汽轮机本体检修课件(第二讲)

第三节汽轮机汽缸与滑销系统一、汽缸作用将汽轮机的通流部分与大气隔开，以形成蒸汽热能转换为机械能的封闭汽室。汽缸内装有：喷嘴室、喷嘴（静叶）、隔板（静叶环）、隔板套（静叶持环）、汽封等部件。汽缸外连接有：进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。习题八为了便于制造、安装和检修汽缸一般沿水平中分面分为上下两个半缸。两者通过水平法兰用螺栓装配紧固。另外为了合理利用材料以及使加工、运输方便，汽缸也常以垂直结合面分为两或三段，各段通过法兰螺栓连接紧固。汽缸工作时受力情况复杂，它除了承受缸内外汽（气）体的压差以及汽缸本身和装在其中的各零部件的重量等静载荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下，对汽缸的作用力以及沿汽缸轴向、径向温度分布不均匀所引起的热应力。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和热变形。汽缸结构设计要求缸壁必须具有一定的厚度，以满足强度和刚度的要求。水平法兰的厚度更大，以保证结合面的严密性。汽缸的形体设计应力求简单、均匀、对称，使其能顺畅地膨胀和收缩，以减小热应力和应力集中。还要保持静止部分同转动部分处于同心状态，并保持合理的间隙。汽缸的结构形式根据进汽参数的不同按每个汽缸的内部层次按通流部分在汽缸内的布置方式按汽缸形状高压缸、中压缸和低压缸单层缸、双层缸和三层缸顺向布置、反向布置和对称分流布置有水平接合面的或无水平接合面的圆筒形、圆锥形、阶梯圆筒形和球形等等大容量中间再热式汽轮机一般采用多缸，汽缸数目取决于机组的容量和单个低压汽缸所能达到的通流能力。下面就几种典型汽轮机汽缸结构加以简单介绍ALSTHOM公司600MW机组的双层结构高压汽缸东方汽轮机厂300MW机组的高、中压合缸双层缸结构东方汽轮机厂（日立技术）600MW机组的高、中压合缸双层缸结构ALSTHOM公司300MW机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构ALSTHOM公司600MW机组的双层结构高压汽缸其结构是双层缸，进汽侧位于2号轴承箱，反向流动布置，蒸汽从中压缸侧进入汽缸做功,从机头侧流出。高压缸反向布置主要是与中压缸形成对称结构，以平衡转子上的轴向推力。东方汽轮机厂300MW机组的高、中压合缸双层缸结构高中压缸采用合缸结构,高中压叶片布置在同一根轴上,且反向对称布置,以自平衡轴向推力。进汽部分在汽缸中部，两端轴承座离高温部分较远，热影响较小。但高中压缸合缸后，结构较复杂，合缸结构铸件笨重。东方汽轮机厂（日立技术）600MW机组的高中压合缸双层缸结构由于高中压合缸结构复杂和笨重，限制了它在大功率机组上的应用。目前最大的高中压合缸机组为600MW左右。ALSTHOM公司300MW机组中分面不用螺栓连接的高压内缸结构它采用6个热套环将上下汽缸紧固成一体，结合面倾斜水平面500，支撑在外缸上，内缸底部有纵销，使其轴向膨胀自如。1、高、中压汽缸及进汽部分结构（1）高、中压汽缸随着机组容量的增大和蒸汽初参数的不断提高，若仍采用单层缸结构，则会带来下列问题：由于汽缸内压力很高，致使缸内外压差增大，则缸壁及法兰需做得较厚。为保证中分面的汽密性，其联接螺栓必须有很大的预紧力，故其尺寸很大，因此需要设置加热（或冷却）装置。整个高压缸需用耐高温的贵重合金钢制造提高了造价。由于法兰比缸壁厚得多，在机组启动，停机和变工况时，温度分布不均匀将产生很大的热应力和热变形这对设备安全和工作寿命极为不利。近代高参数大容量汽轮机的高压缸多采用双层缸结构。有的机组甚至将高、中压缸和低压缸全做成双层缸。双层缸结构的优点把原单层缸承受的巨大蒸汽压力分摊给内外两缸，减少了每层缸的压差与温差，缸壁和法兰可以相应减薄，在机组启停及变工况时，其热应力也相应减小，因此有利于缩短启动时间和提高负荷的适应性。内缸主要随高温及部分蒸汽压力作用，且其尺寸小，故可做得较薄，则所耗用的贵重耐热金属材料相对减少。而外缸因设计有蒸汽内部冷却，运行温度较低，故可用较便宜的合金钢制造。外缸的内外压差比单层汽缸时降低了许多，因此，减少了漏汽的可能，汽缸结合面的严密性能够得到保障。习题九内外缸夹层蒸汽流当机组正常运行时，由于内缸温度很高，其热量源源不断地辐射到外缸，有使外缸超温的趋势，这时夹层汽流对外缸起冷却作用。当机组冷态启动时，为使内外缸尽可能迅速同步加热，以减小动、静胀差和热应力，缩短启动时间，此时夹层汽流即对汽缸起加热作用。国产300MW汽轮机高压缸夹层汽流示意图1—进汽联接管；2—小管；3—螺旋圈；4—汽封环；5—高压内缸；6—隔板套；7—隔板槽；8—高压外缸；9—纵销；10—立销；11—调节级喷嘴组工作过程在高压内缸出口处（即第1段回热抽汽口），有一小股汽流a（在额定工况时，汽温为375℃），朝机头方向流过内外缸的夹层，再从螺旋圈盘旋而上，通过小管2流到高压缸排汽管。正常运行时，这股蒸汽始终流动不息，使外缸与进汽联接管外层得以冷却，这就是汽缸的夹层冷却装置；启动时它成为加热装置，由两根小管2送入加热蒸汽，其流动方向与冷却汽流流动方向正好相反，对内外汽缸进行加热。引进型300MW机组高中压内、外缸蒸汽冷却（加热）系统结构图高压进汽导管高压内、外缸夹层冷却蒸汽至中压平衡活塞汽封二段的连通管一段抽汽管高、中压缸平衡管内、外缸夹层的冷却汽流是来自高压平衡活塞汽封的漏汽。这股汽流通过夹层后，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弯管进入中压平衡活塞汽封中段。汽缸夹层中的蒸汽状态决定了汽缸承受的压力情况。本机设计成内缸两侧温差小而压差大，沿壁厚的温度梯度减至最低限度，热应力很小，故内缸主要承受压应力，起压力容器的作用；外缸内侧是冷却蒸汽，外侧是大气，其两侧温差大而压差小，主要承受温差的热应力，因此只需较薄的缸壁和较小的法兰，内外缸的法兰螺栓靠近缸壁中心线，使缸壁与法兰厚度相差不大。这样就使得汽缸、法兰、螺栓都易于加热。所以本机组法兰、螺栓均未采用加热（冷却）装置，简化了系统及启动操作程度，并可缩短启动时间。工作过程高中压缸的布置布置方式高、中压合缸高、中压分缸分缸与合缸布置各有优缺点，世界各国的汽轮机制造厂家都有自己的习惯。一般讲，功率在350MW以上的机组不宜采用合缸布置方案。这是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也减弱。（2）汽轮机的配汽方式在运行中为了使汽轮机的功率与外界负荷相适应，必须随时调节汽轮机的功率。汽轮机主要是通过改变进汽量来调节功率的。因此，汽轮机均设置有一个控制进汽量的机构此机构称为配汽机构设置配汽机构的目的组成由调节汽阀及其提升机构组成。蒸汽通过主汽阀进入调节汽阀，按负荷要求把蒸汽分配给汽轮机第一级喷嘴进汽方式全周进汽喷嘴如分布在汽缸全圆周上部分进汽喷嘴如只分布在一段弧段上习题十汽轮机的配汽方式：节流配汽、喷嘴配汽与旁通配汽通常采用的配汽方式节流配汽的特点进入汽轮机的所有蒸汽都经过1个或几个同时启闭的调节汽阀后，再流向所有的第1级喷嘴，所以第1级为全周进汽，可使进汽部分的温度均匀，没有调节级，进汽量的改变领先调节汽阀节流，此种调节方式存在节流损失，但各级温度随负荷变化的幅度大体相同，而且温度变化幅度较小，从而减小了热变形及热应力，提高了机组运行的可靠性及对负荷变化的适应能力。汽轮机的第1级喷嘴不是整圈连续布置，而是分成若干个独立的组，通常1个调节汽阀控制1个喷嘴组，喷嘴组一般有3～6组。喷嘴调节的汽轮机，在运行中，主汽阀全开，根据负荷的变化，各调节汽阀依次开启或关闭，改变第1级（即调节级）的通流面积，以控制进入汽轮机的蒸汽量。在任一工况下，只有那个部分开启的调节汽阀中的蒸汽节流较大，而其余全开汽阀中的蒸汽节流已减到最小，故在部分负荷下，汽轮机组定压运行时，喷嘴配汽与节流配汽相比，节流损失较小，效率较高，但由于各喷嘴组间有间壁（或距离）,因此即使各调节汽阀均已全开，调节级仍是部分进汽，仍存在部分进汽损失，所以，在额定功率下，喷嘴配汽汽轮机的效率比节流配汽的稍低。另外，滑压运行时，调节级汽室及各高压级在变工况下的蒸汽温度变化比较大，从而会引起较大的热应力，这常成为限制喷嘴配汽汽轮机迅速改变负荷的主要因素。喷嘴配汽的特点（3）进汽部分进汽部分指调节汽阀后蒸汽进入汽缸第1级喷嘴这段区域。它包括调节汽阀至喷嘴室的主蒸汽（或再热蒸汽）导管导管与汽缸的连接部分和喷嘴室一般中、低参数汽轮机进汽部分与汽缸浇铸为一体，或是将蒸汽室和喷嘴室单独铸好后，用法兰螺栓与汽缸连接在一起；高参数汽轮机高压缸的进汽部分则是将蒸汽室、喷嘴室单独铸好后，用焊接方式固定在汽缸上。习题11高压进汽部分300MW机组采用将喷嘴配汽的调节汽阀和蒸汽室与高压缸分离布置的结构每一高压联合汽阀是由1个自动主汽阀和3个调节汽阀的蒸汽室组成，主汽阀是卧式布置，调节汽阀是立式布置，壳体为铸钢结构，阀体采用活动布置方式，在阀体主汽阀端由一A型弹性框架和横向拉杆托架组合件支承，另一端也由一弹性元件支承。此种滑动式支承，保证了在运行中阀体能随着汽轮机和管道的膨胀整体地自由移动。阀体两端的支承件都用螺栓和定位销固定在台板上，而台板也用螺栓和销钉固定在汽轮机的基础上。调节级喷嘴组（每组八个喷嘴）来自锅炉的主蒸汽经两根主蒸汽管分别进入对称布置并固定在高、中压缸两侧运转平台上的主汽阀和调节汽阀组成的联合汽阀（即主汽阀—蒸汽室组装件）高压自动主汽阀作用启动时调节汽轮机转速危急状态时快速关闭进汽组成由汽阀和操纵机构组成300MW机组主汽阀为双阀蝶式，它是由两只单座非平衡阀蝶组成：单座阀的阀蝶上带有小阀蝶，即主汽阀内带有预启阀。为便于主汽阀的开启，先开启预启阀，降低主阀蝶前后的压差。在设计压力下，预启阀大约可通过25%的额定蒸汽流量。预启阀的作用是用来在机组启动时控制转速和初负荷，起到调节的作用。当负荷大于25%额定负荷时，主汽阀全开，用调节汽阀来控制进汽量。主汽阀是卧式布置，这样汽流转折次数少，压损小。主汽阀靠液压开启，弹簧关闭。主汽阀结构高压调节汽阀高压调节汽阀是单座球形结构，阀座出口带有扩压段，（见图1-20）。阀头与阀杆为松连接，能保证阀蝶与阀座正确对中；阀门为压力平衡式，使打开阀门的力为最小。每个调节汽阀由单独的油动机控制，这样便于变换进汽配汽方式。油动机接受从电液调节系统（EH）发出的电压信号，以改变油动机的油压，从而改变了阀门与油动机行程之间的关系，使阀门开启或关闭。其开启由抗燃油压驱动，而关闭是靠压缩弹簧压力推动的。高压缸喷嘴室作用接纳从进汽导管来的主蒸汽，并支承装有喷嘴叶栅的喷嘴组。结构特点高温高压蒸汽只作用于喷嘴室，而高压内缸承受的只是调节级喷嘴后的蒸汽温度和压力，故汽缸可用低一级材料制造。喷嘴组沿汽缸圆周对称布置，汽流流过喷嘴室后，使汽缸受热均匀，可把汽轮机变负荷运行时由于温度变化所引起的热应力减小到最低限度。中压进汽部分结构特点300MW机组再热蒸汽通过2根再热蒸汽管道分别进入由1个中压主汽阀和1个中压调节汽阀组成的2个联合汽阀，然后通过2根挠性导汽管导入中压缸第1级。2个联合汽阀分别对称安装在中压汽缸两侧运转平台上，每个再热联合汽阀与汽缸隔开，它通过挠性导汽管与中压下汽缸上的2根进汽管相连。中压进汽管与中压内、外缸的连接方式与高压进汽管相同。每个再热联合汽阀组装件靠3个恒力弹簧支架支承，可随管道的胀缩而浮动。中压主汽阀中压调节汽阀是不平衡的摇板直流式结构，压损小。每阀配1个油动机，通过液压开启，用弹簧关闭。该阀只有全开或全关两个功能，不参加调节，只起保护的作用。为压力平衡式阀门，由液压开启，弹簧关闭。在机组启动冲转、带低负荷或甩负荷时，它参与流量调节。中压进汽联接管回热抽汽引出管300MW机组高压内外缸上的回热抽汽管，一端与高压外缸焊接，而另一端与高压静叶持环之间则装有密封环，以防蒸汽泄漏。外套管（与外缸焊接在一起）内套管2、低压缸大功率凝汽式汽轮机的低压缸，由于排汽压力低、排汽体积流量大，因而其尺寸大，排汽口数目多，是汽轮机最庞大的