叶片破坏的主要原因是振动疲劳,即由交变动应力所破坏,故安全评价应以疲劳极限为基础。实际判断叶片的安全性,多采用如下准则:
叶片振动强度安全准则
判别汽轮机叶片工作中抗振安全性的设计和考核依据。
- 英文名称
- safety criteria of blade vibration strength
- 所属学科
- 工程热物理及动力工程
由于叶片振动时总是有阻尼存在,叶片即使发生共振,最大应力也不会升高到无穷大。若叶片强度足够,在共振条件下仍能正常工作。在这种情况下,无须将叶片的自振频率与激振力频率调开以避免共振,这种叶片称为不调频叶片。
对于不调频叶片,在共振条件下工作时,其动应力与蒸汽作用力产生的静弯曲应力
之间的函数关系,可以假设
等于
乘以一个放大系数
,即:
(1)
定义安全倍率,即:
(2)
式中为安全系数。
可见,当大于某一定的数值时,就能保证叶片在共振条件下安全运行。式(2)将难以解决的动应力计算问题转化成了可解决的安全倍率计算问题。即:
(3)
式中为许用安全倍率,可以根据经验值选取。
对于调频叶片,不允许其在共振条件下长期运行,因而应当调整叶片的自振频率,使其与激振力频率及其整倍数避开一个安全距离。同时,还必须满足许用安全倍率
的要求。
①第一种调频叶片的安全准则
对于切向A0型振动,将自振频率与低频激振力频率()调开的叶片(组)叫第一种调频叶片。
根据研究,转速为3000转/分的汽轮机叶片低频激振力调频的频率避开率,可采用赫兹。即当叶片的频率介于
及
时,叶片的实际动频率应满足如下要求,即:
(4)
式中为转速
下整级叶片中最低的实际动频率;
为转速
下整级叶片中最高的实际动频率;
为工作转速的上限;
为工作转速的下限;
为转速倍率,
。对于计算的动频率值,避开率常取为实际频率避开率的1.5倍。
②第二种调频叶片的安全准则
对于切向B0型振动,将自振频率与高频激振力频率()调开的叶片组叫第二种调频叶片。与高频激振力频率接近的叶片自振频率已很高,其静频率与动频率相差很小,可直接用叶片的静频率计算高频共振的频率避开值。
考虑到B0型振动频率是一个频带,具有多个振型及自振频率,而且各叶片组之间频率有一定的分散度,故应以最大的B0型振动自振频率和最小的B0型振动自振频率
进行校核。考虑叶片组自振频率
在机组运行时有所下降(约3%),应适当加大频率避开范围,即:
当时,
(5)
当时,
(6)
式中、
为经温度修正后的叶片组B0型振动的最低和最高静频率;
为工作转速;
为整圈喷嘴数。
频率计算值的避开率约为实际值的倍。当叶片组中叶片工作应力较小时,频率避开范围可以适当减小。
对于B0型振动,当频率避开率满足要求时,仍应校核其A0型振动的安全倍率。
扩展阅读
- 黄树红.汽轮机原理.北京:中国电力出版社,2008.