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1、汽轮机汽缸介乡1、概述汽缸是汽轮机的静止部分，它的作用是将蒸汽与大气隔绝，形成蒸汽完 成能量转换的封闭空间。此外，它还要支撑汽轮机的其他静止部件，如：隔板、 隔板套、喷嘴汽室等。按蒸汽在汽轮机内流动的特点，汽缸的高中压部分承受蒸 汽的内压力，低压部分有一部分缸体承受外部的大气压，由于汽缸的重量大，结 构复杂，在运行过程中，由于蒸汽的温度和比容变化较大，汽缸各部分承受的应 力沿汽缸的分布有较大的差别，因此，汽缸在设计和制造过程中，仍需考虑较多 的问题，其中主要有：汽缸及其结合面的严密性，汽轮机启动过程中的汽缸热膨 胀、热变形和热应力以及汽缸的刚度、强度和蒸汽流动特性等。为了便于加工、装配和检修，
2、汽缸一般做成水平中分形式，其主要特点是： 通常把汽缸分为上下两个部分，转子从其径向中心穿过，为了使汽缸承受较大的 蒸汽压力而不泄漏，汽缸上下两个部分用紧固件连接，最常用的是用螺栓、螺帽, 它们沿上下缸中分面外径的法兰将上下缸紧密联在一起。为了保证法兰结合面的 严密性，汽缸中分面在制造过程中必须光洁、平整。法兰螺栓的连接一般采用热 紧方式，也就是在安装螺栓时给螺栓一定的预紧力，在经过一段时间的应力松施 后仍能保证法兰的严密性。另外，汽缸的进汽部分尽可能分散布置，以免造成局 部热应力过大，引起汽缸变形。随着机组容量的增大，蒸汽参数的提高，设计密封性能好而且可靠的法兰非 常困难，为了解决这个问题，大
3、型的汽轮机往往做成双层缸体结构，内外缸之间 充满着一定压力和温度的蒸汽，从而使内外缸承受的压差和温差较小，另外，双 层缸结构缸体和法兰都可以做的较薄，减小热应力，有利于改善机组的启动和负 荷适应能力。一般情况下，双层缸的定位方法为：外缸用猫爪支撑在轴承座上， 内缸与外缸采用螺栓连接，并用定位销和导向销进行定位和导向。汽缸在运行中要承受内压力和内外壁温差引起的热应力，为了保证动静部分 在正常运行时的正确位置，缸体材料必须具有足够的强度性能、良好的组织稳定 性和抗疲劳性，并具有一定的抗氧化能力。对于汽缸的中分面法兰紧固件，因为 其在应力松施的条件下工作且承受拉伸应力，因而这些部件材料要具有较高的抗
4、 松施性能、足够的强度、较低的缺口敏感性、以及较小的蠕变脆化倾向和抗氧化 上，这样在拆装隔板时，隔板能够和缸体一起起吊。这种连接方式能很好的解决 水平结合面的漏汽问题，增强上下隔板的结合刚度。本汽轮机采用了径向同心刚 性隔板，中分面支撑方式，当温度升高时，从转子中心向外膨胀，保持相对较小 的径向间隙，具有较 高的经济性B、高中压缸静叶片汽轮机的静叶片是做功的主要部件，为保证叶片有较高的效率，一般情况下, 高中压缸静叶片都是叶根和围带由型钢整体加工而成，本汽轮机高中压静叶片的 型线采用高效的厚加载层流叶型(AVN),这种扭曲变截面静叶片的毛坯一般采用 环形锻件或精铸件，铸件成形后，其型面在数控铳
5、床铳制而成，具有较好的空气 动力特性，较高的效率。汽轮机高压缸一般设立单独的喷嘴汽室，采用这样的结构主要考虑的因素 是：将汽缸与最高参数的蒸汽相接触的部分限制在最小的范围内，可以使汽轮机 转子以及除进汽室第一级喷组以外的缸体等静止件仅与作功后的蒸汽相接触，降 低汽缸的整体机械应力，有利于汽轮机的安全，使得汽缸结构简单，缸体较薄， 提高机组的适应性。另外由于整体喷嘴汽室的结构降低了轴端漏汽，可以简化轴 端汽封的结构，提高了机组的整体效率。汽轮机采用多个调节阀控制汽轮机的进汽，与之相应的第一级喷嘴也分成若 干个喷嘴组，每组喷嘴占据第一级进汽圆周的一个弧段。汽轮机喷嘴汽室的喷嘴 共分四个弧段，由四个
6、调节阀控制，第一、二喷组弧段共有23个喷嘴，第三、 四喷嘴组共有55喷嘴。喷嘴汽室采用改良型ZG15CrlMolV材料，能满足在非全 周进汽产生的应力对金属材质的要求。3、低压缸1)低压缸工作特性A、低压缸处于蒸汽从正压到负压的过渡工作区域，排汽压力很低，蒸汽比 容增加很大，故低压缸多采用双缸反向对称布置的双分流结构，采用这种结构的 主要优点是能很好的平衡轴向推力。另外由于蒸汽比容变化较大，为避免叶片过 长，低压缸多分成多个独立的缸体。低压缸内每一级压降不大，但其做功能力超过高中压缸的任何一个压力级。 所以，低压缸的结构应能保证机组安全的前提下，多做功，低压缸排汽的压力非 常低，因此低压缸的缸
7、体特别庞大，并与凝汽器直接连接。低压缸的纵向温差变化大，是汽轮机温差变化最大的部分，为减小热应力， 改善机组的膨胀条件，大机组都采用三层缸结构，第一层为安装通流部分组件的 内缸，大都采用部件组合结构，隔板装于隔板套上；第二层为隔热层，由于低压 缸进汽部分温度较高，外部排汽温度较低，因此都采用设置隔热板的方法，使得 汽缸温差分散，温度梯度更加合理；第三层为外缸，用以引导排汽和支撑内缸各 组件。B、低压缸进汽管布置方式低压缸的进汽由导汽管自汽缸顶部垂直引入，穿过外缸进入内缸的环形空 间，均布进入两个分流缸的通流部分做功。低压缸的排汽经排汽管进入凝汽器， 排汽管和凝汽器之间采用挠性膨胀节，用于补偿设
8、备和管件的膨胀。一般情况下，低压缸都设计成径向扩压型排汽缸，低压缸这种设计的主要目 的是：可使汽缸出口静压高于进口静压，使蒸汽的动能转化成压力能，减小末级 叶片出口至冷凝器入口的压降，从而减少排汽损失，提高低压缸的效率。C、低压缸的喷水装置：机组正常运行时，排汽压力、温度很低，但在汽轮机启动、空载或低负荷时, 由于蒸汽通流量减小，不足以带走低压缸由于鼓风摩擦产生的热量，从而使排汽 温度升高。当排汽温度过高时，会引起低压缸的变形，使汽缸与转子中心线相对 位置改变，诱发机组产生振动。为防止低压缸的热变形，大型汽轮机组低压缸都 设置了低压缸喷水装置。另外，还限定低压缸排汽温度的极限值，当超过此数值
9、时，作用于汽轮机ETS系统使汽轮机跳闸；当低压缸排汽压力过高时，为保护低 压缸，在低压缸上部设置大气泄放阀，动作的压力略高于大气压。D、低压缸的去湿装置：纯凝汽式汽轮机的低压通流部分的的末几级叶片多 工作在湿蒸汽区，由于蒸汽中含有水份，对叶片的工作带来了不良的影响，主要 是湿汽引起的附加能量的转换损失。使叶片工作效率降低，蒸汽中的水份对动叶 片造成水蚀，使叶片的寿命降低。为了预防和减轻湿汽级叶片的水蚀危害，一般 采用下列几种方法：限制末级叶片的排汽湿度，提高叶片的本身抗水蚀能力，在 通流部分设计去湿装置，适当放宽动、静部分的间隙，选用适当的动叶叶型等。1性a一耳辛缴 R A 口m瑞老口壬孑添图
10、2-6汽轮机低压缸的纵剖面图4、滑销系统及汽缸膨胀概述汽轮发电机组从启动过程到正常运行状态，汽缸要膨胀，转子也要膨胀，对 于双层缸结构的汽轮机，内外缸之间也会产生相对膨胀，由于汽缸和转子在使用 材料不同，几何尺寸不一样，汽缸和转子，内外缸之间膨胀量不完全相同，必然 产生膨胀差，为了保证汽轮机在启动、停机过程中，汽缸、转子能按照设计要求 定位和对中，保证其膨胀不受阻碍，汽轮机配置了一套完善的滑销系统。其主要 有横销、纵销，立销、角销等部件组成，通过在不同部位的安装，控制汽轮机的 膨胀方向。一般情况下大型汽轮机由于轴系长，缸体绝对膨胀值大，均采用多死 点滑销系统，保证汽轮机的沿不同方向上的自由膨胀
11、。横销的作用是保证汽轮机汽缸沿横向自由膨胀，限制其轴向位移，使汽缸运 行在允许间隙的范围内，纵销是保证汽缸沿轴向自由膨胀，限制横向膨胀，纵销 中心线和横销中心线的交叉点形成汽缸的死点，当汽缸膨胀时，该点始终保持不 变，立销的作用是限制汽缸的纵向和横向移动，允许汽缸上下膨胀。本汽轮机组膨胀位移共设三个死点，分别位于2号轴承箱下及低压缸A、低 压缸B的中心线附近，死点处的横键限制汽缸的轴向位移，同时，在前轴承箱及 两个低压缸的纵向中心线的纵销引导汽缸沿轴向自由膨胀而限制横向跑偏。在三台汽缸与四只轴承座之间设有六个立销来保持其中心线一致，在1号轴 承箱及2号轴承箱上设有两只纵销，使膨胀过程中所有轴承
12、座的中心保持不变， 即通过立销和纵销使转子中心线与汽缸的中心线保持一致，不受热膨胀的影响。在高中压缸与1号轴承箱和2号轴承箱之间，设有四支猫爪横销，在1号 轴承箱与座架之间设有带润滑槽的滑块，使前箱相对于座架可以相对滑动，这样 就比较好地解决了机组在运行中的膨胀问题，能够解决机组由于膨胀不畅而引起 的振动问题。在2号轴承箱与座架之间设有二只横销，构成高中压外缸的膨胀死 点，在膨胀过程中，2号轴承箱不动，高中压缸的膨胀推动前箱向前滑动。为防 止在膨胀过程中1、2号轴承座翘头，在轴承座台板上设有角销。在低压A、B外缸与座架之间分别设有二只横销，构成低压A、B外缸的膨胀 死点使其受热时分别由汽缸中部
13、向前、后两侧膨胀。性。通常螺母的强度比螺栓低一级，这样两者硬度不同减小螺栓的磨损，并能防 止长期工作后不咬死。为了保证汽缸受热时自由膨胀又不影响机组中心线的一致，在汽缸和机座之 间设置了一系列的导向滑键，这些滑键构成了汽轮机的滑销系统，对汽缸进行支 撑、导向和定位，保证汽轮机良好对中，各汽缸、转子、轴承的膨胀不受阻碍。 高中压缸一般都采用支撑面和中分面重叠的上猫爪支撑结构。汽缸本身的热膨胀 和转子的热膨胀也是汽轮机设计过程中要考虑的问题，要合理的选定汽缸的死 点、转子与汽缸相对死点的位置，留有足够的相对膨胀间隙，保证动静部分的间 隙在合理的范围内，提高汽轮机的整体工作效率。汽轮机在运行中，在汽
14、缸内不允许有任何积水，因此，汽缸在设计时有足够的去湿装置，疏水留有足够的通流面积，尽可能的避免无法疏水的洼窝结构。 2、高中压缸图2-1为典型高中压合缸汽轮机高中压部分结构示意图。采用单流程、双 层缸、水平中分结构，外缸为下缸猫爪支撑形式，上下缸之间采用螺栓连接。在 高压缸第6级后、高压缸排汽、中压缸第11级后和中压缸排汽布置四级抽汽口， 分别供1号、2号、3号高加及除氧器用汽。高中压内缸之间设置有分缸隔板， 在高中压外缸两端及高中压内缸之间设置有轴端密封装置，在高中压外缸和轴承 座之间设置有挡油环。图2 2、图2-3为我公司高中压内缸外形图。图2-4 为我公司汽轮机高中压外下缸。689瀚Q申
15、辿聪& zO路象液薜聘孤墨Q-B-口 虻短胱浆。4-口 Y 丈娜4M图2-1汽轮机高中压合缸结构示意图1、轴振监测仪2、汽轮机机架3、1号支撑轴承4、挡油环5、轴封6、喷嘴隔板7、高压内缸8、叶片9、高压外缸10、第一级喷嘴汽室11、轴封12、 中压内缸13、联通管14、轴封15、挡油环16、支撑轴承17、轴承测振仪18、推力轴承19、推力轴承磨损监测器20、转子21、轴向位移监测仪图2 2汽轮机高中压内下缸图2-3汽轮机高中压内上缸图24汽轮机高中压外下缸1）本汽轮机高中压缸的主要特点A、采用高中压合缸技术：这种布置方法是将高压内缸和中压内缸布置在同一个外缸之内，减少了轴承 和轴封数量，缩短汽轮机的跨度，而且蒸汽流向相反，可以更好的平衡轴向推力。 高温部分集中在汽缸的中段，轴承和调节部套受高温影响较小，两端外轴封漏汽 较少。高中压合缸结构的汽轮机主要缺点是：高中压分缸隔板承受较大的压差，在汽 轮机变工况时产生较大热应力，机组的动静部分胀差不容易控制，由于高中压 进汽管道集中布置在中部，显的拥挤，给检修带来诸多不便。另外为了防止汽 轮机在甩负荷时，中间汽封室积压串汽，引起汽轮机超速，本汽轮机在中间汽 封室设置事故排放阀，在甩负荷时，将中间汽封室的存汽引至凝汽器。B、高中压缸为双层
