中心和它的质量中心之间总有一定的偏差，因此它在运转时总有一定的振动。同时，转子像任何物体一样，有它的自振频率，在汽轮机升速过程中，当转速升到某一数值正好与转子的某一自振频率合拍后，便产生共振，此时汽轮发电机组的转子将产生较强烈的振动。随着转速的升高而离开此转速后，转子的振幅随即明显地减小。当汽轮机的转速继续升高时，可能在另一较高的转速下产生共振而转子的振动又重新增大，待转速进一步升高后振动又会重新降低。这种与转子自振频率发生共振，使转子产生强烈振动的转速称为转子的临界转速，并随着转速升高的次序，分别称为第一阶、第二阶、第三阶……临界转速等。 汽轮发电机组设计的工作转速若低于第一临界转速时，那么机组在启动和运行过程中均不会出现临界转速下振幅增大的现象，这种转子称为刚性转子。若汽轮发电机组的工作转速高于第一临界转速，则这种转子称为挠性转子。

若汽轮机在临界转速下长期转动，振动可能逐渐增大，使轴承受到较大的动载荷，引起轴承的损坏。转子的动挠度随着向临界转速靠近而变得越来越大，可能因振动过大，使转子上的轴封和叶片汽封等与静止部分相摩擦和碰撞，使轴封及叶片汽封等发生损坏，甚至可能导致转子弯曲、断裂等重大事故。因此，汽轮机是不允许在临界转速下或者在临界转速附近长时间停留的。运行人员应当确知所操作机组的临界转速值和振动振幅值规定，在启动升速过程中，应当严密监视并迅速通过临界转速。

本机组转子轴颈振动规定见表2-12。

表2-12 转子轴颈双振幅振动值 轴承 1 2 3 4 5 6 7 8 第一临界转速 振幅值 ≤150 ≤150 ≤150 ≤150 ≤150 ≤150 ≤150 ≤150 正常 ≤50 ≤50 ≤50 ≤50 ≤50 ≤50 ≤50 ≤50 额定转速时振幅值μm 报警 125 125 125 125 125 125 125 125 跳闸 200 200 200 200 200 200 200 200

为了保证机组安全运行，工作转速与临界转速应拉开一定的距离（安全范围）。设计时可根据理论计算转子的自振频率，从而近似确定转子的临界转速，最后临界转速的精确值要通过试验确定。

一般来说，转子临界转速的大小与转子的直径、重量、两端轴承的跨距、支承的刚度等有关。转子直径越大，重量越轻，跨距越小，支承刚度越大，则转子的临界转速值越高，反之则越低。

600MW超临界机组在工作时，汽轮机高中压转子、低压转子和发电机转子连在一起，

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它们组成一个轴系。联成轴系后，各转子会互相影响，互相制约，轴系中各转子的临界转速与单独转动时的临界转速不同。原来临界转速低的会高些，原来临界转速高的会低些。由于发电机转子重量大，跨距大，直径小，因而原临界转速较低，它与汽轮机转子连成轴系后，就会使汽轮机转子的临界转速变低一点，而它本身的临界转速相应有所提高。其中第一阶和第二阶低频振动最具有危险性，所以这两阶临界转速处应特别注意。 东汽600MW超临界汽轮发电机组转子临界转速如表2-13所示。

表2-13 东汽600MW超临界汽轮发电机组转子临界转速 轴段名称 高中压转子 低压转子I 低压转子II 发电机转子 一阶临界转速（r/min） 轴系 1692 1724 1743 984 轴段 1650 1670 1697 933 二阶临界转速（r/min） 轴系 >4000 >4000 >4000 2676 轴段 >4000 >4000 >4000 2695

600MW超临界机组转子的第一阶临界转速值都低于其工作转速，故为挠性转子。机组的临界转速值都避开工作转速±15%，故而能确保机组运行安全。

临界转速下的振动值，主要取决于转子的动、静不平衡程度和安装时找中心的质量。因此，只要动、静不平衡程度和安装质量都符合要求，机组即使通过临界转速时，其振动一般也不很大。

第五节 叶片

一、叶片的结构和分类

叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称叶片）和静叶片（又称喷嘴叶片）两种。

动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓（反动式汽轮机）上，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。

静叶片安装在隔板或持环上。在静叶栅中，蒸汽的压力和温度降低，流速增加，将热力势能转换为动能。

叶片是汽轮机中数量和种类最多的关键零件，其结构型线、工作状态直接影响能量转换效率，因此其加工精度要求高，它所占加工量约为整个汽轮机加工量的30％，可批量生产。

叶片的工作条件很复杂，除因高速旋转和汽流作用而承受较高的静应力和动应力外，还因其分别处在过热蒸汽区、两相过渡区（指从过热蒸汽区过渡到湿蒸汽区）和湿蒸汽区段内工作而承受高温、高压、腐蚀和冲蚀作用，因此它的结构、材料和加工、装配质量对

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汽轮机的安全经济运行有极大的影响。所以在设计、制造叶片时，要考虑到叶片既有足够的强度和刚度，又有良好的型线，以提高汽轮机的效率。

对于在高温区工作的叶片，应考虑材料的蠕变问题；对于在湿蒸汽区工作的叶片，应考虑材料受湿蒸汽冲蚀的问题。任何一只叶片的断裂都有可能造成严重事故。实践表明，汽轮机发生的事故以叶片部分的为最多，所以必须给予足够的重视。

叶片一般由叶根、工作部分（或称叶身、叶型部分）、叶顶连接件（围带）或拉筋组成，如图2-6所示。 1、叶根部分

叶片是通过叶根与叶轮或转鼓相连接的。叶根的作用是将动叶嵌固在叶轮轮缘或转鼓凸缘的沟槽里，在汽流的

图2-6 叶片结构

作用力和旋转离心力的作用下，使叶片不致于从沟槽里甩出来。因此要求它与叶轮轮缘或转鼓凸缘的配合部分要有足够的配合精度和强度，而且应力集中要小。所以，叶根与轮缘或叶根与转鼓槽的结构是否适当，对叶片的安全运行起着重要的作用。

工作叶片一般用单支承面或多支承面的叶根固定在沟槽中，随着叶片高度和重量的增加，叶根所受的作用力增大，应当相应地增加叶片根部支承面的数目，即要采用不同型式的叶根结构。现代汽轮机常用的叶根结构型式有倒T型、外包倒T型、双倒T型、菌型、叉型、枞树型等（如图2-7所示），其适用范围和装配要求各不相同。

（1）图2-7（a）表示T型叶根，此种叶根结构简单，加工装配方便，工作可靠。但由于叶根承载面积小，叶轮轮缘弯曲应力较大，使轮缘有张开的趋势，故常用于受力不大的

短叶片，如高压级叶片。 （2）图2-7（b）所示为带外包凸肩的单T型叶根，其凸肩能阻止轮缘张开，减小轮缘两侧截面上的应力。叶轮间距小的整锻转子常采用此种叶根。

（3）图2-7（c）为菌型叶根结构，这种叶根和轮缘的载荷分布比T型合理，因而其强度较高，但加工复杂，故不如T型叶根应用广泛。

图2-7 叶根结构

（a）T型叶根；（b）外包凸肩T型叶根；（c）菌型叶根； （d）外包凸肩双T型叶根；（e）叉型叶根；（f）纵树型叶根

（4）图2-7（d）为带凸肩的双T型叶根，由于增大了叶根的承力面，故可用于叶片较长，离心力

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加大的情况。一般高度为100~400mm的中等长度叶片采用此种型式。此种叶根的加工精度要求较高，特别是两层承力面之间的尺寸误差大时，受力不均，叶根强度大幅度下降。

上述叶根属周向装配式，这类叶根的装配轮缘槽上开有一个或两个缺口（或称切口），其长度比叶片节距稍大，宽度比叶根宽0.02~0.05mm，以便将叶片从该缺口依次装人轮缘槽中。装在缺口处的叶片称作封口叶片（又称末叶片），用两根铆钉将其固定在轮缘上。有些厂家再用叶根底部的矩形状隙片或半圆形塞片固定，见图2-8。周向装配式的缺点是：叶片拆换必须通过缺口进行，当个别叶片损坏时，不能单独拆换，要将一部分叶片拆下重装，增加了拆装工作量。

（5）图2-8（e）为叉型叶根结构，这种叶根的叉尾直接插入轮缘槽内，并用两排铆钉固定。叉尾数可根据叶片离心力大小选择。叉型叶根强度高，适应性好，被大功率汽轮机末几铆钉孔不便，所以整锻转子和焊接转子不宜采用。

（6）图2-8（f）为枞树型叶根结构，这种叶根和轮缘的轴向缺口设计成尖劈形，以适应根部的载荷分布，使叶根和对应的轮缘承载面都接近于等强度，因此在同样的尺寸下，枞树型叶根承载能力高，叶根两侧齿数可根据叶片离心力的大小选择，强度高，适应性好。叶根沿轴向装入轮缘相应的枞树槽中，底部打入楔形垫片将叶片向外胀紧在轮缘上，同时，相邻叶根的接缝处有一圆槽，用两根斜劈的半圆销对插入圆槽内将整圈叶根周向胀紧，所以装拆方便，但是这种叶根外形复杂，装配面多，要求有很高的加工精度和良好的材料性能，而且齿端易出现较大的应力集中，所以一般只有大功率的调节级和末级叶片使用。 2、叶型部分

叶型部分是指叶片的工作部分。叶片工作部分的横截面形状称为叶型。叶型的周线称为型线。相邻叶片的叶型部分构成蒸汽流动的通道，它要求具有良好的空气动力特性的型线，以减少汽流的能量损失，提高机组的内效率。同时还要满足结构强度、刚度和加工工艺的要求。 按叶片的截面形状沿叶高是否变化，可以把叶片分为等截面叶片、变截面叶片和扭曲叶片。等截面叶片的叶型形状和截面面积沿叶高是不

图2-9 扭曲叶片

图2-8 T型叶根的封口结构

级叶片广泛采用。叉型叶根虽加工方便，便于拆换，但装配时比较费工，且轮缘较厚，钻

变的，也称为直叶片；变截面叶片的叶型截面面积沿叶高按一定的规律变化，各截面面积不相等；若叶片不同高度各横截面逐渐扭转一定角度，且各截面面积不相等，则称为扭曲叶片，见图2-9所示。

当汽道平均直径D和叶片汽道高度L之比较大，即叶片相对比较短，顶部和根部的汽流参数变化不大，可将叶片设计成等截面直叶片。这种叶片的设计方法简便，加工方便，制造成本较低，对级效率的影响也不大。

当叶片长到一定的程度时，即D／L较小，级的平均直径处的汽流参数与叶顶和叶根处

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