汽轮机本体

汽轮机本体结构汽轮机装置由汽轮机本体、辅助设备及调节和供油系统三大部分组成。汽轮机本体包括静止部分（固定件）、转动部分（转子组体）及支承部分（轴承）三部分。汽轮机静止部分包括基础、台板（机座）、汽缸、喷嘴、隔板、隔板套、汽封等固定件。汽轮机转动部分总称为转子，主要由主轴、叶轮（或轮鼓）、动叶及联轴器等组成。一．汽轮机本体静止部分（一）基础和台板1．基础：基础承受汽轮机、凝汽器、发电机等部分的重量，还承受由于转动部分质量不平衡所引起的离心力。基础是由钢筋混凝土构成的整体结构。2．台板：台板是用来支承机组并使其牢固地固定在基础上的部件。小型机组采用整块式台板，大、中型机组均采用若干分散部分组成的分散式台板。不论是整块式还是分散式台板，均采用铸铁浇铸的空心结构。台板与基础之间置有垫铁。汽缸找平后，拧紧地脚螺栓，然后在空心台板内灌入混凝土，使台板牢固地固定在基础上。1——基础2——垫铁3——二次浇罐层4——机座5——地脚螺栓6——轴承座（二）汽缸1．汽缸的作用和组成：汽缸是汽轮机的外壳，汽轮机本体的主要零部件几乎包含在汽缸内。汽缸的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成能量转换过程。汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板、隔板套和汽封等零部件。汽缸外部装有调节汽阀及进汽、排汽和回热抽汽管道等。2．汽缸的受力情况：汽缸的受力情况比较复杂，而且随着汽轮机的运行工况改变而变化。汽缸在工作时承受的作用力主要有：汽缸内外的压力差，使汽缸壁承受一定的作用力；隔板和喷嘴作用在汽缸上的力，这是由隔板前后的压力差及汽流流过喷嘴时的反作用力所引起的；汽缸本身和安装在汽缸上的各零部件的重量；轴承座与汽缸铸成一体或轴承座螺栓连接汽缸的机组，汽缸还承受着转子的重量及转子转动时产生的不平衡力；进排汽管道作用在汽缸上的力；汽轮机在运行中，汽缸各部分存在着温度差引起的热应力。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应力的热变形。3．汽缸的结构特点：为了便于加工、安装和检修，汽缸一般做成水平中分形式，上半部分叫上汽缸，又叫大盖，下半部分叫下汽缸。上、下汽缸之间有法兰，用螺栓连接在一起。对法兰结合面的要求很高，它在高温、高压条件下工作，必须保证严密不漏汽。汽缸从高压向低压方向看，大体呈圆筒形或圆锥形。为了便于制造和合理使用材料，减少优质材料的消耗，还将汽缸分为高、中、低压缸。根据每个汽缸的工作条件不同，汽缸可设计制造成单层缸、双层缸和三层缸。按通流部分在汽缸内的布置方式可分为顺向布置、反向布置。蒸汽一般由上汽缸进入汽缸内腔，在上汽缸的高压端有进汽室，汽缸内壁有一道道圆槽用以装配隔板。下汽缸适当位置留有抽汽口，在最低位置常开有疏水孔，使水分及时疏出，防止在汽缸中积水而损伤叶片等零部件。下汽缸前后两端都有两个外伸的“猫爪”，整个汽缸依靠这两对猫爪搁置在底座上。4．对汽缸的技术要求：由于汽缸形状复杂，内部又处在高温、高压蒸汽的作用下，汽缸的结构应满足以下几点：要保证有足够的强度和刚度，足够好的蒸汽严密性；保证各部分受热时能自由膨胀，并能始终保持中心不变；通流部分有较好的流动性能；汽缸形状要简单、对称，壁厚变化要均匀，同时在满足强度和刚度的要求下，尽量减薄汽缸壁和连接法兰的厚度；节约贵重钢材消耗量，高温部分尽量集中在较小的范围内；工艺性好，便于加工制造、安装、检修，也便于运输。（三）喷嘴、隔板、隔板套、汽封1．喷嘴和隔板的作用和特点：喷嘴是组成汽轮机的主要部件之一。它的作用是把蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，使高速汽流以一定的方向从喷嘴喷出，进入动叶栅，推动叶轮旋转做功。第一级喷嘴直接安装在汽缸高压端专门的喷嘴室上。第二级及以后各级喷嘴安装在各级隔板上，隔板用来安装喷嘴，并将各级叶轮分隔开。冲动式汽轮机每一级由一个隔板和一个叶轮组成。反动式汽轮机不采用隔板式结构，各级喷嘴片（也叫静叶栅）直接安装在汽缸上。汽轮机第一级的喷嘴的特点：第一级喷嘴直接装在汽缸高压端专门的喷嘴室上，分成不同数目的弧段。由于第一级喷嘴工作蒸汽的压力高，其容积流量较小，为使第一级喷嘴叶片具有一定的高度，以减少流动损失，常将第一级喷嘴做成部分进汽，即仅在部分圆弧上布置有喷嘴。各喷嘴弧段直接受各调节汽阀的控制，用它来调节汽轮机进汽量的多少，以适应负荷的需要。因此，第一级喷嘴又称调节级喷嘴。隔板的结构特点：隔板都是由隔板本体的平板、喷嘴、边缘和安装在轴孔处的汽封等组成。隔板一般都是对分的，由上、下两半组成。在水平结合面处连接。上部的隔板装在汽缸盖的凹槽上隔板的结合面左右两侧均装有锁垫，以固定隔板内；下部隔板装在下汽缸的凹槽内。为了防止隔板转动，在在两半隔板的结合面处，配有密封键，在装配时起定位和密封作用，以保证上、下两半隔板对准并减少结合面的漏汽。隔板一般是全周进汽，即喷嘴沿整个圆周布置。对于中、小型机组的前几级，由于蒸汽的容积流量比较小，为适当提高喷嘴的高度，常采用部分进汽，即隔板整个圆周上只有部分弧段布置有喷嘴，其余部分是实心的。2．隔板的形式和特点：隔板按其制造方法可分为铸造式和焊接式两种。铸造式隔板制造简单，成本低。是用钢板冲压好喷嘴片后放入砂型中铸造而成的。这种隔板强度较小，喷嘴形状容易出现尺寸上的偏差。一般用于汽轮机的低压部分。铸造式隔板焊接式隔板应用于汽轮机的高压部分。把预先铣制好的喷嘴片焊接在内、外环上，然后再与隔板本体、轮缘找平后焊接在一起。这种隔板的特点是可以得到形状精确和表面光洁的汽流通道，使流动的能量损失较小。焊接式隔板1—喷嘴片2、3—固定喷嘴片的内、外环4—隔板桦缘5—隔板本体6—焊接的地方3．隔板套的作用：高压汽轮机各级的隔板，通常不直接固定在汽缸上，而是几个隔板一组固定在一个隔板套上，隔板套再固定在汽缸上。采用隔板套可以简化汽缸的形状，便于汽缸的制造；可以使级间距离不受或少受抽汽口的影响，从而可以减少汽轮机的轴向尺寸；采用隔板套检修时可以不翻转汽缸盖。4．汽封的作用：汽轮机通汽部分的动静部分之间，为了防止碰擦，必须留有一定的间隙。而间隙的存在必将导致漏汽，使汽轮机的济性下降。为了解决这一矛盾，在汽轮机动、静部件的有关部位设有密封装置，通常称为汽封。可分为轴端汽封（又称轴封）、隔板汽封和围带汽封三种。5．汽封的类型和结构特点：汽封装置有曲径式、碳精式和水封式三种。目前汽轮机所采用的一般都是曲径式汽封，又称迷宫式汽封。较广泛用的是梳齿形曲径汽封，平齿结构较为简单，但密封效果不及高低齿，所以高压段常用高低齿，低压段则用平齿。除硫齿形汽封外还有齿片式和伞柄式汽封。齿片式汽封，汽封齿片直接镶嵌在静体上，结构简单，常用于小型低压机组。伞柄式汽封，在汽封套上加工有几道凹槽，用镍铬合金片（其厚度一般为（0.2-0.3mm）镶嵌在汽封环上。这种汽封的特点是：当薄而软的合金片与转动部分发生碰擦时，由于合金片质软只能压弯，不易严重磨损，既使发生摩擦时，也不会使轴产生局部过热而引起永久变形，但这种汽封的密封效果较差。梳齿形汽封1—弹簧片2—汽封环3—转子4—汽封套齿片式汽封伞柄式汽封1—合金片2—紧丝（四）汽轮机滑销系统1．汽轮机滑销系统的作用：汽轮机在启动、停机和变化时，汽缸各部分的温度会发生很大的变化。汽缸随着温度的变化，要发生相应的胀缩，如果这个胀缩不能合理、自由地进行，将会产生以下问题：(1)汽缸变形，中心偏差加大，振动加剧；(2)汽轮机内部间隙变化，使汽轮机的动、静部分碰擦，发生机械故障；或内部间隙度大，漏汽增加，经济性降低。因此，汽缸在台板上固定时应当考虑汽缸在台板上沿着各个方向有热膨胀的余地。也就是保证汽机工作时，汽缸与转子的中心线始终保持一致，并且使转子与静止部分之间的间隙保持在许可的范围内，这一任务由滑销系统来完成。2．滑销的种类和作用根据滑销的构造形式、安装位置和不同的作用，滑销系统通常由立销、纵销、横销、猫爪横销、斜销、角销等组成。热膨胀时，立销引导汽缸沿垂直方向滑动，纵销引导轴承座和汽缸沿轴向滑动，横销则引导汽缸沿横向滑动并与纵销（或立销）配合，确定膨胀的固定点，称死点。对凝汽式汽轮机来说，死点多布置在低压排汽口的中心或附近，这样在汽轮机受热膨胀时，对庞大笨重的凝汽器影响较小。单缸汽轮机的滑销系统1—横销2—纵销3—立销4—猫爪横销滑销构造示意图1—汽缸2—猫爪压销3—猫爪横销（五）汽轮机轴封系统1．轴封系统的作用汽轮机高压端的轴封可以减少汽缸内的高压蒸汽外漏，但总是会有少量蒸汽外漏，不仅造成能量损失，而且也影响安全。凝汽式汽轮机低压端轴封的作用是阻止外界空气漏入汽缸，从而破坏凝汽器的真空，使汽轮机的排汽压力提高，降低机组的经济性。为了回收高压端漏出的蒸汽和阻止外界空气由低压端漏入，汽轮机均设置有汽封系统。2．轴封工作原理高压端虽然装有轴封，但仍不能避免蒸汽通过轴封间隙外漏，为了减少这部分损失，把高压端轴封分成若干段，每段之间留有一定的空室，将这些空室中的漏汽按其压力的高低分别引至不同的地方加以利用，以提高机组的经济性。小型汽轮机一般将高压端的漏汽经管道引至低压端轴封用汽，其余的小量漏汽再经过几道轴封片后由信号管排至大气。运行中可通过观察信号管的冒汽情况来监视轴封工作的好坏。低压端虽装有轴封，但也不能避免外界空气漏入，所以必须引用压力稍高于大气压力的蒸汽来密封，防止空气漏入。这部分密封用的蒸汽是从高压端轴封经管道引来的，一部分蒸汽经部分轴封片后流入低压汽缸中；另一部分则沿轴封间隙外流，最后经信号管排至大气。汽轮机正常工作时，高压端轴封漏汽除引入低压端轴封外，多余的部分可以经管道送至轴封加热器，用来加热凝结水，以回收轴封漏汽的部分热量，也可以直接引入凝汽器。汽轮机启动和停机过程中，高压端轴封没有蒸汽，则应引用经减温减压的新蒸汽同时送入高、低压端轴封中去。汽轮机轴端汽封系统二．汽轮机本体转动部分汽轮机的转动部分总称为转子，主要由主轴、叶轮（或轮鼓）、动叶及联轴器等组成，是汽轮机最主要的部件之一，起到工质能量转换及扭矩传递的任务。（一）汽轮机转子的类型和特点汽轮机的转子按形状可分为转轮型和转鼓型两种。冲动式汽轮机常采用转轮型转子；反动式汽轮机则采用转鼓型转子。转轮型转子的叶片装在叶轮上，叶轮套装在轴上，蒸汽对叶片的作用力通过叶轮传递给轴。每一级一个叶轮，允许的热焓降较大，全机的级数较少，因此适用于冲动式汽轮机。转鼓型转子的叶片直接装在圆锥形的转鼓上，这种转子刚度好、结构紧凑。适用于级数较多、每级热焓降不大的反动式汽轮机。转子按制造工艺可分为套装、整锻式、组合及焊接转子。套装式转子套装式转子的叶轮全部都是用热套的方法装在主轴上，广泛应用于中、低压汽轮机。套装前叶轮的内孔应比轴径小0.05%，套装时，将叶轮内孔周缘均加热，直至叶轮内孔比轴径大0.1—0.2mm，或控制加热温度为250-270℃，将叶轮热套在轴上。待叶轮冷却后，内孔对轴就产生了很大的压紧力，保证工作时安全可靠。这种转子的主轴加工成阶梯形，中间直径大，两端直径小，这样不仅有利于减少转子的挠度，而且便于叶轮的套装与定位。套装转子的优点是加工制造方便、节省材料、易保证质量，便于更换零件。缺点是轮孔处应力较大、转子的刚性较差、高温下易松动、轴向长度大。所以只适用于中、低冲动式汽轮机。整锻式转子整锻式转子的叶轮、主轴和其他零件是用整体毛坯锻造以后再加工的。整锻式转子的主要优点是：叶轮和主轴是整体的，高温下不会松动；装配零件少、结构紧凑；强度高、刚性好。缺点是锻件尺寸大、加工制造困难、材料消耗大，主要用于大功率汽轮机的高压转子。组合式转子组合式转子是在同一转子上，高压部分采用整锻式结构，低压部分采用套装式结构。这种转子兼顾了套装式和整锻式的优点，因而广泛应用于高参数、中等功率的汽轮机上。焊接转子焊接转子由若干个实心轮盘和两个端轴拼焊而成。这种转子的优点是强度高、相对重量轻、结构紧凑、刚度大，而且能适应低压部分需要大直径的要求，因而