引起叶片振动的汽流激振力就是由于沿圆周方向的不均匀汽流对旋转着的叶片的脉冲作用而产生的,其特性与叶片的共振有密切关系。按频率的高低可将激振力分为两类:低频激振力和高频激振力。
叶片受力
1.汽轮机工作时,叶片受到叶片本身质量和围带、拉金引起的离心力,汽流通过叶栅通道时产生的汽流力以及叶片温差引起的热应力。
2.离心力不仅在叶片横截面产生离心拉应力,而且当离心力作用不通过某截面的形心时还会产生离心弯应力。离心力大小与质量、转速平方及离心运动半径成正比,与时间无关,属于静应力。
3.根据牛顿第二定律推导获得的汽流力与汽流速度和压力等有关,而汽轮机内汽流的流动实际上是非定常,也就是说汽流力与时间有关,它可分解成与时间无关的平均值分量和与时间有关的交变分量。平均值分量属于静应力,而交变分量则迫使叶片振动,属于动应力。
4.当用围带、拉金连接成组的叶片受到汽流作用力而发生弯曲变形时,围带、拉金也将随之发生弯曲变形,同时给叶片一个反弯矩,使弯应力减小。
5.等截面叶片根部截面承担的离心力最大,离心拉应力也最大;变截面叶片根部截面承担的离心力最大,但离心拉应力不一定最大。
6.在汽流的作用下,对于直叶片,根部截面产生的弯应力最大;对变截面,根部的弯应力不一定最大。
7.离心力和汽流力还可能在叶片中引起扭应力。一般而言,叶片中的热应力和扭应力很小,可忽略不计。
自由振动:叶片是一个弹性体,叶片在外力作用下偏离平衡位置,当外力消除后,由于叶片自身的弹性力和惯性力作用,它就在其平衡位置附近反复振动。
自振频率:叶片做自由振动时的频率。
强迫振动:当叶片受到周期性外力(又称激振力)作用时,它会按外力的频率进行振动。
当激振力频率与叶片的自振频率相等或者成整数倍时,叶片将发生共振,在共振状态下,叶片的振幅最大,动应力急剧增加。经验表明,叶片损坏主要是由于振动造成的。
低频激振力
低频激振力产生的原因具体有如下几种:
■ 上下隔板接口结合不良,当汽流流过接口处的喷嘴通道时,汽流速度的大小及方向不同
■ 由于喷嘴或者隔板导叶制造误差,使个别喷嘴异常,其出口汽流速度的过大或过小
■ 对于喷嘴调节的汽轮机,采用部分进汽,调节阀依次开启,当叶片通过装有喷嘴的弧段时,受到汽流力的作用,而叶片通过没有喷嘴的弧段时,又不受汽流力的作用
■ 级前后有抽汽口,在抽汽口附近的动静间隙中有大量的汽流作径向流动,使得这一部位的出口汽流速度的周向分速变小
上述几种情况产生的激振力,都会使动叶片每旋转一周,就要受到一次(或几次)激振力的作用,故称为低频激振力。
高频激振力
高频激振力产生的原因是喷嘴通道壁面的存在使得蒸汽在喷嘴出口处的汽流速度大小沿轮周呈近似抛物线分布。叶片每转过一个喷嘴通道时,所受汽流作用力就会发生一次由小到大、又由大到小的变化。
通常一级的喷嘴数为40-80,额定转速为50r/s,则激振力频率范围为2000-4000Hz,故称为高频激振力。

