理论教育 汽轮机零部件载荷特点分析

汽轮机零部件载荷特点分析

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:汽轮机零部件的受力状况相当复杂,尤其是转动部件,不但要承受自身质量引起的离心力,而且还要承受周期性交变的蒸汽作用力,同时又处于高压高温变工况的环境中,某些零部件可能在较低负荷时应力较大。振动与汽轮机的安全运转关系极大,零部件的过大振动或者整个机组的振动,都可能带来严重的后果。一般叶片事故占汽轮机发电机组事故的45%~72%。大型凝汽式汽轮机低压部分的动叶片和叶轮是应力最高的部件。

汽轮机零部件载荷特点分析

为了保证汽轮机的安全运行,需要对其零部件进行强度核算,通过强度核算及其结果分析,可以进一步了解零部件结构及材料选择的合理性和安全余量,以此为检修、改进设计和改变运行条件的参考依据。

汽轮机零部件的受力状况相当复杂,尤其是转动部件,不但要承受自身质量引起的离心力,而且还要承受周期性交变的蒸汽作用力,同时又处于高压高温变工况的环境中,某些零部件可能在较低负荷时应力较大。因此在强度核算时必须注意以下几点:

(1)除核算一般的力学强度、变形外,还应校核动应力、蠕变及热应力

(2)根据工作条件选取零件的许用应力,有些零件须以蠕变极限为主要核算依据,有些则须以疲劳极限或允许挠度为主要核算依据。

(3)评价零件材料时,不能单纯考虑力学强度,还应考虑冲击韧性及抗腐蚀、抗冲蚀和高温时的性能。

(4)因为额定或最大工况并不是机组所有零部件的最危险工况,所以应根据变工况特性确立各零部件的核算工况。

振动与汽轮机的安全运转关系极大,零部件的过大振动或者整个机组的振动,都可能带来严重的后果。(www.daowen.com)

国内外的统计资料表明,许多汽轮机事故均起因于振动,尤其叶片事故所占比例大。一般叶片事故占汽轮机发电机组事故的45%~72%。在叶片事故中,振动强度问题历来是造成机组损坏的主要原因,而其中共振疲劳致使叶片破坏所占的比重又居首位。

调节级叶片处在强度条件恶劣的情况下,运转叶片除了抵抗静应力外,还必须抵抗蒸汽的冲击力及喷嘴尾流引起的振动应力。

末级长叶片的振动亦是较复杂而又重要的问题。大型凝汽式汽轮机低压部分的动叶片和叶轮是应力最高的部件。在高的排汽压力、低负荷或空负荷及异常运行方式下汽流产生强烈扰动时,叶片的动应力可能比通常估算的数值大许多倍。对于变截面长叶片,由于弯曲与扭转振动的耦合,其极易出现低频共振。

除调节级及末级动叶片外,其他各级叶片往往因振动强度不合格而出现叶片断裂事故。低周波等异常运行方式改变了零部件的振动特性,也会造成叶片的断裂。

整个汽轮机发电机组的振动过大带来的危害更为严重。若机组振动主要出现在汽轮机高压侧,则危急保安器有可能误动作而造成停机事故。个别零部件(如轴瓦、轴承座的紧固螺钉、涡轮蜗杆等)在受到机组振动影响时可能因疲劳而损坏,这不仅会迫使机组紧急停机,而且有可能扩大事态。机组振动还将造成动、静零部件的急速磨损甚至造成主轴弯曲,另外,还易使固定在机座底板上的轴承座、基础松动,以及混凝土浇灌体破裂。若基础部分与机组发生共振,则可能造成全机毁坏。

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