能源与动力工程学院汽轮机课程设计
题目：600MW超临界汽轮机调节级叶片强度核算时间：2006年11月13日-2006年12月4日
学生姓名：杨雪莲杨晓明吴建中单威李响梅闫指导老师：谭欣星
热能与动力工程036503班
2006-12-4
600MW超临界汽轮机调节级叶片强度核算
[摘要]本次课程设计是针对600MW超临界汽轮机调节级叶片强度的校核，
并主要对第一调节阀全开，第二调节阀未开时的调节级最危险工况对叶片强度的校核。
首先确定了最危险工况下的蒸汽流量。部分进汽度选择叶型为HQ-1型，喷嘴叶型HQ-2型。根据主蒸汽温度确定叶片的材料为Cr12WmoV马氏体-铁素体钢。
其次，计算了由于汽轮机高速旋转时叶片自身质量和围带质量引起的离心力和蒸汽对叶片的作用力。
选取了安全系数，计算屈服强度极限、蠕变强度极限和持久强度极限，三者中的最小值为叶片的许用用力，叶片拉弯应力的合成并校核，确定叶片是否达到强度要求。
最后，论述了调节级的变化规律即压力-流量之间的关系。
一、课程设计任务书
课程名称：汽轮机原理
题目：600MW超临界汽轮机调节级叶片强度核算
指导老师：谭欣星
课题内容与要求
设计内容：
1、部分进汽度的确定，选择叶型
2、流经叶片的蒸汽流量计算蒸汽对叶片的作用力计算
3、叶片离心力计算
4、安全系数的确定
5、叶片拉弯合成应力计算与校核
6、调节级后的变化规律
设计要求：
1、运行时具有较高的经济性
2、不同工况下工作时均有高的可靠性
已知技术条件与参数：
1、600MW
2、转速：3000r/min
3、主汽压力：24.2Mpa; 主汽温度：566C
4、单列调节级，喷嘴调节
5、其他参数由高压缸通流设计组提供
参考文献资料：
1、汽轮机课程设计参考资料冯慧雯，水利电力出版社，1998
2、汽轮机原理翦天聪，水利电力出版社
3、叶轮机械原理舒士甑，清华大学出版社，1991
4、有关超临界600MW 汽轮机培训教材 同组设计者：
杨雪莲 杨晓明 吴建中 单威 李响 梅闫 二、 高压缸通流部分设计组提供的参数
叶片数不确定：0178.17565.012.30=⨯=⋅=b b b b t t 7.3366.003.51=⨯=⋅=n n n b t t
9.81==
n
n n t e
d Z π 8.0=e
06.203==
b
b
b t d Z π
取82=n Z 204=b Z 34=n t 17=b t b) 喷嘴出口汽流实际速度：s m C /4851=
喷嘴出口面积：274.182cm A n = 喷嘴出口角度：mm Ln 1.29= c) 动叶进口汽流方向：︒=0.201β
动叶出口汽流速度：s m /0.3191=ω 动叶出口绝对速度方向：︒=53.442α 动叶出口绝对速度大小：s m C /48.1192= 动叶出口面积：249.286cm A b = 动叶高度：mm l b 1.31=
d) 进汽量：s kg h t D o /292.460/05.1657== 三、 调节级叶片强度核算
a) 概述
强度核算一般包括零件应力计算、零件材料及其许用应力的选取和零件应力安全性的校核。
叶片工作时，作用在叶片上的力主要有两种：一是汽轮机高速旋转时叶片自身质量和围带、拉筋质量引起的离心力；二是汽流流过叶片产生的汽流作用力。离心力在叶片中产生拉应力，若偏心拉伸还会引起弯应力。汽流作用力是随时间变化的。其稳定的平均值分量在叶片中产生静弯曲应力，而变化分量则引起叶片的振动应力。离心力和汽流力还可能引起扭转应力，叶片受热不均会引起热应力。这两种应力一般都较小。
核算叶片静应力即核算离心力和汽流力平均值分量产生的合成应力，此时叶片弯曲应力的计算应选择汽流力最大的工况，而离心力一般按额定转速计算。
对于调节级的叶片，是以当第一调节阀全开，第二调节阀关闭时，通过一只喷嘴蒸汽的焓降及流量均为最大时，动叶片所承受的应力也达最大时，即第一调节阀全开，第二调节阀未开时为调节级的最危险工况，因此，我们对调节级最危险工况下的动叶片进行强度校核。 b) 部分进汽度的确定，选择叶型
600MW 超临界汽轮机调节级采用喷嘴调节，即部分进汽e<1，由于调节级喷管组之间存在着隔离壁，即使所有调节阀公开也不可能做到全周进汽。所以部分进汽度e=0.8
选取四组喷嘴，来控制高压缸的进汽量
该调节级最危险工况时的部分进汽度2.08.04/14/1'=⨯=⨯=e e 参考300MW 汽轮机的单列调节级，该机组的调节级的动叶选取HQ-1型，喷嘴选用HQ-2型。
喷嘴HQ-2型叶片 动叶HQ-1型叶片 c) 流经叶片的蒸汽流量计算，蒸汽对叶片的作用力计算 （1）
如上图所示，纵坐标表示各调节阀流量之和，横坐标表示总流量，图中AB 线的B 点表示第一调节阀全开，第二调节阀未开时，通过该阀的最大流量 ,即
4.01
=G
G s kg G /117.184292.4604.01=⨯= （2）蒸汽对叶片的作用力分解为轮周方向作用力和轴向作用力后分别计算，然后计算其合力 ()2211'1
cos cos ααc c Z e G F b
u += ()
︒︒⨯+⨯⨯⨯=
53.44cos 48.11913cos 485204
2.0117
.184
N 568.2516=
动叶的平均反动度0=Ωm ，()02021=-Ω≈-=∆P P P P P m ()b b b
a l Pt c c Z e G F ∆+-=2211'1
sin sin αα ()
053.44sin 48.11913sin 485204
2.0117
.184+⨯-⨯⨯⨯=
︒︒
N 203.114=
N F F F a u 157.2519203.114586.2516222
2=+=+= 叶片汽流作用力计算图如下图所示：
