汽輪機(jī)課件：動(dòng)葉振動(dòng)及轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速

葉片振動(dòng)及轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速動(dòng)葉片的結(jié)構(gòu)2.葉型動(dòng)葉片的基本部分相鄰葉片的葉型部分構(gòu)成汽流通道1.葉頂短葉片和中長(zhǎng)葉片通常在葉頂用圍帶連在一起，構(gòu)成葉片組長(zhǎng)葉片在葉型部分用拉金連接成組3.葉根將動(dòng)葉片固定在葉輪或者輪鼓上面的部分常用的葉根形式有T型、樅樹(shù)型和叉形2024/5/24葉片受力

離心力汽流力離心拉應(yīng)力離心彎應(yīng)力穩(wěn)定部分交變部分(汽流彎應(yīng)力)振動(dòng)應(yīng)力靜應(yīng)力一、葉片的受力分析熱應(yīng)力---溫差

自由振動(dòng)：葉片突受外力會(huì)偏離平衡位置。當(dāng)外力消除后，葉片在自身的彈性力和質(zhì)量的慣性力下于平衡位置附近反復(fù)振動(dòng)。做自由振動(dòng)的頻率為自振頻率強(qiáng)迫振動(dòng)：葉片受到一個(gè)周期性外力（激振力），它會(huì)按外力頻率振動(dòng)。共振：當(dāng)激振力頻率與自振頻率相等或成整數(shù)倍時(shí)，葉片共振，振幅最大，動(dòng)應(yīng)力急劇增大危害：可能導(dǎo)致葉片產(chǎn)生疲勞裂紋進(jìn)而斷裂。當(dāng)葉片斷裂后，其碎片有可能將相鄰葉片及后邊級(jí)的葉片打壞，使轉(zhuǎn)子失去平衡，引起機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，造成嚴(yán)重后果。

2024/5/24二、葉片振動(dòng)激振力產(chǎn)生的原因：由級(jí)中汽流流場(chǎng)不均勻所致：（1）葉柵尾跡擾動(dòng)，即汽流繞流葉柵時(shí)，由于附面層的存在，葉柵表面汽流速度近于零、附面層以外汽流速度為主流區(qū)速度，當(dāng)汽流流出葉柵時(shí)在出口邊形成尾跡，所以在動(dòng)靜葉柵間隙中汽流的速度和壓力沿圓周向分布是不均勻的，（2）結(jié)構(gòu)擾動(dòng)：其他零部件的振動(dòng)傳給葉片所致以頻率高低來(lái)分，激振力可分為低頻激振力和高頻激振力兩大類。2024/5/24激振力低頻激振力高頻激振力個(gè)別噴嘴損壞或制造、安裝偏差；級(jí)前或級(jí)后有加強(qiáng)筋干擾；隔板中分面處結(jié)合不好使氣流異常有抽氣、排氣口；部分進(jìn)氣對(duì)稱分布激振力：頻率其中i為激振源個(gè)數(shù)，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速r/s（1）全周進(jìn)汽的級(jí)該級(jí)噴嘴沿圓周向是均勻分布的，高頻激振力頻率為：式中，級(jí)的噴嘴數(shù)，一般＝40~90（2）部分進(jìn)氣的級(jí)，噴嘴葉柵的圓周上個(gè)別地方汽流速度大小或方向可能異常，動(dòng)葉每轉(zhuǎn)到此處所受汽流力就變化一次，形成的激振力頻率較低噴管出汽邊有一定的厚度使噴管出口汽流速度沿圓周分布不均勻，所以蒸汽對(duì)動(dòng)葉的作用力分布不均，動(dòng)葉每經(jīng)過(guò)一個(gè)噴管所受的汽流力就變化一次2024/5/24基本振型自由葉片彎曲振動(dòng)切向振動(dòng)軸向振動(dòng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)葉片組彎曲振動(dòng)切向振動(dòng)軸向振動(dòng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)葉片繞截面最小主慣性軸的振動(dòng)葉片繞截面最大主慣性軸的振動(dòng)氣流幾乎沿著切向作用在葉片上，而且振動(dòng)又發(fā)生在葉片剛性最小的切線方向。切向振動(dòng)最容易發(fā)生也最危險(xiǎn)2024/5/24振動(dòng)方向接近于汽輪機(jī)的軸向沿葉高方向繞通過(guò)各截面形心的連線的往復(fù)扭轉(zhuǎn)

(根據(jù)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)(不動(dòng)點(diǎn))的多少)切向振動(dòng)葉身振動(dòng)頂端不振動(dòng)葉身振動(dòng)頂端振動(dòng)A型振動(dòng)B型振動(dòng)A0A1A2B0B1B22024/5/24A0、B0和A1型振動(dòng)更易出現(xiàn)，也更危險(xiǎn)，應(yīng)校核，尤其是A0型振動(dòng)

（低頻振動(dòng)）切向振動(dòng)的型式葉片組的彎曲振動(dòng)彎曲振動(dòng)切向振動(dòng)A型組內(nèi)各葉片頻率及相位均相同，但受?chē)鷰Щ蚶钣绊懀湔駝?dòng)頻率與同階次單個(gè)葉片不同B型第一類對(duì)稱的型振動(dòng)：對(duì)稱于葉片組中心線的振動(dòng)相位相反。軸向振動(dòng)拉金上有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的為X型振型，有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的為U型振型(P210）2024/5/24葉片組中心線兩側(cè)對(duì)稱的葉片振動(dòng)相位相同，為第二類B0振動(dòng)

等截面葉片自振頻率葉片的自振頻率取決于以下因素：1）葉片的抗彎剛度（EI）。（EI）越大，頻率越高2）葉片的高度。越高，頻率越低3）葉片的質(zhì)量m。m越大，頻率越低4）葉片頻率方程的根（

），其值與葉片的振型有關(guān)對(duì)同一葉片，不同振型，其自振頻率不同。但如果已知某一振型頻率值，則可根據(jù)各振型的kl值換算得出其他振型頻率值，即葉片自振頻率只與結(jié)構(gòu)尺寸和材料性能有關(guān)，與激振力大小無(wú)關(guān)2024/5/24＝1：6.25：17.6

自振頻率的修正1.工作溫度：當(dāng)溫度升高時(shí)，葉片的彈性模量E降低，使自振頻率降低。其影響用溫度修正系數(shù)來(lái)修正。2.葉片根部牢固修正系數(shù)K：葉根處產(chǎn)生彈性變形等，都可能使葉根部夾緊力不夠，葉根會(huì)有一部分參與振動(dòng)。這樣振動(dòng)葉片的質(zhì)量增加、剛性降低，因此自振頻率降低

分別為工作溫度下和20℃的葉片材料彈性模量2024/5/24自振頻率的修正（續(xù)）3.離心力：由于離心力作用形成了一個(gè)附加彎矩作用在葉片上，阻止葉片振動(dòng)彎曲，相當(dāng)于增加了剛度，使動(dòng)頻率高于靜頻率：動(dòng)頻率為

，B--動(dòng)頻系數(shù)，n—工作轉(zhuǎn)速4.葉片成組葉片組的頻率通常比單個(gè)葉片的同階頻率高。2024/5/24葉片頻率的測(cè)定·分類：靜頻率f:葉片在靜力場(chǎng)中的自振頻率；動(dòng)頻率fd:葉片在旋轉(zhuǎn)力場(chǎng)中的自振頻率·測(cè)定方法：自振法

共振法

無(wú)線電遙測(cè)方法靜頻率動(dòng)頻率2024/5/242024/5/24橡皮小錘輕擊葉片被測(cè)葉片自由振動(dòng)振動(dòng)機(jī)械能量同頻電信號(hào)示波器y軸音頻發(fā)生器信號(hào)拾振器示波器右端示波器內(nèi)合成X軸和y軸頻率之比為整數(shù)李沙茹圖熒光屏調(diào)節(jié)音頻發(fā)生器的頻率出現(xiàn)穩(wěn)定橢圓或圓數(shù)字頻率器讀數(shù)葉片自振頻率自振法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、迅速自振法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)只能測(cè)量A0型振動(dòng)的頻率只適宜測(cè)量中長(zhǎng)葉片由于取樣傳感器要和葉片接觸,對(duì)葉片產(chǎn)生一個(gè)很大的阻尼,大大加速了葉片振動(dòng)的衰減。同時(shí)對(duì)葉片也有一個(gè)附加質(zhì)量,既增加了取樣的難度,也影響了測(cè)量的精度。所以這種方法在測(cè)量自振頻率較高、振幅小、衰減快的短葉片(組)時(shí)就十分困難。2024/5/24共振法示波器數(shù)字頻率器音頻發(fā)生器功率放大器激振器葉片強(qiáng)迫共振拉桿的機(jī)械振動(dòng)同頻電信號(hào)拾振器振動(dòng)機(jī)械能量李沙茹圖音頻讀數(shù)葉片自振頻率連續(xù)調(diào)節(jié)音頻信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率信號(hào)，依次使被測(cè)葉片共振，以確定葉片各階的自振頻率值。2024/5/24共振法也可用貼在被測(cè)葉片的根部的壓電晶體作為振蕩器葉片振型可用撒沙子的方法確定，沙子聚集的地方即為節(jié)點(diǎn)共振法缺點(diǎn)：拉桿或壓電晶體片的質(zhì)量也參與了振動(dòng)，使被測(cè)葉片的振動(dòng)頻率值略微偏低。2024/5/24動(dòng)頻率測(cè)定系統(tǒng)分為發(fā)送和接收兩部分·發(fā)送部分通過(guò)貼在葉片上的應(yīng)變片或晶體片感受振動(dòng)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)音頻放大器輸至射頻壓控振蕩器調(diào)頻，并以調(diào)頻波向外發(fā)射；·接收部分利用天線（汽缸內(nèi)部發(fā)射機(jī)附近）接收信號(hào)，經(jīng)過(guò)高頻電纜引出氣缸，至調(diào)頻接收機(jī)被放大和解調(diào)成應(yīng)變片頻率信號(hào)，再輸入光線示波器和磁帶錄波儀。對(duì)于數(shù)據(jù)分析得到動(dòng)頻率2024/5/24葉片動(dòng)強(qiáng)度的安全準(zhǔn)則和調(diào)頻第一種共振切向A0型振動(dòng)的動(dòng)頻率與低頻激振力頻率合拍時(shí)的共振第二種共振切向B0型振動(dòng)的動(dòng)頻率與高頻激振力頻率相等時(shí)的共振切向A1型振動(dòng)的動(dòng)頻率與相等時(shí)的共振（一般為短葉片）第三種共振葉片最危險(xiǎn)的三種振型（主振型）2024/5/24調(diào)頻葉片----對(duì)有些葉片要求其某個(gè)主振型頻率避開(kāi)某類激振力頻率才能安全運(yùn)行，這個(gè)葉片對(duì)這一主振型,稱為調(diào)頻葉片。不調(diào)頻葉片----對(duì)有些葉片允許其某個(gè)主振型頻率與某類激振力頻率合拍而處與共振狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行，不會(huì)導(dǎo)致葉片疲勞破壞，這個(gè)葉片對(duì)這一主振型，稱為不調(diào)頻葉片。調(diào)頻還是不調(diào)頻葉片，針對(duì)具體主振型而言，對(duì)某一主振型為不調(diào)頻葉片,對(duì)另一主振型可能為調(diào)頻葉片2024/5/24動(dòng)頻率計(jì)算公式Bb

－葉片的動(dòng)頻系數(shù)葉片的調(diào)頻當(dāng)調(diào)頻葉片的自振頻率不符合頻率避開(kāi)率的要求時(shí)，就需要對(duì)葉片的自振頻率或激振力頻率進(jìn)行調(diào)整，使葉片工作時(shí)避開(kāi)共振，這叫作調(diào)頻。

調(diào)整葉片自振頻率的措施主要是改變?nèi)~片的質(zhì)量和剛度（包括連接剛度）常用的調(diào)頻方法有：（1）重新研磨葉根間的接觸面，以增加葉根的連接剛性。這對(duì)于因安裝質(zhì)量不佳而導(dǎo)致頻率不合格的葉片是一種提高自振頻率和減小頻率分散度的有效方法。（2）在葉片頂部鉆孔或切角，以減小葉片質(zhì)量。（3）改善圍帶或拉筋與葉片的連接質(zhì)量，增加連接牢固程度。對(duì)焊接圍帶或拉筋可采用加焊的方法，對(duì)鉚接圍帶可重新捻鉚不合格的鉚釘。（4）改變圍帶或拉筋尺寸。這將使葉片的剛度和質(zhì)量都發(fā)生變化，由此引起的頻率變化需根據(jù)具體條件進(jìn)行計(jì)算或試驗(yàn)才能確定。（5）改變?nèi)~片組內(nèi)的葉片數(shù)。當(dāng)組內(nèi)葉片數(shù)增加時(shí)，圍帶或拉筋對(duì)葉片的反彎矩相應(yīng)增加，使葉片自振頻率提高。但是當(dāng)組內(nèi)原有葉片數(shù)較多時(shí)，此法效果就不大了。（6）采用松拉筋。運(yùn)行中，松拉筋由于離心力而緊貼在葉片上，可以有效地抑制葉片的A0型和B0型振動(dòng)，減小振幅和振動(dòng)應(yīng)力。三、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速1.定義：當(dāng)激振力頻率即轉(zhuǎn)子的角速度等于轉(zhuǎn)子的自振頻率時(shí)，便發(fā)生共振，振幅急劇增大，此時(shí)的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。A1

2.影響因素：臨界轉(zhuǎn)速值與轉(zhuǎn)子的剛度、質(zhì)量和跨距有關(guān)。剛度大、質(zhì)量輕、跨距小的轉(zhuǎn)子，臨界轉(zhuǎn)速值高；反之，臨界轉(zhuǎn)速值就低。臨界轉(zhuǎn)速的大小還受到轉(zhuǎn)子工作溫度和支承剛度的影響。工作溫度升高和支承剛度降低，將使臨界轉(zhuǎn)速值降低。

3.軸系：在汽輪發(fā)電機(jī)組中，每一根轉(zhuǎn)子兩端都有軸承支承，稱為單跨轉(zhuǎn)子。各單跨轉(zhuǎn)子用聯(lián)軸器連接起來(lái)，就構(gòu)成了多支點(diǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，稱為軸系

用聯(lián)軸器連接后，各轉(zhuǎn)子的剛度增大，使軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速比單跨轉(zhuǎn)子相應(yīng)的各階臨界轉(zhuǎn)速有所提高4.轉(zhuǎn)子的分類

：轉(zhuǎn)子可分為剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子。工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子

＞（20％～25％）工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為撓