汽轮机零部件的材料许用应力及安全准则.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,汽轮机零部件的材料许用应力及安全准则,一、叶片振动的安全准则,50年代开始，沿用苏联1941年叶片和叶轮会议的标准，称旧标准。,1977,年我国制定汽轮机叶片振动安全准则，,1980,年完成了“汽轮机叶片振动强度安全准则”，即新准则,。,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,A,b,2、,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,A,0,型振动的动频率与低频激振力频率,kn,合拍时的共振,2、,第二种共振：切向,B,0,型振动的动频率与高频激振力频率,Z,n,n,相等时的共振,3、,第三种共振：切向,A,0,型振动的动频率与高频激振力频率,Z,n,n,相等时的共振,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。,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。,叶片最危险的三种共振（主振型）,（一）有关基本概念,1、,叶片动应力,F,总,平均作用力,F,交变作用力,F,k,F,引起叶片弯曲，产生静弯矩,M,sb,，,从而引起静弯应力,F,k,引起叶片振动，产生动弯矩,M,d,，,由,M,d,可计算动应力,D,动应力放大系数,2、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不同，计算时取平均值。,引入成组系数,(,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幅值）,（叶片组内某叶片动应力幅值的均值）/（单个叶片动应力幅值）,3、耐振强度（由材料试验确定）,叶片振动产生应力的特性如图,纵坐标：应力,横坐标：时间,t,平均应力（静应力）,幅值,从图上看，,0,时，耐振强度,即疲劳极限,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 ，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应力幅值 ，称为耐振强度。给出不同 ，可以得到 ，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。,教材中,P283,图5.6.22（常用的三种叶片材料的耐振强度曲线）,先确定,离心应力；,离心弯曲应力；,蒸汽弯曲应力；,然后根据 ，,t,曲线查耐振强度,4、频率分散度,I.,汽轮机一级叶轮上叶片的频率不一样，出现频率分散。,原因有两方面：制造方面造成各个叶片质量、刚性差异,安装方面边界条件差异,定义：,同一级中，测得的切向,A,0,型自振频率最大值,f,max,与最小值,f,min,之差与平均值之比的百分数，由 表示。,规定范围,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。,正常情况下，可达,4,以下，规定,6-7，就不容易产生共振损坏问题。,6、调频叶片与不调频叶片,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。,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。,注意：,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。,两种叶片的安全准则,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,二、不调频叶片安全准则,1、,安全倍率,A,b,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 应小于材料允许的耐振强度,n,s,安全系数,C,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，可以间接反映叶片动应力大小。,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，也能安全运行。,2、影响耐振强度因素,（1）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。,蒸汽湿度较大区域（,x,A,b,，,安全可以不调频,对于低频激振力，切向,A,0,型振动，不同,k,值时,A,b,的数值，见,P286,表,5.6.1,说明：,表中无,k,2,的数值，因为,k,2,，振动比较强，要调开共振频率，采用调频叶片来避开共振，,k,1,更不行,k,增大，即激振力的间隔相对增大，平均动应力下降，,A,b,下降,k12,有另外值,（2）,允许切向,B,0,型与高频激振力,Z,n,n,共振的第二种不调频叶片,共统计,14,种机种，,15,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,A,b,的大小有密切关系。计算的叶片,A,b,越小，越危险。,A,b,8,时，事故偶然,A,b,9.8,时，运行十年以上发生断裂,取,A,b,10,（3）允许切向,A,0,型与高频激振力,Z,n,n,共振的第三种不调频叶片,全周进汽级,在相同激振力下，,A,0,型振动的动应力为,B,0,型的,4,倍，因此全周进汽的,A,b,为40,左右，考虑统计安全叶片的最小,A,b,值为,53,，缺乏事故叶片的统计值，所以准则推荐为,A,b,45,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，其,A,b,值也大些，按目前统计的安全叶片，最低,A,b,58,，,同样由于缺乏事故叶片点的数据，故准则暂时推荐,A,b,55,三、,调频叶片的安全准则,（一）避开危险的共振区,采用频率避开值,由两部分组成：保证一定的,A,b,应具有的理论避开值考虑叶片运行后动频率的可能变化。,（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,A,b,，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。,A,b,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：,（,1,）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。,根据统计数据确定,A,b,。,由于调开了共振，安全倍率界限值,A,b,可以大大降低。,要求（一）（二）同时满足规定的指标,1）,频率分散度的概念。,2）,频率避开度,如：圆周有一只异常喷嘴，激振力频率,n,50Hz,，,叶片的自振频率,fd,170Hz,，,此时叶片不发生共振，安全。,若叶片的动频率由于某种原因下降至,150,Hz,，,则 ，即,k,3,，,叶片每自振,3,次刚好受到一次激振，发生共振。,若叶片的动频率上升至,200,Hz,，,则 ，即,k,4,叶片运行时的 总是处于某两个,k,值之间，当叶片的频率变化时，有落在某个,k,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，即要求有一定的避开率。,调频叶片的新准则适用于两种叶片,(1),第一种调频叶片切向,A,0,型自振频率,f,d,调开与低频激振力,k,n,的共振,调频要求：针对实际动频率,f,d,提出来的,叶片的 处于（,k,-,1,）,k,之间，正常工作。,横坐标为转速,n,激振力频率,纵坐标,为了叶片不共振，处于（,k,-,1,),k,之间。,转速的波动允许范围为,49,50.5,Hz,，,激振力的频率在,n,1,n,2,波动，应该避开波动的所有范围。,为了叶片不在（,k,-,1,）n,1,附近发生共振，整级叶片的最低动频率应该比（,k,-,1,）n,1,高，即,为了不使叶片在 附近发生共振，整级叶片中的最高频率 比 低。,按统计数据，,7.5,Hz,，,7.5Hz,。,动频率满足这两条要求，则频率合格。,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,A,b,不能过小，有规定的,A,b,值，见,P288,表,5.6.2,说明,与不调频叶片,A,b,比，在相同的,k,值下,A,b,要小。,k,增大，,A,b,小。,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 ，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。,(2),第二种调频叶片叶片切向,B,0,型振动频率调开与高频激振力,Z,n,n,的共振,B,0,型频率避开率的要求：,级内测得最低自振频率,f,1,比,Z,n,n,高一定范围,级内测得最高自振频率,f,2,比,Z,n,n,低一定范围,f1,比,f2,大,3,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,安全倍率要求：,1、,当叶片组,B,0,型振动频率和激振力,Z,n,n,满足避开要求时，不必校核,B,0,型安全倍率。,2、叶片组也存在,A,0,型振动，,A,0,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,A,0,型和,kn,（,k,=7,）,时的振动安全倍率,。,四、叶片的调频,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要求，应进行调频。,1、调频的前提,叶片包括围带与拉筋的安装质量应该合格。,频率分散度,f=8,如果,f,太大，说明一级中叶片或围带，拉筋的安装工艺及筋骨程度差,别太大。调频前，先把,f,控制在允许范围内。,2、调频手段,（1）改变叶片自振频率,调频措施会同时涉及到叶片的质量与刚度，给自振频率带来的影响。,（2）改变激振力频率,高频激振力：改变喷嘴数目,低频激振力：没有办法改变，如有缺陷，应设法消除,电厂常用方法：,增加叶片与围带或拉筋的连接牢度,加大拉筋直径或改用空心拉筋,增加拉筋数目,改变成组叶片数目,增设拉筋或围带,叶顶钻孔,采用长弧围带,本节重点,耐振强度的定义,频率分散度的定义和产生原因,调频叶片和不调频叶片,安全倍率,Ab,不调频叶片的安全准则,调频叶片的安全准则,调频手段,