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1、汽轮机本体结构,第二章,第二章 汽轮机本体结构,概述 第一节 汽缸与滑销系统 第二节 喷管组及隔板的结构 第三节 汽封与轴封系统 第四节 轴承 第五节 动叶片 第六节 叶片的振动 第七节 转子 第八节 联轴器和盘车装置,汽轮机本体概述,2.0 汽轮机本体概述,汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由静止部分（静子）和转动部分（转子）组成。 静止部分包括汽缸、喷管室、隔板、隔板套（或静叶持环）、静叶栅、汽封、轴承、轴承座、机座、滑销系统及有关紧固件等。 转动部分包括主轴、叶轮（或转鼓）、动叶栅、联轴器及其紧固件等。转子的作用是汇集各级动叶片上的旋转机械能，并将其传递给发电机。,第一节 汽缸的结
2、构与滑销系统,2.1 汽缸的结构与滑销系统,汽缸即汽轮机的外壳，是汽轮机静止部分的主要部件之一。它的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔绝，以形成蒸汽能量转换的封闭空间。汽缸内装有隔板、隔板套、喷管室等静止部件，汽缸外连接着进汽、排汽、抽汽等管道以及支承座架等。,一、汽缸的作用,2.1 汽缸的结构与滑销系统,二、汽缸的结构,1.整体结构,汽缸一般为水平中分形式，上、下两个半缸通过水平法兰用螺栓紧固。为了便于加工、运输和合理利用材料，汽缸也常以垂直结合面分成几段，各段通过法兰螺栓连接。汽缸通过猫爪或撑脚支承在轴承座或基础台板上。,汽缸的形状大体上可分为圆筒形、圆锥形和阶梯圆筒形。大功率的再热机组都设
3、计成多缸结构，按汽缸进汽参数的不同，分别称为高压缸、中压缸和低压缸。,根据不同的工作条件，汽缸可设计制造成单层缸、双层缸和三层缸。根据不同布置方式，又有顺向布置、反向布置和对称分流布置。大型机组的高中压缸一般为双层合缸或分缸结构，采用反向布置。低压缸多为双层缸，对称分流布置。,2.高、中压缸,随着机组容量的增大和蒸汽初参数的提高，以前在中小型机组上采用的单层缸已不能满足高温差、高压差对汽缸的要求，因此大型汽轮机的高、中压缸一般采用双层缸结构。大型机组的高、中、低压缸全部采用双层缸，有的机组还采用三层低压缸结构。,高中压缸采用双层缸结构的优点是： （1）变工况能力强：可以把巨大的蒸汽压力分摊给内
4、外两层缸，减少了每层缸的压差和温差，缸壁和法兰可以相应减薄。,2.1 汽缸的结构与滑销系统,（2）合理利用材料：内缸主要承受高温及部分蒸汽压力的作用，其尺寸较小，故内缸壁可以较薄，从而减少了贵重耐热合金材料的耗量。外缸的运行温度较低，可以采用一般的合金钢材料制造。 （3）严密性好：外缸的内外压差比单层缸时降低了许多，因此减少了汽缸结合面漏汽的可能性。,双层缸结构的缺点是结构复杂，安装与检修工作量大。,双层高中压缸一般设有夹层冷却（加热）装置。进入汽轮机的新蒸汽经汽轮机的调节级作功后，大部分汽流转向后，进入高压部分的压力级，这部分汽流同时对喷管室进行冷却；其余汽流又分为两股：一股汽流通过调节级叶
5、轮根部的通孔流向高压缸压力级，对高压转子表面进行冷却，另一股汽流通过高压平衡活塞汽封后分别进入高压内外缸夹层和中压平衡活塞汽封，从而对高压外缸和中压转子表面进行冷却。 通过高压内外缸夹层的这股汽流，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管进入中压平衡活塞汽封中段。,2.1 汽缸的结构与滑销系统,汽轮机的内缸内外两侧温差小而压差大，热应力很小，故内缸主要承受压差引起的应力，起压力容器的作用；外缸内外两侧的温差较大而压差较小，外缸主要承受温差引起的热应力，故只需较薄的缸壁和较小的法兰。,大型机组的高、中压缸的布置有两种方式，合缸或分缸。一般来讲，功率在350MW以上的机组不宜采用合缸
6、方案。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减弱。但采用合缸，可以缩短轴系的长度，减少轴承数。如东方的600MW汽轮机汽缸就采用高中压合缸、双层缸结构。,进汽部分是指调节阀后蒸汽进入汽缸第一级喷管之前的这段区域，主要包括调节阀至蒸汽室的主、再热汽导管、导管与汽缸的连接部分和喷管室。它是汽缸中承受蒸汽压力和温度最高的部分。,机组容量不同，进汽部分的结构也不同。中小功率机组的调节阀直接安装在汽缸上，而大型机组为了减小热应力和安装检修方便，把调节汽阀从汽缸上分离出来，并与自动主汽阀合装在一个壳体中组成联合汽阀，单
7、独安装在汽缸两侧的基础上，蒸汽室（即联合汽阀）与汽缸之间采用柔性很大的导管连接，以避免汽缸受到额外的附加力。大型机组的主蒸汽管和再热蒸汽管多为双路布置，有两个主汽阀，每个主汽阀配套两个或多个调节阀组成联合汽阀。,3.进汽部分,2.1 汽缸的结构与滑销系统,2.1 汽缸的结构与滑销系统,排汽缸:单缸汽轮机的低压段以及多缸汽轮机的低压缸。 主要问题： （a）保证缸体的刚度， 防止缸体产生挠曲和变形， 合理设计排汽通道。 （b）解决好低压缸的热膨胀。,4.排汽缸,2.1 汽缸的结构与滑销系统,5.法兰及连接螺栓,2.1 汽缸的结构与滑销系统,汽缸连接螺栓,汽缸法兰,五、汽缸的支承与滑销系统,汽缸的支
8、承定位包括外缸在轴承座和基础台板上的支承定位，内缸在外缸中的支承定位以及滑销系统的布置。,2.1 汽缸的结构与滑销系统,汽缸的支承方法有两种：一是通过猫爪支承在台板上的轴承座上；另一种是用外伸的撑角螺栓直接固定在台板上。,（一）汽缸的支承,汽缸通过其水平法兰延伸的猫爪作为承力面，支承在轴承座上，称为猫爪支承。汽轮机的高、中压缸均采用这种支承方式。猫爪支承分为上猫爪支承和下猫爪支承两种形式。,1.猫爪支承,汽缸猫爪,（1）下猫爪支承 下猫爪支承就是由下汽缸水平法兰前后延伸出的猫爪（称为下猫爪）作为支承猫爪（或工作猫爪），分别支承在汽缸前后的轴承座上。下猫爪支承又可分为非中分面支承和中分面支承两种
9、。,2.1 汽缸的结构与滑销系统,（2）上猫爪支承 由上汽缸水平法兰前后伸出猫爪来支承汽缸称上猫爪支承，上猫爪支承均为中分面支承。,2.1 汽缸的结构与滑销系统,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。,2.台板支承,2.1 汽缸的结构与滑销系统,汽轮机在启动、停机和运行时，汽缸的温度变化较大，将沿长、宽、高几个方向膨胀或收缩。 根据滑销的构造形式，安装位置和不同作用，滑销可分为横销、纵销、立销、角销、猫爪横销等。,（二）滑销系统,2.1 汽缸的结构与滑销系统,2.2 喷管组及隔板的结构,一、喷管组,2.2 喷管组及隔板的结构,隔板的作用是固定静叶片，并将汽缸内
10、间隔成若干个汽室。,二、隔板及隔板套,隔板主要包括隔板体、静叶片和隔板外缘等几部分组成。,（一）隔板的结构及形式,隔板通常有焊接隔板和铸造隔板两大类。,（1）焊接隔板,（2）铸造隔板,2.2 喷管组及隔板的结构,2.2 喷管组及隔板的结构,（二）隔板套,优点： （1）简化汽缸结构； （2）便于抽汽口的布置； （3）缩短汽缸轴向尺寸； （4）为汽轮机模块化通用设计创造了条件。 缺点： 隔板套的采用加大了汽缸的径向尺寸。,二、静叶环及静叶持环,在反动式汽轮机中，动叶片直接装在转子的外缘上，静叶则固定在汽缸内壁或静叶持环上。静叶持环的分级一般是考虑便于抽汽口的布置而定的。静叶环和静叶持环一般为水平中
11、分式。,2.2 喷管组及隔板的结构,国产引进型300、600MW汽轮机（高压通流部分）静叶持环示意图,1-静叶环 2-静叶持环 3-动叶顶部径向汽封 4-静叶环汽封,2.3 汽封和轴封系统,一、汽封的作用,汽封按其安装的位置不同可分为： 轴端汽封主轴穿出汽缸处的汽封，该汽封用于减少蒸汽自缸内向缸外泄漏或防止空气漏入汽缸。 隔板汽封隔板（或静叶环）内孔与主轴间隙处的汽封，用于减少隔板（或静叶环）前后的漏汽。 通流部分汽封动叶栅与隔板及汽缸之间间隙处的汽封，用于减少动叶根部和顶部的径向和轴向漏汽。,曲径式汽封一般由汽封体、汽封环及汽封套（或带凸肩的轴颈）三部分组成。,二、汽封的结构,曲径式汽封也称
12、作迷宫式汽封，常用有以下几种：梳齿型、J型和纵树型。,2.3 汽封和轴封系统,2.3 汽封和轴封系统,三、轴封系统,1.轴封系统的组成及作用 汽轮机的每个轴端汽封都是由几段组成的，相邻两段之间设有环形腔室，并有管道与之相连。通常把轴封和与之相连的管道、阀门及附属设备组成的系统称之为轴封系统。 轴封蒸汽系统的作用： 1.防止蒸汽外泄，污染轴承润滑油和环境； 2.防止高温蒸汽流过轴端，使其温度过高，引起轴承超温。 3.防止空气漏入汽缸。 4.回收轴封及门杆漏汽，减少工质和能量损失。,高压内轴封,高压外轴封,1,2,3,外界 大气,汽缸 内部,2.3 汽封和轴封系统,汽缸内部,正压,微负压,低压轴封
13、,2.3 汽封和轴封系统,第四节 轴 承,2.4 轴 承,汽轮机采用的轴承有两种：径向支持轴承和轴向推力轴承。 径向支持轴承的作用： （1）用来承担转子的重量和旋转的不平衡力； （2）确定转子的径向位置，以保持转子旋转中心与汽缸中心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、隔板等静止部分正确的径向间隙。 推力轴承的作用： （1）承受蒸汽作用在转子上的轴向推力； （2）确定转子的轴向位置，以保证通流部分动静间正确的轴向间隙。推力轴承是汽轮机转子的膨胀死点。,2.4 轴 承,一、滑动轴承的工作原理,轴承中建立油膜的条件是： 1.两滑动面间必须形成楔形间隙； 2.两滑动面间有一定速度的相对运动，并承受载荷，移
14、动的方向必须由楔形间隙的宽口移向窄口； 3.润滑油必须有一定的粘性和充足的油量。,2.4 轴 承,二、轴承的油膜振荡,1.油膜振荡现象,涡动频率与转速呈线性地增加。转速升高到两倍第一临界转速后，半速涡动的角速度正好与转子的第一阶临界转速重合，涡动被放大，表现为较剧烈的振动，其振幅大大增加，这就是所谓的油膜振荡。,2.4 轴 承,2.油膜振荡发生的原因,3.油膜振荡的防止与消除,常用的方法有：,(1)增大比压; (2)在下瓦适当位置开泄油槽，降低油楔压力。 (3)提高油温，降低油的粘度。 (4)减小轴瓦顶部间隙，增大上瓦乌金宽度。 (5)采用稳定性好的轴瓦。,2.4 轴 承,三、轴承的结构,（一
15、）支持轴承 径向支持轴承可分为圆筒形轴承、椭圆形轴承、多油楔轴承及可倾瓦轴承等。,1.圆筒形支持轴承,2.4 轴 承,2.椭圆形支持轴承,2.4 轴 承,3.三油楔支持轴承,2.4 轴 承,4.可倾瓦支持轴承,2.4 轴 承,（二）推力轴承,第五节 动叶片,2.5 动叶片,按用途可以分为静叶片和动叶片。,一、叶片的分类,静叶片,动叶片,2.5 动叶片,按叶片型线沿叶高的变化规律分为：等截面直叶片和变截面扭叶片。,扭叶片,2.5 动叶片,二、叶片的结构,叶片一般由叶根、叶型、叶顶组成。,1. 叶根 叶根使叶片与轮缘相连接的部分，其作用是紧固动叶。,（1）T型叶根,2.5 动叶片,（2）叉型叶根,
16、2.5 动叶片,（3）纵树型叶根,2.5 动叶片,2.叶型,叶身也称作叶型部分或工作部分，它是叶片的基本部分，叶型部分的横截面形状称为叶型，叶型决定了汽流通道的变化规律，为了提高能量转换效率，叶型部分应符合气体动力学要求。,3. 叶顶,汽轮机的短叶片和中长叶片常用围带连接成组，长叶片则在叶身中部用拉筋连接成组。,围带的作用： （1）增加叶片的刚性； （2）降低叶片中汽流产生的弯应力; （3）调整叶片频率以提高其 振动安全性; （4）围带还构成封闭的汽流通道，防止 蒸汽从叶顶逸出，有的围带还做出径向 汽封和轴向汽封，以减少级间漏汽。,2.5 动叶片,拉筋的作用是增加叶片的刚性，改善叶片的振动特性。,2.5 动叶片,三、叶片的受力分析,1.叶片、拉筋和围带产生的离心力； 2.汽流的作用力； 3.温差引起的热应力。,第七节 转子,2.7 转子,汽轮机的转动部分总称转子，主要
