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1、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，以形成蒸汽热能转换为机械能 的封闭汽室。的封闭汽室。 汽缸内装有：汽缸内装有： 喷嘴室、喷嘴（静叶）、隔板（静叶环）、喷嘴室、喷嘴（静叶）、隔板（静叶环）、 隔板套（静叶持环）、汽封等部件。隔板套（静叶持环）、汽封等部件。 汽缸外连接有：汽缸外连接有： 进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。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、安装和检修为了便于制造、安装和检修 汽缸一般沿水平中分面分为汽缸一般沿水平中分面分为上下两个半缸上下两个
2、半缸。两者通。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以及使加工、运输方便，汽缸也常以垂直结合面分为分为 两或三段两或三段，各段通过法兰螺栓连接紧固。，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（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
3、，对部分的反作用力，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。应力和热变形。 汽缸结构设计要求汽缸结构设计要求 缸壁必须具有一定的厚度，以满足强度和刚度的要求。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。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
4、求简单、均匀、对称，使其能顺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。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。合理的间隙。 汽缸的结构形式汽缸的结构形式 根据进汽参数的不同根据进汽参数的不同 按每个汽缸的内部层次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通流部分在汽缸内的布置方式 按汽缸形状按汽缸形状 高压缸、中压缸和低压缸高压缸、中压缸和低压缸 单层缸、双层缸和三层缸单层缸、双层缸和三层缸 顺向布置、反向布置和对称分流布置顺向布置
5、、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、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。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下面就几种典型汽轮机汽缸结构加以简单介绍 ALSTHOMALSTHOM公司公司600MW600MW机组的双层结构高压汽缸机组的双层结构高压汽缸 东方汽轮机厂东方汽轮机厂300MW300MW机组的高、中压合缸
6、双层缸结构机组的高、中压合缸双层缸结构 东方汽轮机厂（日立技术）东方汽轮机厂（日立技术）600MW600MW机组的高、中压合缸双层缸结构机组的高、中压合缸双层缸结构 ALSTHOMALSTHOM公司公司300MW300MW机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构 ALSTHOMALSTHOM公司公司600MW600MW机组的双层结构高压汽缸机组的双层结构高压汽缸 其结构是双层缸，进汽侧位于其结构是双层缸，进汽侧位于2 2号轴承箱，反向流动布置，蒸号轴承箱，反向流动布置，蒸 汽从中压缸侧进入汽缸做功汽从中压缸侧进入汽缸做功, ,从机头侧流出。高压缸反向布置从机头侧
7、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。主要是与中压缸形成对称结构，以平衡转子上的轴向推力。 东方汽轮机厂东方汽轮机厂300MW300MW机组的高、中压合缸双层缸结构机组的高、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）东方汽轮机厂（日立技术）600MW600MW机组的高中压合缸双层缸结构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
8、上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的应用。目前最大的高中压合缸机组为600MW600MW左右。左右。 ALSTHOMALSTHOM公司公司300MW300MW机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构 它采用它采用6 6个热套环将上下汽缸紧固成一体，结合面倾斜水平面个热套环将上下汽缸紧固成一体，结合面倾斜水平面 5050 0 0 ，支撑在外缸上，内缸底部有纵销，使其轴向膨胀自如。，支撑在外缸上，内缸底部有纵销，使其轴向膨胀自如。 1 1、高、中压汽缸及进汽部分结构、高、中压汽缸及进汽部分结构 （1 1）高、中
9、压汽缸）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：缸结构，则会带来下列问题： 由于汽缸内压力很高，由于汽缸内压力很高， 致使缸内外压差增大，致使缸内外压差增大， 则缸壁及法兰需做得则缸壁及法兰需做得 较厚。为保证中分面较厚。为保证中分面 的汽密性，其联接螺的汽密性，其联接螺 栓必须有很大的预紧栓必须有很大的预紧 力，故其尺寸很大，力，故其尺寸很大， 因此需要设置加热因此需要设置加热 （或冷却）装置。（或冷却）装置。 整个高压缸需整个高压缸需 用耐高温的贵用耐高温的贵 重合金钢制造重合金钢
10、制造 提高了造价。提高了造价。 由于法兰比缸壁厚得由于法兰比缸壁厚得 多，在机组启动，停多，在机组启动，停 机和变工况时，温度机和变工况时，温度 分布不均匀将产生很分布不均匀将产生很 大的热应力和热变形大的热应力和热变形 这对设备安全和工作这对设备安全和工作 寿命极为不利。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。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。有的机组甚至将高、中压缸和低压缸全做成双层缸。 双层缸结构的优点双层缸结构的优点 把原单层缸承受的巨大蒸汽压力分摊给内外两把原单层缸承受的巨大蒸汽压力分摊给内外两 缸
11、，减少了每层缸的压差与温差，缸壁和法兰缸，减少了每层缸的压差与温差，缸壁和法兰 可以相应减薄，在机组启停及变工况时，其热可以相应减薄，在机组启停及变工况时，其热 应力也相应减小，因此有利于缩短启动时间和应力也相应减小，因此有利于缩短启动时间和 提高负荷的适应性。内缸主要随高温及部分蒸提高负荷的适应性。内缸主要随高温及部分蒸 汽压力作用，且其尺寸小，故可做得较薄，则汽压力作用，且其尺寸小，故可做得较薄，则 所耗用的贵重耐热金属材料相对减少。而外缸所耗用的贵重耐热金属材料相对减少。而外缸 因设计有蒸汽内部冷却，运行温度较低，故可因设计有蒸汽内部冷却，运行温度较低，故可 用较便宜的合金钢制造。外缸的
12、内外压差比单用较便宜的合金钢制造。外缸的内外压差比单 层汽缸时降低了许多，因此，减少了漏汽的可层汽缸时降低了许多，因此，减少了漏汽的可 能，汽缸结合面的严密性能够得到保障。能，汽缸结合面的严密性能够得到保障。 习题九 内外缸夹层蒸汽流内外缸夹层蒸汽流 当机组正常运行时，由于内缸温度当机组正常运行时，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，这时夹缸，有使外缸超温的趋势，这时夹 层汽流对外缸起冷却作用。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、静可能迅速同步加热，以
13、减小动、静 胀差和热应力，缩短启动时间，此胀差和热应力，缩短启动时间，此 时夹层汽流即对汽缸起加热作用。时夹层汽流即对汽缸起加热作用。 国产国产300MW300MW汽轮机高压缸夹层汽流示意图汽轮机高压缸夹层汽流示意图 11进汽联接管；进汽联接管；22小管；小管；33螺旋圈；螺旋圈；44汽封环；汽封环；55 高压内缸；高压内缸；66隔板套；隔板套；77隔板槽；隔板槽； 88高压外缸；高压外缸；99纵销；纵销；1010立销；立销；1111调节级喷嘴组调节级喷嘴组 工作过程工作过程 在高压内缸出口处（即第在高压内缸出口处（即第1 1段回热抽汽段回热抽汽 口），有一小股汽流口），有一小股汽流a a（在
14、额定工况时（在额定工况时 ，汽温为，汽温为375375），朝机头方向流过内），朝机头方向流过内 外缸的夹层，再从螺旋圈盘旋而上，通外缸的夹层，再从螺旋圈盘旋而上，通 过小管过小管2 2流到高压缸排汽管。正常运行流到高压缸排汽管。正常运行 时，这股蒸汽始终流动不息，使外缸与时，这股蒸汽始终流动不息，使外缸与 进汽联接管外层得以冷却，这就是汽缸进汽联接管外层得以冷却，这就是汽缸 的夹层冷却装置；启动时它成为加热装的夹层冷却装置；启动时它成为加热装 置，由两根小管置，由两根小管2 2送入加热蒸汽，其流送入加热蒸汽，其流 动方向与冷却汽流流动方向正好相反，动方向与冷却汽流流动方向正好相反， 对内外汽缸
15、进行加热。对内外汽缸进行加热。 引进型引进型300MW300MW机组高中压内、外缸蒸汽冷却（加热）系统结构图机组高中压内、外缸蒸汽冷却（加热）系统结构图 高压进汽高压进汽 导管导管 高压内、外缸夹层冷高压内、外缸夹层冷 却蒸汽至中压平衡活却蒸汽至中压平衡活 塞汽封二段的连通管塞汽封二段的连通管 一段抽一段抽 汽管汽管 高、中压高、中压 缸平衡管缸平衡管 内、外缸夹层的冷却汽流是来自高压平衡活塞汽内、外缸夹层的冷却汽流是来自高压平衡活塞汽 封的漏汽。这股汽流通过夹层后，一部分与高压封的漏汽。这股汽流通过夹层后，一部分与高压 缸排汽汇合，另一部分则经过外缸上部的连通弯缸排汽汇合，另一部分则经过外缸
16、上部的连通弯 管进入中压平衡活塞汽封中段。汽缸夹层中的蒸管进入中压平衡活塞汽封中段。汽缸夹层中的蒸 汽状态决定了汽缸承受的压力情况。本机设计成汽状态决定了汽缸承受的压力情况。本机设计成 内缸两侧温差小而压差大，沿壁厚的温度梯度减内缸两侧温差小而压差大，沿壁厚的温度梯度减 至最低限度，热应力很小，故内缸主要承受压应至最低限度，热应力很小，故内缸主要承受压应 力，起压力容器的作用；外缸内侧是冷却蒸汽，力，起压力容器的作用；外缸内侧是冷却蒸汽， 外侧是大气，其两侧温差大而压差小，主要承受外侧是大气，其两侧温差大而压差小，主要承受 温差的热应力，因此只需较薄的缸壁和较小的法温差的热应力，因此只需较薄的缸壁和较小的法 兰，内外缸的法兰螺栓靠近缸壁中心线，使缸壁兰，内外缸的法兰螺栓靠近缸壁中心线，使缸壁 与法兰厚度相差不大。这样就使得汽
