汽轮机结构分析

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1、汽轮机结构分析,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,一、部件分类 1静止部件:主要部件有汽缸、隔板、喷嘴、汽封、轴承和滑销等; 2转动部件:主要部件有转子(主轴、叶轮)、动叶片、联轴器等;,汽轮机结构与部件,二、汽缸 汽缸是汽轮机的壳体。其作用是将进入汽轮机的蒸汽与大气隔开,形成蒸汽能量转换的封闭汽室;汽缸内部安装着隔板和隔板套(反动式汽轮机中分别称为静叶环和静叶持环)、汽封等部件,外部与进汽、排汽及抽汽等管道相连接,因此还起着支承定位的作用。,汽轮机结构与部件,1. 汽缸分类: 1)高压缸:双层缸体;

2、2)中压缸:单层缸体; 3)低压缸:对称分流式缸体; 2. 汽缸的技术要求: 1)足够的强度与刚度; 2)接合面有良好的密封性; 3)良好的热膨胀性; 4)良好的气动性能; 5)易于制造,便于安装、运行和检修;,汽轮机结构与部件,三、隔板 隔板用来固定静叶片,并将汽缸内分隔成若干个汽室。为了安装与拆卸方便,隔板通常做成水平对分形式。隔板内圆孔处开有汽封安装槽,用来安装隔板汽封,减小隔板漏汽损失。,汽轮机结构与部件,1. 隔板分类: 1)冲动级隔板: a. 焊接隔板:用于汽轮机高、中压部分,工作温度250; b. 铸造隔板:用于低压部分,温度250(成本低,制造简单,尺 寸精度差); 2)反动级

3、隔板:反动式汽轮机采用鼓式转子,动叶片直接装在转鼓上。这样与冲动式汽轮机相比,其隔板内径增加了,没有了隔板体这部分,因此又称为静叶环,热能与动力工程专业,13/107,汽轮机结构与部件,2. 隔板的安装方式:一般采用上下分体式,下半隔板定位上半隔板。 3. 隔板套:为了简化结构采用隔板套,隔板套用于固定几块隔板,再将隔板套至于汽缸之中。一般隔板套以给水回热器的抽汽点来分段,与汽缸间形成抽汽室。,汽轮机结构与部件,四、喷嘴(静叶) 将蒸汽热能转化为动能,冲击动叶使之旋转。 喷嘴组:喷嘴组是一个焊接结构,现在整锻内环张铣出叶片,再焊 上外环制成。,汽轮机结构与部件,五、汽封 汽轮机工作时,转子高速

4、旋转而静子部分不动,动、静部分之间必须留有一定的间隙,避免相互碰撞或摩擦。而间隙两侧一般都存在压差,这样就会有部分蒸汽通过间隙泄露,造成能量损失,使汽轮机效率降低。为了减小漏汽损失,在汽轮机的相应部位设置了汽封。,汽轮机结构与部件,1. 汽封分类(按用途分): 1)通流部分汽封:动叶叶顶汽封;静叶叶根汽封; 2)隔板汽封:安装在隔板内圈根部汽封槽中; 3)轴端汽封:汽缸两端与伸出轴之间的汽封;,汽轮机结构与部件,六、轴承 轴承是用于确定旋转轴与其他零件相对运动位置,起支承或导向作用的零部件。汽轮机中,由于转子载荷大,DN 值高,一般选用滑动轴承。,汽轮机结构与部件,1. 汽轮机轴承分类: 1)

5、径向轴承:支撑转子重量以及转子质量不平衡导致的离心力,确定转子在汽缸里的正确径向位置(支撑轴承、主轴承); 2)推力轴承:承受转子在运行过程中的轴向推力,确定和保持转子与汽缸的轴向相对位置,也称为“相对死点”。,汽轮机结构与部件,七、滑销 汽轮机在启动、停机和工况变化时,温度发生变化,将产生膨胀或收缩。为了保证汽缸受热或冷却后以正确的方向膨胀或收缩,并保持汽缸与转子中心一致,设置了一套滑销系统。滑销系统通常由横销、纵销、立销等组成。,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,立销,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与部件,汽轮机结构与

6、部件,八、转子 汽轮机转子的作用是汇集各级动叶栅所得到的机械能并传给发电机。工作时,转子除了要承受巨大的扭矩外,还要承受高速旋转所产生的离心力引起的巨大应力、温度分布不均匀引起的热应力及轴系振动所产生的动应力等,因此要求转子具有很高的强度。 1. 按结构分类: 1) 轮式转子: 轮式转子主轴上装有叶轮,动叶片安装在叶轮上,通常用于冲动式汽轮机。可分为套装式、整锻式、组合式、焊接式。 2) 鼓式转子:鼓式转子没有叶轮或有叶轮径向尺寸也很小,动叶片装在转鼓上,可缩短轴向长度和减小轴向推力,主要用于反动式汽轮机。,汽轮机结构与部件,a)套装转子:套装式转子的叶轮与主轴分别加工制造,装配时将叶轮热 套

7、在轴上,此外轴上还有推力盘、汽封齿和联轴器等。 优点:加工方便,能合理利用材料,质量容易得到保证。 缺点:在高温下工作时,会因材料的高温蠕变和过大的温差使叶轮与主轴间的过盈量消失,发生松动。 应用:套装转子一般用于中压汽轮机和高压汽轮机的低压部分。,汽轮机结构与部件,b)整锻转子:由整体锻件加工而成,叶轮、联轴器对轮及推力盘与主轴 是一个完整的整体部件。 优点:结构紧凑,强度和刚度较高,不会出现叶轮等零件松动问题。 缺点:锻件尺寸大,对生产设备和加工工艺要求较高,贵重材料消 耗大。 应用:多用于大容量汽轮机高、中压转子部分。 注:整锻转子的中心通常钻有一个直径为100mm的孔,其目的是将锻件材

8、质差的部分去掉,防止缺陷扩展,同时也便于检查锻件质量。随着金属冶炼和锻造水平的提高,目前已有些整锻式转子不打中心孔。,汽轮机结构与部件,c)组合转子 :为充分发挥整锻式和套装式转子的优点,可采用组合转子,即高压部分采用整锻式,中低压部分采用套装式,国产高参数大容量汽轮机的中压转子多采用这种结构,如200MW汽轮机的中压转子就是组合式。,汽轮机结构与部件,d)焊接转子:焊接转子由若干个实心轮盘和两个端轴焊接而成,具有强度高、刚度大、相对重量轻、结构紧凑等优点,但对焊接工艺要求很高,且要求材料有很好的焊接性能。随着冶金和焊接技术的不断发展,焊接转子的应用将日益广泛。如国产300MW汽轮机的低压转子

9、采用了焊接结构,瑞士ABB公司生产的600MW汽轮机的高、中、低压转子全部为焊接转子。,汽轮机结构与部件,3)鼓式转子:下图4-22所示为反动式300MW汽轮机的高中压转子,采用的鼓式结构,除调节级外其它各级动叶片直接装在转子上开出的叶片槽中。高中压压力级反向布置,转子上还设有高、中、低压三个平衡活塞,以平衡轴向推力。该汽轮机的低压转子以进汽中心线为基准两侧对称,中部为转鼓形结构,末级和次末级为整锻叶轮结构。,汽轮机结构与部件,九、动叶片 套将蒸汽动能转化为机械能并驱动发电机发电的部件。主要包括叶型(工作部分)、叶根和叶顶三部分。 1)叶型:叶片工作部分的截面形状称为叶型,叶型的设计决定了气流

10、在流道中的损失情况,按工作原理可分为冲动级和反动级。,汽轮机结构与部件,2)叶根:叶片通过叶根安装在叶轮上,叶根连接的牢固性直接影响到汽轮机的安全运行。可分为: a)T型叶根: T型叶根结构简单、加工方便,被短叶片普遍采用。其缺点是在叶片离心力的作用下,叶根会对轮缘两侧产生弯矩,使轮缘有张开的趋势。,汽轮机结构与部件,b)叉型叶根:这种叶根被制成叉型,安装时从径向插入轮缘上的叉槽中,并用铆钉固定。这种叶根叉尾数可根据叶片离心力大小选择,因而强度高,适应性好。同时加工简单,更换叶片方便。但其装配工作量大,且需要较大的轴向空间,限制了它在整锻转子和焊接转子上的应用。这种叶根结构多用于大功率汽轮机的

11、调节级和末几级。,汽轮机结构与部件,c)枞树型叶根:枞树型叶根形状呈楔形。安装时,叶根沿轴向装入轮缘上的枞树形槽中。这种叶根承载截面接近按等强度分布,叶根的齿数可按叶片上载荷来选择,因此承载能力大,强度适应性好,拆装方便。但加工复杂,精度要求高,主要用于载荷较大的叶片。,汽轮机结构与部件,3)叶顶:汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连在一起,构成叶片组。长叶片则在叶型部分用拉金连接成组,或者围带和拉金都不用,成为自由叶片。,汽轮机结构与部件,a) 围带:围带的作用是减小叶片工作的弯应力;增加叶片刚性,调整叶片的自振频率,以避开共振,提高叶片振动安全性;使叶片顶部封闭,避免蒸汽从汽道顶部逸

12、出,有的围带还装设汽封,减小了级内漏汽损失。 可分为整体围带、铆接或焊接围带和弹性拱形围带。,汽轮机结构与部件,b)拉金:拉金的作用是增加叶片的刚性,改善其振动性能。拉金通常为612mm 的实心或空心金属丝或金属管,穿在叶型部分的拉金孔中。有的拉金与叶片焊接在一起,称为焊接拉金;也有的不焊接,称为松装拉金或阻尼拉金。由于拉金处于蒸汽通道之中,增加了蒸汽流动损失,并且拉金孔还会削弱叶片的强度,因此在满足了叶片振动要求的情况下,应尽量避免采用拉金。,汽轮机结构与部件,十、联轴器 联轴器又称靠背轮,它的作用是连接汽轮机的各转子及发电机转子,并传递转子上的扭矩。按照结构和特性,联轴器可分为刚性联轴器、

13、半挠性联轴器和挠性联轴器三种形式。 1. 刚性联轴器:刚性联轴器用螺栓将两根轴端部的对轮紧紧地连接在一起。其优点是连接刚性高, 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。缺点是传递振动 和轴向位移,对转子找中心要 求很高。这种联轴器被广泛应 用于大功率汽轮机中,如国产 引进型300MW汽轮机转子,汽轮机结构与部件,2)半挠性联轴器:半挠性联轴器的两对轮之间通过一个波形套筒相连接,在扭转方向是刚性的,而弯曲方向是挠性的。波形套筒具有一定的弹性,故可吸收部分振动,并允许两转子的中心有少许偏差,而这种偏差是汽轮机与发电机运行时由于热膨胀不同可能出现的。因此半挠性联轴器被广泛用

14、来连接汽轮机转子与发电机转子,国产200MW、300MW机组的汽轮机转子与发电机转子之间都采用了这种联轴器。,热能与动力工程专业,43/107,汽轮机结构与部件,2)挠性联轴器:用于小型汽轮机,分为齿形联轴器和蛇形弹簧联轴器。优点为对中要求低,不传递振动;缺点是结构复杂,不能传递轴向力。,汽轮机结构与部件,十一、盘车装置 在汽轮机不进蒸汽时驱动转子以一定转速旋转的设备称为盘车装置。 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.启动前盘动转子,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。,汽轮机结构与部件,

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