汽轮机原理(第六章).

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1、第六章 汽轮机主要零件结构 与振动 汽轮机本体包括:静止部分和转动部分 转动部分：轴、叶轮、叶片、联 轴器、盘车装置等。 静止部分：汽缸、隔板、隔板套、喷 嘴、汽封、滑销系统、法兰、 螺栓等。 第一节 汽轮机静止部分结构 一、汽缸 汽 轮机的外壳，其作用有 两个：封闭作用；支承、固定作 用。 1.作用 2.分类 （1）按汽缸进汽参数：高压缸，中压缸，低 压缸。 （2）按汽缸的层数：单层缸，多层缸。 3.多层缸的作用 （1）加快机组的启停和变负荷速度。 （2）节约贵重金属。 4.300MW汽轮机汽缸简介 （1）高压缸 （2）中压缸 采用双层缸，如图 61,62，63所示。 采用双层缸，如图62,

2、 63所示。 4.300MW汽轮机汽缸简介 图62 优化引进型300MW机组汽轮机高中压内外缸蒸汽 冷却（加热）系统结构 图63 优化引进型300MW机组汽轮机高中压缸纵剖面图 （3）低压缸 采用三层缸，如图64所示。 图64 优化引进型300MW机组汽轮机低压缸纵剖面图 附：图63, 64标注。 5.300MW汽轮机进汽部分 如图65所示。 图65 喷嘴室横断面图 图66 喷嘴组蒸汽室调节阀布置 附：国产600MW汽轮机汽缸结构 图6-7 高中压内下缸外形图 图6-8 高中压内上缸外形图 图6-9 高中压外下缸 6.滑销系统 （1）滑销系统的作用 保证汽缸能定向自由膨胀或收缩，并保证 汽缸膨

3、胀或收缩时，汽缸与转子的中心一致。 （2）滑销的种类 主要由纵销、横销、竖销（立销）、猫爪 横销、角销等组成。 （3）汽缸的膨胀死点 纵销的中心线与横销中心线的交点。 （4）国产优化引进型300MW汽轮机滑销系统 如图610所示。 图610 300MW汽轮机滑销系统 二、隔板、隔板套和静叶环、静叶持环 1.隔板 主要由隔板体、静叶片和隔板外缘 组成，如图611，612所示。 其作用是：固定喷嘴；分隔汽室。 图611 隔板结构示意图 （1）组成与作用 图6-12 600MW汽轮机第9、10、11级隔板结构图 （2）种类 焊接隔板 将铣制或精密铸造、模压、冷拉的静叶 片嵌在冲有叶型孔槽的内、外围带

4、上，焊 成环形叶栅，然后再将其焊在隔板体和隔 板外缘之间，如图613所示。 特点：具有较高的强度和刚度，适用于 高于350的高中压级隔板。 铸造隔板 将已成型的喷嘴叶片在浇铸隔板体的同 时放入其中，一体浇铸而成，如图614 所示。 特点：加工制造简单， 成本低，但通流部分光 洁度较差，且受温度影 响较大，适低于350 的级中。 2.隔板套 （1）优缺点 优点：便于拆装；有利于抽汽口的布置； 缩短了汽轮机的轴向尺寸；简化了汽缸形 状；有利于机组的启停和负荷变化。 缺点：增大了汽缸的径向尺寸，使相应的 法兰厚度增加，延长了机组的启停时间。 （2）结构与固定方式 隔板套的结构与固定方式如图615 所

5、示。 隔板固定在隔板套中，隔板套再固定 在汽缸上。 图6-15 隔板套 1上隔板套；2下隔板套；3连接螺栓；4上汽缸；5 下汽缸；6悬挂销；7垫片；8平键；9定位销；10顶开螺钉 3.静叶环和静叶持环 静叶环相当于冲动式汽轮机的隔板， 静叶持环相当于冲动式汽轮机的隔板套。 如图616,6-17所示。 三、轴承 分两大类：径向支持轴承；轴向推力 轴承。 （一）轴承的工作原理 如图618，619所示。 （二）径向支持轴承 1.作用 支承转子的重量及转子旋转时产生的 不平衡离心力，并确定转子的径向位置 。 2.种类 （1）圆筒形轴承 如图620所示。 （2）椭圆形轴承 如图621所示。 （3）三油楔

6、轴承 如图622所示。 （4）可倾瓦轴承 如图623所示。 （二）推力轴承 1.作用 承受转子的轴向推力，并确定转子的 轴向位置。 2.结构及工作原理 如图624,625所示。 第二节 汽轮机转动部分结构 一、 转子 1. 转子的作用 将蒸汽的动能转变为机械能，并 传递扭矩。 2. 转子的分类 （1） 按有无叶轮 轮式转子 有叶轮，用于冲动式汽轮机。 鼓式转子 无叶轮，用于反动式汽轮机。 （2）按主轴与其他部件间的组合方式，轮式 转子又分为： 套装转子 叶轮等部件加工好后“红套”在主轴上， 如图626所示。 优缺点：（简述） 适用场合：常用于低压转子。 整锻转子 将叶轮等部件与主轴一起锻造加工

7、而成。 如图627所示。 优缺点：（简述） 适用场合：常用于大功率汽轮机高中压转子。 注：目前300MW、600MW机组高、中、低压 转子广泛采用整锻转子。 焊接转子 由若干个叶轮和两个端轴拼焊而成。 如图628所示。 优缺点：（简述） 适用场合：常用于大功率汽轮机的低压转子。 组合转子 由整锻转子和套装转子组合而成。 如图629所示。 适用场合：用于大功率汽轮机的中低压转子适用场合：用于大功率汽轮机的中低压转子 ，如国产，如国产200MW200MW汽轮机的中低转子。汽轮机的中低转子。 二、 叶轮 1. 叶轮的作用 安装叶片，并传递汽流力作用在叶栅上的扭 矩。 2. 叶轮的结构 叶轮由轮缘、轮

8、面和轮骰 三部分组成，如图630所示。 3. 叶轮的分类 按照轮面的型线可分为：等 厚度叶轮、锥形叶轮、双曲线 形叶轮和等强度叶轮，如图6 31所示。 1.叶片的结构与分类 叶片的结构示意图如图 632所示。 叶片分为三部分：叶型部 分、叶根、叶顶 三、 动叶片 图6-32 汽轮机叶片结构图 （1）叶型 叶型为叶片的工作部分。按叶型沿叶高横 断面是否变化可分为：等截面叶片和变截面叶 片（扭叶片）。 （2）叶根 电厂汽轮机常用叶根主要 有T型叶根、叉型叶根和纵树叶 根，如图633所示。 说明各叶根的结构特点及适 用场合。 （3）叶顶 汽流通道的上表面，并通过围带的不同汽流通道的上表面，并通过围带

9、的不同 结构起到调整叶片频率作用结构起到调整叶片频率作用 。包括在叶顶。包括在叶顶 处将叶片连接成组的围带和在叶型部分将叶处将叶片连接成组的围带和在叶型部分将叶 片连接在成组的拉金。片连接在成组的拉金。 围带 作用：增加叶片抗弯刚度,降低叶片中汽流产 生的弯应力,调整叶片频率以提高其振动安全性; 构成封闭的汽流通道,减小叶顶漏汽损失。 结构形式：常见的结构形式有整段围带、铆 接围带、弹性拱形围带，如图634所示。 634 常见围带结构形式 (a)整体围带 (b)铆接围带 (c)(c)拱形围带 拉金 作用：调整叶片的自振频率，增强叶片振动 阻尼。 拉金置于动叶流道内，造成流动损失，降低 经济性，

10、只有在叶片振动特性迫切需要才使用。 图635 拉金连接方式 (a)成组连接 (b)网状连接 (c)整圈连接 (d)Z形连接 结构及连接：拉金为612mm的实心 或空心金属线穿在叶型部分的拉金孔中，与 叶片间可焊接，或采用松装结构；连接方式 有整圈连接、成组连接、网状连接和Z形连 接，如图635所示。 四、 联轴器 1.联轴器的作用 又叫靠背轮或对轮，其作用是连接汽轮 机各转子及发电机转子，并传递扭矩。 2.联轴器的种类及特点 常见形式：刚性联轴器、半挠性联轴器、 挠性联轴器，如图636，637所示。 电厂汽轮机广泛采用刚性联轴器。 五、 盘车装置 1. 盘车装置的作用 2. 盘车装置的分类 （

11、1）按驱动力来源 电动盘车和液动盘车。 （2）按盘车转速 高速盘车和低速盘车。 （1）防止转子受热不均产生热弯曲。 （2）机组启动前盘动转子，可用来检查机组是 否具备启动条件。 如：动静部分是否摩擦，主轴弯曲值是否正常， 润滑油系统工作是否正常等。 （3）减少汽轮机启动时的冲转力矩。 3. 盘车装置的工作原理 （1）具有螺旋轴的盘车装置 如图638所示。 （2）具有具有链轮蜗轮蜗杆的盘车装置 如图638所示。 图6-38 盘车装置及其齿轮传 动 （a）装置结构图； （b）齿轮传动图 1摆动板；2盘车齿轮与轴 ；3主齿轮轴；4从动链轮 ；5连杆；6齿轮链；7 主动链轮； 8操纵杆；9手柄；10操

12、 纵杆；11蜗轮；12蜗杆 ；13滤油网框架 第三节 叶片振动 一、叶片的受力分析 （1）叶片、围带、拉金的质量产生的离心力 离心力作用：产生拉应力、弯曲应力 （2）高速汽流冲动叶片汽流力（轴向、圆周 方向的应力） 不随时间变化的应力静应力（静的弯应力） 随时间而变化的应力交变应力（振动应力） （3）启停时由于温差引起的热应力 二、引起叶片振动的激振力 1.低频激振力 （1）部分进汽。 （2）级前有抽汽口。 （3）个别喷嘴加工尺寸偏差过大或者损坏。 （4）上下两隔板结合面处（错位）汽流异常。 （5）喷嘴带有加强筋。 如图339所示。 激振力频率计算：激振力频率计算： 式中式中 a a级中均匀分

13、布的激振源；级中均匀分布的激振源； n-n-转子转速。转子转速。 2.高频激振力 由喷嘴出口边总有一定厚度（喷嘴尾迹） 引起的，另外汽流和通道壁面的摩擦力，使喷 嘴出口沿圆周方向汽流的作用力不是均匀分布 ，叶片每经过一只喷嘴片，汽流作用力就减小 一次，即受到反方向的扰动，如图640。 激振力频率计算：激振力频率计算： 全周进汽：全周进汽： 部分进汽：部分进汽： 式中 z喷管数； e-级的部分进汽度 定义：叶片绕其截面最小惯性轴的振动，其振动 方向接近于圆周的切向方向。 切向振动是汽轮机叶栅最易激发且最危险的 振动。（因这个方向刚性小，且汽流力接近此方 向） 振型：按振动时叶顶是否偏离平衡位置，

14、可分为 三、叶片振动的基本型式 1.单个叶片的振动 （1）弯曲振动 切向振动 1）A振动 叶根固定，叶顶自由，如图641所示。按 叶片全长节点数又可分为 2）B振动 叶根固定，叶顶不动，如图641所示。按 叶片全长节点数又可分为 轴向振动 定义：叶片绕其截面最大惯性轴的振动，其振动 方向接近于轴的方向。 振型：也分为A型振动和B型振动两种。 (2)扭转振动 定义：沿叶高方向叶片绕其截面形心轴的振动。 这种振动常出现在较长的扭曲叶片中。 2.叶片组的振动 叶片组：用围带或拉金连接的叶片。 自由叶片：单个叶片。 （1 1）也分为切向振动，轴向振动和扭转振动。）也分为切向振动，轴向振动和扭转振动。

15、（2 2）切向振动也分为）切向振动也分为A A型振动和型振动和B B型振动。如图型振动。如图6 6 42,642,64343所示。所示。 图642 叶片组切向型振动 图643叶片组的切向型振动 （a）第一类对称型振动 （b）第二类对称型振动 3.3.叶片最危险的振型叶片最危险的振型 无论是单个叶片还是叶片组，最危险的振型无论是单个叶片还是叶片组，最危险的振型 均为切向均为切向 型振动，特别是切向型振动，特别是切向 型振动型振动 更危险。更危险。 （现场叶片测频就是测切向（现场叶片测频就是测切向 振动）振动） 四、叶片振动的自振频率计算 叶片的自振频率又分静频率和动频率。叶片的自振频率又分静频率

16、和动频率。 将叶片视为刚性固定的弹性梁，在交变载荷将叶片视为刚性固定的弹性梁，在交变载荷 下产生弯曲振动。经一定假设，通过求解微分方下产生弯曲振动。经一定假设，通过求解微分方 程得程得A A型振动频率表达式（等截面叶片）型振动频率表达式（等截面叶片） 分析：分析：f f与叶片的刚性（与叶片的刚性（EIEI）的平方根成正比）的平方根成正比 ，与叶片质量的平方根成反比。，与叶片质量的平方根成反比。 五、对叶片自振频率计算值的修正 1.1.温度修正温度修正 计算时，通常采用计算时，通常采用2020条件下的弹性模条件下的弹性模 量，所以必须进行修正。引入温度修正系数量，所以必须进行修正。引入温度修正系数 式中式中 分别为工作温度和分别为工作温度和2020 时材料的弹性模量。时材料的弹性模量。 分析：温度升高，分析：温度升高，E E降低，所