汽輪機的旋轉部分通稱轉子,它是由主軸、葉輪、葉片和其它零件組成。大型汽輪機的轉軸,好似一把打開了一半的雨傘。
葉片是鑲到葉輪上去的,汽輪機是靠高壓高溫蒸汽沖動葉片帶動轉軸旋轉的。因此葉片的質量要求很高,要用高級合金鋼來做原料。
一、為什么整個轉子的形狀,像一把半打開的雨傘呢?
原來,十二萬五千瓦中間再熱汽輪機,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(23毫米) 而最大的比手臂還要長(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為一級,十二萬五千瓦中間再熱汽輪機共有二十五級。各級的蒸氣壓力是不相同的,第一級受到的是蒸汽進口壓力,因此它的壓力最高,而最末一級是汽輪機的排汽壓力,壓力最低。
汽輪機的葉片排列正好和蒸汽壓力相反,第一級最小,以后各級的葉片逐漸增大,到最末一級葉片就最大,因此整個轉子看上去就像一把半打開的雨傘。
二、為什么蒸汽壓力高,葉片反而要做的小呢?
這是為了使汽輪機轉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系是成反比的。第一級蒸汽壓力最大,而這時的蒸汽容積最小,因此葉片就做得最小;當蒸汽一級一級通下去時,它的壓力逐漸減低,隨之它的容積也逐漸增大,于是蒸汽的通導面積就得增大,因此葉片就得做得大一些。
如果把每一級葉片都做成同樣大小的話,那么轉軸各個部分受到蒸汽的沖擊力,就有大有小,轉軸旋轉起來就不平穩了。這就是汽輪機葉片從小到大的道理。
葉片是轉子的重要部件。葉片的工作條件是非常艱巨的,溫度高而且還在經常變化,還要受著相當大的離心力和彎曲力的作用。在運行中,如果葉片折斷,就會引起設備的嚴重損壞。
因此,葉片的材料以及制造工藝,都有相當高的要求,像十二萬五千瓦中間再熱汽輪機的葉片,加工時精密度的誤差就不能超過頭發絲的三分之一。
三、汽輪機高壓段為什么采用等截面葉片?
一般在汽輪機高壓段,蒸汽容積流量相對較小,葉片短,葉高比d/L(d為葉片平均直徑,L為葉片高度)較大,沿整個葉高的圓周速度及汽流參數差別相對較小。此時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,而強度也可得到保證,有利于實現部分級葉片的通用化 。
四、汽輪機低壓部分葉片為什么要設計為扭葉片?
大機組為增大功率,往往葉片做得很長。隨著葉片高度的增加,當葉高比具有較小值(一般為小于10)時,不同葉高處圓周速度與汽流參數的差異已不容忽視。此時葉身斷面型線必須沿葉高相應變化,使葉片扭曲變形,以適應汽流參數沿葉高的變化規律,減小流動損失;同時,從強度方面考慮,為改善離心力所引起的拉應力沿葉高的分布,葉身斷面面積也應由根部到頂部逐漸減小。