汽轮机结构

汽轮机本体结构特点目录A.汽轮机类型B.汽轮机本体C.汽轮机叶片D.转子E.汽缸F.隔板G.汽封H.轴承A.汽轮机类型汽轮机的分类1.按工作原理分冲动式汽轮机----由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶中只有少数膨胀。现代冲动式汽轮机各级的反动度一般在5%~30%的范围内。反动式汽轮机----由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。由于反动级不能做成部分进汽，故调节机采用单列冲动机或复速级。反动式汽轮机反动度常取0.5，以使动叶和静叶可取相同叶型，从而简化制造工艺。A.汽轮机类型汽轮机的分类2.按热力特性分凝汽式汽轮机----排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水，有些小汽轮机没有回热系统，成为纯凝汽式汽轮机。背压式汽轮机----排汽直接用于供热，没有凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前制式汽轮机。调节抽汽式汽轮机----从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于热用户对供热压力有一定的要求，需要对抽汽压力进行自动调节，故称为调节抽汽。根据用户需要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽。A.汽轮机类型汽轮机的分类2.按热力特性分抽汽背压式汽轮机----具有调节抽汽的背压式汽轮机。中间再热式汽轮机----进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全被抽出送往锅炉的再热器进性再热，再返回汽轮机继续膨胀做功。混压式汽轮机----利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作同常用于工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。A.汽轮机类型汽轮机的分类3.按汽流方向分轴流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。辐流式汽轮机----组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势是沿半径方向。A.汽轮机类型汽轮机的分类4.按用途分电站汽轮机----用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定转速汽轮机，主要采用凝汽式汽轮机。也采用同时供热的供电的汽轮机，通常称为热电汽轮机或供热式汽轮机。工业汽轮机----用于拖动风机，水泵等转动机械，其运行速度经常是变化的，也称为变转速汽轮机。凝汽式供暖汽轮机----在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不像调节抽汽式汽轮机那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直线规律变化。A.汽轮机类型汽轮机的分类5.按进汽参数分低压汽轮机新蒸汽压力小于1.5MPa中压汽轮机新蒸汽压力为2.0--4.0MPa高压汽轮机新蒸汽压力为6.0--10.0MPa超高压汽轮机新蒸汽压力为12.0--14.0MP亚临界汽轮机新蒸汽压力为16.0--18.0MPa超临界汽轮机新蒸汽压力大于22.2MPaA.汽轮机类型汽轮机的类型代号N:凝汽式C:一次调节抽汽式CC:两次调节抽汽式B:背压式CB:抽汽背压式H:船用Y:移动式k:空冷式A.汽轮机类型汽轮机的型号XXXXX变型设计次序蒸汽参数额定功率(MW)汽轮机类型A.汽轮机类型汽轮机的型号N3-2.35→凝汽式、额定功率3MW、初压2.35MPaC12-4.9/0.98→额定功率12MW、初压4.9MPa、抽汽压力0.98MPaCC12-3.43/0.98/0.49→额定功率12MW、初压3.43MPa、整抽汽压力0.98MPa、二级抽汽压力0.49MPaB3-3.43/0.49→背压式额定功率3MW、初压3.43MPa、背压4.9MPaCB12-4.9/1.18/0.17→抽背式额定功率12MW、初压4.9MPa、抽汽压力1.18MPa、背压0.17MPaA.汽轮机类型技术流派欧洲以反动式汽轮机为主流（如SIEMENS），美、日以冲动式汽轮机为主流(如GE、三菱重工），美国西屋公司采用反动式汽轮机。A.汽轮机类型技术流派1.结构比较冲动式汽轮机的动叶片出、入口侧比较薄，中间比较厚，从入口到出口，流道截面积基本不变；反动式汽轮机叶片入口侧比较厚，出口侧比较薄，流道从入口到出口横截面积逐渐缩小后再逐渐扩大。冲动式级，动叶前后压差小，可以做成叶轮式，这样，转子直径可以做小，使隔板漏汽量减少，隔板漏汽少导致的效率提高完全可以弥补叶轮面磨擦的负面影响。少量的漏汽通过平衡孔流入下一级，不影响动叶中的流动。冲动式在保证最佳速比的情况小，每级可以吸收较大的焓降，使级数减少，机身较短，降低成本，减少汽机房尺寸，降低土建成本。但主轴加工量的增加又使制造成本有一定的增加。A.汽轮机类型技术流派2.制造加工成本比较反动式汽轮机级数大大多于冲动式汽轮机，一般说来反动式汽轮机的级数约为冲动式汽轮机2~3倍，故加工成本来说，相同参数的汽轮机，反动式加工成本稍高于冲动式汽轮机；A.汽轮机类型技术流派3.效率比较（1）高温高压，高转速的背压机组比较：反动式汽轮机效率较高；（2）中温中压、低温低压低速（冷凝、背压）汽轮机组比较，冲动式汽轮机效率高；（3）反动式汽轮机末级余速损失较大，故冷凝机组的排汽压力设计偏高；冲动式汽轮机排汽压力设计可以偏低，增加了一定的效率。故在冷凝机组的比较上，要根据实际机型情况来决定。A.汽轮机类型工业汽轮机的结构特点国内以杭汽集团为龙头，杭汽股份以反动式为主，中能公司做冲动式汽轮机。杭汽股份反动式汽轮机均采用单列冲动式调节级，而中能公司根据设计参数的不同，在低参数时（如1.0MPa,280℃）也采用单列冲动式调节级，但在中温中压（如3.43MPa，435℃）或者高温高压（8.83MPa，535℃）时，采用双列复速级，这样使机组在保证效率的前提下，能减少压力级数，提高转子刚性，使临界转速能避开运行转速。B.汽轮机本体汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转子和静子组成。转子包括动叶、叶轮、主轴、联轴节及紧固件等旋转部件。静子包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、汽封、轴承、轴承座、轴承座座架、底盘、滑销系统及有关紧固零件等。C.汽轮机叶片叶片的分类动叶片（又称工作叶片，简称叶片）静叶片（又称喷嘴叶片）动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓（反动式汽轮机）上，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。C.汽轮机叶片叶片的结构由叶根、工作部分（或称叶身、叶型部分）、连接件（围带或拉金）组成。C.汽轮机叶片叶片结构1.叶根紧固动叶，使其在经受汽流的推力和旋转离心力作用下，不致于从轮缘沟槽里拔出来。常用的结构型式有：T型、叉型和枞树型等。C.汽轮机叶片叶根结构（a）T型叶根；（b）外包凸肩T型叶根；(c）菌型叶根；（d）外包凸肩双T型叶根；（e）叉型叶根；（f）枞树型叶根C.汽轮机叶片1）T型叶根结构简单、加工方便、工作可靠为短叶片普遍采用。它的缺点是叶片的离心力对轮缘两侧截面产生弯矩，使轮缘有张开的趋势。故将叶根和轮缘上做成凸肩形。C.汽轮机叶片2）菌型叶根叶根和轮缘的载荷分配比T型叶根合理，因而强度较高，但因加工复杂，其应用不如T型叶根广泛。C.汽轮机叶片T型和菌型叶根属于周向装配式叶根。这类叶根的轮缘槽上开有一个或两个缺口，叶片就从这些缺口一片片依次装入轮缘槽中。最后装在缺口处的叶片叫做封口叶片，研配装入后用两个铆钉固定在轮缘上。周向装配式叶根的缺点是当个别叶片损坏时，不能单独拆换，而必须将部分或全部叶片拆下重装。C.汽轮机叶片3）叉型叶根叶根的叉尾直接插入轮缘槽内，并用两排铆钉固定叉尾数可根据叶片离心力大小选择。叉型叶根强度高、适应性好，被大功率汽轮机末几级广泛采用。叉型叶根加工方便，便于拆换，但装配时比较费工，且轮缘较厚，钻铆钉孔不便，所以整锻转子和焊接转子不宜采用。C.汽轮机叶片4）枞树型叶根叶根沿轴向直接装入轮缘相应的枞树槽中。这种叶根承载能力强叶根齿数可根据离心力大小决定，同时拆装容易，故被大功率的调节级和末几级采用。但由于其加工面多，精度要求高，所以受到限制。C.汽轮机叶片叶片结构2.叶型叶型部分是叶片的基本部分，它构成汽流通道。C.汽轮机叶片（a）等截面直叶片（b）变截面扭曲叶片1—叶顶；2—叶型；3—叶根C.汽轮机叶片叶片结构3.连接件用围带、拉金连在一起的数个叶片用围带、拉金将全部叶片连结在一起不用围带、拉金连结的叶片成组叶片（叶片组）整圈连接叶片单个叶片(自由叶片)C.汽轮机叶片围带或拉金的作用可增加叶片刚性,降低叶片蒸汽力引起的弯应力,调整叶片频率。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C.汽轮机叶片整体围带铆接围带弹性拱形围带C.汽轮机叶片拉金一般是以6～12mm的金属丝或金属管，穿在叶身的拉金孔中。拉金与叶片之间可以是焊接的（焊接拉金），也可以是不焊接的（松拉金）。在一级叶片中，一般有1~2圈拉金，最多不超过3圈拉金。拉金处在汽流通道中间，将影响级内汽流流动，同时，拉金孔削弱了叶片的强度，所以在满足振动和强度要求的情况下，有的长叶片可设计成自由叶片。C.汽轮机叶片实心焊接拉金实心松装拉金空心松装拉金剖分松装拉金Z装拉金C.汽轮机叶片C.汽轮机叶片C.汽轮机叶片C.汽轮机叶片叶片受力离心拉应力离心力静应力离心弯应力叶片受力稳定部分－气流弯应力气流力交变部分－动应力拉应力：叶型部分的离心拉应力、围带和拉金离心力弯应力：汽流作用力、离心力产生的弯应力、围带和拉金对叶片产生弯应力C.汽轮机叶片叶片汽蚀1.部位在湿蒸汽区域内工作的级冲蚀现象最为严重，一般发生在动叶片进汽侧叶片顶部。C.汽轮机叶片叶片汽蚀2.原因在汽轮机的末几级中，蒸汽速度逐渐增大，水分在隔板静叶出汽边处形成水滴，水滴运动速度低于蒸汽速度，因此，进入动叶片时发生与动叶背弧面侵蚀。叶片越长，叶顶圆周速度越大，水滴撞击动叶背弧面的速度也越高。由于离心力作用，水滴向叶顶集中，故叶顶背弧面水蚀严重。C.汽轮机叶片叶片汽蚀3.措施在水蚀严重的部位（叶片进口边背面上部）常采用抗水蚀能力的措施，具体做法有：镀硬铬、堆焊硬质合金层、焊硬质合金覆面或表面强化处理、热处理等。其硬化层长度最好不超过150mm。C.汽轮机叶片叶片振动叶片是一个弹性体，当突受外力作用后，叶片将产生自由振动，其频率称为叶片的自振频率（或称固有频率）。叶片的自振频率取决于叶片的尺寸、材料及叶片固定方式等因素。当叶片受到周期性的外力（激振力）作用时就会发生强迫振动。若叶片的自振频率等于或倍于激振力的频率，叶片就会发生共振现象，使叶片的振幅增大，甚至造成叶片损坏。C.汽轮机叶片叶片振动1.原因在汽轮机工作中，沿圆周方向汽流的不均匀将对叶片产生激振力，引起叶片振动。激振力按其频率分为：低频激振力----第一类激振力高频激振力----第二类激振力低频激振力对长叶片的影响较大，因为叶片较长时，其自振频率较低，在低频激振力的作用下容易引起共振。C.汽轮机叶片叶片振动1.原因1）低频激振力----第一类激振力采用部分进汽时，叶片经过不进汽的弧段时，没有蒸汽作用，引起一次扰动而产生激振力。上、下隔板结合处的静叶由于结合不良引起汽流变化，产生激振力。个别喷嘴或导叶由于制造或装配工艺误差，引起汽流不均匀，产生激振力。级后局部汽流参数变化（节距不均匀、级后有抽汽口或排汽口有筋条存在等），产生激振力。C.汽轮机叶片叶片振动1.原因2）高频激振力----第二类激振力由于喷嘴出口边缘有一定厚度，使叶片每经过一个喷嘴时，所受的蒸汽作用力就要突然变化一次，因而产生一次激振力，由于喷嘴的数量较多，故激振力的频率较高称为高频激振力。高频激振力对短叶片的影响较大，因短叶片的自振频率较高，在高频激振力的作用下容易引起共振。C.汽轮机叶片叶片振动2.叶片调频方法1）改善叶根的研合质量或捻铆叶根，增加叶片安装紧力以提高刚性；2）改善围带或拉金的连接质量；3）改变叶片组的叶片数；4）加装拉金；5）在叶片顶部钻减荷孔。D.转子作用将蒸汽的热能和动能转变为旋转的机械能并传递给发电机。D.转子组成转子是由主轴、叶轮