汽輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分通稱(chēng)轉(zhuǎn)子,它是由主軸、葉輪、葉片和其它零件組成。大型汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸,好似一把打開(kāi)了一半的雨傘。
葉片是鑲到葉輪上去的,汽輪機(jī)是靠高壓高溫蒸汽沖動(dòng)葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的。因此葉片的質(zhì)量要求很高,要用高級(jí)合金鋼來(lái)做原料。
一、為什么整個(gè)轉(zhuǎn)子的形狀,像一把半打開(kāi)的雨傘呢?
原來(lái),十二萬(wàn)五千瓦中間再熱汽輪機(jī),它一共有四千八百片葉片。這些葉片的大小很不一樣,最小的只有大拇指的一半長(zhǎng)(23毫米) 而最大的比手臂還要長(zhǎng)(700毫米)。
那么,為什么葉片要做的大小不一呢?
一圈噴嘴和一圈葉片稱(chēng)為一級(jí),十二萬(wàn)五千瓦中間再熱汽輪機(jī)共有二十五級(jí)。各級(jí)的蒸氣壓力是不相同的,第一級(jí)受到的是蒸汽進(jìn)口壓力,因此它的壓力最高,而最末一級(jí)是汽輪機(jī)的排汽壓力,壓力最低。
汽輪機(jī)的葉片排列正好和蒸汽壓力相反,第一級(jí)最小,以后各級(jí)的葉片逐漸增大,到最末一級(jí)葉片就最大,因此整個(gè)轉(zhuǎn)子看上去就像一把半打開(kāi)的雨傘。
二、為什么蒸汽壓力高,葉片反而要做的小呢?
這是為了使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸各部分受到的蒸汽沖擊力大小能夠一致的緣故。我們知道,蒸汽的壓力和容積的關(guān)系是成反比的。第一級(jí)蒸汽壓力最大,而這時(shí)的蒸汽容積最小,因此葉片就做得最小;當(dāng)蒸汽一級(jí)一級(jí)通下去時(shí),它的壓力逐漸減低,隨之它的容積也逐漸增大,于是蒸汽的通導(dǎo)面積就得增大,因此葉片就得做得大一些。
如果把每一級(jí)葉片都做成同樣大小的話,那么轉(zhuǎn)軸各個(gè)部分受到蒸汽的沖擊力,就有大有小,轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)起來(lái)就不平穩(wěn)了。這就是汽輪機(jī)葉片從小到大的道理。
葉片是轉(zhuǎn)子的重要部件。葉片的工作條件是非常艱巨的,溫度高而且還在經(jīng)常變化,還要受著相當(dāng)大的離心力和彎曲力的作用。在運(yùn)行中,如果葉片折斷,就會(huì)引起設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。
因此,葉片的材料以及制造工藝,都有相當(dāng)高的要求,像十二萬(wàn)五千瓦中間再熱汽輪機(jī)的葉片,加工時(shí)精密度的誤差就不能超過(guò)頭發(fā)絲的三分之一。
三、汽輪機(jī)高壓段為什么采用等截面葉片?
一般在汽輪機(jī)高壓段,蒸汽容積流量相對(duì)較小,葉片短,葉高比d/L(d為葉片平均直徑,L為葉片高度)較大,沿整個(gè)葉高的圓周速度及汽流參數(shù)差別相對(duì)較小。此時(shí)依靠改變不同葉高處的斷面型線,不能顯著地提高葉片工作效率,所以多將葉身斷面型線沿葉高做成相同的,即做成等截面葉片。這樣做雖使效率略受影響,但加工方便,制造成本低,而強(qiáng)度也可得到保證,有利于實(shí)現(xiàn)部分級(jí)葉片的通用化 。
四、汽輪機(jī)低壓部分葉片為什么要設(shè)計(jì)為扭葉片?
大機(jī)組為增大功率,往往葉片做得很長(zhǎng)。隨著葉片高度的增加,當(dāng)葉高比具有較小值(一般為小于10)時(shí),不同葉高處圓周速度與汽流參數(shù)的差異已不容忽視。此時(shí)葉身斷面型線必須沿葉高相應(yīng)變化,使葉片扭曲變形,以適應(yīng)汽流參數(shù)沿葉高的變化規(guī)律,減小流動(dòng)損失;同時(shí),從強(qiáng)度方面考慮,為改善離心力所引起的拉應(yīng)力沿葉高的分布,葉身斷面面積也應(yīng)由根部到頂部逐漸減小。