汽轮机系统及设备

1、1汽轮机系统及设备 2016.05 21234 叶片56 转子7联轴器 汽轮机系统简介 汽轮机本体 汽缸 隔板一、汽轮机系统简介一、汽轮机系统简介汽轮发电机组是常规岛的核心设备，华龙一号汽轮发电机组布置在汽轮机厂房+8.5m层，选用东方电气集团的半转速(1500r/m)汽轮发电机组，总体结构布置采用三缸、四排汽、单轴方案。从机头到机尾依次串联一个双流高中压缸和两个双流低压缸两个凝汽器。汽轮机系统主要分为两大类：汽轮机本体系统 1、汽轮机本体汽轮机辅助系统 1.汽封系统（CET） 2.蒸汽和疏水系统（GPV） 3.润滑油和顶轴油系统（GGR） 4.汽水分离再热系统（GSS） 5.其他辅助系统：润

2、滑油处理系统（GTH）凝结水抽取系统（CEX）、凝汽器真空系统（CVI）、SAR、低压给水加热系统（ABP）、低压给水加热系统（AHP）、给水加热器疏水回收系统（ACO）等核电厂主要热力系统图安装完工的汽轮发电机组安装完工的汽轮发电机组二、汽轮机本体二、汽轮机本体汽轮机本体主要由静止部分和转动部分组成：静止部分：汽缸、静叶片、隔板、隔板套及汽封等部件转动部分：主轴、转子、动叶片、联轴器及轴封套等部件2.1汽缸汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机通流部分与大气隔开，形成蒸汽能量转换的封闭汽室。汽缸内部装有隔板、隔板套、喷嘴室和汽封等部件，外部与进汽、排汽及抽汽等管道相连接。 汽缸的受力情况很复杂

3、。工作时，它除了要承受本身和装在其内部零部件的重量及内外压差产生的作用力外，还要承受由于沿汽缸轴向和径向温度分布不均而产生的热应力，对于高参数大功率汽轮机这个问题更为突出。此外隔板前后压差产生的作用力，蒸汽通过喷嘴时的反作用力等也作用在汽缸上。因此，汽缸除了要保证有足够的强度和刚度，各部分受热时能自由膨胀以及通流部分有较好的流动性能外，还应尽量减少热应力。为了安装、检修方便，汽缸一般做成水平对分形式，即分为上下汽缸，水平结合面通常通过法兰、螺栓连接。根据工作特点分别设置高压缸、中压缸和低压缸。高压高温采用双层汽缸结构后，汽缸分内缸和外缸。蒸汽经低压末级动叶片以后将蒸汽排入凝汽器，这部分汽缸又称

4、排汽缸。2.11高中压缸高中压缸承受着高温、高压蒸汽的作用，其结构设计的重要问题是在保证强度的条件下，避免厚重的汽缸壁和水平法兰，并力求结构简单、对称，以减少热应力与热变形。由于高中压缸内外压差大，若汽缸壁及法兰都很厚，这样在汽轮机启动及工况变化时，将产生很大的热应力及热变形。因此高参数大容量汽轮机的高中压缸多采用双层缸结构，并在内、外缸的夹层中通以一定压力和温度的蒸汽。这样每层汽缸承受的压差和温差大为减少，其缸壁及法兰的厚度大为减薄，从而减少了热应力，加快了启动速度，有利于改善机组的变工况运行的适应性。同时由于外缸受到夹层蒸汽的冷却，温度降低，可采用较低等级的材料，节约了优质耐热合金钢。双层

5、缸结构的缺点是增加了维护检修的工作量。高中压部分主要包括：前轴承箱、高中压缸及缸内部件、高中压转子及中间轴承箱。其外形如下图所示： 2.12低压缸 由于低压缸排汽体积流量大，低压缸尺寸很大，排汽口数目多，它是汽轮机本体最庞大的部件。低压缸内蒸汽的压力和温度相对高中压缸都比较低，缸体强度已不是主要问题，而保证足够的刚度和良好的流动特性（即排汽通道应有合理的导流形状，尽量减少排汽损失）成为其结构设计的重要问题。为减轻重量，增加刚度，低压缸一般由钢板焊接而成，并用拉筋加固。排汽缸采用径向扩压结构，以充分利用排汽余速动能，减少排汽损失，排汽口通过膨胀节与凝汽器弹性连接。另外，低压缸进、排汽温差较大，为

6、了使低压缸巨大的外壳温度分布均匀，不致产生变形而影响动静部分间隙，低压缸一般采用双层结构。低压内缸为装焊件，由一个中间部分加两个排汽锥体组成。整个汽缸靠锥体端部的台板支撑在基础上。低压内缸中部，主要用于安装隔板和进汽分流环。其外围包裹有隔热板，中分面上方有人孔门排汽锥体，主要用于安装低压轴承、汽封体及喷淋管等 低压外缸也是装焊件，因其结构单薄，故外侧有加强筋，内部通过撑杆连接。外缸顶部装有大气阀，在超压时破坏真空，使机组快速停机。 内外缸相互独立，通过柔性密封圈相连。2.2隔板1、作用：用来固定静叶片，并形成汽轮机各级的分隔间壁，阻止 级间漏汽。它将汽轮机内部分隔成若干个压力段，使蒸汽通过静叶

7、栅将势能转变为动能，并使汽流按规定的方向流入动叶。2、组成：主要由隔板体、静叶片和隔板外缘组成；3、安装：借助隔板外缘安装在汽缸内壁的隔板槽中。 隔板通常在水平中分面处对半分开，由外环（1）、静叶片（2）、板体（3）和隔板汽封圈（4）等组成，如图所示。板体中分面上装有密封键（5），它的主要作用是在隔板装配时保证上、下两半隔板的吻合，减少水平中分面处的漏汽。2.21隔板的结构2.22隔板的性能要求 隔板在工作时承受由压差产生的载荷。根据通流部分的不同位置，工作于高压部分的隔板承受着高温、高压蒸汽的作用，工作于低压部分的隔板承受着湿蒸汽的作用。为了保证隔板在工作时有良好的经济性和可靠性，隔板必须满

8、足以下要求：（1）隔板应具有足够的强度和刚度隔板承受着一个级的压差，在高压部分此压差有时是相当大的，因此必须保证有足够的强度；隔板与叶轮之间的间隙一般不大，为了防止隔板受力后产生过大的挠度而造成汽轮机内部动、静部分碰磨，还必须保证具有足够的刚度。（2）汽密性好 隔板的中分面和与汽缸的配合面以及隔板与隔板套的配合面等处要有良好的汽密性，阻止级间漏汽；隔板装汽封圈的槽与隔板汽封圈的配合面也应具有足够的密封性。（3）与转子同心隔板不仅应保证在安装时能与转子很好对中，并且应保证在运行时受热膨胀后能与转子的对中不变或很少变动。（4）工作于高温区的隔板，其材料应有足够的耐高温性能；工作于湿蒸汽区的隔板，则

9、应有良好的抗水蚀性能。 一般而言，最后几级隔板因为在湿蒸汽区域工作，故需要设计考虑除湿结构：外环进汽侧有疏水槽，出汽侧有去湿环，以减少对动叶片的水蚀。 2.3叶片2.31叶片的分类 动叶片（又称工作叶片） 静叶片（又称喷嘴叶片）蒸汽进入喷嘴后做功膨胀、消耗了蒸汽的热能，蒸汽的压力及温度都下降了，而蒸汽的流速却增加了，获得了高速气流。喷嘴的作用就是将蒸汽的热能转变为动能。动叶片安装在转子叶轮，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。2.32叶片的结构 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。叶根 叶根主要是紧固动叶，使其在经受汽流的推力和旋转离

10、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1）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。2）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。3）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

11、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。4）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。2.33叶片受力及汽蚀 离心拉应力离心力静应力离心弯应力叶片受力稳定部分气流弯应力气流力交变部分动应力拉应力：叶型部分的离心拉应力、围带和拉金离心力弯应力：汽流作用力、离心力产生的弯应力、围带和拉金对 叶片产生弯应力1.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。

12、2.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，水汽撞击动叶背弧面的速度也越高。由于离心力作用，水汽向叶顶集中，故叶顶背弧面水蚀严重。3.防汽蚀措施 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。2.4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2.41转子的分类（1）按制造工艺的不同：分为套装转子、整锻转子

13、、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。（2）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。（3）按形状来分：转轮型转子和转鼓型转子。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。整锻

14、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。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。 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。 转轮型转子叶片装在叶轮上，叶轮紧固在轴上，蒸汽对叶片的作用力靠叶轮传给轴，转子级数较少，每一级中蒸汽的热焓降较大，一般应用在冲动式汽轮机上。 转鼓型转子的叶片直接装在转鼓上，蒸汽对叶片

15、的作用力靠转鼓传给轴，这种转子结构简单，弯曲度小，适用于级数多，每级热焓降不大和要求强度较大的反动式汽轮机上。鼓式转子2.41叶轮 1.作用 安装动叶片并将动叶片上的转矩传递给主轴。 2.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；3.分类 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。等厚度叶轮等厚度叶轮锥形叶轮锥形叶轮等强度叶轮等强度叶轮2.5联轴器 1. 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。 2. 类型 （1） 刚性联轴器 优点：刚性高