透平葉片

透平葉片

透平葉片是透平機械(如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等)中用以引導流體按一定方向流動,並推動轉子旋轉的重要部件。裝在殼體上的葉片稱靜葉片或導葉,裝在轉子上的葉片稱為動葉片。透平葉片的主體是葉身,其尺寸關係到透平的流通能力。

基本介紹

  • 中文名:透平葉片
  • 外文名:透平葉片
  • 推動:轉子旋轉的重要部件
  • 主體:是葉身
透平葉片,結構,種類,可靠性,

透平葉片

turbine blade
18世紀中葉,瑞士人L.歐拉對流體力學研究所取得的成果,為透平機械的發展奠定了理論基礎。隨著各種透平機械的出現和套用,透平葉片得到了相應發展。20世紀80年代,水輪機葉片平均每片發出的最大功率已達50兆瓦。汽輪機長葉片的最高圓周速度接近兩倍音速。燃氣輪機葉片能在接近金屬熔點的1500℃熾熱氣流中工作。
透平葉片

結構

最小的葉片不過5毫米高,用於每分鐘數十萬轉的微型裝置中。一隻巨型葉片重達46噸,裝在中國葛洲壩水電站1號轉槳式水輪機中,轉輪外徑達11.3米。葉身的橫截面稱為葉型,是決定葉片效率的主要因素。葉身與殼體或轉子相連線的部分稱為葉根。葉根的樣式很多。高速透平機械常用樅樹型、T型和雙T型葉根。葉片頂部往往覆以圍帶或葉冠以提高效率,葉身常穿以拉筋以改善振動性能。

種類

透平葉片種類繁多。現代大型電站汽輪機使用幾十級由短到長的靜、動葉片,使高達30兆帕壓力的蒸汽逐級膨脹到約 0.005兆帕的出口壓力。末級葉片的長度可達1.5米。 燃氣輪機葉片承受1000℃上下的高溫,故常製成內有孔道的空心結構,使冷卻介質流過孔道,以降低葉片溫度。水輪機轉速不高,又是單級,低水頭的用螺旋槳式動葉片;中等水頭的用混流式轉輪,這種轉輪的葉片扭曲度很大,常與轉軸製成一體;而高水頭水輪機用的衝擊式動葉片,則形如兩瓣瓢勺。
對透平機械效率的影響  流體流過葉片時會引起能量損失。葉片能量損失越大,透平機械的效率越低。能量損失主要有葉型損失和端部損失。通過風洞實驗等流體動力學的研究,葉型損失已降低到2%左右。端部損失產生於葉頂和葉根兩端,隨葉高對葉寬之比的減小而增加,故裝有短葉片的透平機械效率較低。

可靠性

在高速透平機械中,任何動葉的斷落都會引起振動,甚至造成損毀,需要緊急停機檢修。因此,葉片的可靠性至關重要。葉片在運行中承受周期性的脈動力和穩態離心力兩種載荷。脈動載荷是由透平機械中流場不均勻所激發。轉子每轉一周,葉片就受到一次或多次脈衝。當脈衝頻率接近葉片的自振頻率時便會出現共振。葉片強烈振動常是發生事故的根源。解決的辦法,除消滅脈衝源外,還可採取:①按機械振動學原理,將葉片設計成自振頻率調開共振區的“調頻葉片”;②加固結構、增加阻尼、提高強度,將葉片設計或不必調開共振區的“不調頻葉片”。離心載荷正比於材料密度和葉片圓周速度的平方。在高速透平機械中,為了減小離心載荷,常將較長葉片製成頂薄底厚並使葉型沿高度逐漸扭轉,以適應相應的流動角度的變化。這種葉片稱為扭葉片。  因流體沖蝕、腐蝕、氣蝕和微粒磨蝕所造成的表面剝落、磨損以及鋸齒形、蜂窩狀的斑痕,是另一類常見的葉片損壞。通常在葉片易損部位覆蓋一層硬質合金來防護。  材料  長期的反覆實踐證實,含13%鉻的不鏽鋼具有良好的耐蝕性,已成為透平葉片最常用材料。添加鎳、鉬、釩、鎢等合金元素所構成的鋼種,可以分別滿足水輪機所要求的抗沖刷特性、汽輪機所要求的高強度和熱強性。但這些鋼種不能承受燃氣輪機中600℃以上的高溫。30年代出現的奧氏體熱強鋼可經受700℃的高溫,再高溫度則需要用以鎳、鈷為主體的合金。70年代發展的新型合金將材料使用溫度提高到1000℃以上。對於1200℃以上更高溫度區,人們正在研製新型陶瓷,如氮化矽等材料。汽輪機低壓部分的長葉片有採用密度小、強度高、耐腐蝕性好的鈦合金的趨勢。

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