汽轮机结构及调速系统培训讲义

汽輪機結構及調速系統培訓講義一、汽輪機的基本工作原理二、汽輪機的靜止部套簡介三、汽輪機的轉動部件簡介四、盤車機構及主汽（補汽）聯合閥組五、汽機本體測點及本體疏水六、汽機TSI測點佈置七、汽機調速系統介紹多級汽輪機斷面示意圖一、汽輪機的基本工作原理1、衝動原理•純沖動級：只在噴嘴葉柵中膨脹（效率低，做功能力較大）•帶反動度衝動級：蒸汽膨脹大部分在噴嘴中進行，只有一小部分在動葉柵中繼續膨脹（大部分機組採用），如國產100、125、200MW機組。衝動式汽輪機軸向推力有40-80t。2、反動原理•反動級：反動度為0.5的級；蒸汽在反動級中的膨脹一半在噴嘴中進行，一半在動葉中進行（效率高，做功能力較小），如國產300MW機組。反動式汽輪機軸向推力有100-200t。二、汽輪機的靜止部套1、汽缸2、噴嘴、隔板和隔板套3、前後軸承座4、滑銷系統5、支持軸承與推力軸承6、汽封7、進汽機構、排汽機構汽缸•整個汽缸由汽缸前部（前汽缸）、汽缸中部（中汽缸）和排汽缸（後汽缸）三段組成，前汽缸、中汽缸、後汽缸分別由合金鑄鋼、碳素鑄鋼、碳素鑄鋼與鑄鋼件製成，汽缸分上下兩半，三者之間均採用中分面和螺栓聯接；•前汽缸採用雙層缸結構，分為高壓內缸和高壓外缸；•高壓內缸整體鑄有高壓蒸汽室，為全周進汽，在下半有兩個進汽口；•前汽缸前部的下部有兩個進汽口與主蒸汽管道焊接聯接高壓調節汽閥；•前汽缸的下部第十一級後由一個DN350的補汽管與補汽閥組連接；•汽缸下部第十六級後為抽汽口；•後汽缸採用焊接結構，後軸承座與後缸為一體；雙壓凝汽式汽輪機外觀圖前軸承箱高壓主蒸汽口低壓補汽口低加抽汽口大氣薄膜（排汽缸安全閥）排汽缸汽缸前、中部汽機平衡管汽輪機剖面圖汽缸縱剖圖1-進汽連接管；2-小管；3-螺栓圈；4-汽封環；5-高壓內缸；6-隔板套；7-隔板槽；8-高壓外缸；9-縱銷；10-立銷；11-調節級噴嘴組噴嘴、隔板及隔板套•節流配汽：低負荷時節流損失大效率低，變工況時高壓部分溫度變化小熱應力小。•汽輪機設計為18級隔板，全部為焊接隔板；•高壓內缸內裝有第一至第六級隔板，其中第一級隔板採用螺栓固定於高壓蒸汽室後；•在前汽缸和中汽缸內部裝有三級隔板套。＃1隔板套內裝有第七至第十一級隔板，＃2隔板套內裝有第十二至第十四級隔板，＃3隔板套內裝有第十五、第十六級隔板，第十七和第十八級隔板直接裝在中汽缸上；•汽機全部噴嘴（靜葉片）採用全四維（多了一個時間維）氣動設計。高壓第一至第六級隔板採用分流靜葉柵（50年代前100MW以下的中小衝動式汽輪機採用寬厚靜葉柵，50年代後期開始逐漸使用帶加強筋的窄葉片，80年代開始使用多分流靜葉柵，降低了型損、端損、二次流損失），全部靜葉採用後載入魚頭葉型（葉柵通道前後壓差較小，削弱通道的二次流強度，使葉柵損失大大降低。後載入靜葉柵不僅效率高，而且葉型剛度大，其攻角適應範圍廣，可以在設計時增加動、靜葉片軸向間隙，使機組的快速啟停與調峰得到了保證）。第七至第十八級採用斜通道設計。第1到12級靜葉採用高效等截面葉片，第13到18級採用彎扭葉片（利用徑向平衡法確定級間氣流平衡條件，使其不產生徑向運動而設計出彎扭葉片）；汽封•軸封、隔板汽封、葉頂汽封、葉根汽封•前汽缸前部裝有高壓前汽封，在排汽缸與後軸承座窪窩處裝有後汽封；軸封有高低齒曲徑和平齒光軸兩類，該機組採用前一種。•隔板在靜葉根部設有徑向汽封，其中第2到14級隔板以及前軸封裝有布萊登汽封，第1到14級動葉頂部裝有葉頂汽封。•汽封的作用前汽封：保證高壓蒸汽不向外洩漏，防止前軸承箱油中帶水後汽封：防止空氣漏入汽機，影響真空徑向汽封：減小汽機漏氣損失，加大軸向通流間隙•布萊登汽封（可調汽封）通流部分汽封示意圖布萊登汽封（可調汽封）前後軸承座•前軸承座座落在前座架上，用鋼板焊接而成；前軸承座內裝有推力支持聯合軸承、主油泵、危急遮斷油門、危急遮斷油門重定裝置及其它一些調節保安部套、測量元件等；•前軸承座為落地結構，支撐在軸承座台板上；•後軸承座為不落地結構，直接焊在排汽缸上；內設有＃2徑向軸承、大軸盤車齒輪及脹差測量元件滑銷系統•機組設有前座架和後座架，所有座架均借助地腳螺栓及二次灌漿固定於汽輪機的基礎上。•前軸承座座落在前座架上，前軸承座與前座架之間沿中心軸線佈置，有縱向鍵、前軸承座可在其座架上沿軸線前後移動；前軸承座與前汽缸之間有定中心梁（推拉機構），具有確定汽缸中心，引導汽缸垂直方向膨脹，以及傳遞汽缸因熱膨脹而對前軸承的推（拉）力的作用。•前汽缸在下半前端有兩貓爪支承在前軸承座上，汽缸前貓爪採用下貓爪中分面支承方式，消除了機組運行中汽缸中心抬高問題；•排汽缸兩側支承在排汽缸座架上，其外測處有水準橫鍵連接，在排汽缸的後軸承座下部裝有後汽缸導板。•汽缸的膨脹死點（汽機的絕對死點）：排汽缸外測水準橫鍵與汽機中心線的交點；汽缸以死點為中心向前軸承座方向膨脹；此外，排汽缸本身存在以死點為中心向前後左右方向的微量膨脹；•轉子的膨脹死點（汽機的相對死點）：轉子推力盤受推力軸承前後限位，以推力軸承為參照基準，轉子只能向後軸承座方向膨脹；•注意：由於轉子座落在各軸承上，且受推力軸承限位，在汽缸向前膨脹時，推力軸承與汽缸一起向前膨脹，轉子同樣也向前膨脹，但轉子向前膨脹的同時，還存在著向後的膨脹量；在排汽缸的後軸承座內聯軸器處是轉子與汽缸之間相對膨脹最大的地方，因此裝有相對膨脹指示器•高壓內缸通過汽機中分面處的安裝搭子、前端的上下立鍵、中部的圓周槽、後端的上下軸向鍵安裝於前汽缸內，這使得高壓內缸能隨汽缸整體向前膨脹或向後收縮；滑銷系統圖內缸在外缸上的中分面支承1.內下缸2.內缸連接螺栓3.內上缸4.外下缸5.外缸連接螺栓6.外上缸7.軸承座8.支承墊片支承軸承及推力軸承•軸承分為徑內支持軸承和推力軸承兩種類型，它們用來承受轉子的全部重量並且確定轉子在汽缸中的正確位置。•徑向支持軸承用來承擱轉子的重量和旋轉的不平衡力，以保持轉子旋轉中心與汽缸中心一致，從而保證轉子與汽缸、汽封、廂板等靜止部分的徑向間隙正確。•推力軸承承受蒸汽作用在轉子上的軸向推力，並確定轉子的軸向位置，以保證通流部分動靜間正確的軸向間隙。所以推力軸承被看成轉子的定位點，或稱汽輪機轉子對靜子的相對死點。•該汽機轉子為二支點支承，分別為＃1推力支持聯合軸承和＃2支持軸承，＃1軸承為三層帶瓦襯橢圓軸承，＃2軸承為二層帶瓦襯橢圓軸承；•推力軸承採用金斯伯雷式推力軸承，在推力盤前後兩側裝有推力瓦塊，各有十塊佈置在整個圓周上，推力軸承是自位式的，能自動的把載荷均布於各瓦塊上；油膜振盪防範措施•K＝OO‘/(R-r)K越大，失穩轉速越高，越不容易產生半速渦動和油膜振盪。反之，K越小轉軸工作越不穩定。通常認為K大於0.8時，軸頸在任何情況下都不會發生油膜振盪。•防止油膜振盪的措施(1)增加比壓。增加比壓的方法可以採用縮短軸承長度，以及調整軸瓦的中心等措施來達到。(2)降低潤滑油黏度。潤滑油黏度越大，軸頸旋轉時帶入油楔中的油量越多，油膜越厚，軸頸在軸瓦中浮得越高，相對偏心率越小，軸頸就越容易失去穩定。(3)調整軸承間隙。一般認為減少軸瓦頂部間隙可以增加油膜阻尼，產生(圓筒形軸承)或加大(橢圓形軸承)向下的油膜作用力，從而增大相對偏心率，同時加大軸瓦兩側間隙時(相當於增大橢圓度，即增大相對偏心率)效果更為顯著。三、汽輪機的轉動部件1、轉子2、危急遮斷器3、主油泵4、聯軸器轉子•轉子採用組合轉子：1～14級為整鍛結構，15～18級為套裝結構。轉子主軸採用無中心孔結構，材料為鉻鉬釩合金鑄造鋼，在高溫區具有較好的高溫機械性能，另外有四級套裝葉輪和後汽封套筒、後檔油環等套裝件，在低溫區也具有很好的機械性能和FATT值。對鉻鉬釩合金鋼材轉子來說，它的低溫脆性轉變溫度數值一般為80一130℃，另外FATT會隨著時間延長變化的，大約每10年，FATT溫度升高50℃。•轉子的臨界轉速：一階1593r/min，二階4539r/min•轉子通流部分共有18個壓力級組成，第一至第十五採用單倒T型葉根，第十六至第十八級採用叉型葉根。•在第1級到14級葉輪頂部進汽側設有徑向汽封結構（與第2～14級隔板布萊登汽封配套）危急遮斷器•在汽輪機前軸承座內高中壓轉子的前伸短軸上裝有兩個飛錘式危急遮斷器（撞擊子），短軸與汽輪機轉子用螺釘剛性連接在一起。•危急遮斷器藉飛錘的偏心，在高速旋轉下產生離心力，當離心力大於壓彈簧的預緊力時，撞擊子出擊，撞擊在危急遮斷滑閥杠杆上，使危急遮斷滑閥脫扣，迅速泄去安全油，從而關閉高壓主汽門、高壓調門，補汽主汽門及補汽調門。•危急遮斷器的動作轉速為3270～3330r/min，復位轉速約為3050±20r/min主油泵•在汽輪機前軸承座內高壓轉子前端短軸上裝有主油泵泵輪。•主油泵為雙吸離心泵，由汽輪機直接帶動，汽機轉速2700轉以上才能正常工作。•主油泵正常工作後通過＃1射油器提供主油泵進口供油、通過＃2射油器供給潤滑油系統供油、並提供調速油系統用油。聯軸器•汽輪機轉子和發電機轉子採用剛性聯軸器和波形過渡節相連。•主油泵與汽機轉子通過剛性聯軸器相連。四、盤車機構及主汽（補汽）聯合閥組1、盤車機構2、主汽聯合閥組3、補汽聯合閥組盤車機構•盤車設備裝在後軸承座的上蓋上,採用渦輪渦杆及齒輪複合減速,軸向嚙合的低速盤車裝置。•機組在停機後盤車裝置可以實現手動和自動盤車,帶動轉子以4.6RPM的轉速旋轉,避免轉子熱彎曲,當汽機沖轉轉速高於盤車轉速時能夠自動脫開。。•盤車機構方式：渦輪蝸杆及擺動齒輪，本機組採用的為渦輪蝸杆型主汽聯合閥組•主汽閥與調節汽閥佈置在汽輪機頭部運轉層，位於軸中心線上，用剛性座架安裝在基礎上，主汽閥為臥式佈置，調節汽閥為立式佈置，兩閥閥殼鑄為一體，使結構緊湊，因此也稱成為主汽聯合閥組。•主汽調節閥閥殼在水準方向鑄有四個支角，整個汽閥靠此支撐在構架上，受膨脹時汽閥在構架中以其中一個腳為死點，其餘三個腳可在平面內滑動。汽閥構架使用鋼板焊接而成的，座落在汽輪機運轉平臺的基礎上，用螺栓加以固定。主汽閥：•主汽閥為單座球形閥，閥碟的底部為半球形。啟動時，先打開預啟閥，減小閥碟前後的壓差，從而減小閥門提升力，預啟閥行程為18±0.5mm；預啟閥開足後閥杆繼續移動帶動碟閥開啟，主汽閥總行程為88±0.5mm。•閥杆的一次漏氣腔室漏氣至低壓補汽導汽管（11級後）；閥杆的二次漏氣腔室漏氣至軸封漏氣母管，進入軸封加熱器。•閥碟外裝有一個蒸汽濾網，網板是用不銹鋼卷起的圓筒，上邊鑽有若干小孔，能防止汽流中的機械雜質進入汽輪機的通流部分。調節汽閥：•調節汽閥有閥碟、閥座、閥杆汽封、閥套等零件。•閥碟於閥座的配合部分為球形截面，並帶有120o錐角，閥座上配合部分為75o的錐體，下面帶有一個擴散段，減少了流動損失。•啟碟閥內有一個預啟閥，閥碟上部空間為卸載室，減小閥門提升力，預啟閥行程為10±0.2mm，調節汽閥總行程為80±1mm。•閥杆的一次漏氣腔室漏氣至低壓補汽導汽管（11級後）；閥杆的二次漏氣腔室漏氣至軸封漏氣母管，進入軸封加熱器。補汽聯合閥組•低壓主汽閥和調節閥採用進口三偏心液動碟閥，佈置在運轉層下方。通過一根Φ377×10低壓導汽管與汽缸前部下半12級前的補汽口相連。補汽閥組有一擺動支架，允許補汽閥組在水準方向自由膨脹。五、汽機本體測點及本體疏水1、汽機本體測點2、汽機本體疏水運行人員必須熟悉測點的具體安裝位置及該測點的作用！！汽機本體測點•主汽閥內（外）壁溫/主汽閥後壓力/調節閥後壓力/調節閥後蒸汽溫度•高壓外缸前汽封處內壁金屬溫度/高壓前汽封室壓力•高壓外缸上（下）壁溫/高壓內缸上（下）壁溫•高壓缸前部法蘭內（外）壁金屬溫度左（右）•補汽進汽口上（下）缸內壁溫度/補汽處蒸汽壓力/補汽口汽缸內蒸汽溫度•高壓導汽管金屬壁溫左（右）•低加抽汽蒸汽溫度/低壓抽汽蒸汽壓力•後缸排汽壓力/後缸排汽溫度•後汽封溫度汽機本體測點（1）高壓汽封處金屬溫度高壓前部法蘭內（外）壁溫右高壓外缸上壁溫度高壓內缸上壁溫度補汽進汽口上壁金屬溫度補汽口汽缸內蒸汽溫度高壓外缸下壁溫度高壓內缸下壁溫度補汽進汽口下