汽輪機本體結(jié)構(gòu)特點

1、汽輪機本體結(jié)構(gòu)特點第1頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四目錄A.汽輪機兩大流派簡介B.汽輪機本體 C. 汽輪機葉片D. 轉(zhuǎn)子E. 汽缸F. 隔板G.汽封H.軸承第2頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四A.汽輪機兩大流派簡介沖動式汽輪機：沖動式汽輪機指蒸汽主要在靜葉中進行膨脹增加流速，蒸汽熱能被轉(zhuǎn)換為動能，進入動葉柵改變流動方向，推動葉柵作周向運動，蒸汽的動能進一步轉(zhuǎn)化為機械能。為了改善蒸汽在動葉中流動的合理性，現(xiàn)代沖動式汽輪機各級均具有一定的反動度（一般在5%30%的范圍內(nèi)），即蒸汽在動葉片中也發(fā)生很小的一部分膨脹，從而使汽流得到一定的加速作用，但仍算

2、作沖動式汽輪機。反動式汽輪機：指蒸汽不僅在噴嘴中，而且在動葉片中也進行膨脹的汽輪機，反動式汽輪機的動葉片上不僅受到由于汽流沖擊而產(chǎn)生的作用力，而且受到蒸汽在動葉片中膨脹加速而產(chǎn)生的作用力。反動度在0.5左右。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。 第3頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四A.汽輪機兩大流派簡介兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點，其中歐洲以反動式汽輪機為主流（如SIEMENS），美、日以沖動式汽輪機為主流(如GE、三菱重工），國內(nèi)以杭汽集團為龍頭，杭汽股份以反動式為主，中能公司做沖動式汽輪機。對于兩種技術(shù)相互比較來說，效率高低并不是由做功

3、原理不同決定的，影響效率的因素有很多：如（1）葉型開發(fā)能力的高低；（2）工況參數(shù)，適用范圍是否是葉型開發(fā)的最佳工況；（3）機械加工水平，裝配水平的高低。（4）本身兩種技術(shù)各自存在的一些優(yōu)缺點。第4頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四A.汽輪機兩大流派簡介沖動式具有較大的熱-功轉(zhuǎn)換能力，并且變工況性能好，所以兩類汽輪機都采用沖動級作為第一級（調(diào)節(jié)級）。中、小型汽輪機常采用復(fù)速級作為第一級，它是在一個葉輪上裝有兩列動葉，在兩列動葉之間裝有導(dǎo)向葉片。由噴嘴射出的高速汽流在第一列動葉內(nèi)將一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功；經(jīng)過導(dǎo)向葉片改變流動方向后，再進入第二列動葉片繼續(xù)作功，利用了一部分余速

4、動能。因此復(fù)速級的焓降及作功能力比單列級更大。 杭汽股份西門子反動式汽輪機結(jié)構(gòu)和中能公司沖動式汽輪機結(jié)構(gòu)也是如此。杭汽股份反動式汽輪機均采用單列沖動式調(diào)節(jié)級，而中能公司根據(jù)設(shè)計參數(shù)的不同，在低參數(shù)時（如1.0MPa,280）也采用單列沖動式調(diào)節(jié)級，但在中溫中壓（如3.43MPa，435）或者高溫高壓（8.83MPa，535）時，采用雙列復(fù)速級，這樣使機組在保證效率的前提下，能減少壓力級數(shù)，提高轉(zhuǎn)子剛性，使臨界轉(zhuǎn)速能避開運行轉(zhuǎn)速。第5頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四A.汽輪機兩大流派簡介反動式汽輪機與沖動式汽輪機結(jié)構(gòu)上最大的不同，沖動式汽輪機的動葉片出、入口側(cè)比較薄，中間

5、比較厚，從入口到出口，流道截面積基本不變；反動式汽輪機葉片入口側(cè)比較厚，出口側(cè)比較薄，流道從入口到出口橫截面積逐漸縮小后再逐漸擴大。第6頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四A.汽輪機兩大流派簡介相反，沖動式級，動葉前后壓差小，可以做成葉輪式，這樣，轉(zhuǎn)子直徑可以做小，使隔板漏汽量減少，隔板漏汽少導(dǎo)致的效率提高完全可以彌補葉輪面磨擦的負面影響。少量的漏汽通過平衡孔流入下一級，不影響動葉中的流動，這也是優(yōu)點。沖動式在保證最佳速比的情況小，每級可以吸收較大的焓降，使級數(shù)減少，機身較短，降低成本，減少汽機房尺寸，降低土建成本。但主軸加工量的增加又使制造成本有一定的增加。第7頁，共73

6、頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四A.汽輪機兩大流派簡介加工成本的比較：因為反動式汽輪機級數(shù)大大多于沖動式汽輪機，一般說來反動式汽輪機的級數(shù)約為沖動式汽輪機23倍，故加工成本來說，相同參數(shù)的汽輪機，反動式加工成本稍高于沖動式汽輪機；第8頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四A.汽輪機兩大流派簡介效率的比較： （1）高溫高壓，高轉(zhuǎn)速的背壓機組比較：反動式汽輪機效率較高； （2）中溫中壓、低溫低壓低速（冷凝、背壓）汽輪機組比較，沖動式汽輪機效率高； （3）反動式汽輪機末級余速損失較大，故冷凝機組的排汽壓力設(shè)計偏高；沖動式汽輪機排汽壓力設(shè)計可以偏低，增加了一定的效率。故

7、在冷凝機組的比較上，要根據(jù)實際機型情況來決定。 第9頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四B.汽輪機本體汽輪機本體是汽輪機設(shè)備的主要組成部分，它由轉(zhuǎn)子和靜子組成。 轉(zhuǎn)子包括動葉、葉輪、主軸、聯(lián)軸節(jié)及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件。靜子包括汽缸、蒸汽室、噴嘴室、隔板、隔板套、汽封、軸承、軸承座、軸承座座架、底盤、滑銷系統(tǒng)及有關(guān)緊固零件等。第10頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉片的結(jié)構(gòu)和分類 葉片按用途可分為 動葉片（又稱工作葉片，簡稱葉片） 靜葉片（又稱噴嘴葉片） 動葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉輪（沖動式汽輪機）或轉(zhuǎn)鼓（反動式汽輪機）上，接受噴嘴葉柵射出的高速汽流

8、，把蒸汽的動能轉(zhuǎn)換成機械能，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。第11頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉片的組成 由葉根、工作部分（或稱葉身、葉型部分）、葉頂連接件（圍帶或拉金）組成。第12頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉根 緊固動葉，使其在經(jīng)受汽流的推力和旋轉(zhuǎn)離心力作用下，不致于從輪緣溝槽里拔出來。 常用的結(jié)構(gòu)型式有： T型、叉型和樅樹型等 。第13頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉根 葉 根 結(jié) 構(gòu)（a）T型葉根；（b）外包凸肩T型葉根；(c）菌型葉根；（d）外包凸肩雙T型葉根；（e）叉型葉根；（f

9、）樅樹型葉根第14頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉型 葉型部分是葉片的基本部分，它構(gòu)成汽流通道。 第15頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉型 （a）等截面直葉片 （b）變截面扭曲葉片 1葉頂； 2葉型； 3葉根 第16頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉片連接件 用圍帶、拉金連在一起的數(shù)個葉片 用圍帶、拉金將全部葉片連結(jié)在一起 不用圍帶、拉金連結(jié)的葉片 成組葉片（葉片組）整圈連接葉片 單個葉片(自由葉片)第17頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉

10、片連接件 圍帶或拉金的作用 可增加葉片剛性,降低葉片蒸汽力引起的彎應(yīng)力,調(diào)整葉片頻率 。圍帶還構(gòu)成封閉的汽流通道,防止蒸汽從葉頂逸出 。有的圍帶還做出徑向汽封和軸向汽封，以減少級間漏汽 第18頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉片連接件 （a）整體圍帶；（b）鉚接圍帶第19頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四C.汽輪機葉片葉片連接件 拉金一般是以612mm的金屬絲或金屬管，穿在葉身的拉金孔中。拉金與葉片之間可以是焊接的（焊接拉金），也可以是不焊接的（松拉金）。拉金處在汽流通道中間，將影響級內(nèi)汽流流動，同時，拉金孔削弱了葉片的強度，所以在滿

11、足振動和強度要求的情況下，有的長葉片可設(shè)計成自由葉片。第20頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四D.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是汽輪機的最重要的部套，他的工作條件比較復(fù)雜。在設(shè)計中，重點需要關(guān)注的是臨界轉(zhuǎn)速和強度。這兩方面在實際運行過程中主要體現(xiàn)在升速時跨臨界和超速時跳閘停機兩方面的保護。這兩方面，臨界轉(zhuǎn)速確定了汽輪機運行的穩(wěn)定性，強度方面確定了汽輪機運行的安全性。任何一方面出現(xiàn)問題均是沒法補救的，故我們在設(shè)計中需要重點關(guān)注這兩方面的問題，在實際使用中也需對這兩方面重點關(guān)注，尤其是試車階段，必須明確確定該機組的臨界轉(zhuǎn)速和跳閘轉(zhuǎn)速，以免因這方面的疏忽造成重大事故。第21頁，共73頁，2022年

12、，5月20日，9點50分，星期四（1）按制造工藝的不同：分為套裝轉(zhuǎn)子、整鍛轉(zhuǎn)子、組合轉(zhuǎn)子。一般來說，中溫中壓進汽參數(shù)的發(fā)電汽輪機，基本上采用套裝轉(zhuǎn)子。高速工業(yè)驅(qū)動汽輪機采用整鍛轉(zhuǎn)子。高參數(shù)進汽參數(shù)的發(fā)電汽輪機采用組合轉(zhuǎn)子，即前半部分采用整鍛轉(zhuǎn)子，后半部分采用套裝轉(zhuǎn)子。（2）按臨界轉(zhuǎn)速是否在運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。在啟動過程中，剛性轉(zhuǎn)子啟動就很方便，不存在跨臨界區(qū)域，而柔性轉(zhuǎn)子因需要快速的跨臨界，故要求用戶在實際啟動過程中，要充分暖機，為快速跨臨界作好準(zhǔn)備。（3）按形狀來分：轉(zhuǎn)輪型轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)子。D.轉(zhuǎn)子第22頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四D.轉(zhuǎn)子套裝

13、轉(zhuǎn)子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件是分別加工后紅套在階梯形主軸上的。各部件與主軸之間采用過盈配合，以防止葉輪等因離心力及溫差作用引起松動，并用鍵傳遞力矩 第23頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四D.轉(zhuǎn)子整鍛轉(zhuǎn)子的葉輪、軸封套和聯(lián)軸節(jié)等部件與主軸是由一整鍛件車削而成，無熱套部件，這解決了高溫下葉輪與主軸連接可能松動的問題。第24頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四D.轉(zhuǎn)子焊接轉(zhuǎn)子采用分段鍛造，焊接組合，它主要由若干個葉輪與端軸拼合焊接而成。 第25頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四D.轉(zhuǎn)子組合轉(zhuǎn)子高溫段采用整鍛結(jié)構(gòu)，而在中、低溫段采用

14、套裝結(jié)構(gòu)，形成組合轉(zhuǎn)子，以減小鍛件尺寸 。 第26頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四D.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)輪型轉(zhuǎn)子葉片裝在葉輪上，葉輪緊固在軸上，蒸汽對葉片的作用力靠葉輪傳給軸，轉(zhuǎn)子級數(shù)較少，每一級中蒸汽的熱焓降較大，一般應(yīng)用在沖動式汽輪機上。轉(zhuǎn)鼓型轉(zhuǎn)子的葉片直接裝在轉(zhuǎn)鼓上，蒸汽對葉片的作用力靠轉(zhuǎn)鼓傳給軸，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，彎曲度小，適用于級數(shù)多，每級熱焓降不大和要求強度較大的反動式汽輪機上。第27頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四D.轉(zhuǎn)子鼓式轉(zhuǎn)子第28頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四汽缸根據(jù)所處位置不同可以分為高壓缸、中壓缸、低壓缸。根

15、據(jù)工藝不同，可以分為鑄造缸和焊接缸。一般來說，發(fā)電機組因設(shè)計參數(shù)比較固定，本體修改比較少，為了縮短加工周期和降低加工成本，一般采用鑄造缸。而驅(qū)動機組因變化比較多，排缸一般設(shè)計成焊接排缸。 還有一種就是因排汽壓力比較高，為防止前后缸接缸處漏氣，做成整體缸。 E.汽缸第29頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸汽缸的作用除了安裝靜子外，最重要的一個作用是將蒸汽和大氣隔開，形成能力轉(zhuǎn)換的環(huán)境。第30頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸汽缸的支承汽缸的支承方式貓爪支承 臺板支承 下貓爪支承 上貓爪支承 非中分面貓爪支承 中分面貓爪支承 第31頁，共

16、73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸汽缸的支承下貓爪支承（a）非中分面支承；（b）中分面支承1貓爪；2橫銷；3軸承座；4汽缸中分面第32頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸汽缸的支承上貓爪支承1上缸貓爪；2下缸貓爪；3安裝墊鐵；4工作墊鐵；5水冷墊鐵；6定位銷；7定位銷；8緊固螺栓；9壓塊第33頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸汽缸的支承內(nèi)缸的支承方式 中分面支承非中分面支承第34頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸汽缸的支承臺板支承 第35頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50

17、分，星期四E.汽缸滑銷系統(tǒng) 1. 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.第36頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸滑銷系統(tǒng) 2. 分類 立銷 用于引導(dǎo)汽缸垂直方向位移縱銷 用于引導(dǎo)汽缸、軸承箱水平軸向位移橫銷 用于引導(dǎo)汽缸、軸承箱水平橫向位移貓爪橫銷 保持汽缸與軸承箱之間的軸向位置不 變，同時引導(dǎo)汽缸水平橫向膨脹。角銷 用于限制軸承箱與臺板脫離第37頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸滑銷系統(tǒng)

18、第38頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四E.汽缸滑銷系統(tǒng)第39頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板作用 隔板用以固定汽輪機各級的靜葉片和阻止級間漏汽，并將汽輪機通流部分分隔成若干個級。它可以直接安裝在汽缸內(nèi)壁的隔板槽中，也可以借助隔板套安裝在汽缸上。隔板通常做成水平對分形式，其內(nèi)圓孔處開有隔板汽封的安裝槽。為了適應(yīng)結(jié)構(gòu)上的需要，沖動式汽輪機在汽缸上裝有支承隔板的隔板套，而反動式汽輪機在汽缸上裝的是支承靜葉環(huán)的靜葉持環(huán)。第40頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板分類隔板的分類焊接隔板 鑄造隔板 鑄鋼隔板鑄鐵隔板第4

19、1頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板分類（a）普通焊接隔板；（b）帶加強筋的焊接隔板1隔板外環(huán)；2外圍帶；3靜葉片；4內(nèi)圍帶；5隔板體；6徑向汽封；7汽封槽；8加強筋第42頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板分類鑄造隔板1外緣；2靜葉片；3隔板體第43頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板隔板套將相鄰幾級隔板裝在一個隔板套中，然后將隔板套裝在汽缸上，上下隔板套之間采用螺栓連接，隔板套在汽缸內(nèi)的支承和定位采用懸掛銷和鍵的結(jié)構(gòu)。隔板套通過其下半部分兩側(cè)的懸掛銷支承在下汽缸上，隔板套的上、下中心位置通過改變墊片

20、的厚度來實現(xiàn)，其左右中心位置靠隔板套底部的平鍵或定位銷來定位。為保證隔板套的熱膨脹，它與汽缸凹槽之間一般留有mm的間隙，隔板在隔板套或汽缸內(nèi)的支承和定位也是采用懸掛銷和鍵支承定位結(jié)構(gòu)。第44頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板隔板套1上隔板套；2下隔板套；3連接螺栓；4上汽缸；5下汽缸；6懸掛銷；7墊片；8平鍵；9定位銷；10頂開螺釘?shù)?5頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板隔板套第46頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四F. 隔板靜葉環(huán)和靜葉持環(huán)反動式汽輪機沒有葉輪和隔板，動葉片直接嵌裝在轉(zhuǎn)子的外緣上，靜葉環(huán)裝在

21、汽缸內(nèi)壁或靜葉持環(huán)上。 第47頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封類型 按安裝部位軸端汽封隔板汽封通流部分汽封第48頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封類型 按定位方式固定汽封可活動汽封第49頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封類型 按結(jié)構(gòu)形式碳精式汽封水封式汽封曲徑式汽封梳齒形樅樹形J 形蜂窩形第50頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封作用 1）軸端汽封 高壓端的作用是減少蒸汽向外漏汽；低壓凋汽封的作用是防止空氣漏入排汽缸破壞真空（冷凝機組）或者是防止蒸汽向外漏氣（背壓機組

22、）。第51頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封作用 2）隔板汽封 減少級間漏氣，維持隔板前后的壓力差。第52頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封作用 3）通流部分汽封 減少葉片上部和下部漏氣。第53頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封結(jié)構(gòu) （a）高低齒 （b）平齒 （c）斜平齒第54頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封結(jié)構(gòu) （a）前軸封 （b）后軸封 （c）隔板汽封第55頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封結(jié)構(gòu) J型密封第56頁，共73頁，202

23、2年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封結(jié)構(gòu) 蜂窩形密封第57頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封結(jié)構(gòu) 布萊登密封1-彈簧； 2-汽封體； 3-汽封環(huán)； 4-汽封套； 5-用于汽封環(huán)背面加壓的切口 第58頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四G. 汽封 國產(chǎn)的中小型汽輪機的汽封都采用薄片型和高低齒型迷宮汽封。汽封環(huán)分成46塊，裝在汽封體上用彈簧片壓緊。彈簧片的作用是箍緊汽封環(huán)，并保證軸與汽封環(huán)碰撞時，汽封片能有一定的退讓余地，防止汽封和主軸損壞。 前后汽封各有調(diào)整墊片，用以調(diào)整汽封片軸向間隙。因為轉(zhuǎn)子的相對脹差的存在，前后汽封片軸向間隙不完

24、全一樣。第59頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四H.軸承汽輪機軸承 徑向支持軸承 推力軸承 徑向支持軸承用來承擔(dān)轉(zhuǎn)子的重量和旋轉(zhuǎn)的不平衡力，并確定轉(zhuǎn)子的徑向位置，以保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心與汽缸中心一致，從而保證轉(zhuǎn)子與汽缸、汽封、隔板等靜止部分的徑向間隙正確。 推力軸承承受蒸汽作用在轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，以保證通流部分動靜間正確的軸向間隙。所以推力軸承被看成轉(zhuǎn)子的定位點，或稱汽輪機轉(zhuǎn)子對靜子的相對死點。 第60頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四H.軸承徑向支持軸承按軸承支承方式 固定式 自位式 第61頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四H.軸承徑向支持軸承按軸承油楔數(shù)量圓筒形軸承（1個油楔） 橢圓形軸承（2個油楔） 三油楔軸承（3個油楔）袋式軸承可傾瓦軸承3-6油楔 第62頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四H.軸承徑向支持軸承圓筒形軸承 1一軸瓦；2一調(diào)整墊鐵；3一墊片；4一節(jié)流孔板；5一油擋；6一進油口；7一鎖餅；8一連接螺栓第63頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四H.軸承徑向支持軸承橢圓形軸承第64頁，共73頁，2022年，5月20日，9點50分，星期四H.軸承徑向支持軸承三軸楔軸承 1一調(diào)整墊片；