汽輪機葉片激振源的分類及消除措施

汽輪機葉片激振源的分類及消除措施

0第二,定期執(zhí)行的估算在定性方面，車輛內(nèi)的振動源是眾所周知的，但在許多情況下，它是無法定性的。在這方面尚需進行大量工作。本文將從5個方面對汽輪機葉片的激振源進行分類論述,并提出一些可取的措施以消除激振源或使它們減低到最低程度。1方面的偏差在汽輪機的設(shè)計及制造過程中,由于汽輪機本身結(jié)構(gòu)方面的要求及加工制造方面的偏差,會引起由于汽輪機動葉柵進汽角、流速和壓力空間不均勻所激起的振動。對于運動著的葉片來說,這可以看作是隨時間變化的周期性脈動汽流和力場,而這種類型的激振頻率必將是轉(zhuǎn)速頻率或其整數(shù)倍,即諧頻。1.1不均勻性原則部分進汽是指蒸汽僅通過其圓周通道的一部分進入汽機噴嘴。這種進汽的不均勻性,對于大型汽輪機的調(diào)節(jié)級來說是一個主要的激振源,但對汽輪機的低壓部分不是一個激振源。汽輪機徑向進汽時要求汽流轉(zhuǎn)為軸向,而在徑向排汽時又要求汽流方向由軸向轉(zhuǎn)為徑向。這兩種情況均能引起周向壓力或速度的不均勻性。氣動性能設(shè)計得好可以使這種不均勻性的幅度降低到最低程度并使周向氣流參數(shù)變化平穩(wěn),使得較高的諧振被消除,并且在額定轉(zhuǎn)速下第一、第二階諧振低于葉片的固有頻率。汽輪機用于給水加熱器的抽汽口也能引起汽流方向的改變。1.2靜葉的階振由于裝配原因,靜葉在水平中分面處的配合不精確,使得隔板在水平中分面處的靜葉片可能需要修配。在某些情況下,為避免引起轉(zhuǎn)速偶數(shù)倍的諧振,水平中分面處的葉片甚至可能被切除。隔板內(nèi)外環(huán)及隔板在水平中分面的漏汽。動葉相對于隔板套汽封、汽缸的偏心,會激起一階諧振,也可能引起高階諧振。由于熱變形等因素引起的汽缸、汽封、隔板等靜止部件的橢圓度。靜葉厚度、喉寬的不均勻會引起“噴嘴尾跡”的隨機振動。可見,避免以上加工制造不對稱影響的唯一的辦法就是確保制造和裝配工序的高質(zhì)量。2出汽邊太薄時會出現(xiàn)酶噴嘴尾跡。噴嘴尾跡的激振是指當汽流經(jīng)過每一靜葉或每一列靜葉柵時所產(chǎn)生的氣動力脈動現(xiàn)象,是動葉以“噴嘴通頻”,即轉(zhuǎn)速頻率x靜葉數(shù)或其倍數(shù)激起的振動。某些現(xiàn)象是噴嘴尾跡總效應的原因之一。粘性尾跡。由附面層引起的粘性尾跡是一個尾跡分量,即使在一塊薄平板上通過平行氣流時也存在這種分量。其厚度主要取決于由葉弦尺寸決定的雷諾數(shù),并且不大容易改變。出汽邊厚度分量。即使在靜葉周圍蒸汽流動狀況良好,只要其出汽邊具有有限的厚度,就有可能引起紊流尾跡的形成,從而增加了尾跡的總厚度。因此,制造者必須在由于出汽邊太厚而增加尾跡的總厚度以及由于出汽邊太薄對葉片強度產(chǎn)生的不良影響兩者之間進行選擇。脫流尾跡。由于設(shè)計不佳或機組在非設(shè)計工況運行時,可能會導致靜葉中汽流未達到出汽邊就已脫離靜葉,因而產(chǎn)生更寬的尾跡,并可能在汽道中產(chǎn)生汽流的強烈脈動,即渦流。沖波和膨脹波。當汽流在靜葉流道中達到超音速時,就會引起沖波。更為嚴重的情況是,當噴嘴中的汽流被阻塞且膨脹不足時,在出口汽流中會形成膨脹波和壓縮波的網(wǎng)譜,這時不僅是通過此沖擊波前方的動葉通道將引起激振,而且離開噴嘴的大部分汽流也將改變方向,從而會干擾經(jīng)過動葉列的汽流。此外,當機組在非設(shè)計工況運行時,這些現(xiàn)象也會出現(xiàn)。水滴的沖擊。在汽輪機的低壓部分,蒸汽壓力通常低于其溫度所對應的飽和壓力,因此蒸汽中含有凝結(jié)水分。一些較小的霧狀水珠落在靜葉上,聚集成為一層較厚的水膜,這層水膜在離開出汽邊時破裂成為相當大的水滴。這些水滴在尾跡中的加速很緩慢,從而被動葉以高速撞擊,這也是動葉進汽邊水蝕的主要原因。顯然,這種撞擊在動葉上產(chǎn)生周期性的力,從而激起振動。對于一個特定的動葉來說,并不是每通過一尾跡就必然引起與水滴的撞擊。因此,激振頻譜帶有某種程度的隨機性質(zhì),其平均頻率低于噴嘴通頻。在設(shè)計上,應采取一些減少水蝕的措施,例如增大轉(zhuǎn)子和靜子的軸向間隙、提高蒸汽的密度、降低蒸汽的濕度、采用較長的末級葉片等措施,均能減小激振源。3長葉片和轉(zhuǎn)子-靜子間的軸向間隙當噴嘴尾跡使動葉進汽邊處產(chǎn)生的波向上游傳播,然后以一定的相位關(guān)系從葉片表面反射到動葉進汽邊時,在同一級的靜葉和動葉之間可能會出現(xiàn)波的諧振效應。此波如果不受到限制,其振幅將會以共振方式依次增加。噴嘴尾跡效應是汽輪機和其它透平機械中常見的激振源之一。一般來說,人們總是想通過增大轉(zhuǎn)子-靜子間的軸向間隙來減少這種激振。但是,試驗表明,此間隙的增大也有一個最佳極限值。減少激起噴嘴基本諧振的另一條途徑是,使噴嘴間隙具有某種程度的不等性,可是這種結(jié)構(gòu)會激起其接近基本諧振的其它諧振。如果對葉片共振曲線沒有一定程度的認識,就不可能使葉片的振動響應減少到必要的程度。對于低壓部分長葉片來說,在噴嘴通頻下的共振振型特征是:沿著葉片出汽邊半側(cè)有一簇“扇形變形區(qū)”,也就是葉片有一個局部變形區(qū)。另外,還有一些與轉(zhuǎn)速頻率無關(guān)的瞬時汽流擾動,導致了波的加強效應。包括蒸汽流道中的汽流不穩(wěn)定性,例如:蒸汽通過進汽管道、抽汽管道或其它腔室時汽流激起的聲共振;加強肋及撐桿引起的渦流;靜葉引起的不穩(wěn)定脫流;在動葉圍帶、葉輪等處紊流撞擊引起的表面壓力脈動;由葉片邊緣或其它因素引起的噪音現(xiàn)象等,轉(zhuǎn)動部分的動葉自身汽流不穩(wěn)定性,如:附面層壓力波動;葉片出汽邊引起不穩(wěn)定汽動力的渦流。4葉片失速顫振的原因分析失速顫振。當汽輪機在低負荷下運行,且其末級葉片在其長度方向的上部存在大的負攻角時,就會引起失速顫振。這時,該葉片上部的作用猶如壓氣機,即在該處存在一個回流區(qū),蒸汽從排汽缸經(jīng)過末級葉片的下部向上流動。這種現(xiàn)象應視為引起葉片事故的一個重要潛在原因。迄今,已在分析這種現(xiàn)象和改進設(shè)計方面付出了巨大努力,以避免失速顫振,或至少使葉片有足夠的強度來承受這種顫振。不失速顫振。從理論上來說,在不失速的情況下也能發(fā)生顫振現(xiàn)象,但在汽輪機試驗中還未看到這種跡象。不穩(wěn)定沖擊波。當蒸汽在擴張的汽道中膨脹并且穿過所對應的蒸汽飽和線時,蒸汽并不是立刻開始凝結(jié)。更確切地說,這時會有某種程度的過飽和現(xiàn)象,而到某一點(威爾遜線)時,在較小的范圍內(nèi)會有較多的水分凝結(jié)下來,從而會引起“凝結(jié)沖波”,即凝結(jié)時流體密度同時增大的現(xiàn)象。如果此沖擊波發(fā)生在動葉內(nèi),而且動葉間的汽流通道由于葉片振動而變形,則此沖波在汽道中將來回移動?？梢源_信,在葉片運動和沖波運動之間的相位關(guān)系完全可以使振動的葉片獲得能量,因而產(chǎn)生自激振或自持振動。對這種現(xiàn)象的研究還有待進一步進行。5危險減到最低程度的途徑由于配電系統(tǒng)發(fā)生電器故障或由于發(fā)電機的不對稱效應會激起轉(zhuǎn)子的扭振,從而激起葉片振動或葉片葉輪組合振動。使這種形式的激振危險減到最低程度的途徑是把轉(zhuǎn)子的固有頻率避開50Hz及其倍數(shù)。同時,由