1、第五節(jié)小容積流量工況與葉片顫振大功率汽輪機(jī)的最后幾級，特別是未級，在小容積流量下遠(yuǎn)行時，出現(xiàn)葉片 振動應(yīng)力升高，轉(zhuǎn)子和靜子被加熱，未級動葉出口邊受到水珠沖蝕，級的有效功 率可能是負(fù)值等現(xiàn)象，這將影內(nèi)汽輪機(jī)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)負(fù)荷大幅度下 降（包括只帶廠用電及空載）時，蒸汽流量大大下降，供熱抽汽式汽輪機(jī)抽汽量很 大時，供熱抽汽口后各級蒸汽量大大下降為利用凝汽式汽輪機(jī)排汽供熱而提高其 背壓運(yùn)行時，末級排汽口比容減小，這些都將使最后幾級特別是未級的容積流量 大為減小。為了分析小容積流量下汽輪機(jī)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，60年代初以來，蘇聯(lián)等國對小容積流量工況開展了研究，70年代末以來，我國一些高等院校與

2、科研生 產(chǎn)單位對此也進(jìn)行了研究。最后幾級（特別是末級）是高徑比丄二也較大的級，稱日db為大扇度級。大扇度級小容積流量下的變工況是前面介紹的級的變工況的某些補(bǔ) 充（有人稱之為“深度變工況”），這里作一些介紹。小容積流量工況下的長葉片 有可能被誘發(fā)顫振，所以把葉片顫振也放在這里介紹。一、小容積流量工況1 小容積流量下大扇度級的流動特征級的容積流的用相對值表示，GV1 =§灶,瓦=9上空。g和G!分別表示Gv 1Gv 2沒計工況下與變工況下的流量；Vi, V2與Vii , V21分別表示沒計工況下與變工況下 噴嘴、動葉出口比容。容積流量減小過程中，大扇度級內(nèi)的流動將發(fā)生很大變化。圖3.5.

3、1所示是大扇度級流線變化圖。圖3. 5. 1（a）是二=2.6，a 20 =常數(shù)，= 0.46的單級透平實(shí)驗(yàn)所得的流線變化圖，Gv?二0.97時，流線接近沒計工況；Gv 0.65時，動葉后根部已出現(xiàn)沿圓周方向運(yùn)動的渦流，但速度比u小得多，動葉根部流線向止傾斜；GV2二0.50時，動葉后根部渦流區(qū)與脫流高度增大；GV2 =0.37時，不但動葉后渦流和葉根脫流高度更大， 而且噴嘴與動葉的外緣間 隙出現(xiàn)渦流，這一渦流以接近葉頂圓周速度的速度沿圓周方向運(yùn)動，渦流中心的軌跡是一個圓，噴嘴中流線向下彎曲，動葉中流線向上彎曲更大；當(dāng)Gv2=0.04時，動葉后渦流幾乎占振了整個葉高，只有外緣有流量，動葉內(nèi)流線

4、呈對角線， 動葉、靜葉間間隙渦流擴(kuò)大到大部分葉高，只有隔板體附近有蒸汽流過。圖3.5.1 (b)是在二=2. 86的真實(shí)汽輪機(jī)末級上測得的。 GV2二0.41時，葉根子午流線傾 斜度較大；Gv2 = 0.24時，葉根脫流超過13葉高，葉間外緣渦流沿軸向深入噴 嘴。由圖3.5.1可見，在GV2下降過程中，都是動葉后根都先出現(xiàn)渦流葉根脫流高度增大，然后葉間外緣出現(xiàn)渦流，再后兩個渦流都增大。圖3. 5. 2(a)是全蘇熱工研究所在二=2.8的真實(shí)汽輪機(jī)末級上測得的C2Z沿葉高的分配圖27，圖中I；是動葉相對高度，C2z是動葉出口軸向分速， V2G表示垂直于汽輪機(jī)軸的動葉單位出口面積上的質(zhì)量流量，圖中

5、畫出了不同GV2下d沿葉高的分配。虛線以下表示各 瓦 下動葉根部脫流區(qū)高度 厶鳥。可 見隨著瓦減小，流量沿葉高不斷重新分配。圖3. 5. 2(b)是西安熱工研究所與平頂山姚盂電廠所作的665m m末級葉片脫流區(qū)相對葉高厶鳥與GV2的關(guān)系曲線。圖3. 5. 3是二=2.5，GV2 = 0. 14的真實(shí)汽輪機(jī)末級實(shí)測流線圖27， 說明容積流量進(jìn)一步減小時，脫流會發(fā)展到前面的級。可見脫流沿葉高和軸向的 深度，都將隨GV2減小而加劇。在Gv2下降過程中，把動葉根部開始出現(xiàn)脫流及其后容積流量更小的工況稱為級的小容積流量工況12。圖3. 5. 4是二=2.86的真實(shí)汽輪機(jī)最末一級動葉出口絕對速度方向角隨G

6、v2下降面變化的情況27。圖中l(wèi)b表示動葉相對高度。由圖3. 5. 4可見，Gv2 越小，2越大。當(dāng)面Gv2 =0.24時，2增大到160°左右，葉片頂部和下部的:2 比設(shè)計值增大100°左右。增大原因由圖3. 5. 5動葉出口速度三角形可見。由于Gv減小，W21很小，面U不變，因而C21的方向角：'21大增。2動葉根部與葉間間隙外緣發(fā)生渦流的原因由流體力學(xué)可知，發(fā)生脫流的必要條件是 dpdz 0 （Z是軸向）的軸向擴(kuò)壓流動與流體粘性的作用，這就表明渦流必將發(fā)生在擴(kuò)壓區(qū)和葉根上下端部的邊界層增厚處。葉根上下端部有二次流，容易形成較厚的邊界層。Gt 0.97飯鼻0.3

7、7Cg 二 0*04(G鬲3.5.JL客積流量砂小時大4度級內(nèi)的流銭變化圖2 ）汗26,4 =2f斟單紙透平j(luò)（6）5*2.«6.真實(shí)多級汽輪恨上的耒細(xì)o 兀 * "gS?3 （hb 9 ' fl，r芯i3退2脫沆區(qū)禹度與石冠的關(guān)器Z > ”2話林鼻顧 1下衣制片離的分島“）國產(chǎn)665皿巾末葉心人*與石心的芫廉T * .在噴嘴外緣有很大擴(kuò)張角的末級（見圖2. 5. 3）中，若噴嘴頂部設(shè)計進(jìn)口角ao 60（a°即上一級動葉排汽角a2），則當(dāng)Gv 0.25時，噴嘴進(jìn)口角增為 玄廠160° （見圖3. 5. 5）,沖角片二a°-aoi：

8、、- 100°。在這樣大的負(fù)沖角下，噴嘴頂部的有效進(jìn)汽寬度tsina小于出汽寬度tsina，如圖3. 5. 5所示。又由于,dnt sin a噴嘴外緣進(jìn)口直徑d'nt小于出口直徑dnt （見圖3.5.3），該處二 -1-8，d nt sin a°i所以在噴嘴外緣形成擴(kuò)壓流動，出現(xiàn)渦流。圖3.5.3 & =2.爲(wèi)面：=0+14豹真實(shí)撫輪機(jī)末級流線圖動葉根部的GV2減小較多時，5 ：G ,u不變，由圖3.5.5可見'-11增大較多，沖角v - -1 - ：ii是大負(fù)沖角，動葉葉型 凹面部分的脫流區(qū)域增大，根部通道收 縮性減小，故根部反動度減小。當(dāng)Gv2降

9、 到某一數(shù)值時，根部出現(xiàn)負(fù)反動度，于 是出現(xiàn)脫流。可見，為威輕小容積流量 下動葉根部脫流，根部設(shè)計反動度宜較 大。在某些近似假定下，對噴嘴出口截 面I 1到動葉進(jìn)口截面1' T之間u（見圖3. 5. 6，b）、速比X增大（對于固定轉(zhuǎn)速的電站汽輪機(jī)，是比焓降減ca小）后的壓力變化進(jìn)行推導(dǎo)計算，得到圖3. 5. 6（a）27所示的壓力變化規(guī)律。fl乳亂4備種心百下咕仙葉高的湮化QLJ5于=0加A平-石欄=0*4h + 忌叭-0-24圖3.5.5大大購小后的起貢謹(jǐn)度罔圖中ri、rm、rr分別表示葉頂半徑、平均半徑、葉根半徑。由圖可見，當(dāng)Xa1 Xa時，靜動葉間間隙外緣存在 p'11P

10、11的擴(kuò)壓區(qū)U,動葉根部存在P21p'11的擴(kuò)壓區(qū)I。靜壓力沿級外緣和根部的分布如圖3. 5. 6（b）中Pt （外緣）與pr （根部）所示。在葉間間隙外緣，Pt沿軸向增大，在動葉根部，Pr沿軸向也增大，故這兩處必然要產(chǎn)生脫流。計算表明，xa增大越多，外緣(p爲(wèi)- p11)與根部(p21 一 P'll )越打，這兩處渦流越嚴(yán)重。電站用固定轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)的u不變，Gv2減小時，c1與w2減小，厶ht減小，ca也減小而xa增大，使這兩處發(fā)生渦流27。大扇度級動葉幾何 進(jìn)門角 i g沿葉咼是變 化的，在-ig =90°的動 葉截面上，由計算可得P'ii 二 Pii，如圖

11、 3. 5. 6(a)中點(diǎn)A所示。在設(shè)計制造時，若 將：ig =90°的動葉截 面向葉頂方向移動，則 由計算可知，外緣的 (P 'ii 一 Pii )將減小。 由圖(a)中也可看出，若 點(diǎn)A上移，則有陰影的 擴(kuò)壓區(qū)U減小，渦流減弱圈3,5,6 遠(yuǎn)比增大時弭流區(qū)壓力變化2】it間間就外it與葉棍的正壓力<6 )級的外垛與糧恭的靜壓愛化0-Q噴進(jìn)口截甌 生力為皿燈一動葉進(jìn)口戡町壓力為PiM-i-噴嚥出口稔面壓力為(2-2-動葉出口裁面*壓力為巧13.級的鼓風(fēng)工況與過渡工況級的容積流量大減后，由于ht與ci大減，u不變，故J -梟負(fù)得很多，使wii在wi方向的投影，即汽流進(jìn)入

12、動葉的有效分速 w'ii變得很小， 甚至成為負(fù)值，如圖3. 5. 5所示，也就是說Wii可能變成離開動葉入口方向的 分速度。這時為使汽流流入動葉，必須有一定的反動度，先消耗一部分能量使汽 流加速，以抵消W'ii ;然后再用一部分能量產(chǎn)生 W2i，使汽流流過動葉。由于 容積流量很小，所需能量不大。由圖3. 5. 5還可見，雖W2i不大，但因U不 變，故C21很大，有時C21接近于圓周速度u ,使C；1比C；大得多。可見C21的 能量顯然不可能由C11轉(zhuǎn)換而來，動葉中的比焓降只是克服 w爲(wèi)和產(chǎn)生w21， 使汽流剛能流過動葉，也不可能給汽流以 C； /2這么大的動能。因此，c：/2

13、的動能只能來自主軸或葉輪12 o如果汽輪機(jī)的某級非但不對外作功， 而且還要消耗軸上機(jī)械功，那么級的這 種工況稱為鼓風(fēng)工況，也稱耗能工況或壓氣機(jī)工況。把級能對外作有效功的工況 稱為透平工況。在透乎工況與鼓風(fēng)工況之間，級的有效比焓降厶0 = 0，級的相對內(nèi)效率 門=0，稱此工況為過渡工況。若動葉葉高的某段 lb處(如圖3. 5. 5所示)的(180° - 11 )< - 21， 且 Wii > W21，那么 U(Wn COS ii - W21 COS 1 21) < 0，這段 lb 的輪周 功就是負(fù)值，處于鼓風(fēng)工況。因?yàn)樵?180° - 11 )< -

14、21的條件下，W11從動 葉進(jìn)口邊葉背沖擊動葉，這種沖動力只能產(chǎn)生制動作用，加上W11 > W21，動葉內(nèi)的有效比焓降為負(fù)，不可能產(chǎn)生有效的膨脹，團(tuán)比不但不能對外作功，反而 要消耗機(jī)械功。這是從動葉受力分析的角度來理解鼓風(fēng)工況。在鼓風(fēng)工況下，動葉起鼓風(fēng)機(jī)葉片的作用，有時動葉后靜壓力P21還會大于 動葉前靜壓力P11 o某實(shí)驗(yàn)空氣透平級上 GV2 =0.25的實(shí)驗(yàn)與近似計算表明，鼓風(fēng)工況下用來 將流體壓縮流過該級所需的能量最大，維持葉間間隙外緣環(huán)形渦流的能量次之， 消耗于級后根部脫流旋渦的能量最少。它們?nèi)咧g的比約為(0. 730. 77): 0.2: (0. 03 0.07) o4.影

15、響過渡工況的因素為了使汽輪機(jī)多作功，在 Gv2減小過程中，總希望透平工況的流量范圍擴(kuò) 大，鼓風(fēng)工況的流量范圍縮小，過渡工況出現(xiàn)得越遲越好。為此需要分析影響過 渡工況的因素。對一臺單級模型空氣透平(模擬某汽輪機(jī)最末一級，該級 dm/lb = 4. 87,設(shè)計反動度m = 0.3 ,等a流型）所做的實(shí)驗(yàn)與近似計算表明，在G v2減小 過程中，當(dāng)葉間間隙開始出現(xiàn)渦流時，該透平級就進(jìn)入過渡工況。因此，推遲渦流的發(fā)生將有利于擴(kuò)大透平工況的流量范圍。噴嘴外緣擴(kuò)張角不宜過大，否則 在大負(fù)沖角下容易發(fā)生脫流。扭葉片的Ug二90°的截面越靠近根部，小容積流量下動葉根部越容易發(fā)生脫流28，因此Ug =

16、90°的截面應(yīng)移向頂部。對于大扇度級，動葉幾何進(jìn)口角：1g = 90°的截面把葉片分為反動度作相反變化的兩個區(qū)域，在二90°截面以下的動葉截面， Ug V90°，Xa增大時反動度減小；在Sg=90°截面以上的動葉截面，在Ug >90°， Xa增大時 反動度增大28。如果葉頂?shù)脑O(shè)計反動度太大，噴嘴比焓降太小，大負(fù)沖角下噴 嘴易形成擴(kuò)壓區(qū)，故葉頂反動度不宜過大。根部的設(shè)計反動度如果太小，在大負(fù) 沖角下，容易使動葉根部脫流，故葉根反動度不宜過小；可見，從減小脫流，增 大透乎工況流量范圍的角度考慮，應(yīng)使反動度沿葉高變化較小才好。5 鼓風(fēng)

17、工況下對通流部分的加熱鼓風(fēng)工況消耗的機(jī)械功將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜嵴羝儆烧羝訜徂D(zhuǎn)子與靜子。 由于末級通流面積最大，故在GV2減小過程中，末級最先達(dá)到鼓風(fēng)工況，最先 被加熱。G v2進(jìn)一步減小，倒二級的通流面積與容積流量 G v2相比也嫌太大 時，倒二級也達(dá)鼓風(fēng)工況，也被加熱。如此逐級向前推進(jìn)。單缸凝式汽輪機(jī)在空 載工況下，將只有調(diào)節(jié)級的噴嘴有蒸汽膨脹作功， 其余各級都在接近于排汽壓力 的壓力下空轉(zhuǎn)。凡處于空轉(zhuǎn)下的級都將受到加熱。 例如，一臺末級db/'lb = 2. 4 的汽輪機(jī)在空載工況下，低壓缸進(jìn)汽溫度為100130C，但由于鼓風(fēng)工況加熱， 排汽溫度高達(dá)200250 Eo電廠電能常

18、由于輸電線路故障而送不出去， 這時電廠并不想立即停機(jī)，因?yàn)?線路故障通常在12h內(nèi)即可排除，而停機(jī)后重新啟動要花較長時間，因而在線 路故障排除前，希望機(jī)組維持廠用電運(yùn)轉(zhuǎn)。還有些情況下需要維持機(jī)組空轉(zhuǎn)。帶 廠用電運(yùn)轉(zhuǎn)和維持空轉(zhuǎn)時，蒸汽流量都很小，不足以帶走鼓風(fēng)工況所產(chǎn)生的熱量。低壓缸各級，特別是末級，GV2減小時出現(xiàn)鼓風(fēng)工況早。由于葉片長，鼓風(fēng)工 況耗功大，因而可能出現(xiàn)低壓缸過熱，排汽缸變形等嚴(yán)重后果。因此，通常制造 廠說明不允許汽輪機(jī)長時間空轉(zhuǎn)。汽輪機(jī)容許的安全空轉(zhuǎn)時間取決于制造廠家的 設(shè)計和規(guī)定。為了降低末級和排汽缸的溫度可在末級后裝設(shè)噴水冷卻裝置。試驗(yàn)表明，噴水冷卻裝置投運(yùn)時，若凝汽器真空

19、較高，則末級動葉后汽溫沿整個葉高都將降到 排汽壓力下的飽和溫度，如5060C左右，比較安全。由于小容積流量工況下， 末級動葉根部以負(fù)反動度工作，所以噴水冷卻裝置噴出的水滴，將通過根部渦流， 被吸入動葉，隨著渦流運(yùn)動，冷卻動葉。對于單元再熱機(jī)組，在汽輪機(jī)負(fù)荷很小 時，再熱器來的多余蒸汽將通過減溫減壓器送入凝汽器。減溫減壓器中噴出的部分水滴，也將經(jīng)過凝汽器倒流入末級動葉根部，冷卻未經(jīng)。若停用噴水冷卻裝置且切除減溫減壓器通入凝汽器的排汽，則幾分鐘后末級動葉后汽溫就升到 200 r 左右，這時，有的機(jī)組末級葉間間隙外緣溫度可達(dá) 250C左右。因此，不能停用 噴水冷卻裝置。可見，排汽真空較高時，噴水冷卻

20、裝置能使末級動葉及排汽溫度 降到排汽壓力下的飽和溫度左右。若排汽壓力升高，如K-300 - 240型汽輪機(jī)的排汽壓力升高到久 Pc > 17kPa 時，雖有夾帶水摘的逆流進(jìn)入動葉根部，但仍要引起動葉外緣汽溫升高到100C左右，末級動葉lb/2以下的汽溫仍接近于排汽壓力下的飽和溫度。因此要限制 排汽壓力pc的升高。如制造廠規(guī)定 K300240型機(jī)的允許排汽壓力高限為 30 kPa。我國西安熱工研究所與平頂山桃孟電廠對國產(chǎn)665mm末級葉片在小容積流量下進(jìn)行溫度測量，得到了同樣的結(jié)論。6 .末級動葉根部出g邊的水珠侵蝕小容積流量工況下，末級葉根汽流倒流帶入的水滴將對動葉出口邊背孤產(chǎn)生 侵蝕。

21、例如，國產(chǎn)665mm末級葉片的出口邊水滴侵蝕發(fā)生在（0.30.6） lb以 下的區(qū)域，葉根附近的侵蝕寬度為1015m m,向上逐漸變窄，侵蝕深度可達(dá)1 2m m,表面呈鋸齒狀，這種侵蝕使應(yīng)力水平已經(jīng)很高的末級葉片強(qiáng)度被削弱， 增加了不安全因素。二、葉片顫振隨著電站汽輪機(jī)單機(jī)功率的不斷增大， 末級葉片長度也不斷增長，葉頂薄而 微彎，近于平板的形狀，抗振性能減弱；由于未級葉片長度增長，未級葉項(xiàng)的圓 周速度處于跨音速或超音速區(qū)域，加之大功率機(jī)組參與調(diào)峰，使葉片常在小容積 流量大負(fù)沖角下遠(yuǎn)行。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、理論分析與試驗(yàn)研究表明，這些特點(diǎn)往往是導(dǎo) 致葉片發(fā)生顫振以致?lián)p壞的原因。 葉片顫振事故的日益多發(fā)性趨

22、勢，幾乎是各國 汽輪機(jī)行業(yè)所面臨的共同問題，下面對葉片顫振的概念作一介紹。1 顫振是自激振動地一種類型顫振是自激振動的一種類型。自激振動是不需要周期性外力，只依靠自激振 動系統(tǒng)內(nèi)各部分的相互耦合作用面維持的穩(wěn)態(tài)周期運(yùn)動。顫振的研究最早是從研究機(jī)冀顫振開始的， 機(jī)翼的一個特征面與汽流方向的 夾角稱為攻角，以a表示。圖3. 5. 7中畫出了流體與結(jié)構(gòu)(即機(jī)翼、葉片等) 間的相對速度和攻角隨結(jié)構(gòu)運(yùn)動速度變化的示意圖。借助于這張圖來說明氣動力 變化導(dǎo)致自激振動的原理39。圖3. 5l 7(b)中的矩形棱柱體A表示振動體結(jié)構(gòu)， 以其底面作為特征面k和C表示結(jié)構(gòu)振動時的彈性和阻尼。圖 3. 5. 7(a

23、)中橫 坐標(biāo)量為時間，縱坐標(biāo)量是結(jié)構(gòu)橫向運(yùn)動速度 y。橫向運(yùn)動是指上下運(yùn)動。U 表示遠(yuǎn)方來流的速度，設(shè)遠(yuǎn)方來流是定常的，則ur表示結(jié)構(gòu)以速度y運(yùn)動時氣 流對結(jié)構(gòu)的相對流動速度。氣流作用于結(jié)構(gòu)上的阻力Fd的方向必然與ur的方向 相同，垂直于Fd的Fl表示升力。根據(jù)攻角的定義。圖3. 5. 7(a )中的a1與a2 就是兩個特定時間的攻角。圉3" 痣悴與站構(gòu)間的相對題度號以克I的先化蛤構(gòu)橫柯連嵐；的掘便U結(jié)柜受力斥盤関當(dāng)結(jié)構(gòu)作橫向振動時，由于 y是周期性變化的，因而攻角 a必然是周期性 變化的。Fy是氣流作用在結(jié)構(gòu)上的橫向力， Fy可能加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的振動，也可能 減弱結(jié)構(gòu)的振動。F y可用下

24、式表示：Fy = Fl cos a - Fd Sin a（3.5.1）可見氣流作用在結(jié)構(gòu)上的橫向力 F y是攻角a的函數(shù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時，攻角a是 周期性變化的，因面Fy也是周期性變化的。如果結(jié)構(gòu)振動導(dǎo)致 Fy的變化是負(fù) 反饋，即周期性變化的力Fy使結(jié)構(gòu)的振動減弱，則振動趨于穩(wěn)定；如果結(jié)構(gòu)振 動導(dǎo)致Fy的變化是正反饋，即周期性變化的 Fy使結(jié)構(gòu)的振動加強(qiáng)，則扳動增 強(qiáng)，導(dǎo)致自激振動。由此可見，氣流繞葉片運(yùn)動時，葉片所受到的氣動力還要取決于葉片自身的 運(yùn)動狀態(tài)，如取決于葉片運(yùn)動速度 y等，因?yàn)槿~片的運(yùn)動反過來要改變氣流流 場，從而改變流場對葉片的氣動力。 一定條件下，這種相互作用能導(dǎo)致葉片振動 加

25、劇，這種振動就是自激振動。這時，氣流和葉片組成一個自激振動系統(tǒng)。氣流 和葉片之間的相互作用力是自激振動系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力而不是外力。若氣動力相對于結(jié)構(gòu)（振動體）的變形恢復(fù)力很弱，則自激振動頻率與結(jié)構(gòu)固 有頻率很接近，這類自激振動稱為弛振。若氣動力與結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)力是能夠相比 較的量，則自激振動頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率有明顯差別，這類自激振動稱為配振40形成配振的非定常橫向力可看成是由配振本身引起的。因在遠(yuǎn)方來流是定常流的前提下，若葉片顫振停止，則攻角 a不再變化，橫向力Fy變?yōu)槌Ａ浚敲?作用在葉片上引起振動的非定常作用力也就隨之消失，由此也可看出顫振是自激 振動。相反，在Fy的變化是正反饋的條件下

26、，處于遠(yuǎn)方來流為定常流的流場中 的葉片，一有微弱的初始振動就會失去穩(wěn)定性。葉片不斷地從氣流中吸取能量， 其振幅不斷增大，即引起顫振發(fā)作。因此顛振又是流體誘發(fā)的結(jié)構(gòu)白激振動的一 種類型。如果氣流與結(jié)構(gòu)橫截面分離，氣動力就是流動角度的一個非線性函數(shù)， 這種 結(jié)構(gòu)叫做非流線型結(jié)構(gòu)。非流線型結(jié)構(gòu)流體誘發(fā)的振動，通常稱為失速顫振41。“失速”是氣流與結(jié)構(gòu)分離之意 。汽輪機(jī)葉片在小容積流量工況下運(yùn)行時，汽 流與葉片脫離，能夠誘發(fā)失速配振。2 從能量的角度來認(rèn)識顫振實(shí)際振動都是有阻尼振動。葉片振動時有氣動阻尼和機(jī)械阻尼，氣動阻尼遠(yuǎn) 大于機(jī)械阻尼，因此常常忽略機(jī)械阻尼的影響。 對于有阻尼振動，即使維持原有 振

27、幅不變，也要消耗能量。若要使振動加強(qiáng)，則更要消耗能量。因此可以從能量 的角度來判斷葉片顫振是否發(fā)生。若在一個振蕩周期內(nèi)，葉片由汽流所得到的能 量大于振動阻尼所消耗掉的能量，則振動加強(qiáng)，振幅加大，出現(xiàn)顫振；若在一個 振蕩周期內(nèi)，葉片由汽流中所得到的能量小于振動阻尼所消耗的能量，則振動衰減，逐漸消失；若兩種能量相等，貝U振幅維持不變。因此可以說，葉片顫振的本 質(zhì)在于非定常流場向振蕩著的葉片傳輸能量。3.小容積流量下末級葉片的動應(yīng)力實(shí)測對低壓缸末級葉片的實(shí)測表明，在相對容積流量GV2減小過程中，GV2減 小到相當(dāng)小時，葉片振動應(yīng)力開始大大增加，然后達(dá)到某一最大值，容積流量再 繼續(xù)減小時，振動應(yīng)力反而

28、減小。振動應(yīng)力與 GV2之間呈非單調(diào)變化關(guān)系。圖3. 5. 8是西安熱工研究所對神頭電廠 2號機(jī)末級lb=685m m動葉在0.8lb處實(shí)測的動應(yīng)力數(shù)值。當(dāng)GV2 =0.130.3時，振動應(yīng)力大增，且達(dá)一現(xiàn)象在負(fù) 荷上升與下降過程中重復(fù)出現(xiàn)：當(dāng)GV2 =0.16時，動應(yīng)力二d達(dá)最大值，二d _max =59. 3MPa。蘇聯(lián)文獻(xiàn)上的一組數(shù)據(jù)是：G V2 v 0.20.3時，動應(yīng)力大大增加；G V2=0.050.10時，動應(yīng)力達(dá)最大值；G V2進(jìn)一步下降時，動應(yīng)力急劇下降；到G V2 =0.030. 05最小值時，動應(yīng)力達(dá)到零43。西安熱工研究所與平項(xiàng)山姚盂 電廠合測的50MW汽輪機(jī)末級665mm長葉片的動應(yīng)力，在 Gv?減小過程中也 由小變大，再變小，15MW時達(dá)最大值，dnax = 11. 6MPa。動應(yīng)力與蒸汽容積流量之間的這種非單調(diào)變化關(guān)系，是自激振動的一個特 征43。所以，動應(yīng)力的急劇增大可能與葉片顫振密切相關(guān) 43。60斷裂和損壞4 預(yù)測葉片顫振發(fā)生的方法汽輪機(jī)葉片的可靠性對汽輪機(jī)的安團(tuán)備仏強(qiáng)585mm葉片動應(yīng)卅與阪的關(guān)至全運(yùn)行影響很大。國外文獻(xiàn)所裁，汽輪 機(jī)最主要的事故是動葉片損壞，它占汽 輪機(jī)事故的30%。蘇聯(lián)文獻(xiàn)統(tǒng)計，在功 率為64365MW之間的76臺汽輪機(jī)中， 工作5年后有28臺出現(xiàn)損壞事故，其