的结果，若拉筋安装位置偏低，这时虽然拉筋质量的影响减少，但由于在较低位置，叶片转角较小，拉筋变形较小，反弯矩小，因此自由于在较低位置，叶片转角较小，拉筋变形较小，反弯矩小，因此自振频率比（振频率比（0.50.

26、6）l处低。若拉筋安装位置偏高，这时叶片转角大，处低。若拉筋安装位置偏高，这时叶片转角大，拉筋变形较大，自振频率亦低。拉筋变形较大，自振频率亦低。l 对对A1型振动，振动节点一般在型振动，振动节点一般在0.8l附近。所以在这里对提高叶片的自附近。所以在这里对提高叶片的自振频率效率最明显。振频率效率最明显。l所以通过改变拉筋的位置可以改变叶片组的自振频率。所以通过改变拉筋的位置可以改变叶片组的自振频率。 I. 与拉筋本身的质量刚度有关与拉筋本身的质量刚度有关 质量越小，质量越小， ，刚度越大，刚度越大， ，则则 同样质量下，若选用空心拉筋或同样质量下，若选用空心拉筋或加强联接都能使自振频率改善加

27、强联接都能使自振频率改善II.与联接牢固程度有关，体现在与联接牢固程度有关，体现在 中中叶片测频的具体方法见书叶片测频的具体方法见书P2792811、静频率测定、静频率测定 自振法：简单，只能测自振法：简单，只能测A0型振动的频率，用于测长叶片。型振动的频率，用于测长叶片。共振法共振法2、动频率测定、动频率测定 无线电遥测方法测动频率。无线电遥测方法测动频率。l叶片的振动分类，强迫振动的频率和振幅叶片的振动分类，强迫振动的频率和振幅l激振力产生的原因和分类激振力产生的原因和分类l低频、高频激振力产生的原因和计算低频、高频激振力产生的原因和计算l振型分类，单叶片切向振动的振型分类，单叶片切向振动

28、的A型、型、B型振动，为何切向振动是最危险型振动，为何切向振动是最危险l叶片组的切向振动的叶片组的切向振动的A型、型、B01型、型、B02型振动型振动l叶片自振频率的计算方法，公式及具体含义叶片自振频率的计算方法，公式及具体含义l叶片自振频率的两项修正（温度修正和根部牢固修正），分别有何影响叶片自振频率的两项修正（温度修正和根部牢固修正），分别有何影响l动频率的计算公式及含义动频率的计算公式及含义l围带、拉筋对叶片组自振频率的影响围带、拉筋对叶片组自振频率的影响l 50年代开始，沿用苏联年代开始，沿用苏联1941年叶片和叶轮会议的标准，称旧标准。年叶片和叶轮会议的标准，称旧标准。l1977年我

29、国制定汽轮机叶片振动安全准则，年我国制定汽轮机叶片振动安全准则，1980年完成了年完成了“汽轮机叶汽轮机叶片振动强度安全准则片振动强度安全准则”，即新准则，即新准则 。新准则的特点：新准则的特点： 1、采用表征叶片抵抗疲劳破坏能力的安全倍率采用表征叶片抵抗疲劳破坏能力的安全倍率Ab 2、采用叶片材料在静动载荷作用下的耐振强度采用叶片材料在静动载荷作用下的耐振强度 来衡量动强度，并考来衡量动强度，并考虑实际叶片工作条件对耐振强度及静应力的影响。虑实际叶片工作条件对耐振强度及静应力的影响。1、第一种共振：切向第一种共振：切向A0型振动的动频率与低频激振力频率型振动的动频率与低频激振力频率kn合拍时

30、的共振合拍时的共振2、第二种共振：切向第二种共振：切向B0型振动的动频率与高频激振力频率型振动的动频率与高频激振力频率Znn相等时的共振相等时的共振3、第三种共振：切向第三种共振：切向A0型振动的动频率与高频激振力频率型振动的动频率与高频激振力频率Znn相等时的共振相等时的共振 l不调频叶片：允许其某个主频率与某类激振力频率合拍而处于共振状不调频叶片：允许其某个主频率与某类激振力频率合拍而处于共振状态下长期运行，不会导致叶片疲劳破坏。态下长期运行，不会导致叶片疲劳破坏。 l调频叶片：要求其某个主振型频率避开激振力频率才能安全运行。调频叶片：要求其某个主振型频率避开激振力频率才能安全运行。1、叶

31、片动应力叶片动应力F总总平均作用力平均作用力F交变作用力交变作用力FkF引起叶片弯曲，产生静弯矩引起叶片弯曲，产生静弯矩Msb，从而引起静弯应力从而引起静弯应力Fk引起叶片振动，产生动弯矩引起叶片振动，产生动弯矩Md，由由Md可计算动应力可计算动应力D动应力放大系数动应力放大系数2、叶片组、叶片组 当若干个叶片用围带或拉筋连接成组后，组内叶片受到的激振力大小和相位当若干个叶片用围带或拉筋连接成组后，组内叶片受到的激振力大小和相位不同，计算时取平均值。不同，计算时取平均值。 引入成组系数引入成组系数 (叶片组内某叶片受到的激振力平均幅值叶片组内某叶片受到的激振力平均幅值)/（单个叶片受到的激振力

32、幅值）（单个叶片受到的激振力幅值） （叶片组内某叶片动应力幅值的均值）（叶片组内某叶片动应力幅值的均值） /（单个叶片动应力幅值）（单个叶片动应力幅值） l叶片振动产生应力的特性如图叶片振动产生应力的特性如图纵坐标：应力纵坐标：应力 横坐标：时间横坐标：时间t 平均应力平均应力 （静应力）（静应力） 幅值幅值 从图上看，从图上看， 0时，耐振强度时，耐振强度 即疲劳极限即疲劳极限耐振强度曲线（复合疲劳强度曲线）耐振强度曲线（复合疲劳强度曲线） 试验方法：在一定温度下，给出平均应力试验方法：在一定温度下，给出平均应力 ，找出与它相应的经过，找出与它相应的经过无限多次应力循环而不发生损坏的最大交变

33、应力幅值无限多次应力循环而不发生损坏的最大交变应力幅值 ，称为耐振，称为耐振强度。给出不同强度。给出不同 ，可以得到，可以得到 ，整理成曲线。改变工作温度，整理成曲线。改变工作温度，重复上述试验，可以得到不同的曲线。重复上述试验，可以得到不同的曲线。教材中教材中P283图图5.6.22（常用的三种叶片材料的耐振强度曲线）（常用的三种叶片材料的耐振强度曲线） 先确定先确定 离心应力；离心应力； 离心弯曲应力；离心弯曲应力； 蒸汽弯曲应力；蒸汽弯曲应力；然后根据然后根据 ，t t曲线查耐振强度曲线查耐振强度 I. 汽轮机一级叶轮上叶片的频率不一样，出现频率分散。汽轮机一级叶轮上叶片的频率不一样，出

34、现频率分散。 原因有两方面：制造方面原因有两方面：制造方面造成各个叶片质量、刚性差异造成各个叶片质量、刚性差异 安装方面安装方面边界条件差异边界条件差异定义：定义： 同一级中，测得的切向同一级中，测得的切向A0型自振频率最大值型自振频率最大值fmax与最小值与最小值fmin之差与平均值之差与平均值之比的百分数，由之比的百分数，由 表示。表示。 规定范围规定范围l频率分散度反映叶片制造安装的综合性能，若频率分散度太大，就频率分散度反映叶片制造安装的综合性能，若频率分散度太大，就不可能进行调频工作。不可能进行调频工作。l正常情况下，可达正常情况下，可达4以下，规定以下，规定 6-7，就不容易产生共

35、振损坏问题。，就不容易产生共振损坏问题。l如叶片不允许在共振条件下长期运行，必须使叶片的自振频率与激如叶片不允许在共振条件下长期运行，必须使叶片的自振频率与激振力频率及其整数倍避开一定的安全距离，这种叶片称为调频叶片。振力频率及其整数倍避开一定的安全距离，这种叶片称为调频叶片。l由于采用合理的结构材料及阻尼，叶片能在共振条件下长期安全运由于采用合理的结构材料及阻尼，叶片能在共振条件下长期安全运行，无需将自振频率与激振力频率调开，这种叶片称不调频叶片。行，无需将自振频率与激振力频率调开，这种叶片称不调频叶片。 注意：注意：l数量最多的中间级叶片基本频率较高，自振频率为激振力频率整数数量最多的中间

36、级叶片基本频率较高，自振频率为激振力频率整数倍时相邻两个倍数，如倍时相邻两个倍数，如3、4倍之间的频率间隔很小，小于一级叶片倍之间的频率间隔很小，小于一级叶片的频率分散度和转速波动引起的频率变化范围，这些级的叶片可能的频率分散度和转速波动引起的频率变化范围，这些级的叶片可能在共振状态下工作，必须采用不调频叶片。在共振状态下工作，必须采用不调频叶片。 不调频叶片：主要考核叶片共振时的动应力水平不调频叶片：主要考核叶片共振时的动应力水平 调频叶片：考核叶片自振频率、激振力频率和频率调开的范围调频叶片：考核叶片自振频率、激振力频率和频率调开的范围 1 、安全倍率安全倍率Ab 不调频叶片可能在共振状态

37、下工作，从安全运行要求出发，共振时动不调频叶片可能在共振状态下工作，从安全运行要求出发，共振时动应力应力 应小于材料允许的耐振强度应小于材料允许的耐振强度 ns 安全系数安全系数 C Cd d动应力系数，与叶片结构、阻尼特性、振动类型、共振阶次及激动应力系数，与叶片结构、阻尼特性、振动类型、共振阶次及激振力水平有关。振力水平有关。 蒸汽作用力在振动方向所产生的静弯曲应力，可以间接反映叶蒸汽作用力在振动方向所产生的静弯曲应力，可以间接反映叶片动应力大小片动应力大小 。 叶片实际工作时的叶片实际工作时的Ab 许用安全倍率时，即使叶片在共振状态下，也许用安全倍率时，即使叶片在共振状态下，也能安全运行

38、。能安全运行。 （1）介质腐蚀修正系数）介质腐蚀修正系数k1 蒸汽中带盐分，当盐分以较高浓度的溶液状态停留在叶片表面时，可蒸汽中带盐分，当盐分以较高浓度的溶液状态停留在叶片表面时，可能对材料产生腐蚀，降低耐振强度，降低程度用修正系数表示。能对材料产生腐蚀，降低耐振强度，降低程度用修正系数表示。l蒸汽湿度较大区域（蒸汽湿度较大区域（xAb，安全可以不调频安全可以不调频l对于低频激振力，切向对于低频激振力，切向A0型振型振动，不同动，不同k值时值时Ab的数值，见的数值，见P286表表5.6.1说明：说明：l表中无表中无k2的数值，因为的数值，因为k2，振动比较强，要调开共振频率，采，振动比较强，要

39、调开共振频率，采用调频叶片来避开共振，用调频叶片来避开共振，k1更不行更不行lk增大，即激振力的间隔相对增大，平均动应力下降，增大，即激振力的间隔相对增大，平均动应力下降，Ab下降下降l k12有另外值有另外值（2）允许切向允许切向B0型与高频激振力型与高频激振力Znn共振的第二种不调频叶片共振的第二种不调频叶片 共统计共统计14种机种，种机种，15种叶片都是事故叶片，从统计分析中看出，叶片损种叶片都是事故叶片，从统计分析中看出，叶片损坏的严重程度与安全倍率坏的严重程度与安全倍率Ab的大小有密切关系。计算的叶片的大小有密切关系。计算的叶片Ab越小，越越小，越危险。危险。l Ab8时，事故偶然时

40、，事故偶然l Ab9.8时，运行十年以上发生断裂时，运行十年以上发生断裂取取Ab10（3）允许切向）允许切向A0型与高频激振力型与高频激振力Znn共振的第三种不调频叶片共振的第三种不调频叶片l全周进汽级全周进汽级 在相同激振力下，在相同激振力下，A0型振动的动应力为型振动的动应力为B0型的型的4倍，因此全周进汽的倍，因此全周进汽的Ab为为40左右，考虑统计安全叶片的最小左右，考虑统计安全叶片的最小Ab值为值为53，缺乏事故叶片的统计值，缺乏事故叶片的统计值，所以准则推荐为所以准则推荐为Ab45l部分进汽级部分进汽级 在同样的进汽量下，部分进汽级的激振力比全周进汽级的激振力要大，在同样的进汽量下

41、，部分进汽级的激振力比全周进汽级的激振力要大，其其Ab值也大些，按目前统计的安全叶片，最低值也大些，按目前统计的安全叶片，最低Ab58，同样由于缺乏同样由于缺乏事故叶片点的数据，故准则暂时推荐事故叶片点的数据，故准则暂时推荐Ab55 （一）避开危险的共振区（一）避开危险的共振区采用频率避开值采用频率避开值l 由两部分组成：保证一定的由两部分组成：保证一定的Ab应具有的理论避开值考虑叶片运行应具有的理论避开值考虑叶片运行后动频率的可能变化。后动频率的可能变化。（二）限制非共振状态下的动应力（二）限制非共振状态下的动应力判别的标准采用安全倍率界限值判别的标准采用安全倍率界限值Ab ，因为它根据耐振

42、强度及动应力的关系得出，全面地反映叶片振动状态下因为它根据耐振强度及动应力的关系得出，全面地反映叶片振动状态下的受力。的受力。Ab 可以根据理论分析和统计得出：可以根据理论分析和统计得出：在一定的阻尼下，振动幅值有规律：在一定的阻尼下，振动幅值有规律：（1）共振幅值相应于叶片处于共振时的动应力。）共振幅值相应于叶片处于共振时的动应力。（2）相应避开了一定距离的振动幅值，相应于调频叶片的幅值。）相应避开了一定距离的振动幅值，相应于调频叶片的幅值。l根据统计数据确定根据统计数据确定Ab。由于调开了共振，安全倍率界限值由于调开了共振，安全倍率界限值Ab可以可以大大降低。大大降低。 要求（一）（二）同

43、时满足规定的指标要求（一）（二）同时满足规定的指标l1）频率分散度的概念。频率分散度的概念。l2）频率避开度频率避开度l如：圆周有一只异常喷嘴，激振力频率如：圆周有一只异常喷嘴，激振力频率n50Hz，叶片的自振频率叶片的自振频率fd170Hz，此时叶片不发生共振，安全。此时叶片不发生共振，安全。l若叶片的动频率由于某种原因下降至若叶片的动频率由于某种原因下降至150Hz，则则 ，即，即k3，叶片每叶片每自振自振3次刚好受到一次激振，发生共振。次刚好受到一次激振，发生共振。l若叶片的动频率上升至若叶片的动频率上升至200Hz，则则 ，即，即k4l叶片运行时的叶片运行时的 总是处于某两个总是处于某

44、两个k值之间，当叶片的频率变化时，有落值之间，当叶片的频率变化时，有落在某个在某个k值上而发生共振的危险性，所以要求离开上下值上而发生共振的危险性，所以要求离开上下k值一定距离，即值一定距离，即要求有一定的避开率。要求有一定的避开率。 l调频叶片的新准则适用于两种叶片调频叶片的新准则适用于两种叶片 (1) 第一种调频叶片第一种调频叶片切向切向A0型自振频率型自振频率fd调开与低频激振力调开与低频激振力kn的共振的共振 调频要求：针对实际动频率调频要求：针对实际动频率fd提出来的提出来的 叶片的叶片的 处于（处于（k-1）k之间，正常工作。之间，正常工作。l横坐标为转速横坐标为转速n激振力频率激

45、振力频率l纵坐标纵坐标l为了叶片不共振，为了叶片不共振， 处于（处于（k-1)k之间。之间。l转速的波动允许范围为转速的波动允许范围为4950.5Hz，激振力的频率在激振力的频率在n1n2波动，应该避开波波动，应该避开波动的所有范围。动的所有范围。l为了叶片不在（为了叶片不在（k-1）n1附近发生共振，整级叶片的最低动频率应该比（附近发生共振，整级叶片的最低动频率应该比（k-1）n1高，即高，即l为了不使叶片在为了不使叶片在 附近发生共振，整级叶片中的最高频率附近发生共振，整级叶片中的最高频率 比比 低。低。l按统计数据，按统计数据， 7.5Hz， 7.5Hz。动频率满足这两条要求，则频率合格

46、。动频率满足这两条要求，则频率合格。l安全倍率要求：新准则规定，调频叶片工作时的动应力不能过大，即安全倍率要求：新准则规定，调频叶片工作时的动应力不能过大，即Ab不能过不能过小，有规定的小，有规定的Ab值，见值，见P288表表5.6.2与不调频叶片与不调频叶片Ab比，在相同的比，在相同的k值下值下Ab要小。要小。k增大，增大，Ab小。小。目前为止，国内未发现目前为止，国内未发现 6时，考虑转速变动、叶片频率分散度，以及时，考虑转速变动、叶片频率分散度，以及 ， 上下无余地可上下无余地可调，即无法采用调频叶片，应按不调频叶片设计。调，即无法采用调频叶片，应按不调频叶片设计。 (2) 第二种调频叶

47、片叶片切向第二种调频叶片叶片切向B0型振动频率调开与高频激振力型振动频率调开与高频激振力Znn的共振的共振 B0型频率避开率的要求：型频率避开率的要求：l级内测得最低自振频率级内测得最低自振频率f1比比Znn高一定范围高一定范围l级内测得最高自振频率级内测得最高自振频率f2比比Znn低一定范围低一定范围lf1比比f2大大3主要是考虑到叶片运行后，由于温度，蠕变等影响，主要是考虑到叶片运行后，由于温度，蠕变等影响， 会有所下降会有所下降1、当叶片组当叶片组B0型振动频率和激振力型振动频率和激振力Znn满足避开要求时，不必校核满足避开要求时，不必校核B0型安型安全倍率。全倍率。2、叶片组也存在、叶

48、片组也存在A0型振动，型振动，A0型自振频率可能与激振力频率型自振频率可能与激振力频率kn（k=7）处于共振状态，因此要补充校核处于共振状态，因此要补充校核A0型和型和kn（k=7）时的振动安全倍率时的振动安全倍率 。l如果确认叶片的自振频率避开率不能满足准则要求时，再看它能否如果确认叶片的自振频率避开率不能满足准则要求时，再看它能否作为不调频叶片在共振条件下运行，若强度不能满足不调频叶片的作为不调频叶片在共振条件下运行，若强度不能满足不调频叶片的要求，应进行调频。要求，应进行调频。1、调频的前提、调频的前提叶片包括围带与拉筋的安装质量应该合格。叶片包括围带与拉筋的安装质量应该合格。频率分散度

49、频率分散度 fMe，n增大，增大，Mt沿曲线沿曲线1下降，下降，Me沿曲线沿曲线2上升，其交点为上升，其交点为B时，时，MtMe，转速稳定为转速稳定为nB 即使没有调速系统，当外界负荷发生变化，即使没有调速系统，当外界负荷发生变化，汽轮机组理论上有能力通过转速汽轮机组理论上有能力通过转速n的变化，的变化，从一个稳定工况从一个稳定工况A过渡到另一个稳定工况过渡到另一个稳定工况B。即当外界负荷变化，汽轮机进汽量不作调即当外界负荷变化，汽轮机进汽量不作调整，靠转速的改变使汽轮机发出的电功率整，靠转速的改变使汽轮机发出的电功率与外界电负荷相适应，这种能力称汽轮机与外界电负荷相适应，这种能力称汽轮机组的

50、组的自平衡能力或或自调节能力。（1）设置调节系统原因：）设置调节系统原因： 自平衡能力的缺点：自平衡能力的缺点：l负荷的可变化范围不大，不能满足外界从零负荷到满负荷的需要；负荷的可变化范围不大，不能满足外界从零负荷到满负荷的需要；l负荷变化时，靠自平衡能力转速波动太大，负荷变化负荷变化时，靠自平衡能力转速波动太大，负荷变化10，转速变化，转速变化20%-30，而电力规范规定转速波动，而电力规范规定转速波动A，B上升上升错油门滑阀上升错油门滑阀上升压力油进入油动机上部，油动机下部回流，形成压力差压力油进入油动机上部，油动机下部回流，形成压力差油动机活油动机活塞下移塞下移调节汽门下移调节汽门下移P