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第二章 汽轮机本体结构第一节 进汽部分 这里所指的汽轮机组进汽部分主要包括进汽管道、阀门、配汽室。它是汽缸中承受蒸汽压力和温度最高的部分。 一、进汽部分的布置方式 在选择进汽部分的布置方式时，主要应注意如下要求： (1)蒸汽管道对汽缸的推力应在允许的范围内。具体地说，任何工况下管道对汽缸的总推力不得大于汽缸（含隔板、汽封等）总重量的5。 (2)管道和阀门在任何工况下的热应力和热变形在允许的范围内，同时也不会使与之连接的汽缸产生不允许的热应力和热变形。 (3)调节阀后至配汽室的容积应尽可能小，避免调节阀快关后，阀后有过多的“余汽”进入汽轮机，造成汽轮机组超速。 (4)安装、运行操作、检修方便。 (5)结构紧凑、整齐、美观。图2-2 高压主汽调节联合阀外形图2-1 高压缸进汽部分示意图本厂600MW汽轮机组的进汽主蒸汽由两根主蒸汽管从运行层下部进入置于该机两侧的两个高压主汽调节联合阀，由两侧各两个调节阀流出，经过4根高压导汽管对称地进入高压缸喷嘴室。高压缸上、下半各两个喷嘴室支承在内缸水平结合面附近，并且在轴向由三个与内缸紧密配合的凸台定位。高压缸进汽采用带有弹性密封环的钟罩形套管结构，如图2-1所示。这种支持和密封系统使每个部件都能自由地膨胀和收缩，并且密封性及对中性好，应力小，热负荷适应性好。 再热后的蒸汽由热段再热管送至机组两侧的中压主汽调节联合阀，再经2根中压导汽管从中压缸下部进入中压缸。图2-2、图2-3分别是该机组的高压主汽调节联合阀、中压主汽调节联合阀的外形图。图2-3 中压主汽调节联合阀外形二、高压主汽调节联合阀1概述主汽阀具有“双重阀碟”而且在水平位置操作。主汽阀体和蒸汽室为一体。附图中表示了主汽阀和执行机构的布置图，油动机安装在弹簧支架上，并且通过连杆及杠杆与主汽阀杆相连接。主蒸汽经过4个调节汽阀的蒸汽室后，分别由4根与高压上、下汽缸的各2根进汽管相连的大曲率半径柔性导汽管，导入设置在高压内缸中的4组喷嘴。这种布置方式能简化高压汽缸和联合汽阀的结构，减少阀体总的体积，从而保证铸件质量，并降低运行时由于温度分布不均而产生的热应力。2.主汽阀主汽阀是简单布置的通常被称为“双重阀碟”的结构,见图2-4。它由两个单座的不平衡阀（9）和（14）组成，一个阀安装在另一个内部。如图4所示，阀处于关闭位置时，蒸汽进汽压力与压缩弹簧（54）、（55）、（56）和（57）的作用力一起通过阀杆把每一个阀门紧紧地关闭在它的阀座上。图2-4 高压主汽阀结构图预启阀（14）由2部分组成，通过安装在阀杆（12）内部的弹簧弹性压紧在主阀上，关闭时能与主汽阀（9）内部的阀座较好的同心。阀杆（12）移动并打开主汽阀（9）内部时，预启阀（14）首先开启。之后，阀杆（12）顶在阀碟套筒的底座“X”上，开启主阀（9）。主阀（9）全开时，主汽阀套筒（22）顶在端部阀杆套筒（23）上，防止蒸汽沿阀杆泄漏。阀杆密封由紧配合的套筒（25）组成，如图所示带有适当的泄漏口。这些泄漏口与根据运行条件所确定的低压区域相连接。（如汽封系统图所示）。当阀处于如图3所示关闭位置时，阀杆导向块（28）的底部顶在阀杆套筒（23）的底座“Y” 上，防止蒸汽沿阀杆泄漏。圆柱型的蒸汽滤网作为阀盖（a）（b）的一部分，环绕在阀的周围。高压自动主汽阀具有危急状态时快速关闭截断进汽和启动时调节汽轮机转速两个功能。为便于主汽阀的开启，先开启预启阀，降低主阀蝶前后的压差。在设计压力下，预启阀大约可通过25的额定蒸汽流量。预启阀的作用是用来在机组启动时控制转速和初负荷，起到调节的作用。当负荷大于25%额定负荷时，主汽阀全开，用调节汽阀来控制进汽量。主汽阀是卧式布置，这样汽流转折次数少，压损小。主汽阀靠液压开启，弹簧关闭。3调节阀及蒸汽室蒸汽室主汽阀体是由主汽阀和调节阀组成的整体Cr-Mo合金钢锻件。机组有两个独立布置的蒸汽室主汽阀体，分别位于机组两侧，蒸汽通过主汽阀进入独立控制的调节阀，控制高压缸进汽。每一个蒸汽室有2个调节阀，每个调节阀都由各自的执行机构控制。高压调节汽阀是单座球形结构，阀座出口带有扩压段，见图2-5。阀头与阀杆为松连接，有保证阀蝶与阀座正确对中，阀门为压力平衡式，使打开阀门的力为最小。每个调节汽阀由单独的油动机控制，这样便于变换进汽配汽方式。调节阀杠杆（53，54）通过连杆（59）（35），销（43），特制螺母（37）和套筒（36）与阀杆（17）相连接，当油动机的活塞向上移动就打开调节阀，向下移动就关闭调节阀。杠杆和销（3）连接，通过连杆（60）和销（4）与弹簧室（e）相连。阀杆密封包括一个紧配合的导向套筒（C，D-1）和在阀盖中的套筒（18，19）。套筒带有适当的泄漏口，高压漏汽口与高压排汽区连接，低压漏汽口与汽封冷凝器相连。压缩弹簧（50，51，52）在所有时间内都给每个阀门施以关闭的力。弹簧（50，51，52）力向下作用在弹簧座（47）上，以克服不平衡的力并提供一个可靠的关闭阀门的力。油动机接受从电液调节系统（EH）发出的电压信号，以改变油动机的油压，从而改变了阀门与油动机行程之间的关系，使阀门开启或关闭。其开启由抗燃油压驱动，而关闭是靠压缩弹簧压力推动的。4主汽调节阀的支撑蒸汽室主汽阀体支架安装在底板（3）和（4）上，底板（3）和（4）通过地脚螺栓和点焊的方式固定在基础上。蒸汽室主汽阀体靠近主蒸汽进汽侧通过挠性板（a）和连接套筒（d）支撑，挠性板（a）通过螺栓固定在底板上。蒸汽室主汽阀体另一端通过挠性板（b）支撑，挠性板（b）通过螺栓和销固定在底板上。这种形式的支撑结构防止蒸汽室的横向移动，允许蒸汽室沿轴向膨胀。5主蒸汽进汽管本机组高压进汽管与高压外缸焊接，而与喷嘴室进口端则通过连接短管和压力密封环间接相连，在安装之前，先用特别的工具将密封环装上短管，并使位置对中。这种结构既不影响内外缸的相对膨胀，又能防止高压蒸汽大量外泄。图2-5 高压调节汽阀结构图 高压缸喷嘴室的作用是接纳从进汽导管来的主蒸汽，并支承装有喷嘴叶栅的喷嘴组。本机组喷嘴室内沿圆周方向均匀布置4组彼此独立的喷嘴。因高压缸采用双层缸结，又考虑到喷嘴室温度高，故将喷嘴室与汽缸分离，单独制造。然后，将喷嘴室进口端与高压内缸焊接在一起，并在圆周方向和径向方向均装有导向键固定喷嘴室的位置。这种结构的特点是高温高压蒸汽只作用于喷嘴室，而高压内缸承受的只是调节级喷嘴后的蒸汽温度和压力，故汽缸可用低一级材料制造。调节阀出口与通向高中压缸上、下半的主蒸汽导汽管焊接在一起。1号和2号调节阀出口连接在高压缸上半，3号和4号调节阀出口连接在高压缸的下半。通往高压缸上半的高压导汽管设有法兰，使检修时能够拆卸高中压缸上半。三、再热主汽阀及油控跳闸阀本机组再热蒸汽通过2根再热蒸汽管道分别进入由1个中压主汽阀和1个中压调节汽阀组成的2个联合汽阀，然后通过2根挠性导汽管导入中压缸第一级。2个联合汽阀分别对称安装在中压汽缸两侧的运转平台上，每个再热联合汽阀与汽缸隔开，它通过挠性导汽管与中压下汽缸上的2根进汽管相连。中压进汽管与中压内、外缸的连接方式与高压进汽管相同。中压主汽阀是不平衡的摇板直流式结构，压损小。每阀配1个油动机，通过液压开启，弹簧关闭。该阀只有全开或全关两个功能，不参加调节，只起保护作用。1再热主汽阀再热主汽阀安装在再热管路中，位于再热器和中压调节阀之间。作用是作为中压调节阀的备用保险设备，当超速跳闸机构动作，汽轮机跳闸时，万一调节阀失灵，则再热主汽阀关闭。这个阀门的形式通称为“扑板式”结构，如图2-6所示。该阀是由悬挂在轴（34）上的再热主汽阀碟（50）以及通过键与轴相连的碟摇臂（48）所组成。轴通过连杆与活塞杆（67）相连接，连杆转动，油动机油缸活塞向上移动而打开阀到安全位置。由关闭到全开油动机行程178mm。全开时阀碟端部与阀端盖上制动凸台必须贴紧。活塞向下移动关闭阀，由压缩弹簧（69）和（68）所产生的关闭力在全部时间内都作用在阀上，这些压缩弹簧作用在活塞上，从而产生一个正的关闭力，图示的“Y-Y”剖面即为阀在关闭位置。旁通管安装在阀碟（50）的前后，以便使作用在阀碟两侧的蒸汽压力比较均匀，减小蝶阀开启力。在安装时，活塞杆（67）和活塞杆端部（61）之间的连接是用测量方法进行的，增加垫片（74）以便将活塞正确地固定在缓冲器内，阀碟就位和连接如图所示。2油控跳闸阀该阀是由控制阀和油动机组成，油动机和控制油系统相连接。当超速跳闸阀和事故跳闸阀关闭时再热主汽阀将被打开，油动机供油，跳闸控制阀将被关闭，使轴承室的蒸汽泄漏不能排走，从而对主轴产生一个推力，使密封面b1和a1严密接触，主轴不能转动，又能防止蒸汽泄漏。当超速跳闸机构跳闸时，油动机泻油，跳闸控制阀开启，快速排走轴承室内的蒸汽，使作用在主轴端的压力消失，此时可用最小的力关闭再热主汽阀。3再热主汽管中压调节阀出口与通往高中压缸上、下半的中压导汽管焊接在一起。中压调节阀右-右和左-左的出口与高中压缸上半连接，中压调节阀右-左和左-右的出口与高中压缸下半连接。通往高中压缸上半的中压导汽管设有法兰，使检修时能够拆卸高中压缸上半。4.再热主汽调节联合阀支架本机组共有两个再热主汽调节联合阀，每个联合阀体由一个再热主汽阀体与两个中压调节阀体焊接在一起。再热主汽阀支架焊接在再热主汽阀体上，然后通过螺栓及销与底板固定。再热主汽阀体靠近进汽侧通过支架支撑，另一侧支撑在挠性板上。这种支撑结构防止再热主汽阀横向移动，同时允许再热主汽阀沿轴向膨胀。外旁通管路用来平衡再热主汽阀两侧的蒸汽压力，允许阀门开启。图2-6 再热主汽阀结构图四、中压调节阀 1概述中压调节阀安装在汽轮机的每个中压进汽管道上，甩负荷后用以限制再热器去中、低压汽轮机的蒸汽流量。起动期间，这些阀门也具有调节蒸汽去中压和低压汽轮机的控制能力。2结构中压调节汽阀为压力平衡、双座活塞式结构，由液压开启，弹簧关闭，每一个阀门都有自己独立的执行机构。在机组启动冲转、带低负荷或甩负荷时，参与调节。中压调节阀出口通过中压导汽管与汽缸进汽室连接。主阀碟（h）通过阀杆（12）和连接件（29）与油动机的活塞连接。油动机活塞向下移动关闭阀门，向上移动打开阀门。每个阀门通过压缩弹簧（40）、（41）始终向阀和连杆施加向下的关闭力。预启阀（5）由两部分组成，和阀杆（12）之间为活动连接，使其关闭时与位于主阀碟（h）内的阀座自动对中。因此当阀杆（12）移动开启主阀碟（h）时，预启阀（5）首先打开，随后阀杆继续移动，使连接螺母（7）与连接套筒（9）的“X”面接触，进而开启主阀碟（h）。主阀碟（h）全开时，连接套筒（9）端部顶在套筒（13）上，防止蒸汽沿阀杆泄漏。阀杆密封由紧配合的套筒（13）构成，阀杆漏汽通往轴封冷却器。圆柱形的蒸汽滤网（c）装在主阀碟（h）外侧。滤网底部和阀体上的凹槽配合，顶部和阀盖（d）（e）用止动销固定。密封环（11）能够阻止蒸汽从阀套筒与主阀（h）之间泄漏。第二节 汽缸及滑销系统 汽缸即汽轮机的外壳。其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，以形成蒸汽热能转换为机械能的封闭汽室。汽缸内装有喷嘴室、喷嘴（静叶）、隔板（静叶环）、隔板套（静叶持环）、汽封等部件。在汽缸外连接有进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。为了便于制造、安装和检修，汽缸一般沿水平中分面分为上、下两个半缸。两者通过水平法兰用螺栓装配紧固。另外为了合理利用材料以及加工、运输方便，汽缸也常以垂直结合面分为两或三段，各段通过法兰螺栓连接紧固。 汽缸工作时受力情况复杂，它除了承受缸内外汽（气）体的压差以及汽缸本身和装在其中的各零部件的重量等静载荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下，对汽缸的作用力以及沿汽缸轴向、径向温度分布不均匀所引起的热应力。特别是在快速启动、停机和工况变化时，温度变化大，将在汽缸和法兰中产生很大的热应力和热变形。由于汽缸形状复杂，内部又处在高温、高压蒸汽的作用下，因此在其结构设计时，缸壁必须具有一定的厚度，以满足强度和刚度的要求。水平法兰的厚度更大，以保证结合面的严密性。本机组高、中压汽缸由高中压外缸、高压内缸和中压内缸组成，形成合缸双层缸结构。而低压缸则是三层缸结构。进汽阀门分别布置在汽缸左右两侧。各缸均做成水平对分式。图2-8为本机组结构剖面图。一、汽缸的结构特点1高、中压缸本机组采用高、中压缸合缸结构，其高、中压部分压力级组反向布置。高、中压缸采取这种布置方案的优点是：高、中压进汽部分都集中在汽缸的中段，即高温区在中间。又采用了双层缸结构，使汽缸温度分布较均匀，热应力降低，以及因温差过大而造成汽缸变形的可能性减小。同时，因前后轴端汽封均处于高、中压缸排汽部位，故其所承受压力、温度都较低，可使汽封漏汽量减少，而轴承的工作温度也得以降低，改善它的工作条件。图2-7 中压调节汽阀结构图 采用反向布置的通流部分和平衡活塞可使高、中压转子上的轴向推力得到平衡。因此推力轴承的负荷减小，结构尺寸减小，有利于前轴承箱的布置。此外，这种高、中压合缸方案得以减少1-2个轴承，缩短了高、中压转子的长度，制造成本和维修工作量降低。高、中压缸合缸布置的缺点是推力轴承常位于前轴承箱中，使机组的胀差不易控制，合缸后的汽缸形状复杂，转子和汽缸的几何尺寸相对单缸而言较大，管道布置困难。本机组高、中压外缸和内缸体都是合金钢铸件，都有自己的水平中分面。接合面法兰厚而窄，法兰螺栓直径较小，长度较长，节距较密。径向尽可能靠近汽缸内壁，以改善螺栓的受力状况和汽缸中分面的汽密性。为了使各螺栓获得恰当的应力，必须逐一均匀地拧紧。合缸时应在接合面上涂一层沸腾过三次的亚麻仁油，以确保密封性。内缸由外缸水平中分面支承，并且通过其上、下缸外壁的定位导向销与外缸装配定位，以便与汽轮机轴线保持正确位置，同时允许内缸随温差变化相对外缸自由膨胀和收缩。外缸通过下汽缸的前后两对凸出的猫爪搭在前后轴承箱上。由合金钢铸造的高中压外缸通过水平中分面形成了上下两半。内缸与外缸均为合金钢铸件并通过水平中分面形成了上下两半。内缸支撑在外缸水平中分面处，并由上部和下部的定位销导向，使汽缸保持与汽轮机轴线的正确位置，同时使汽缸可根据温度的变化自由收缩和膨胀。高压汽轮机的喷嘴室也由合金钢铸成，并通过水平中分面形成了上下两半。它采用中心线定位，支撑在内缸中分面处。喷嘴室的轴向位置由上下半的凹槽与内缸上下半的凸台配合定位。上下两半内缸上均有滑键，决定喷嘴室的横向位置。这种结构可以保证喷嘴室根据主蒸汽温度变化沿汽轮机轴向正确的位置收缩或膨胀。主蒸汽进汽管与喷嘴室之间通过弹性密封环滑动连接，这样可把温度引起的变形降到最低限度。外缸上半及内缸下半可采用顶起螺钉抬高，直到进汽管与喷嘴室完全脱离，然后按常规方法用吊车吊起。在拆卸外缸上半或内缸下半时，尽量保持进汽密封处蒸汽室的形状，当汽缸放下时与密封环同心。喷嘴组结构设计紧凑，通过电火花整体加工后，分为上下两半，焊接在喷嘴室上。在每半喷嘴室内形成两个独立的蒸汽通道。 汽轮机高压隔板套和高中压进汽平衡环支撑在内缸的水平中分面上，并由内缸上下半的定位销导向。汽轮机中压1号隔板套中压2号隔板套和高压排汽平衡环支撑在外缸上，支撑方式和内缸的支撑方式一样。中压缸进汽段内壁设有隔热罩。隔热罩由12Cr1MoV钢板拼焊而成功，分为上下半，靠中分面法兰连接。中压缸进汽管与外缸连接,隔热罩的进汽管插入外缸进汽管内。接合处有密封装置。高压九级后（高排）有冷却蒸汽经内缸冷却孔流入中压外缸与隔热罩之间的夹层内，再经过隔热罩冷却孔进入中压通流。中压进汽段隔热护罩的作用是通过降低中压外缸进汽段缸壁的温度差，从而降低高中压外缸的温度应力。中压隔板套结构有利于机组启动过程中中压外缸的加热和膨胀，不但有利于减小中压通流胀差，而且有利于高压通流胀差的减小，从而缩短起动时间。高中压缸的上下半，在水平中分面上用大型双头螺栓或定位双头螺栓连接。为使每个螺栓中保持准确的应力，必须对它们进行初始拧紧获得一定的预应力。正确的拧紧方法“螺栓拧紧”中描述。汽缸精加工完成后，按照标准的程序并且中分面不涂密封油进行水压试验，保证汽缸不漏，当电厂装配汽轮机并准备投入运行时，中分面需要涂性能较好的密封油。图2-8 N600-16.7/538/538-2型汽轮机剖面图2低压缸大机组由于蒸汽容积流量大，排汽真空高，因此，低压缸尺寸很大。目前，缸体的强度已不是什么重要问题，而如何保证缸体的足够刚度和合理的排汽通道则是大机组低压缸的关键问题。为了改善低压缸的热膨胀。600MW机组低压缸采用三层缸结构，将通流部分设在内缸中，使体积较小的内缸承受温度变化而外缸及庞大的排汽缸均处于排汽低温状态，使其膨胀变形较小，这种结构还有利于设计成径向排汽。以减小排汽损失，缩短轴向尺寸。600MW汽轮机由于排汽容积流量大，为了减小末级排汽损失采用了四个排汽口，也就是采用了两个结构完全相同的反向分流式低压缸具体结构见低压缸纵剖面图2-9。图2-9 低压缸纵剖面图#1低压缸调速器端的第1、2级隔板安装在隔板套里，此隔板套支承在#1内缸上。第3、4、5级隔板直接安装在#1内缸上，第6、7级隔板安装在#2内缸上。#1低压缸发电机端的第1一4级隔板安装在隔板套里，此隔板套支承在#1内缸上，第5级隔板安装在#1内缸上，第6、7级隔板安装在#2内缸上，两个内缸均支承在外缸上，且略低于水平结合面。每个低压缸由裙式台板支承，此裙式台板与汽缸下半制成一体，并沿汽缸下半两端延伸。每块裙式台板安装在分开的、被灌浆固定在基础上的基础台板上。低压缸的位置由裙式台板和基础台板之间的六个键所固定，如图示2-10所示。 #1和#2低压缸两端各有一个键布置在纵向中心线上，使汽缸横向定位，允许汽缸轴 向自由膨胀。#1低压缸的两侧各有一个横向定位键，此横向键与纵向键连线的交点，构成绝对死点，是汽轮机组的膨胀死点。 机组运行中，由联通管来的蒸汽在汽缸中部进人，然后分左、右两路进入低压缸做功，然后从两端排汽口排出。每个低压缸的两个排汽口最后汇合成一个排汽通道，流向一台凝汽器。在正常运行中排汽缸主要受以下几种载荷：外面的大气压力、蒸汽从导叶喷出时作用于汽缸的反作用力和汽缸热膨胀滑移时摩擦阻力。这些力在缸壁中产生的应力是不大的，采用了钢板焊接的单层结构，并且在排汽缸内布置了一定数量的筋板和撑管，以保证这个庞大的壳体有足够的刚度。图2-10 低压缸定位图 为了减少汽轮机的余速损失，尽可能将末级动叶排出的蒸汽动能转变成压力能，在末级动叶的出口处设置了一种上下对称的扩压导流环，扩压导流环的型线是按照空气动力学的要求设计的。在空负荷及初负荷情况下，不希望排汽缸过热，为此，在末级出口处的扩压导流环上，设有一组减温水喷头，设计成在转子的转速达到600r/min以上时自动投入，并在机组带15%额定负荷前连续运行。如果排汽温度超过79.9，则必须通过增加负荷或改善真空逐步地 降低排汽缸的温度。排汽缸的极限温度为121，如果达到这一温度，则应停机并排除故障。 每个排汽缸的最上部设有880mm的大气安全门它是真空系统的安全保护设施。当凝汽器冷却水突然中断时，它能防止缸内蒸汽压力过高，保护排汽缸和凝汽器。大气安全门的结构见图2-11。 铸铁铸造的阀座中装有阀盖、压紧圈及装在压紧圈和阀盖之间的石棉橡胶板，在正常真空情况下被外界大气压力向里压在阀盖上。当排汽缸内压力升高到0.118-0.137MPa时，缸内蒸汽压力作用在阀盖上，后者和压紧圈形成的剪切力把石棉橡胶板顶破，从而让蒸汽排泄到大气中。大气安全阀有足够的面积能排出额定工况时的冷凝汽量，不会使排汽缸内压力过高。大气安全阀上装有限程罩，可防止阀盖和石棉橡胶板在该安全阀动作时飞出。制造厂在进行排汽缸水压试验和运输时，在石棉橡胶板上装有临时压板，保护石棉橡胶板不致损环。安装时，必须将临时压板取下，否则将失去大气安全阀的保护作用。图2-11 大气安全阀二、中、低压连通管1.概述连通管的作用，是以最小的压力损失将蒸汽从中压缸的排汽口导入低压缸的进汽口，如图2-12所示，安装在连通管弯管内的多个叶片组成的导向叶栅，可以使汽流平稳地改变流向。为了吸收管道产生的轴向热膨胀，在连通管上装有两组压力平衡式波纹鼓膨胀节，按必须吸收的热膨胀量来确定膨胀节的波纹数量。当采用连杆装置将滑动波纹节同一个反方向的波纹节（平衡端）连接在一起限制压力推力时，压力平衡式膨胀节吸收轴向位移，另外它也承受管道的压力。为了达到较高的可靠性，波纹节由内、外两层组成的。外层吸收管道系统的膨胀，并且在较低应力水平的情况下承受蒸汽压力负荷。内层具有较高的压力承载能力，并作为衬套保护外层不受腐蚀。 #1和#2低压缸两端各有一个键布置在纵向中心线上，使汽缸横向定位，允许汽缸轴 向自由膨胀。#1低压缸的两侧各有一个横向定位键，此横向键与纵向键连线的交点，构成绝对死点，是汽轮机组的膨胀死点。 机组运行中，由联通管来的蒸汽在汽缸中部进人，然后分左、右两路进入低压缸做功，然后从两端排汽口排出。每个低压缸的两个排汽口最后汇合成一个排汽通道，流向一台凝汽器。在正常运行中排汽缸主要受以下几种载荷：外面的大气压力、蒸汽从导叶喷出时作用于汽缸的反作用力和汽缸热膨胀滑移时摩擦阻力。这些力在缸壁中产生的应力是不大的，采用了钢板焊接的单层结构，并且在排汽缸内布置了一定数量的筋板和撑管，以保证这个庞大的壳体有足够的刚度。顶部密封隔板构成了1#和2#低压内、外缸之间的密封挠性连接。在安装时，拧紧内六角螺母和六角头螺栓。此密封隔板在垂直方向被冷拉，冷拉值按低压缸金属的工作温度和连接管内的蒸汽温度确定。在与汽轮机装配时，连通管采用冷拉预应力的方法。连通管通过密封隔板与低压外缸法兰和1#内缸承接管法兰相连，也采用冷拉预应力方法，以便在机组运行期间平衡一部分热应力，这样就能有效地改善膨胀节的受力状况。2.结构及安装图2-12 连通管连通管的结构见图2-12。连通管各分部套上装有起吊用的搭子。安装连通管时，在螺栓的螺纹上涂刷不使螺纹咬口的润滑剂。应径向交替拧紧螺栓。连通管的安装按如下步骤进行：（1）将序号和序号的膨胀节（保持运输支架仍在原位）及序号的局部连通管安装到汽轮机上，并应安装上相应的垫片和密封环。（2）将序号拧至手紧，配准管子的长度后将管子与法兰点焊，电厂完成焊接，重新安装。（3）将序号拧至手紧，配准管子长度，并点焊，使之可靠的安装定位。（4）将序号拧至手紧，配准管子长度，并点焊。（5）进行全面检查，确保无误，进行最终装焊。（6）从膨胀节上拆除所有的蓝色运输支架（保存备用）。（7）拆除垂直法兰内的临时垫块后，按上述力矩要求把紧螺栓冷拉定位。在法兰温度超过三分之二运行温度经过几个小时运行之后，螺栓应按规定的径向交替的顺序再次拧紧。由于螺纹上的润滑剂被“烧掉”，在螺栓螺纹上的摩檫系数将显著增大，所以再次加力矩值已经不够了。如果所加的初始应力是合适的，则重新拧紧可采用对螺母增加一个附加转角的方法来实现。对于有一个垫片的结合面，可以拧紧螺母半圈，对于有两个垫片的结合面，可以拧紧螺母一圈。如果螺栓和法兰的温度相似，并且在法兰上作用的蒸汽压力负荷比较小或者没有蒸汽压力负荷，则螺栓可以采用热紧方法。三、后汽缸喷水系统后汽缸喷水系统设计成在转子的转速达到600r/min时自动投入，并在机组带上约15%负荷前连续运行，同时当排汽缸温度超过70自动投入。当机组的转速达到600r/min时，在控制开关处于自动位置时，电磁阀由来自汽轮机控制系统的一个信号所驱动，或者通过手动操纵开关驱动。电磁阀通电时使气动阀打开，由凝结水泵向喷水系统供水。气动调节阀控制通往后汽缸喷水嘴的凝结水量，它通常是关闭的，而当电磁阀由控制开关的自动或手动操纵而动作时，它被来自一个调节器或空气装置的空气打开，供气动阀的空气由一个压力控制器（设在DCS中）调节，它利用恒压的空气，并对应于作用在调节阀出口的感受元件上的一个压力变化产生的一个变量输出，这样给各喷水嘴提供均匀的凝结水量。通常后汽缸喷水调节阀后设定值为0.4MPa0.6MPa。在空负荷蒸汽流量和全真空的情况下，不希望后汽缸过热。真空不良会引起汽缸过热，正如当机组被允许倒拖时蒸汽流量大大小于空负荷时的流量一样。如果温度超过80，则必须通过增加负荷或改善真空逐步地降低后汽缸的温度，后汽缸的极限温度为120。如果达到这一温度，则应停机并排除故障。此外,后汽缸喷水调节阀有一个旁路阀，此阀仅在调节阀损坏或维修的情况下使用。为维持计算的控制压力，旁路阀应开得足够大。为了防止汽轮机可能的损坏，要注意当汽轮机在不需要后汽缸喷水的范围内运行时，旁路阀不应处于开启状态。四、滑销系统汽轮机在启停及工况变化过程中，机组各部分将产生相应的膨胀或收缩。如果机组的各部件不能自由地胀缩，不仅会在部件内产生极大的热应力，而且还会改变机组动静部分的相对位置。这些都将威胁到机组的安全。为此设置了滑销系统，其目的是使机组各部件，在温度变化时所产生的膨胀、收缩能合理地进行，滑销系统设计是否合理，直接影响机组的安全运行。本机组的滑销系统主要由纵销、横销、立销、猫爪等组成，如图2-14所示。机组两只落地轴承座的底部和轴承座台板之间沿机组中心线各有两个纵销，在每个轴承座底部的前后各一个。高、中压外下缸的猫爪下都有横销与轴承箱相连，以保证猫爪与轴承的位置。当汽缸温度变化时，高、中压缸在沿自已的猫爪横销作横向伸缩时，同时推动轴承箱在轴向与汽缸一起移动。在高、中压缸前后两端都有一”H”形推拉杆通过螺栓、销钉等分别使高压缸与前及中轴承座、中压缸与中轴承座及一号低压缸前轴承座相连，并保证它们在同一中心线上。一号低压外下缸的前后两端中心线上各有一个立销，在该汽缸的横向中心处左右两侧各有一个横销，这对横销的连线和机组轴向纵销连线的交点就是本机组汽缸的膨胀死点。二号低压缸前后两端中心线上也各有一个立销。一号低压缸和二号低压缸在外缸下半左右两侧有钢梁相连。机组在启停及变工况过程中，一号低压缸（机头端）、高中压缸及前轴承箱等均以死点为中心向机头方向膨胀或向死点收缩；而二号低压缸及一号低压缸（发电机端）则以死点为中心向发电机方向膨胀或向死点收缩。图2-13 后汽缸喷水系统发电机的膨胀死点在其台板的纵向中心和横向中心的交点处。发电机静子底部两侧的横向中心处各有一个横销，两端纵向中心处各有一个立销。这四个滑销使发电机在热胀冷缩过程中始终保持正确位置。图2-14 滑销系统第三节 喷嘴组和隔板 汽轮机的隔板用以固定导叶，并把汽缸分成若干个汽室，使蒸汽的压力、温度逐级下降，其热能在导叶组成的汽道中被转换成动能。工作时，隔板承受前后蒸汽压差产生的均布载荷。 本厂600MW汽轮机共有43级隔板和一级高压缸喷嘴，43级隔板全部为单只静叶组焊加工成两半环而后紧镶在隔板套上的静叶环结构。本机组静叶全部采用扭曲叶片以实现控制涡流型设计。 该机为反动式机型，采用了转鼓结构，与冲动式汽轮机的相比，隔板内径增加了，这使得隔板承受蒸汽压力的面积大大减小，因此，在保证一定的隔板挠度条件下，反动式汽轮机隔板厚度减小，这使得级的轴向尺寸缩小。但较大的隔板内径又使隔板漏汽面积增大，为减少这部分损失，各级隔板内径处均装有汽封环。下面分别介绍喷嘴组，高中低压隔板、隔板套：一、喷嘴组 喷嘴是汽轮机通流部分的重要部件，喷嘴叶片型线的优劣决定着汽轮机相对内效率的高低；同时喷嘴前后存在着较大压差，要求喷嘴应保证有足够的强度。 冲动式调节级的喷嘴组是由锻件加工而成的，其材料为1Cr12Mo，锻件锻好后加工叶片型线、各种孔等。最后将按锯口分成上、下两半的喷嘴组装入喷嘴室中。喷嘴组装完后并用螺钉拧紧，以喷嘴组和喷嘴室上已经钻好的直径为5.7mm的孔作为导向孔，穿入销子以防螺钉转动。其结构见图2-15所示。 喷嘴组分成四个弧段，分别与四个喷嘴室对应，由四个高压调节阀控制进汽，可以实现单阀或顺序阀控制。图2-15 冲动式调节级结构图第、组喷嘴设置在内缸的下半部，目的是顺序阀控制时汽缸受热均匀。喷嘴组采用紧凑设计并通过电火花加工形成一个整体的蒸汽通道。整体喷嘴组在安装时被分为上下两半，焊接在喷嘴室上。每半喷嘴室内又形成两个通流流道。喷嘴采用先进的子午面收缩型线汽道，以降低二次流损失。二、隔板和隔板套 1高、中压缸隔板及隔板套高压缸静叶片是由带有整体叶根和围带的型钢毛坯加工而成，将叶根和围带一起焊接完后就形成一块隔板，此隔板在水平中分面被分为两半。在每半隔板和隔板套中都加工有一个直角槽并且用一连串的L形塞紧条将它们固定。同时，顺汽流方向看，隔板上半左侧水平中分面处用紧定螺钉使隔板上半与隔板套锁紧来防止隔板转动。中压缸和低压缸静叶片与高压静叶片制造方法相类似，都是由型钢加工而成的，在叶顶焊上外环和叶片底部焊上内环形成一块隔板，此隔板在水平中分面处被分为上、下两半。每半固定在隔板套上或固定在汽缸上，方式基本相同。每只静叶片加工成自带内外环结构。静叶片通过内外环焊接在一起形成整圈的隔板，并在水平中分面处分开。隔板套上加工有单面平直的隔板槽，保证隔板安装在正确的位置上。每个隔板槽都与隔板所需要的宽度尺寸相匹配。在每个隔板槽上加工有一个放置金属塞紧条的槽，用来将隔板固定在隔板套的正确位置上。装配时装入塞紧条，保证隔板槽密封。隔板装配时，在上半和下半水平中分面处，各加工骑缝螺孔，并安装紧定螺钉，防止隔板运行时转动。2低压缸隔板及隔板套（1）低压第一级隔板每只静叶片带有整体顶部叶冠，由型钢加工而成，其根部是由内环热铆至叶片上而成的，当叶片装入隔板套中后用塞紧条（1）塞紧，此塞紧条是半圆形外加凸台的结构形式。见图2-16。隔板内环设有膨胀槽，用以吸收静叶的膨胀量。图2-16 低压第一级隔板装配图（2）低压第二 、三、四、五级隔板每只静叶片加工成自带内外环结构。静叶片通过内外环焊接在一起形成整圈的隔板，并在水平中分面处分开。隔板套上加工有单面平直的隔板槽，保证隔板安装在正确的位置上。每个隔板槽都与隔板所需要的宽度尺寸相匹配。在每个隔板槽上加工有一个放置金属塞紧条的槽，用来将隔板固定在隔板套的正确位置上。装配时装入塞紧条，保证隔板槽密封。隔板装配时，在上半和下半水平中分面处，各加工骑缝螺孔，并安装紧定螺钉，防止隔板运行时转动。（3）低压第六级隔板第六级隔板由精密铸造的静叶片和内外环焊接组成。隔板在水平中面处分成上下两半，每一半隔板在内环分成几组。每半隔板装在低压2号内缸相应位置上形成一个直角槽，用一连串的L形塞紧条将隔板固定于内缸上。同时，在隔板上半水平中分面的两端用螺钉将隔板上半固定在内缸上以防止其转动。隔板内环设有膨胀槽，吸收隔板的膨胀量。第六级隔板汽封，采用低直径的弹簧汽封，这种汽封的密封位置较隔板内环直径小，漏汽面积相对减小，从而显著地减少了漏汽量，提高了效率。（4）低压第七级隔板隔板由精密铸造的静叶片和内外环焊接组成。隔板在水平中面处分成上下两半，每一半隔板在内环分成几组。为了除去低压末级的水分，末级静叶的内弧面设计有“疏水槽”结构，在隔板外环设计有整圈疏水槽。末级隔板在水平中分面处支撑在内缸上，隔板上半外环装有锁紧螺钉，并防止起吊内缸上半时隔板掉落，防止隔板在运行中转动。在隔板上部和下部均设有定位键防止隔板轴向移动。末级隔板汽封，采用低直径的弹簧汽封，这种汽封的密封位置较隔板内环直径小，漏汽面积相对减小，从而显著地减少了漏汽量，提高了效率。第四节 转子 汽轮机的转动部分总称转子，主要由主轴、动叶片、联轴器等组成，转子工作时，作高速旋转，它除了要转换能量，传送扭矩外，还要承受动叶片和主轴上各零件质量所产生的离心力，各部温差引起的热应力，因此转子要用高强度和高韧性的金属材料制造。在高温区工作的转子还要采用耐热高强度的材料。为了提高通流部分的效率，转子与静止部分要保持较小的相对间隙，要求制造精密，装配正确，转子上任何缺陷都会影响汽轮机的安全运行，严重者会造成严重的设备和人身事故。所以转子是汽轮机中极为重要的部件之一。 一、转子的结构汽轮机子型式可分为整锻转子、套装转子和焊接转子三种。套装转子和焊接转子虽然加工方便，但只能适用于中、低参数的小功率机组，且结构很不紧凑。600MW汽轮机高、中压转子和低压转子均是由合金钢锻件整体加工出来的，即整锻转子。整锻转子不但能在高温条件下工作，适应快速启动及大的负荷变化率，而且结构紧凑，轴向长度短，转子刚性好，强度高，质量均匀。因此，整锻转子在大功率机组上得到广泛使用。 本厂600MW汽轮机转子由高、中压转子和两个相同的低压转子等组成，各转子间用刚性联轴器连接。下面分别介绍各转子的结构。1 高、中压转子因本机组高、中压部分合为一缸，故高、中压转子亦置于同一缸中，其结构见图2-17。图2-17 高、中压转子在高中压转子的前端装有主油泵、危急保安器、测转子晃度和转速的装置等。该转子的高压部分有10级动叶，中压部分有6级动叶，第一级为单列冲动式调节级，其余压力级均为反动式。由于反动级动叶片前后压降较大，为避免在转子上产生过大的轴向推力，转子上没有设叶轮而采用转鼓式结构，即动叶片直接安装在转子上开出的叶片槽中。既使这样，转子上所承受的轴向推力仍大大高于冲动式汽轮机。为了减少转子所承受的总的轴向推力，保证推力轴承的安全工作，在转子进汽端设置了平衡环。高、中压转子的重量、材料等参数见表2-1所示。表2-1 汽轮机各转子及叶片材料、转子重量及转子的惯性矩名 称单 位数 值高中压转子材质K11E74A 低压转子材质30Cr2Ni4MoV高/中压叶片材质K9A62C, K9A61E低压动叶片15级1Cr12Mo低压动叶片67级0Cr17Ni4Cu4Nb重量：高中/低压转子数量和重量kg/个26100/267000转子的飞轮矩GD2/转动惯量GR2高中压转子kg.m213500/4250低压转子kg.m2930002/232502实际上，平衡环就是加大了直径的第一段轴封，高压转子轴封为高低齿曲径式汽封，也即在转子上加工有与汽封环高、低齿相对应的凸肩，由于凸肩两侧的蒸汽压力不同，因此在凸肩上产生一个由高压指向低压方向的力。此力与高压缸各级叶片所承受的轴向力方向相反，使转子所受总轴向力数值变小。但这样做也同时使轴封漏汽量增加，使机组经济性变差，因此，平衡环直径及环后压力的选择必须综合推力轴承设计及轴封漏汽量对经济性的影响综合考虑，还要考虑汽机工况变化时，平衡环所受轴向力的变化。高中压缸的平衡环如图2-18所示，平衡环均为两半组成，依靠支撑键搭在内缸或外缸下半水平中分面处，轴向靠一圈密封槽与内缸或外缸配合，并由定位销在顶部和底部与内缸定位，这种结构使得平衡环能够随着温度的变化而自由膨胀和收缩，同时相对汽轮机的轴线保持正确位置。平衡环的汽封圈结构相似，汽封圈由8段组成，并带有“T”形结构，安装在平衡环上相应的槽中，如图2-18所示。高压进汽侧汽封圈在靠近水平中分面的汽封圈上半弧段处装有止动销（9）防止旋转。中压进汽侧汽封圈在靠近水平中分面的汽封圈上半弧段“T型槽”处装有紧钉螺钉（14）防止旋转。高压排汽侧汽封圈在靠近水平中分面的汽封圈上半弧段处装有止动销（6）防止旋转。销及紧定螺钉可以在拆卸需要提起上半汽封时防止汽封圈脱落下来。每个汽封圈背面有4个片状弹簧片（11、12、5），其一端有通孔，螺钉穿过弹簧片拧在每一个弧段上。装配时在汽封圈上螺孔四周敛缝以防止螺钉松动，螺钉头部到弹簧片留有足够间隙，装配时弹簧片径向可自由移动保证汽封片与转子间隙。在每个汽封圈上都有压力供给槽，这是靠外侧比内侧蒸汽压力大一些而使得汽封圈径向定位，汽封圈弧段装配时，这些压力槽总要对着汽流方向，每个汽封圈弧段在结合端面处要做出标记以便辨认，在汽封圈拆卸后重新装配时，要使汽封圈弧段按原来的关系和位置。汽封片和转子上的凸凹槽形成减压流道，减小漏气损失。在高、中压转子的中心加工有贯穿转子全长的中心孔，其作用如下：（1）可以去除转子在锻压过程中集中在袖心的夹杂物和金相疏松部分，以保证转子的强度；图2-18 高中压进汽侧平衡环（2）便于探伤工作，借助该孔，可利用潜望镜进行探伤，以检查转子质量；（3）通过定期测量规定截面内孔孔径，了解转子的蠕变情况，进而计算出转子的剩余寿命。2 低压转子蒸汽在汽轮机中膨胀作功时，汽压逐级降低密度不断减小，容积流量Gv不断增大，特别在低压段，且处于真空状态，密度显著减小容积流量Gv显著增大，焓降也同时增大，为了保证较高的效率，应使通流部分平滑的变化，将整个通流部分分成若干组，使每组的通流部分均匀变化。600MW汽轮机的低压转子（如图2-19所示），设计为两个结构相同的低压转子，均在每个转子上装有2x7级反动式叶片，转子的长度为7515. 86mm，中心孔直径为190.5mm安装叶片后的最大外径为3475mm，前、后联轴器的直径为1041. 4mm，低压转子的重量为67000kg，材料为30Cr2Ni4MoV。其他数据见表2-1所示。 蒸汽进入低压缸后，其容积流量成倍增加要求级平均直径有较大的增加，为符合这种变化规律的要求，前五级叶片仍直接装在转子上而后两级采用了叶轮结构，叶片采用了扭曲叶片。图2-19 低压转子 由于采用了反向分流式结构，低压转子的轴向力能自身平衡，另外在进汽处，不用设置轴封，没有轴封漏汽损失，但转子两端都设有轴封，以防外界空气漏入处于真空状态的低压排汽缸。低压转子两端圆锥面上和转子中部圆柱面上也有不用开缸就可以加平衡块的螺孔。 二、联轴器 汽轮机各转子之间以及汽轮机转子与发电机转子之间均采用联轴器连接，用以传递扭矩和轴向力。联轴器特制螺栓承受予紧力与抽向力引起的拉应力、传递扭矩引起的剪切应力、转子自重引起的弯应力等。机组运行工况的变化又直接影响螺栓的受力状态，所以螺栓是一个十分重要的零件。根据工作特性的差别联轴器大致可分为三类：挠性、半挠性、刚性。 挠性联轴器一般由蛇形弹簧和传递齿轮组成，它因有较大的挠性而得名。它的优点是允许被连接转子之间有较大的偏心，对振动传递也不敏感，这大大减轻了转子找中心的工作量，另外当机组振动时也易于查找原因。它的缺点是结构复杂，传递扭矩较小，且不传递轴向力。因此，这种联轴器只用于中小机组或各自有推力轴承的两个转子上。 刚性联轴器一般为整锻式或套装式，它结构简单，轴向尺寸短，传递扭矩大，且还能传递轴向推力，能使多个转子共用一个推力轴承有时在刚性联轴器处还能省去一个支承轴承。这样就更使机组结构简化，使转子轴向尺寸缩短。它的缺点是对被连接转子的同心度要求严格，（一般要求两半联轴器端面的偏差小于0. 02mm，中心偏差小于0.02mm）。此外，一个转子振动能通过它传递到被连接的另一个转子上，这使得机组发生振动时查找原因比较困难。现代大功率机组一般都采用刚性联轴器，见图2-20。半挠性联轴器一般由波形筒联接器组成，见图2-21。它的性能处于挠性和刚性之间。它能减小两转子之间相互振动的影响，略微补偿两转子之间的不同心。由于汽轮机和发电机之间各轴承座的热膨胀不同，运行中转子中心之间是可能产生偏差的，国产200MW, 300MW机组的发电机和汽轮机低压转子之间都用半挠性联轴器相连接。 600MW机组由于功率大，各转子之间都采用整锻止口式的联轴器。它们有共同的结构型式，每半联轴器的法兰式联接盘与各自的转子由同一锻件加工而成，联轴器两半之间用螺栓刚性联接，联轴器中间有一个带止口的垫片。垫片两端的止口分别与两半联轴器的端面相配合，起同心定位作用。由于这种结构，要求被联接的两个转子精确对中，特别注意控制两个转子的中心偏差，而且两接触面必须平整光滑。图2-20 刚性联轴器 图2-21半挠性联轴器 为防止联轴器螺帽在转子上工作时产生鼓风损失，设有防鼓风盖板。1. 高中压转子与低压1号转子联轴器图2-22描述了用于连接汽轮机高中压转子与低压1号汽轮机转子的刚性联轴器。联轴器的每半与汽轮机转子整体地锻造在一起。联轴器的两半用铰孔螺栓刚性连接。起定位环作用的垫片加工成止口形式，与每半联轴器相配合，因此，为了取下垫片，转子必须轴向移动，使两半联轴器分开，空出一个足够的止口安装间隙来，采用顶开螺钉实现此操作。最初装配时，联轴器上都作了标记，并且所有螺栓均按次序编号排列。两半联轴器之间的精确对中以及安装的正确方法是极其重要的。在转子放入轴承之前，用平板检查联轴器表面，如发现有任何碰痕或毛刺必须把它们刮研掉，对这些表面不允许动锉刀，检查所有的螺孔、刮面等，去掉能够发现的任何毛刺。在正确的对中状态下，所有的联轴器零部件应该是被清理干净的，螺栓和螺孔应是相互匹配好的，装上垫片并移动其中一根转子使两半联轴器靠在一起，不准用紧螺栓的办法把它们拉在一起。装上所有螺栓并且逐渐地把它们拧紧安装所有的螺栓。2低压1号与低压2号联轴器图2-23为低压1号汽轮机转子与低压2号汽轮机转子联轴器。联轴器的每半是与汽轮机转子整体地锻造在一起的。联轴器的中间部分是一根中间轴（1），它在两个汽轮机转子之间也起着一个垫片的作用。中间轴被加工成有止口的结构，与垫片（2）及一根汽轮机转子相配合。起定位环作用的垫片也被加工成有止口的结构，与另一相匹配的轴子联轴器半部及中间轴相配合。为了取下垫片，转子必须轴向移动，使两半联轴器分开，突出一个足够的止口安装间隙，采用顶开螺钉完成此操作。在拆卸联轴器时还必须注意，再装配这些零件时，应按它们相互之间原位置关系再行装配。当它们最初装配时，联轴器上都作了标记，并且所有螺栓均按次序编号排列。图2-22 高中压转子与低压1号转子联轴器两半联轴器间的