汽輪機本體及結(jié)構(gòu)課件分析

1、華華豐偉業(yè)克拉瑪依項目部豐偉業(yè)克拉瑪依項目部全能值班員培訓(xùn)（汽機專業(yè)第一講）汽輪機本體結(jié)構(gòu) 汽輪機內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換 一定壓力和溫度的蒸汽流經(jīng)固定不動的噴嘴，并在其中膨脹，蒸汽的壓力、溫度不斷降低，速度不斷增加，使蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為動能 蒸汽熱能蒸汽熱能 氣流的動能氣流的動能軸的機械能軸的機械能噴嘴噴嘴動葉動葉2022-7-431軸2葉輪3動葉柵4單級沖動式汽輪機工作原理結(jié)構(gòu)立體圖單級沖動式汽輪機工作原理結(jié)構(gòu)立體圖 “級”是汽輪機中最基本的工作單元。在結(jié)構(gòu)上它是由靜葉（噴嘴）和對應(yīng)的動葉所組成；一列固定的噴嘴和與它配合的動葉片構(gòu)成了汽輪機的基本作功單元，稱為汽輪機的“級” 2022-7-44p 沖動力

2、的定義：根據(jù)力學(xué)知識，當(dāng)一運動物體碰到另一個靜止的物體或者運動速度低于它的物體時，就會受到阻礙而改變其速度的大小或方向，同時給阻礙它的物體的一個作用力p 特點：蒸汽僅把從噴嘴中獲得的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，蒸汽在動葉通道中不膨脹，動葉通道不收縮2022-7-45l 噴嘴出口處：蒸汽以相對速度w1進入動葉通道，由于受到動葉的阻礙，汽流方向不斷改變，最后以相對速度w2流出動葉通道，l 在流道中蒸汽對動葉產(chǎn)生一個輪周方向的沖動力F1，該力對動葉作功使動葉轉(zhuǎn)動 2022-7-46 反動力定義：蒸汽在動葉汽道內(nèi)膨脹時對動葉的作用力。根據(jù)動量守恒定律，當(dāng)氣體從容器中加速流出時，要對容器產(chǎn)生個與流動方向相反的力。

3、 基本特點：蒸汽在動葉流道中不僅要改變方向，而且還要膨脹加速，從結(jié)構(gòu)上看動葉通道是逐漸收縮的。2022-7-47 蒸汽流經(jīng)級時先在噴嘴中膨脹，壓力降低，速度增加一方面通過速度方向的改變，產(chǎn)生沖動力F1 蒸汽在動葉中繼續(xù)膨脹，壓力降低，所產(chǎn)生的焓降轉(zhuǎn)化為動能造成動葉出口的相對速度w2大于進口相對速度w1，使汽流產(chǎn)生了作用于動葉上的與汽流方向相反的反動力Fr。 在蒸汽的沖動力和反動力合力作用下推動動葉旋轉(zhuǎn)作功。2022-7-48汽輪機的級可分為沖動級和反動級兩大類(1)、沖動級沖動級又分：純沖動級、帶反動度的沖動級速度級 1) 純沖動級：反動度為零的級稱為純沖動級 工作特點：是蒸汽只在噴嘴中膨脹，

4、在動葉通道中不膨脹 結(jié)構(gòu)特點：動葉葉型近似對稱彎曲，作功能力大，但效率比帶反動度的沖動級低。2022-7-49 現(xiàn)代沖動式汽輪機中廣泛采用具有一定反動度的沖動級，簡稱為沖動級 工作特點:蒸汽的膨脹主要噴嘴中進行，在動葉通道中僅有小部分膨脹，產(chǎn)生的反動力較小，主要利用沖動力作功 結(jié)構(gòu)特點：作功能力比反動級的大，效率又比純沖動級高。2) 帶反動度的沖動級2022-7-4102022-7-411 速度級:為使充分利用余速，在兩列動葉之間裝設(shè)列導(dǎo)向葉片，排汽經(jīng)過導(dǎo)向葉片后改變方向，進入第二列動葉繼續(xù)作功。這種級稱為速度級。 復(fù)速級：同一葉輪上裝有兩列動葉片的雙列速度級，又稱為復(fù)速級。 工作特點：蒸汽主

5、要在噴嘴中膨脹加速：動葉通道和導(dǎo)向葉片通道中基本不膨脹，焓降大、效率較低。用于單級汽輪機和中、小型多級汽輪機的第一級。3) 復(fù)速級2022-7-412 定義：蒸汽在級中的理想焓降平均分配在噴嘴和動葉通道中的級稱為反動級 工作特點：蒸汽在噴嘴和動葉通道中的膨脹程度相等，作功的力沖動力和反動力各占一半 結(jié)構(gòu)特點：動葉葉型與噴嘴葉型完全相同。反動級的效率高于沖動級，但整級的理想焓降較小。4) 反動級2022-7-4132022-7-414 噴嘴調(diào)節(jié)：多數(shù)汽輪機采用改變第一級噴嘴面積的方法調(diào)節(jié)進汽量，稱之為噴嘴調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)級：中、小容量汽輪機的調(diào)節(jié)級噴嘴調(diào)節(jié)汽輪機的第一級稱為調(diào)節(jié)級，一般采用復(fù)速級。大

6、容量汽輪機多采用單列沖動級。 還把汽輪機的級分為速度級和壓力級兩種。2022-7-415 汽輪機的分類 1. 按工作原理分 沖動式汽輪機-由沖動級組成，蒸汽主要在噴嘴中膨脹，在動葉中只有少數(shù)膨脹?，F(xiàn)代沖動式汽輪機各級的反動度一般在5%30%的范圍內(nèi)。 反動式汽輪機-由反動級組成，蒸汽在噴嘴和動葉中膨脹程度相同。由于反動級不能做成部分進汽，故調(diào)節(jié)機采用單列沖動機或復(fù)速級。反動式汽輪機反動度常取0.5，以使動葉和靜葉可取相同葉型，從而簡化制造工藝。 汽輪機的分類 2. 按熱力特性分 凝汽式汽輪機-排汽在高度真空狀態(tài)下進入凝汽器凝結(jié)成水，有些小汽輪機沒有回?zé)嵯到y(tǒng)，成為純凝汽式汽輪機。 背壓式汽輪機-

7、排汽直接用于供熱，沒有凝汽器。當(dāng)排汽作為其他中低壓汽輪機的工作蒸汽時，稱為前制式汽輪機。 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機-從汽輪機某級后抽出一定壓力的部分蒸汽對外供熱，其余排汽仍進入凝汽器。由于熱用戶對供熱壓力有一定的要求，需要對抽汽壓力進行自動調(diào)節(jié)，故稱為調(diào)節(jié)抽汽。根據(jù)用戶需要，有一次調(diào)節(jié)抽汽和兩次調(diào)節(jié)抽汽。2. 按熱力特性分 抽汽背壓式汽輪機-具有調(diào)節(jié)抽汽的背壓式汽輪機。 中間再熱式汽輪機-進入汽輪機的蒸汽膨脹到某一壓力后，被全被抽出送往鍋爐的再熱器進性再熱，再返回汽輪機繼續(xù)膨脹做功。 混壓式汽輪機-利用其他來源的蒸汽引入汽輪機相應(yīng)的中間級，與原來的蒸汽一起工作同常用于工業(yè)生產(chǎn)的流程中，作為蒸汽熱能的綜

8、合利用。3. 按汽流方向分 軸流式汽輪機-組成汽輪機的各級葉柵沿軸向依次排列，汽流方向的總趨勢是軸向的，絕大多數(shù)汽輪機都是軸流式汽輪機。 輻流式汽輪機-組成汽輪機的各級葉柵沿半徑方向依次排列，汽流方向的總趨勢是沿半徑方向。 汽輪機的分類 4. 按用途分 電站汽輪機-用于拖動發(fā)電機，汽輪發(fā)電機組需按供電頻率定轉(zhuǎn)速運行，故也稱為定轉(zhuǎn)速汽輪機，主要采用凝汽式汽輪機。也采用同時供熱的供電的汽輪機，通常稱為熱電汽輪機或供熱式汽輪機。 工業(yè)汽輪機-用于拖動風(fēng)機，水泵等轉(zhuǎn)動機械，其運行速度經(jīng)常是變化的，也稱為變轉(zhuǎn)速汽輪機。 凝汽式供暖汽輪機-在中低壓缸連通管上加裝蝶閥來調(diào)節(jié)供暖抽汽量，抽汽壓力不像調(diào)節(jié)抽汽式

9、汽輪機那樣維持規(guī)定的數(shù)值，而是隨流量大小基本上按直線規(guī)律變化。 凝汽式汽輪機凝汽式汽輪機 進入汽輪機的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝進入汽輪機的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器。汽器。 背壓式汽輪機背壓式汽輪機 排汽壓力高于大氣壓力的汽輪機稱為背壓式汽輪機。排汽壓力高于大氣壓力的汽輪機稱為背壓式汽輪機。 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機 部分蒸汽在一種或兩種給定壓力下抽出對外供熱，其余部分蒸汽在一種或兩種給定壓力下抽出對外供熱，其余蒸汽作功后仍排入凝汽器。蒸汽作功后仍排入凝汽器。 中間再熱式汽輪機中間再熱式汽輪機 新蒸汽經(jīng)汽輪機前幾級作功后，全部引至加熱裝置再次新蒸汽經(jīng)汽輪機前幾

10、級作功后，全部引至加熱裝置再次加熱到某一溫度，然后再回到汽輪機繼續(xù)作功。加熱到某一溫度，然后再回到汽輪機繼續(xù)作功。 按工作原理分類按工作原理分類 v 沖動式汽輪機沖動式汽輪機 按沖動作用原理工作的汽輪機稱為沖動式汽輪機 v 反動式汽輪機反動式汽輪機 按反動作用原理工作的汽輪機稱為反動式汽輪機 v 混合式汽輪機混合式汽輪機 由按沖動原理工作的級和按反動原理工作的級組合而成的汽輪機稱為混合式汽輪機按新(主)蒸汽壓力分類 低壓汽輪機新蒸汽壓力為1.2 MPa2MPa； 中壓汽輪機新蒸汽壓力為2.1 MPa8MPa； 高壓汽輪機新蒸汽壓力為8.1 MPa12.5MPa； 超高壓汽輪機 新蒸汽壓力為12

11、.6MPa15.1MPa； 亞臨界汽輪機 新蒸汽壓力為15.1MPa22MPa； 超臨界汽輪機 新蒸汽壓力為22.12MPa25MPa； 超超臨界汽輪機 新蒸汽壓力為25.0MPa以上。國產(chǎn)汽輪機類型的代號 變形設(shè)計次序蒸汽參數(shù)額定功率(MW)汽輪機類型 例如：CJK350-24.2/566/566 超臨界間接空冷 主汽閥前566 再熱蒸汽進氣閥前566 主要技術(shù)規(guī)范及熱力參數(shù)： 型號CJK350/275-24.2/0.64/566/566、超臨界、一次中間再熱、單軸（采暖抽汽)、間接空冷抽汽凝汽式汽輪機 額定功率350MW 額定抽汽工況功率275MW 主蒸汽額定參數(shù)24.2MPa/566 最

12、大進汽量1180t/h 額定背壓12Kpa 額定供氣抽汽壓力0.64MPa,最大抽氣量550t/h 轉(zhuǎn)速3000r/min 轉(zhuǎn)向機頭看為順時針 給水系統(tǒng)7級回?zé)?，給水由汽動給水泵驅(qū)動 汽輪機通流級數(shù)高壓1+12級、中壓11級、低壓25級，共34級國電克拉瑪依350MW超臨界間接空冷機組 汽輪機由轉(zhuǎn)動部分和靜止部分所組成。汽輪機轉(zhuǎn)動部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子，它包括主軸、葉輪(或轉(zhuǎn)鼓)、動葉柵、聯(lián)軸器及裝在軸上的其他零件。蒸汽作用在動葉柵上的力矩，通過葉輪、主軸和聯(lián)軸器傳遞給發(fā)電機或其他設(shè)備，并使它們旋轉(zhuǎn)而作功。汽輪機的靜止部分包括基礎(chǔ)、臺板(機座)、汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等部件，但主要是汽缸和

13、隔板。 汽輪機的轉(zhuǎn)動部分統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子，它是汽輪機的重要部件之一，起著工質(zhì)能量轉(zhuǎn)換及扭矩傳遞的作用，它匯集了各級動葉柵上得到的機械能并傳給發(fā)電機（或其他機械） 轉(zhuǎn)子的工作條件相當(dāng)復(fù)雜，它處在高溫工質(zhì)中，以高速旋轉(zhuǎn)承受著離心力所引起的巨大應(yīng)力、蒸汽作用在其上的軸向推力以及由于溫度分布不均勻引起的熱應(yīng)力，還要承受巨大的扭轉(zhuǎn)力矩和軸系振動所產(chǎn)生的動應(yīng)力。 汽輪機轉(zhuǎn)子在高溫蒸汽中高速旋轉(zhuǎn)，不僅要承受汽流的作用力和由葉片、葉輪本身離心力所引起的應(yīng)力，而且還承受著由溫度差所引起的熱應(yīng)力。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量過大時，將引起汽輪機的振動。因此，轉(zhuǎn)子的工作狀況對汽輪機的安全、經(jīng)濟運行有著很大的影響。 高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子

14、實物轉(zhuǎn)子實物2022-7-431高中壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上的部件 套裝轉(zhuǎn)子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件和主軸是分別制造的，然后將它們熱套(過盈配合)在主軸上，并用鍵傳遞力矩。主軸加工成階梯形，中間直徑大，只適用于中、低參數(shù)的汽輪機和高參數(shù)汽輪機的中、低壓部分，其工作溫度一般在400以下。 根據(jù)各段的工作條件不同，在同一轉(zhuǎn)子上，高壓部分采用整鍛結(jié)構(gòu)，中、低壓部分采用套裝結(jié)構(gòu)，從而兼得整鍛轉(zhuǎn)子和套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點。組合轉(zhuǎn)子廣泛用于高參數(shù)、中等功率的汽輪機上。 葉輪是一種圓盤形的零件，它一般由輪緣、輪體(輪面)和輪殼三部分組成。輪緣用來固定葉片，其具體結(jié)構(gòu)與葉片的受力情況及葉根形狀有關(guān)，大多數(shù)輪緣具有比輪

15、體為大的截面。輪殼是葉輪套于主軸上的配合部分，故只有套裝轉(zhuǎn)子才有，其結(jié)構(gòu)取決于葉輪在主軸上的套裝方式，為了保證輪殼有足夠的強度，輪殼部分一般都要加厚。輪體是葉輪的中間部分，它起著連接輪緣與輪殼的作用，其斷面應(yīng)根據(jù)受力情況來確定。 動葉片：在汽輪機工作過程中隨汽輪機轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動的葉片稱工作葉片，作用是把蒸汽的動能轉(zhuǎn)變成機械能，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 靜葉片安裝在隔板或汽缸上；動葉片安裝在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上。 安裝在高壓轉(zhuǎn)子上的葉片 2022-7-440 葉根：將動葉片固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上的連接部分，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在任何運行條件下都能牢固地固定。 葉型：相鄰葉片的葉型部分構(gòu)成汽流通道。 葉頂：汽輪機的短葉片和中長葉

16、片通常在葉頂用圍帶連在一起，構(gòu)成葉片組。長葉片在葉型部分用拉金連接成組，或者圍帶和拉金都不用，成為自由葉片。2022-7-441動葉片是汽輪機中數(shù)量最大和種類最多的零件，它的結(jié)構(gòu)、材料和裝配質(zhì)量對汽輪機的安全和經(jīng)濟運行有極大的影響。在汽輪機的事故中，葉片事故約占60%70%左右，所以必須予以足夠的重視。葉片應(yīng)具有良好的流動特性、足夠的強度、滿意的轉(zhuǎn)動特性、合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性能。 葉片通過葉根固定在葉輪上，葉根與葉輪的連接應(yīng)該牢固可靠，而且應(yīng)保證葉片在任何運行條件下不會松動。同時，葉根的結(jié)構(gòu)應(yīng)在滿足強度的條件下盡量簡單，使制造、安裝方便，并使葉輪輪緣的軸向尺寸為最小。隨著動葉片的圓周速度和

17、長度的不同，其葉根所受的作用力也不同，這就需要采用不同的葉根結(jié)構(gòu)型式。 汽缸從高壓向低壓方向看，大致上呈圓筒形或圓錐形。為了便于加工、安裝及檢修，汽缸一般作成水平對分式，即分為上、下汽缸，水平結(jié)合面一般用法蘭螺栓連接，另外，為了合理利用材料和便于加工、運輸，汽缸也常按缸內(nèi)壓力高低沿軸向分為幾段，垂直結(jié)合面也采用法蘭螺栓連接，由于垂直結(jié)合面一般不需拆卸，為保證其嚴(yán)密性，有些汽缸還在結(jié)合面的內(nèi)圓加以密封焊。 汽缸內(nèi)部裝有噴嘴室、噴嘴、隔板套、隔板和汽封等部件。分成高壓缸、中壓缸和低壓缸。1將高溫、高壓的蒸汽與大氣隔開，形成能量轉(zhuǎn)換的環(huán)境；2內(nèi)部包容隔板、噴嘴葉柵及轉(zhuǎn)子部件，共同構(gòu)成汽輪機的通流部分

18、；3承受安裝在內(nèi)部各零件的重量，管道的安裝拉力，運行時汽缸內(nèi)外的壓差，汽缸內(nèi)外溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及連接管道熱狀態(tài)改變時對汽缸的作用力；4端部裝有汽封，形成嚴(yán)密的汽室，防止蒸汽外漏，在低壓部分防止空氣漏入；5汽缸上加工有抽汽口，與回?zé)岢槠艿兰訜嵯到y(tǒng)一起完成回?zé)嵫h(huán)，加熱給水，提高循環(huán)熱效率。2022-7-4472022-7-4482022-7-449高中壓缸合缸2022-7-451高中壓缸低 壓 缸高參數(shù)大功率汽輪機進汽管及調(diào)節(jié)閥布置 概念: 噴嘴又稱靜葉片，實際上它就是相鄰兩靜葉片所形成的汽流通道，其作用是將蒸汽的熱能變?yōu)閯幽?。隔板靜葉實物2022-7-4552022-7-4562022

19、-7-4572022-7-458隔板用于固定噴嘴葉片，并將整個汽缸內(nèi)部空間分隔成若干個汽室。它主要由隔板體，噴嘴葉柵和隔板外緣等部分組成。隔板通過外緣直接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專門的凹槽中。為了安裝和拆卸方便，隔板沿水平中分面對分為上、下兩半塊，稱上、下隔板。為了使上下隔板對準(zhǔn)，并防止漏汽，在水平中分面加裝密封鍵和定位銷。在隔板體的內(nèi)孔壁有安裝汽封環(huán)的槽道。2022-7-460汽封分類 根據(jù)汽封裝設(shè)的位置不同，汽封又分為下列幾種： （1）葉柵汽封。主要密封的位置包括動葉片圍帶處和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向，以及動葉片根部和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向汽封。 （2）隔板汽封。隔板內(nèi)圓面之間用來限

20、制級與級之間漏氣的汽封。 （3）軸端汽封。在轉(zhuǎn)子兩端穿過汽缸的部位設(shè)置合適的不同壓力降的成組汽封。 由于裝設(shè)部位不同，密封方式不同，采用的汽封形式也不盡相同，通常葉柵汽封和隔板汽封又稱為通流部分汽封。設(shè)置原因 汽缸內(nèi)的壓力低于大氣壓力，在主軸穿出汽缸處，會有空氣漏入汽缸，使機組真空惡化，并增大抽氣器的負(fù)荷。 漏汽不僅會降低機組的效率，還會影響機組安全運行。 為減小蒸汽的泄漏和防止空氣漏入，在這些間隙處設(shè)置有密封裝置，通常稱之為汽封。隔板汽封軸端汽封（軸封）2022-7-462汽輪機通流部分的動、靜機件之間，為了避免碰磨，必須留有一定的間隙，而間隙的存在又會導(dǎo)致漏汽，使汽輪機效率降低。為此，在汽輪機動、靜機件的有關(guān)部位設(shè)有密封裝置，通常稱為汽封。 2022-7-4642022-7-465啟動或低負(fù)荷時 25負(fù)荷以上時2022-7-466接觸式汽封產(chǎn)品圖片2022-7-467作用 （1）保持汽缸和轉(zhuǎn)子中心一致，避免因熱脹導(dǎo)致中心變化，引起機組振動或動靜相擦； （2）保證汽缸能自由膨脹，以免發(fā)生過大應(yīng)力引起變形； （3）使轉(zhuǎn)子和靜子部分軸向和徑向間隙符合要求. 概念：軸承是汽輪機的一個重要組成部件，承受轉(zhuǎn)子的重量和未平衡的軸向推力。有支持軸承和