汽轮机设备与运行___课件__(6)

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1、汽轮机设备及运行课件 （6） 6 汽轮机本体结构 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 子和静子组成。 转子包括动叶、叶轮、主轴、联轴节及紧固件等旋 转部件。 静子包括汽缸、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。 转动部分与静止部分： 静叶栅与动叶栅： 级：一列静叶栅和一列动叶栅组成的水 蒸汽从热能到机械能转换的基本单元。 喷嘴：将蒸汽热能转变为动能；从喷嘴 出来的高速汽流速度为绝对速度。 动叶：将蒸汽动能转变为机械能。汽轮 机以转速n工作时，旋转着的动叶栅具有圆 周速度u（牵连速度）；蒸汽则以相对速度 w1和w2

2、进、出动叶通道。 汽轮机叶片 叶片的分类 动叶片（又称工作叶片，简称叶片） 静叶片（又称喷嘴叶片） 动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓（反 动式汽轮机）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。 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。 8 9 10 叶片结构 1.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

3、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。 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。 3）叉型叶根 叶根的叉尾直接插入轮缘槽内，并用

4、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。 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。 叶片结构 2.叶型 叶型部分是叶片的基本部分，它构成汽流通道。 （a）等截面直叶片 （b）变截面扭曲叶片 1叶顶； 2叶型； 3叶根 叶片结构 3.连接件 用围带、拉金连在一起的数个叶用

5、围带、拉金连在一起的数个叶 片片 用围带、拉金将全部叶片连结在用围带、拉金将全部叶片连结在 一起一起 不用围带、拉金连结的叶片不用围带、拉金连结的叶片 成组叶片（叶片组） 整圈连接叶片 单个叶片(自由叶片) 21 围带或拉金的作用围带或拉金的作用 可增加叶片刚性可增加叶片刚性, , 降低叶片蒸汽力引起的弯应力降低叶片蒸汽力引起的弯应力, , 调整叶片频率调整叶片频率 。 围带还构成封围带还构成封 闭的汽流通道闭的汽流通道, , 防止蒸汽防止蒸汽 从叶顶逸出从叶顶逸出 。 有的围带还做出有的围带还做出 径向汽封和轴向汽封，径向汽封和轴向汽封， 以减少级间漏汽以减少级间漏汽 整体围带 铆接围带弹性

6、拱形围带 拉金一般是以612mm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）。在一级叶片中在一级叶片中 ，一般有12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。 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 长叶片 29 l 叶片受力 n 拉应力：叶型部分的离心拉应力、围带和拉金离心力 n 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 l 叶片汽蚀 1. 部位 在湿蒸汽

7、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。 l 叶片汽蚀 2. 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。 l 叶片汽蚀 3. 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。 l 叶片振动 叶片是一个弹性体，当突受

8、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。 l 叶片振动 1. 原因 在汽轮机工作中，沿圆周方向汽流的不均匀将对叶片 产生激振力，引起叶片振动。激振力按其频率分为： 低频激振力-第一类激振力 高频激振力-第二类激振力 低频激振力对长叶片的影响较大，因为叶片较长时， 其自振频率较低，在低频激振力的作用下容易引起共 振。 l 叶片振动 1. 原因

9、 1）低频激振力-第一类激振力 采用部分进汽时，叶片经过不进汽的弧段时，没有蒸 汽作用，引起一次扰动而产生激振力。 上、下隔板结合处的静叶由于结合不良引起汽流变化 ，产生激振力。 个别喷嘴或导叶由于制造或装配工艺误差，引起汽流 不均匀，产生激振力。 级后局部汽流参数变化（节距不均匀、级后有抽汽口 或排汽口有筋条存在等），产生激振力。 l 叶片振动 1. 原因 2）高频激振力-第二类激振力 由于喷嘴出口边缘有一定厚度，使叶片每经过一个喷 嘴时，所受的蒸汽作用力就要突然变化一次，因而产 生一次激振力，由于喷嘴的数量较多，故激振力的频 率较高称为高频激振力。高频激振力对短叶片的影响 较大，因短叶片的

10、自振频率较高，在高频激振力的作 用下容易引起共振。 l 叶片振动 2. 叶片调频方法 1 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。 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。 分类 （1）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

11、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 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

12、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 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 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

13、焓降不大和要求强度较大的 反动式汽轮机上。 鼓式转子 转子是汽轮机的最重要的部套，其工作条件 比较复杂。在设计中，重点需要关注的是临 界转速和强度。这两方面在实际运行过程中 主要体现在升速时跨临界和超速时跳闸停机 两方面的保护。这两方面，临界转速确定了 汽轮机运行的稳定性，强度方面确定了汽轮 机运行的安全性。任何一方面出现问题均是 没法补救的，故我们在设计中需要重点关注 这两方面的问题，在实际使用中也需对这两 方面重点关注，尤其是试车阶段，必须明确 确定该机组的临界转速和跳闸转速，以免因 这方面的疏忽造成重大事故。 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

14、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； 叶轮的结构形式 (a)(b)(c)等厚度叶轮 (d)(e)锥形叶轮 (f)双曲线叶轮 (g)等强度叶轮 叶轮 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 锥形叶轮等强度叶轮 联轴器 联轴器又叫靠背轮，用来连接汽轮机的各个转 子以及发电机转子，并将汽轮机的扭矩传给发 电机。 在多缸汽轮机中，如果几

15、个转子合用一个推力 轴承，则联轴器还将传递轴向推力；如果每个 转子都有自己的推力轴承，则联轴器应保证各 转子的轴向位移互不干扰，即不允许传递轴向 推力。 联轴器通常有三种型式，即刚性联轴器、半挠 性联轴器和挠性联轴器。 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，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。 刚性连轴器 1 、 2联轴器 3螺栓 4盘车齿轮 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

16、许偏差。用来连接汽轮机转子与发电机转 子。 1、2联轴器 3波形套筒 4、5螺栓 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。 盘车装置 盘车装置作用是： (1)在汽轮机冲转前和停机后使转子转动，以避免 转子受热和冷却不均而产生热弯曲。 (2)盘车前盘动转子，可以检查动静部件间是否有摩 擦、润滑油系统工作是否正常及主轴弯曲是否过 大等，用来检查汽轮机是否具备正常启动条件。 按盘车转速高低，盘车装置可分为高速盘车和低 速盘车两种。采用高速盘车时可以加快汽缸内的 热交换，减小上、下缸之间及转子内部温差，缩 短机组启停时间，并可以在轴承内较好的建立起 油膜，保护轴颈和轴瓦。低速盘车时启动力矩小 ，冲击载荷小，有利于延长部件的使用寿命。 具有螺旋