汽缸与隔板学习.pptx

《汽缸与隔板学习.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽缸与隔板学习.pptx（28页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第一节 工作条件和设计要求1.形状复杂；2.承受很大的压差、温度应力和热变形；设计要求：1.形状要简、对称，壁厚变化均匀，壁厚尽量薄；2.尽量避免出现平壁和特别笨重的水平中分面法兰；3.承受高温、高压部分限定在一定范围内；4.缸体各部分能自由膨胀，但在膨胀过程中动、静部分对中保持不变或变化很小；5.连接在缸体上的管道具有足够弹性；6.排气部分要有很好的气动性能和足够的刚度；7.工艺性好，便于制造、安装、检修和运输。第1页/共28页第二节 典型结构 属于的非标件，因此给出一个通用性的概括是不可能的。汽轮机在此方面的复杂性尤其突出。一、进汽部分 进汽部分是指从新汽法兰接口（或从透平调节阀后）到调节

2、级喷嘴的通流部分。包括蒸汽室（有时包括调节阀室）和喷嘴室，它是汽缸中压力和温度最高的部分。结构形式：整体式：蒸汽室、喷嘴室与汽缸组成一个整体。优点：结构简单，减少加工和装配工作量；缺点：浇铸困难，须用同种材料。改进方法：将蒸汽室和喷嘴室分别浇铸，然后用螺拴连接或焊接为一个整体。这两种结构由于各调节阀后的喷嘴室做成一个整体，在变工况时会产生很大的热应力，因此主要应用在中、低参数的汽轮机上。第2页/共28页分体式：不但蒸汽室、喷嘴室与汽缸分开，而且蒸汽室对应于调节阀也分为若干独立部分。优点：汽缸结构简单，便于铸造；蒸汽室、喷嘴室沿圆周对称布置，有利于减小汽缸热应力；高温部分集中，便于发挥材料性能；

3、部分负荷时喷嘴室的热应力为零；喷嘴室可自由膨胀。双层高压缸结构：主要用于高参数汽轮机，高压缸外缸上的进气室与内缸中的喷嘴室利用插管连接，插管上有带有活塞环的滑动密封接头。有利于减小温度应力和压差形成的应力。对于高参数汽轮机进汽部分，调节阀与汽缸为单独布置。优点：汽缸结构简单，形状容易做得对称；高温蒸汽不直接与汽缸接触，受热条件改善；调节阀与主气阀可以制成一个整体，结构更加紧凑；装拆方便。缺点：增加了调节阀后管道容积，使机组甩负荷时的超速危险增大。第3页/共28页二、高压缸 中低参数汽轮机，一般采用单层汽缸。优点：汽缸结构简单，便于制造；易于形成抽气口；尺寸小，加工周期短。随着参数的提高，单层缸

4、的缺点：压力大，法兰强度和密封存在问题；启动、停机、变工况时法兰中的应力和变形大；整个高压缸均需采用耐热合金制造。双层缸可以克服上述缺点，为了节省耐热合计材料，高压内缸制造非常紧凑，为了降低外缸壁中的应力水平，外缸做成近乎球形。双层缸的优点：内缸承受高温，外缸承受压力，节约材料成本；有利于减小温度应力；减小了压差形成的应力。其他高压缸形式：钢环热套；整体圆筒；三层汽缸。第4页/共28页 三、低压缸 低压缸内压力、温度低，强度不是主要问题。主要问题是如何保持其刚度和流道的合理。双层结构的低压缸有利于减小缸体的翘曲变形，被较多地采用。燃气轮机压力较汽轮机低，气缸形状简单。出于气动考虑，必须降低流动

5、阻力；工作温度高，气缸一般都有隔热和冷却装置。第5页/共28页四、法兰和连接螺栓 保障气密性是重点，螺栓的排列密度比较高，对于高压缸，应该尽量使螺栓中心靠近气缸壁中心线。机组启动时，螺栓的温差很大，同时收到较大的附加拉应力，可以采取一定措施壁面出现破坏。1.增加法兰、螺栓加热装置；2.用埋头螺栓；3.在螺栓与法兰之间增加导热材料；4.在螺帽和法兰面之间增加套筒。第6页/共28页第三节 气缸支承定位和热膨胀 汽缸支承定位：汽缸受热后，既能自由膨胀又能保障动、静部分对中不变。一、高压缸的支承 高压缸与轴承的支承方式：下缸伸出的半法兰与轴承座联接；采用上或下缸上伸出的搭爪支承在轴承座上；利用中分面支

6、承。利用中分面支承中，可以将汽缸支承在下缸搭爪上，也可以支承在上缸搭爪上，此时下缸必须有安装搭爪，用于安装。内缸与外缸的支承方式：也是利用搭爪将内缸支承到外缸上，与高压缸类似，有上、下搭爪两种形式。其中上缸搭爪支承方式为中分面支承。第7页/共28页二、低压缸支承 普遍采用从下缸伸出的支承面支承在基础台上。小型机组低压转子的支承轴承与低压缸为一个整体；大功率汽机将轴承座与低压缸分离，减少变形。三、滑销系统和死点 滑销系统作用：机组受热后，使透平的动、静部分能够沿着预先规定的方向膨胀，保证动、静部分的对中不变或变化很小。变形中位置不变的点称为死点。冷凝式透平中，死点通常布置在低压排汽口中心，或靠近

7、该位置。滑销分为横销、纵销和立销，分别允许对应方向上的自由热膨胀，同时又保证动、静部分的对中不变。第8页/共28页第四节 汽缸的强度计算一、汽缸壁强度计算 汽缸壁形状复杂，沿长度方向压力和温度在持续变化，同时存在着形式不同的法兰，特别是高压缸工作在高温下，蠕变往往不能忽略，这些都大大增加了汽缸壁计算精度提高的难度。当汽缸内外径之比小于1.3时，汽缸壁圆柱段可以近似按照薄壁圆筒计算强度：式中p为计算截面处内外压力差，为汽缸壁厚，D为汽缸内径。当汽缸内外径之比大于1.3时，可根据第四强度理论计算汽缸壁应力。根据第四强度理论，弹性体上某点主应力和许用应力满足下列关系：主应力按照沿缸壁的平均应力代替第

8、9页/共28页切向应力：轴向应力：径向应力：将主应力公式带入上式并考虑工艺要求，即可得到缸壁厚度的计算公式：1为缸壁厚度公差。对于汽缸端部，根据实际测量结果，与45度夹角上的应力最大，按照该方向截取一单元窄条，底部长度为单位长度，由此可见作用在该梯形上的作用力为pF，则作用在该截面上的弯矩为：第10页/共28页F为梯形面积，a为梯形形心到底边的距离。梯形底边长度K、面积F、至底边距离a为：截面的截面系数为：则截面上的弯曲应力为式中的1/3为由经验得到的修正系数。第11页/共28页二、法兰连接密封性和螺栓强度计算 影响法兰连接密封性的因素很多，如法兰几何尺寸、加工质量、拧紧力、蒸汽压力和温度等。

9、这些因素中，装配状态下的拧紧力的大小是重要的可调控量，在施加了合适的拧紧力后，可以保证在两次大修期间中分面不发生漏气。1.工作状态下保持汽密螺栓中应力的确定 取一螺栓节距为t的法兰来考虑该问题，作用在法兰上的力有：汽缸壁对法兰的作用力Q，螺栓对法兰的夹紧力P和法兰面的压紧力R。其中：第12页/共28页 要保证法兰的汽密性，螺栓的加紧力P应大于蒸汽力Q，这样在P和Q的共同作用下，法兰结合面上产生压紧力。根据实验研究，压紧力密度按直线规律分布。结合面上压力的合力用R表示，显然R的作用中心为：根据力和力矩平衡方程可得：由此可得：称为螺栓拧紧系数，根据几何量求出拧紧系数后，就可得到工作状态下保持汽密性

10、时螺栓对应的应力。按照上面计算得到的结果是偏安全的。第13页/共28页减小螺栓应力的方法：1）减小螺栓到汽缸壁的距离；2）减小螺距；3）增大法兰宽度，但这样对机组启动、热应力等产生不利影响；4）开法兰减荷槽（或加热槽）和使汽缸内壁凸起。2.考虑应力松弛后螺栓应力的确定 按照上面计算的结果，法兰似乎可以正常、安全地工作。但如果螺栓工作温度超出了材料的蠕变温度，随着时间的延续，螺栓中将发生应力松弛，螺栓中的应力降低，从而导致漏气。因此当螺栓工作温度高于其材料的蠕变温度时，开始螺栓中的应力0应高于1。对于螺栓，发生应力松弛情况时弹性伸长量（应变）和塑性伸长量（应变）之和保持为常数。第14页/共28页

11、根据蠕变速度和应力的关系式在蠕变的稳定阶段，B(t)为常数。其中0、cr为弹性应变和塑性应变。上式微分后为：应变的微分式可以改写为：利用边界条件积分上式可以得到：第15页/共28页根据上式可以进一步得到：对于需要考虑应力松弛的螺栓拧紧力，首先计算工作状态下的拧紧力1，然后根据上式计算螺栓初始的拧紧力0。显然，初始拧紧力0不能超过材料在该温度下的屈服极限。3.螺栓温度应力及启动时允许的温差 工作或启动时，法兰和螺栓的温度存在差异，由此引起了温度应力。其中(t)：第16页/共28页 在稳定工作状态下，法兰温度为tf，螺栓温度为tb，两者的温差：f和b分别为法兰和螺栓的线膨胀率；KH为有螺栓部分的法

12、兰高度，H为半法兰高度，K为系数，双头螺栓为2，罗纹拧入下法兰情况为1；Lb为螺栓长度。法兰和螺栓的膨胀差为：法兰的热膨胀量要比螺栓大，螺栓被拉长Lb，法兰被压缩Lf，根据变形几何关系可得：法兰和螺栓的自由热膨胀分别为：第17页/共28页 在平衡位置上法兰和螺栓受到的作用力分别为：c1和c2称为法兰和螺栓的刚性系数，其物理含义为引起法兰或螺栓单位变形所需的力。根据法兰和螺栓相互作用力相等得到：根据上式可以得到Lb和Lf间的关系，由此可以进一步得到螺栓中的温度应力为：第18页/共28页 由于温度应力的存在，增加了法兰结合面上的压紧力。因此保证法兰结合密封性的最初拧紧螺栓的应力不再是0，而是0-t

13、1就够了。如果螺栓的许用应力采用=0.50.2，则启动时螺栓中允许的最大温度应力为：因此启动时法兰和螺栓的允许最大温差为：上式是制订汽轮机启动规范的重要参考数据。三、法兰强度计算 法兰计算中假定：1）螺栓预紧力看作集中载荷；第19页/共28页 2）中分面上，法兰接触力不计；3）不考虑法兰过渡到汽缸壁处可能出现的弯矩。此时一个节距上的法兰看作梁，长度为T，宽度为t，高度为H。蒸汽力Q作用在螺栓孔中心的弯矩最大，而该面上抗弯截面系数又最小。螺孔截面处抗弯截面系数为：此时应力计算公式如下：可进一步得到法兰厚度的计算方法第20页/共28页第五节 汽缸材料和许用应力一、材料 汽缸所用材料主要取决于其工作

14、温度。对于低压缸主要为铸铁，随着温度升高从普通铸钢、合金钢、奥氏体合金钢过渡。螺栓是汽缸的一个重要零件，一般用优质碳素钢、各类合金钢制造。螺帽选用材料较螺栓低一级，硬度也相应较低。二、许用应力 应该从工作温度出发，分别考虑三种许用应力，屈服极限、持久强度极限和蠕变极限。第21页/共28页第五章 隔板结构和强度计算第22页/共28页第一节 隔板工作条件和设计要求 从结构上看，隔板分为外缘、静叶、板体和环形密封四部分组成。高压部分的隔板承受高温、高压蒸汽，低压部分隔板承受湿蒸汽作用。设计要求：1.汽密性好；2.有足够的强度和刚度；3.与转子同心；4.隔板上的静叶应该有准确的出汽方向和良好的气动性能

15、；5.结构、工艺简单，成本低廉。第23页/共28页第二节 隔板结构 隔板结构型式多样，常见结构型式有：装配式隔板、焊接隔板和铸造隔板。装配式隔板：最早使用的隔板型式，缺点是加工工作量和金属切削量大，生产周期长、成本高。焊接隔板：容易保证每个喷嘴槽道的汽密性；静叶叶片加工量和金属切削量都很小；强度和刚度较大。铸造隔板：基本等同于焊接隔板，但其工艺更加简单，加工量更少。第24页/共28页第三节 隔板强度计算 隔板是一个外圆支撑、直径自由、具有内孔的半圆板，由于受力的非对称性属于曲梁的斜弯曲，这在数学上尚没有找到解析解，因此隔板计算必须建立在一系列简化和假设基础上才可能进行。现在用于隔板工程计算方法

16、主要有M-V法（Smith法）和Wahl法。一、M-V法 M-V法的假设：1）隔板外缘固定在完全刚性的支座上；2）隔板上承受着均匀的分布载荷；3）支反力沿支撑周边按正弦规律变化；4）计算静叶应力和挠度时，假定隔板外缘和板体是绝对刚性的，计算隔板本身应力和挠度时，静叶为决定刚性的；隔板径向截面形状保持不变；6）不考虑隔板本身的曲率。隔板体中最大应力在垂直于隔板中分面的内劲处，最大挠度在中分面内径处：第25页/共28页二、Wahl法 将隔板看作一个整个半圆环，其上作用着均布载荷。这样可以得到隔板体上最大应力和挠度：其中z、t1、t2为考虑隔板几何形状影响后的修正系数。第26页/共28页第四节 隔板材料和许用应力一、隔板材料 隔板外缘和隔板体根据所处的温度，主要用灰铁、碳素铸钢、合金钢、特种合金钢和奥氏体钢制造。静叶材料的选取原则与动叶基本相同。二、许用应力 应该从工作温度出发，分别考虑三种许用应力，屈服极限、持久强度极限和蠕变极限。应用时选用上述三个数据的小者。第27页/共28页感谢您的观看。第28页/共28页