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汽轮机本体结构特点 设备维护部 汽机专业 目录一 汽轮机类型二 汽轮机本体三 汽轮机叶片四 转子五 汽缸六 隔板七 汽封八 轴承 一 汽轮机类型 汽轮机的分类1 按工作原理分冲动式汽轮机 由冲动级组成 蒸汽主要在喷嘴中膨胀 在动叶中只有少数膨胀 现代冲动式汽轮机各级的反动度一般在5 30 的范围内 反动式汽轮机 由反动级组成 蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同 由于反动级不能做成部分进汽 故调节机采用单列冲动机或复速级 反动式汽轮机反动度常取0 5 以使动叶和静叶可取相同叶型 从而简化制造工艺 一 汽轮机类型 汽轮机的分类2 按热力特性分凝汽式汽轮机 排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水 有些小汽轮机没有回热系统 成为纯凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 排汽直接用于供热 没有凝汽器 当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时 称为前制式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热 其余排汽仍进入凝汽器 由于热用户对供热压力有一定的要求 需要对抽汽压力进行自动调节 故称为调节抽汽 根据用户需要 有一次调节抽汽和两次调节抽汽 目前燃气联合循环机组正在广泛高排抽汽 它用双阀控制方式 可以兼顾机组发电和供热两种方式 一 汽轮机类型 汽轮机的分类3 按汽流方向分轴流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列 汽流方向的总趋势是轴向的 绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机 本项目 辐流式汽轮机 组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列 汽流方向的总趋势是沿半径方向 一 汽轮机类型 汽轮机的分类4 按进汽参数分低压汽轮机新蒸汽压力小于1 5MPa中压汽轮机新蒸汽压力为2 0 4 0MPa高压汽轮机新蒸汽压力为6 0 10 0MPa超高压汽轮机新蒸汽压力为12 0 14 0MPa 本项目12 50 亚临界汽轮机新蒸汽压力为16 0 18 0MPa超临界汽轮机新蒸汽压力大于22 2MPa 汽轮机的类型代号N 凝汽式C 一次调节抽汽式CC 两次调节抽汽式B 背压式CB 抽汽背压式H 船用Y 移动式k 空冷式 一 汽轮机类型 二 汽轮机本体 汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分 它由转动部分和静止部分组成 转动部分包括动叶 叶轮 主轴 联轴节及紧固件等旋转部件 静止部分包括汽缸 蒸汽室 喷嘴室 隔板 隔板套 汽封 轴承 轴承座 轴承座座架 底盘 滑销系统及有关紧固零件等 三 汽轮机叶片 叶片的分类静叶片 又称喷嘴叶片 静叶片安装在隔板上 蒸汽喷嘴中膨胀加速 把蒸汽热能转换成动能 动叶片 又称工作叶片 简称叶片 动叶片安装在转子叶轮 冲动式汽轮机 或转鼓 反式汽轮机 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 三 汽轮机叶片 叶片结构由叶根 工作部分 或称叶身 叶型部分 连接件 围带或拉金 组成 三 汽轮机叶片 三 汽轮机叶片 三 汽轮机叶片 叶片结构叶根紧固动叶 使其在经受汽流的推力和旋转离心力作用下 不致于从轮缘沟槽里拔出来 常用的结构型式有 T型 叉型和枞树型等 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 枞树型叶根 三 汽轮机叶片 叶片结构T型叶根结构简单 加工方便 工作可靠为短叶片普遍采用 它的缺点是叶片的离心力对轮缘两侧截面产生弯矩 使轮缘有张开的趋势 故将叶根和轮缘上做成凸肩形 菌型叶根叶根和轮缘的载荷分配比T型叶根合理 因而强度较高 但因加工复杂 其应用不如T型叶根广泛 三 汽轮机叶片 叶片结构T型和菌型叶根属于周向装配式叶根 这类叶根的轮缘槽上开有一个或两个缺口 叶片就从这些缺口一片片依次装入轮缘槽中 最后装在缺口处的叶片叫做封口叶片 研配装入后用两个铆钉固定在轮缘上 周向装配式叶根的缺点是当个别叶片损坏时 不能单独拆换 而必须将部分或全部叶片拆下重装 三 汽轮机叶片 叶片结构叉型叶根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级广泛采用 叉型叶根加工方便 便于拆换 但装配时比较费工 且轮缘较厚 钻铆钉孔不便 所以整锻转子和焊接转子不宜采用 三 汽轮机叶片 叶片结构枞树型叶根叶根沿轴向直接装入轮缘相应的枞树槽中 这种叶根承载能力强叶根齿数可根据离心力大小决定 同时拆装容易 故被大功率的调节级和末几级采用 但由于其加工面多 精度要求高 所以受到限制 三 汽轮机叶片 叶片结构叶型叶型部分是叶片的基本部分 它构成汽流通道 三 汽轮机叶片 a 等截面直叶片 b 变截面扭曲叶片1 叶顶 2 叶型 3 叶根 三 汽轮机叶片 叶片结构连接件单个叶片 自由叶片 不用围带 拉金连结的叶片 成组叶片 叶片组 用围带 拉金连在一起的数个叶片 整圈连接叶片 用围带 拉金将全部叶片连结在一起 三 汽轮机叶片 叶片结构围带或拉金的作用围带和拉金增加叶片刚性 降低叶片蒸汽力引起的弯应力 调整叶片频率 围带还构成封闭的汽流通道 防止蒸汽从叶顶逸出 围带还做出径向汽封和轴向汽封 以减少级间漏汽 三 汽轮机叶片 叶片结构围带类型 三 汽轮机叶片 叶片结构拉金 筋 拉金一般是以6 12mm的金属丝或金属管 穿在叶身的拉金孔中 拉金与叶片之间可以是焊接的 焊接拉金 也可以是不焊接的 松拉金 在一级叶片中 一般有1 2圈拉金 最多不超过3圈拉金 拉金处在汽流通道中间 将影响级内汽流流动 同时 拉金孔削弱了叶片的强度 所以在满足振动和强度要求的情况下 有的长叶片可设计成自由叶片 三 汽轮机叶片 叶片结构拉金类型 实心焊接拉金 实心松装拉金 空心松装拉金 剖分松装拉金 Z装拉金 三 汽轮机叶片 叶片汽蚀汽蚀部位 在湿蒸汽区域内工作的级冲蚀现象最为严重 一般发生在动叶片进汽侧叶片顶部 三 汽轮机叶片 叶片汽蚀汽蚀原因在汽轮机的末几级中 蒸汽速度逐渐增大 水分在隔板静叶出汽边处形成水滴 水滴运动速度低于蒸汽速度 因此 进入动叶片时发生与动叶背弧面侵蚀 叶片越长 叶顶圆周速度越大 水滴撞击动叶背弧面的速度也越高 由于离心力作用 水滴向叶顶集中 故叶顶背弧面水蚀严重 三 汽轮机叶片 叶片汽蚀防止措施在水蚀严重的部位 叶片进口边背面上部 常采用抗水蚀能力的措施 具体做法有 镀硬铬 堆焊硬质合金层 焊硬质合金覆面或表面强化处理 热处理等 其硬化层长度最好不超过150mm 三 汽轮机叶片 叶片振动振动原因叶片是一个弹性体 当突受外力作用后 叶片将产生自由振动 其频率称为叶片的自振频率 或称固有频率 叶片的自振频率取决于叶片的尺寸 材料及叶片固定方式等因素 当叶片受到周期性的外力 激振力 作用时就会发生强迫振动 若叶片的自振频率等于或倍于激振力的频率 叶片就会发生共振现象 使叶片的振幅增大 甚至造成叶片损坏 三 汽轮机叶片 叶片振动叶片调频方法1 改善叶根的研合质量或捻铆叶根 增加叶片安装紧力以提高刚性 2 改善围带或拉金的连接质量 3 改变叶片组的叶片数 4 加装拉金 5 在叶片顶部钻减荷孔 四 转子 作用将蒸汽的热能和动能转变为旋转的机械能并传递给发电机 组成转子是由主轴 叶轮 动叶栅 联轴器等组成 四 转子 分类按制造工艺的不同 分为套装转子 整锻转子 组合转子 一般来说 中温中压进汽参数的发电汽轮机 基本上采用套装转子 高速工业驱动汽轮机采用整锻转子 高参数进汽参数的发电汽轮机采用组合转子 即前半部分采用整锻转子 后半部分采用套装转子 按临界转速是否在运行转速范围内 分为刚性转子和柔性转子 在启动过程中 刚性转子启动就很方便 不存在跨临界区域 而柔性转子因需要快速的跨临界 故要求用户在实际启动过程中 要充分暖机 为快速跨临界作好准备 本项目为柔性转子 按形状来分 转轮型转子和转鼓型转子 四 转子 套装转子套装转子的叶轮 轴封套 联轴节等部件是分别加工后红套在阶梯形主轴上的 各部件与主轴之间采用过盈配合 以防止叶轮等因离心力及温差作用引起松动 并用键传递力矩 四 转子 整锻转子整锻转子的叶轮 轴封套和联轴节等部件与主轴是由一整锻件车削而成 无热套部件 这解决了高温下叶轮与主轴连接可能松动的问题 整锻转子的中心通常打有 100mm的中心孔 其目的主要是便于检查锻件质量 同时也可以将锻件中心材质差的部分去掉 防止缺陷扩展 以保证转子强度 四 转子 焊接转子焊接转子采用分段锻造 焊接组合 它主要由若干个叶轮与端轴拼合焊接而成 四 转子 组合转子组合转子高温段采用整锻结构 而在中 低温段采用套装结构 形成组合转子 以减小锻件尺寸 四 转子 叶轮作用安装动叶片并将动叶片上的转矩传递给主轴 结构轮缘 开有安装叶片的叶根槽 轮面 将轮缘和轮毂或主轴连成一体 开有平衡孔 轮毂 减小叶轮内孔应力的加厚部分 四 转子 叶轮按叶轮断面的型线分类1 等厚度叶轮 加工方便 轴向尺寸小 但强度低 通常用于叶轮直径较小的高压部分 2 锥形叶轮 加工方便 强度高 3 等强度叶轮 无中心孔 强度最高 但加工要求高 多用于轮盘式焊接转子 四 转子 叶轮 四 转子 联轴器作用连接汽轮机的各转子及发电机转子 并传递转子上的扭矩 类型1 刚性联轴器优点 刚性高 传递扭矩大 结构简单 尺寸小 减少了轴承个数 缩短了机组长度 广泛应用于大功率汽轮机 缺点 传递振动和轴向位移 对转子找中心要求高 四 转子 刚性联轴器 四 转子 刚性联轴器 四 转子 联轴器类型2 半挠性联轴器特点 有一定的弹性 可吸收部分振动 允许两转子的中心有少许偏差 用来连接汽轮机转子与发电机转子 四 转子 半挠性联轴器 四 转子 联轴器类型3 挠性联轴器特点 挠性联轴器有较强的挠性 它允许两转子有相对的轴向位移和较大的偏心 对振动的传递也不敏感 但传递功率小 并且结构较为复杂 需要有专门的润滑装置 因此一般只有在中小机组上采用 或用在小汽机与给水泵的连接上 主要有齿形联轴器和蛇形弹簧联轴器 四 转子 转子缺陷主轴弯曲原因 1 汽轮机停机后没有及时投入盘车 2 汽轮机启动时操作不合理 如 轴封供汽时间过长 暖机时间不够充分 3 运行时振动较大 动静之间摩擦 4 在安装或检修时 叶轮 轴套等套装件在轴上装配尺寸不对 紧力不合适 运行一段时间后 因轴内应力过大而弯曲变形 四 转子 转子缺陷转子断裂原因 1 损坏机理主要是低周疲劳和高温蠕变损伤 2 运行问题 主要是超速和发生油膜振荡 3 材料和加工问题 主要是存在残余应力 白点 偏析 夹杂物 气孔等 材质不均匀性和脆性 加工和装配质量差 五 汽缸 作用除了安装静子外 最重要的一个作用是将蒸汽和大气隔开 形成能力转换的环境 分类汽缸根据所处位置不同可以分为高压缸 中压缸 低压缸 根据工艺不同 可以分为铸造缸 高压缸 和焊接缸 低压缸 还有一种就是因进汽压力比较高 为防止前后缸汽封处漏气 做成整体缸 高中合缸结构 五 汽缸 中低压合缸 五 汽缸 结构汽缸上布置有进汽口 配汽机构 喷嘴箱 排汽口 疏水口 抽汽口 轴承箱 检查口 机脚 加强筋等 内部安装着隔板和隔板套 汽封等部件 要求汽缸有足够的强度和刚度 通流部分有较好的流动性能 各部分受热时能自由膨胀且中心不变 形状简单对称 还应尽量减小热应力 五 汽缸 结构水平对分的上半缸和下半缸 通过法兰螺栓连接 1 蒸汽室 2 导汽管 3 上汽缸 4 排汽管口 5 法兰 6 下汽缸 7 抽汽管口 五 汽缸 高 中压缸工作特点 缸体承受蒸汽的高温 高压作用 热应力和热变形较大 通常采用双层结构 双层缸优点 每层汽缸承受的压差和温差减少 汽缸壁和法兰的厚度减薄 从而减小了启 停及工况变化时的热应力 加快了启 停速度 有利于改善机组变工况运行的适应性 五 汽缸 低压缸工作特点 保证足够的刚度和良好的流动特性 尽量减小排汽损失 采用钢板焊接结构 并用加强筋加固 排汽室采用径向扩压结构 以充分利用排汽余速动能 低压缸进 出汽温差大 为使外壳温度分布均匀 可以采用双层甚至三层结构 五 汽缸 低压缸喷水减温装置在汽轮机启动 空负荷及低负荷运行时 蒸汽流量很小 不足以带走因鼓风摩擦产生的热量 使排汽温度升高 排汽缸温度升高 引起汽缸的热变形 使汽轮机动 静部分中心不一致 造成机组振动或发生事故 因此 有的汽轮机在排汽缸上装设了喷水减温装置 以防止排汽缸温度过高 五 汽缸 进汽部分高压缸的前端 即从调节阀到调节级喷嘴这段区域 是汽轮机的进汽部分 它包括蒸汽室和喷嘴室 是汽轮机中承受压力和温度最高的部分 五 汽缸 汽缸法兰 螺栓加热装置作用 减小汽缸 法兰及连接螺栓间的温差 缩短启 停时间 1 2 蒸汽连接口 3 平面槽 a 高压外缸法兰 b c 法兰螺栓加热流程汽轮机法兰螺栓加热装置示意图 五 汽缸 滑销系统作用 1 保持汽缸和转子中心一致 避免因热胀导致中心变化 引起机组振动或动静相擦 2 保证汽缸能自由膨胀 以免发生过大应力引起变形 3 使转子和静子部分轴向和径向间隙符合要求 五 汽缸 滑销系统分类 1 立销用于引导汽缸垂直方向位移 2 纵销用于引导汽缸 轴承箱水平轴向位移 3 横销用于引导汽缸 轴承箱水平横向位移 4 猫爪横销保持汽缸与轴承箱之间的轴向位置不变 同时引导汽缸水平横向膨胀 5 角销用于限制轴承箱与台板脱离 五 汽缸 滑销系统 六 隔板 作用隔板用以固定汽轮机各级的静叶片和阻止级间漏汽 并将汽轮机通流部分分隔成若干个级 它可以直接安装在汽缸内壁的隔板槽中 也可以借助隔板套安装在汽缸上 隔板通常做成水平对分形式 其内圆孔处开有隔板汽封的安装槽 六 隔板 分类隔板分为二类 一种为焊接隔板 另一种为铸造隔板 焊接隔板 六 隔板 分类铸造隔板 1 外缘 2 静叶片 3 隔板体 六 隔板 隔板套将相邻几级隔板装在一个隔板套中 然后将隔板套装在汽缸上 上下隔板套之间采用螺栓连接 隔板套在汽缸内的支承和定位采用悬挂销和键的结构 七 汽封 分类按安装部位1 轴端汽封2 隔板汽封3 通流部分汽封按定位方式1 固定汽封2 可活动汽封 七 汽封 作用1 轴端汽封高压端的作用是减少蒸汽向外漏汽 低压端汽封的作用是防止空气漏入排汽缸破坏真空 冷凝机组 或者是防止蒸汽向外漏气 背压机组 七 汽封 作用2 隔板汽封减少级间漏气 维持隔板前后的压力差 1隔板2叶轮3汽封块 七 汽封 作用3 通流部分汽封减少叶片上部和下部漏气 七 汽封 结构 梳齿形汽封 a 高低齿 b 平齿 c 斜平齿 七 汽封 安装结构汽封环分成4 6块 装在汽封体上用弹簧片压紧 弹簧片的作用是箍紧汽封环 并保证轴与汽封环碰撞时 汽封片能有一定的退让余地 防止汽封和主轴损坏 七 汽封 安装结构 梳齿形汽封 a 高低齿梳齿形汽封 b 平齿梳齿形汽封1 汽封环 2 汽封体 3 弹簧片 4 汽封套 七 轴承 汽轮机轴承径向支持轴承径向支持轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力 并确定转子的径向位置 以保持转子旋转中心与汽缸中心一致 从而保证转子与汽缸 汽封 隔板等静止部分的径向间隙正确 推力轴承推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力 并确定转子的轴向位置 以保证通流部分动静间正确的轴向间隙 所以推力轴承被看成转子的定位点 或称汽轮机转子