汽轮机汽缸与滑销系统

第三节汽轮机汽缸与滑销系统一、汽缸作用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。

汽缸外连接有：

进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。

习题八为了便于制造、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使加工、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。汽缸结构设计要求

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。汽缸的形体设计应力求简单、均匀、对称，使其能顺畅地膨胀和收缩，以减小热应力和应力集中。还要保持静止部分同转动部分处于同心状态，并保持合理的间隙。汽缸的结构形式

根据进汽参数的不同

按每个汽缸的内部层次

按通流部分在汽缸内的布置方式

按汽缸形状

高压缸、中压缸和低压缸

单层缸、双层缸和三层缸

顺向布置、反向布置和对称分流布置

有水平接合面的或无水平接合面的圆筒形、圆锥形、阶梯圆筒形和球形等等

大容量中间再热式汽轮机一般采用多缸，汽缸数目取决于机组的容量和单个低压汽缸所能达到的通流能力。

下面就几种典型汽轮机汽缸结构加以简单介绍

ALSTHOM公司600MW机组的双层结构高压汽缸东方汽轮机厂300MW机组的高、中压合缸双层缸结构东方汽轮机厂（日立技术）600MW机组的高、中压合缸双层缸结构ALSTHOM公司300MW机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构ALSTHOM公司600MW机组的双层结构高压汽缸其结构是双层缸，进汽侧位于2号轴承箱，反向流动布置，蒸汽从中压缸侧进入汽缸做功,从机头侧流出。高压缸反向布置主要是与中压缸形成对称结构，以平衡转子上的轴向推力。东方汽轮机厂300MW机组的高、中压合缸双层缸结构高中压缸采用合缸结构,高中压叶片布置在同一根轴上,且反向对称布置,以自平衡轴向推力。进汽部分在汽缸中部，两端轴承座离高温部分较远，热影响较小。但高中压缸合缸后，结构较复杂，合缸结构铸件笨重。东方汽轮机厂（日立技术）600MW机组的高中压合缸双层缸结构由于高中压合缸结构复杂和笨重，限制了它在大功率机组上的应用。目前最大的高中压合缸机组为600MW左右。ALSTHOM公司300MW机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构它采用6个热套环将上下汽缸紧固成一体，结合面倾斜水平面500，支撑在外缸上，内缸底部有纵销，使其轴向膨胀自如。1、高、中压汽缸及进汽部分结构（1）高、中压汽缸随着机组容量的增大和蒸汽初参数的不断提高，若仍采用单层缸结构，则会带来下列问题：由于汽缸内压力很高，致使缸内外压差增大，则缸壁及法兰需做得较厚。为保证中分面的汽密性，其联接螺栓必须有很大的预紧力，故其尺寸很大，因此需要设置加热（或冷却）装置。

整个高压缸需用耐高温的贵重合金钢制造提高了造价。

由于法兰比缸壁厚得多，在机组启动，停机和变工况时，温度分布不均匀将产生很大的热应力和热变形这对设备安全和工作寿命极为不利。近代高参数大容量汽轮机的高压缸多采用双层缸结构。有的机组甚至将高、中压缸和低压缸全做成双层缸。内外缸夹层蒸汽流

当机组正常运行时，由于内缸温度很高，其热量源源不断地辐射到外缸，有使外缸超温的趋势，这时夹层汽流对外缸起冷却作用。

当机组冷态启动时，为使内外缸尽可能迅速同步加热，以减小动、静胀差和热应力，缩短启动时间，此时夹层汽流即对汽缸起加热作用。

国产300MW汽轮机高压缸夹层汽流示意图

1—进汽联接管；2—小管；3—螺旋圈；4—汽封环；5—高压内缸；6—隔板套；7—隔板槽；8—高压外缸；9—纵销；10—立销；11—调节级喷嘴组引进型300MW机组高中压内、外缸蒸汽冷却（加热）系统结构图高压进汽导管高压内、外缸夹层冷却蒸汽至中压平衡活塞汽封二段的连通管一段抽汽管高、中压缸平衡管高中压缸的布置布置方式高、中压合缸

高、中压分缸

分缸与合缸布置各有优缺点，世界各国的汽轮机制造厂家都有自己的习惯。一般讲，功率在350MW以上的机组不宜采用合缸布置方案。这是因为机组容量进一步增大后，若采用合缸，将使汽缸和转子过大过重，汽缸上进汽和抽汽口较多，以致管道布置困难，机组对负荷变化的适应性也减弱。

汽轮机的配汽方式：节流配汽、喷嘴配汽与旁通配汽通常采用的配汽方式

节流配汽的特点

进入汽轮机的所有蒸汽都经过1个或几个同时启闭的调节汽阀后，再流向所有的第1级喷嘴，所以第1级为全周进汽，可使进汽部分的温度均匀，没有调节级，进汽量的改变领先调节汽阀节流，此种调节方式存在节流损失，但各级温度随负荷变化的幅度大体相同，而且温度变化幅度较小，从而减小了热变形及热应力，提高了机组运行的可靠性及对负荷变化的适应能力。汽轮机的第1级喷嘴不是整圈连续布置，而是分成若干个独立的组，通常1个调节汽阀控制1个喷嘴组，喷嘴组一般有3～6组。喷嘴调节的汽轮机，在运行中，主汽阀全开，根据负荷的变化，各调节汽阀依次开启或关闭，改变第1级（即调节级）的通流面积，以控制进入汽轮机的蒸汽量。在任一工况下，只有那个部分开启的调节汽阀中的蒸汽节流较大，而其余全开汽阀中的蒸汽节流已减到最小，故在部分负荷下，汽轮机组定压运行时，喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失较小，效率较高，但由于各喷嘴组间有间壁（或距离）,因此即使各调节汽阀均已全开，调节级仍是部分进汽，仍存在部分进汽损失，所以，在额定功率下，喷嘴配汽汽轮机的效率比节流配汽的稍低。另外，滑压运行时，调节级汽室及各高压级在变工况下的蒸汽温度变化比较大，从而会引起较大的热应力，这常成为限制喷嘴配汽汽轮机迅速改变负荷的主要因素。喷嘴配汽的特点（3）进汽部分进汽部分指调节汽阀后蒸汽进入汽缸第1级喷嘴这段区域。它包括调节汽阀至喷嘴室的主蒸汽（或再热蒸汽）导管

导管与汽缸的连接部分和喷嘴室一般中、低参数汽轮机进汽部分与汽缸浇铸为一体，或是将蒸汽室和喷嘴室单独铸好后，用法兰螺栓与汽缸连接在一起；高参数汽轮机高压缸的进汽部分则是将蒸汽室、喷嘴室单独铸好后，用焊接方式固定在汽缸上。习题11调节级喷嘴组（每组八个喷嘴）来自锅炉的主蒸汽经两根主蒸汽管分别进入对称布置并固定在高、中压缸两侧运转平台上的主汽阀和调节汽阀组成的联合汽阀（即主汽阀—蒸汽室组装件）主汽阀结构

高压调节汽阀

高压调节汽阀是单座球形结构，阀座出口带有扩压段，（见图1-20）。阀头与阀杆为松连接，能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。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。高压缸喷嘴室

作用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。结构特点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。喷嘴组沿汽缸圆周对称布置，汽流流过喷嘴室后，使汽缸受热均匀，可把汽轮机变负荷运行时由于温度变化所引起的热应力减小到最低限度。中压进汽部分结构特点300MW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1级。2个联合汽阀分别对称安装在中压汽缸两侧运转平台上，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。每个再热联合汽阀组装件靠3个恒力弹簧支架支承，可随管道的胀缩而浮动。中压主汽阀

中压调节汽阀

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，用弹簧关闭。该阀只有全开或全关两个功能，不参加调节，只起保护的作用。

为压力平衡式阀门，由液压开启，弹簧关闭。在机组启动冲转、带低负荷或甩负荷时，它参与流量调节。中压进汽联接管

回热抽汽引出管

300MW机组高压内外缸上的回热抽汽管，一端与高压外缸焊接，而另一端与高压静叶持环之间则装有密封环，以防蒸汽泄漏。外套管（与外缸焊接在一起）内套管300MW机组中间进汽分流式三层汽缸低压缸结构#1低压内缸#2低压内缸低压内缸机组在启动、空载和低负荷运行时，流过低压缸的流量很小，不足以带走因摩擦鼓风所产生的热量。因此引起排汽温度升高，排汽缸的温度也随之升高。排汽缸温度过高会引起汽缸热变形，使低压转子的中心线改变，造成机组振动甚至发生事故。排汽温度过高还可能使凝汽器内铜管泄漏。为了防止排汽温度过高，在低压外缸内装有喷水降温装置。低压缸的导流板上，布置有喷水管，管上装有喷水喷嘴，沿汽流方向，将水喷向排汽缸内部空间，以降低排汽温度。其水源为凝结水泵出口凝结水。当机组转速达600r/min时，喷水装置自动投入，等汽轮机带上15%额定负荷时，喷水装置自动停止。

排汽缸喷水降温装置1—进水管；2—喷水管后缸喷水3、中低压连通管中压缸的排汽由中低压连通管引到低压缸中部。中低压连通管结构如图所示。连通管由钢板卷曲后焊成。为了使汽流在管内流动时压损最小，在连通管每个斜接的弯管中部均装有用多个导叶组成的导流叶片环，以减小汽流受到的局部阻力，使汽流平稳地改变方向，顺利地从中压缸流向低压缸。为了吸收连通管与汽缸间轴向热膨胀差，在连通管的直管段上装有3只铰链式膨胀节，每个膨胀节由4块金属膜片组成，膜片数由该膨胀节所必须吸收的膨胀量定。为便于检查和维修，在连通管上都开有入孔门。不使用时，它们必须密封盖紧。1、汽缸的支承

（1）猫爪支承汽缸通过其水平法兰延伸的猫爪（搭爪）作为承力面，支承在轴承座上，故称猫爪支承。①下猫爪支承下汽缸水平法兰前后延伸的猫爪称下猫爪，又称工作猫爪（支承猫爪）。在高压缸的下缸前后各有两只猫爪，分别支承在高压缸前后的轴承座上。下猫爪支承又可分非中分面支承和中分面支承两种。

（a）非中分面支承；（b）中分面支承1—猫爪；2—横销；3—轴承座；4—汽缸中分面下猫爪支撑（悬挂式结构）非中分面猫爪支承

这种猫爪支承的承力面与汽缸水平中分面不在一个平面内，见图。其结构简单，安装检修方便，但当汽缸受热使猫爪因温度升高而产生膨胀时，导致汽缸中分面抬高，偏离转子的中心线，这样将使动静部分之间的径向间隙改变。严重时会因动静部分之间的摩擦太大而造成事故。所以这种猫爪只用于温度不高的中低参数机组的高压缸支承。对于高参数大容量机组，因其汽封间隙小而猫爪厚度大，受热后使汽缸上抬的影响大，需采用其它支承方式。中分面猫爪支承

高参数大容量机组的高压缸支撑在轴承上可采用中分面支承方式，即汽缸法兰中分面（中心线）与支承面一致。下汽缸中分面猫爪支承方式是将下猫爪位置抬高，使猫爪承力面正好与汽缸中分面在同一水平面上，如图所示。这样，当汽缸温度变化时，猫爪热膨胀不会影响汽缸的中心线。但这种结构因猫爪抬高使下汽缸的加工复杂化。

上缸的猫爪支承称作上猫爪支承，它采用中分面支承方式

③内缸的支承方式

内缸也采用类似猫爪支承的方式，利用其法兰外伸的支持搭耳支承在外缸上。亦有下缸猫爪支承和上缸猫爪支承两种方式

（2）台板支承（2）台板支承（2）台板支承（2）台板支承低压外缸由于外形尺寸较大，一般都采用下缸伸出的撑脚直接支承在基础台板上，虽然它的支承面比汽缸中分面低，但因其温度低，膨胀不明显，所以影响不大。但需注意，汽轮机在空载或低负荷运行时排汽温度不能过高，否则将使排汽缸过热，影响转子和汽缸的同心度或转子的中心线，所以要限制排汽温度，设置排汽缸喷水装置。

(2)台板支承2、滑销系统作用为了保证汽缸定向自由膨胀，并能保持汽缸与转子中心一致，避免因膨胀不均匀造成不应有的应力及伴同而生的振动，必须设置一套滑销系统。在汽缸与基础台板间和汽缸与轴承座之间应装上各种滑销，并使固定汽缸的螺栓留出适当的间隙，以保证汽缸自由膨胀，以能保持机组中心不变。

滑销的分类横销

纵销

立销

角销

斜销

猫爪横销

(1)滑销系统的组成

汽轮机滑销系统组成部件按照功能不同大致可分为以下几种

习题13（a）纵销或横销；（b）立销（固定于轴承座）；（c）立销（固定于汽缸上）；（d）猫爪横销；（e）角销1—汽缸；2—猫爪压销；3—猫爪横销各滑销的构造示意图(2)典型汽轮机滑销系统

国产300MW机组滑销系统

“H”形定中心梁（高、中压外缸两端各一个）125MW汽轮机滑销系统

汽轮机的热膨胀

AD5型汽轮机滑销系统

TC4F－42型汽轮机滑销系统TC4F－42型汽轮机滑销系统4、滑销系统和机组膨胀情况分析

某厂滑销系统示意图

滑销位置如下：

横销:

位于发电机侧的低压缸的两侧，在汽缸支撑上及基础台板上铣有矩形销槽，横销装在基础台板的销槽中，横销垂直于主轴，距低压缸中心线300mm，其作用是保证汽缸在横向的正确膨胀和限制汽缸沿纵向的移动，以确定低压缸的轴向位置，保证汽缸在运行中受热膨胀时中心位置不会发生变化。

纵销:

在低压缸前后两端的纵向中心线上各有2个纵销，其作用是保证汽缸在纵向正确膨胀，并限制汽缸沿横向移动，以确定低压缸的横向位置。

死点:

纵销中心线与横销中心线的交点形成整个汽缸的膨胀死点。在汽缸膨胀时，该点始终保持不动，汽缸只能以此点为中心向前、后、左、右方向膨胀。

猫爪横销:

该厂的高、中压缸的支撑属于下猫爪支撑，4个猫爪下都有横销与前轴承座、低压外缸（调速器端）的轴承座相连，用来固定汽缸在轴承座之间的位置。当汽缸温度变化时，高、中压缸在沿自己的猫爪横销作横向伸缩时，同时推动轴承座在轴向与汽缸一起前后移动，以保持转子与汽缸的轴向相对位置不变。H形中心推拉梁:

在高、中压外下缸前后两端各有一H形中心推拉梁（即工字销），通过螺栓、定位销等分别使高、中压缸与其前、后轴承座连接成一整体，用于传递汽缸胀缩时的推拉力，并保证汽缸相对于轴承座正确的轴向和横向位置。

前轴承座纵销:

在前轴承座下设有纵销，该销位于前轴承座及其台板间的轴向中心线上，允许前轴承座作轴向自由膨胀，但限制其横向移动。

缸胀:

整个机组以死点为中心，通过高、中压缸带动前轴承座向前膨胀。前轴承座的轴向位移就表示了高、中、低压缸向前膨胀值之和，一般说来，汽缸对座架的膨胀值称为绝对膨胀值，所以推力轴承处测得的轴向膨胀就称为高、中、低压缸的绝对膨，这就是我们通常所说的缸胀.

该厂的缸胀测点在前箱的东侧，固定在前箱侧面。

发电机的滑销:

发电机的滑销比较简单，如图所示，由两个纵销和两个横销组成，分别控制发电机横向和纵向的膨胀。

胀差：当汽轮机启动加热或停机冷却以及负荷变化时，汽缸和转子都会产生热膨胀或冷却收缩。由于转子的受热表面积比汽缸大，且转子的质量比相对应的汽缸小，蒸汽对转子表面的放热系数较大，因此在相同的条件下，转子的温度变化比汽缸快，使转子与汽缸之间存在膨胀差。而这差值是指转子相对于汽缸而言的，故称为相对膨胀差，简称胀差。

在机组启动加热时，转子的膨胀大于汽缸，其相对膨胀差值被称为正胀差。而当汽轮机停机冷却时，转子冷却较快，其收缩亦比汽缸快，产生负胀差。负胀差说