汽轮机的旋转部分通称转子,它是由主轴、叶轮、叶片和其它零件组成。大型汽轮机的转轴,好似一把只打开了一半的雨伞。
叶片是镶到叶轮上去的,汽轮机是靠高压高温蒸汽冲动叶片带动转轴旋转的。因此叶片的质量有求很高,要用高级合金钢来做原料。
一、为什么整个转子的形状,像一把半打开的雨伞呢?
原来,十二万五千瓦中间再热汽轮机,它一共有四千八百片叶片。这些叶片的大小很不一样,最小的只有大拇指的一半长(23毫米) 而最大的比手臂还要长(700毫米)。
那么,为什么叶片要做的大小不一呢?一圈喷嘴和一圈叶片称为一级,十二万五千瓩中间再热汽轮机共有二十五级。各级的蒸气压力是不相同的,第一级受到的是蒸汽进口压力,因此它的压力最高,而最末一级是汽轮机的排汽压力,压力最低。汽轮机的叶片排列正好和蒸汽压力相反,第一级最小,以后各级的叶片逐渐增大,到最末一级叶片就最大,因此整个转子看上去就像一把半打开的雨伞。
二、为什么蒸汽压力高,叶片反而要做的小呢?
这是为了使汽轮机转轴各部分收到的蒸汽冲击力,大小能够一致的缘故。我门知道,蒸汽的压力和溶积的关系是成反比的。第一级蒸汽压力最大,而这时的蒸汽溶积就最小,因此叶片就做得最小;当蒸汽一级一级通下去时,它的压力逐渐减低,随之他的容积也逐渐增大,于是蒸汽的通导面积就得增大,因此叶片就得做得大一些。如果把每一级叶片都做成同样大小的话,那么转轴各个部分受到蒸汽的冲击力,就有大有小,转轴旋转起来就要不平稳了。这就是汽轮机叶片从小到大的道理。
叶片是转子的重要部件。叶片的工作条件是非常艰巨的,温度高而又经常在变化,还受着相当大的离心力和弯曲力的作用。在运行中,如果叶片折断,就会引起设备的严重损坏。
因此,叶片的材料,以及制造工艺,都有相当高的要求,像十二万五千瓦中间再热汽轮机的叶片,加工时的精密度的误差就不能超过头发丝的三分之一。
三、汽轮机高压段为什么采用等截面叶片?
一般在汽轮机高压段,蒸汽容积流量相对较小,叶片短,叶高比d/L(d为叶片平均直径,L为叶片高度)较大,沿整个叶高的圆周速度及汽流参数差别相对较小。此时依靠改变不同叶高处的断面型线,不能显著地提高叶片工作效率,所以多将叶身断面型线沿叶高做成相同的,即做成等截面叶片。这样做虽使效率略受影响,但加工方便,制造成本低,而强度也可得到保证,有利于实现部分级叶片的通用化 。
四、汽轮机低压部分叶片为什么要设计为扭叶片
大机组为增大功率,往往叶片做得很长。随着叶片高度的增加,当叶高比具有较小值(一般为小于10)时,不同叶高处圆周速度与汽流参数的差异已不容忽视。此时叶身断面型线必须沿叶高相应变化,使叶片扭曲变形,以适应汽流参数沿叶高的变化规律,减小流动损失;同时,从强度方面考虑,为改善离心力所引起的拉应力沿叶高的分布,叶身断面面积也应由根部到顶部逐渐减小。