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1、第四部分 燃机结构与强度1第四章 燃气轮机的整体结构特点燃气轮机的整体结构特点?燃气轮机的整体布置?转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架2?燃气轮机的支架?燃气轮机的轴承和轴承座燃气透平的原理和结构?现代电站燃气轮机通常采用组装式快装机组的方式，压气机、备成套安装在一个公共底盘上，形成箱装式发电机组轻、小、简便的优点。34.1 燃气轮机的整体布置?目前电站燃气轮机的发展趋势是，选用简单循环，提高燃气初温，并使整个压气机与透平的转子连在一起组成整体转子和整体气缸的结构，组合的整体转子采用双支承的结构方案。?这就要求尽量缩短转子的轴向尺寸，以便提高转子的刚性。4转子的刚性。?目前在单轴电站燃气轮机中
2、最常见的排列方式是：把压气机的高压端对着燃气透平高压端。这样的结构很紧凑，气流流程短，并能平衡一部分压气机和透平的轴向推力，而且透平端或压气机端都可以作为机组功率的输出端。4.1 燃气轮机的整体布置?当发电机由温度变化较小的压气机端驱动（冷端输出），机组工作时轴系中心稳定；透平排气采用轴向排气方式，易于与余热锅炉组合连接，且烟气流动阻力小，循环效率高。但冷端驱动机组的压气机传递的扭矩大，转子强度要求高。冷端输出方式普遍用于Siemens KWU、5求高。冷端输出方式普遍用于Siemens KWU、Siemens WH、Alstom的重型燃气轮机，GE公司近年推出的F、FA、H系列燃气轮机也采用
3、这种方式。?采用透平排气端连接发电机的方式通常叫做热端输出，如GE公司的MS6001B、MS9001E系列燃气轮机采用。4.1 燃气轮机的整体布置64.1 燃气轮机的整体布置74.1 燃气轮机的整体布置?当燃气轮机同时采用逆流式燃烧室结构时，就更能进一步缩短机组的轴向尺寸。又如采用单管或双管燃烧室，则燃烧室可布置在透平进气8口的上方或侧面，这将使机组的外型尺寸或高温燃气管道的长度有所增加。4.1 燃气轮机的整体布置94.1 燃气轮机的整体布置104.1 燃气轮机的整体布置?无论采用何种布置和安装方式，都应力求紧凑合理，安全可靠，安装维修方便。?要求部件对中准确，热胀自如，11要求部件对中准确，
4、热胀自如，冷却、隔热、保温良好；?连接管道短、直；?支架负荷均匀。燃气轮机的整体结构特点?燃气轮机的整体布置?转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架12?燃气轮机的支架?燃气轮机的轴承和轴承座6.2 转子的支承和轴向推力一、转子的支承方式对于电站单轴燃气轮机来说，转子的支承通常采用双支点或三支点的方式。13外伸支承外伸支承外伸支承外伸支承6.2.1 转子的支承方式14悬臂支承悬臂支承悬臂支承悬臂支承:主要用于小功率燃气轮机主要用于小功率燃气轮机主要用于小功率燃气轮机主要用于小功率燃气轮机6.2.1 转子的支承方式15与双支点外伸支承的转子相比较，三支点支承转子的刚性好，有利于压气机后几级采用较小的
5、径向间隙，但多了一个轴承使结构复杂了不少，且三个轴承同心度的偏差对转子临界转速也有影响，因此对同心度的要求高，这给机组安装、调整及检修带来极大不便，也影响运行的稳定性，这是一种过渡性的设计。6.2.2 轴向推力?从压气机和透平原理可知，气流对动叶的作用力可分为圆周向及轴向两个分力，圆周方向的力使转子与气流之间进行能量转换，推动转子16旋转。而轴向力则是力图使转子作轴向运动，这是我们所不希望的，必须设法抵消之。6.2.2 轴向推力17燃气轮机的整体结构特点?燃气轮机的整体布置?转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架18?燃气轮机的支架?燃气轮机的轴承和轴承座6.3 燃气轮机的支架?支架将整台燃机支托
6、在燃机底盘上。?燃气轮机支架的结构和布置一般均应满足下列几点基本要求：（1）支架固定应牢固、稳定、振动小，能承受各种可能力的作用，即机组的重量、旋转倾覆力、轴向力、振动力等；（2）机组前后两端的支架应靠近轴承座，支架19（2）机组前后两端的支架应靠近轴承座，支架之间的轴向距离应近些，使气缸保持良好的刚性；（3）支架处机组的热膨胀不受阻碍，机组在工作时能保持中心不变；（4）机组转子在输出端即负荷联轴器处的轴向热膨胀位移量应小。6.3 燃气轮机的支架一、绝对死点在考虑机组的排列方式和安装结构时，在满足气缸刚性的前提下，气缸的支承点的数目应尽量减少，还应确保机20支承点的数目应尽量减少，还应确保机组
7、在各种工况下的热膨胀自由和热态对中，即机组中心线的位置保持不变。一、绝对死点?同时中心线上还应有一个点的轴向位置相对于地面保持不变。显然，该轴向位置保持不变的点是一“死点”。由于它是相对于地面而言，故称“绝对死点”，以区别于转子与静子之间的“相对死21以区别于转子与静子之间的“相对死点”。?对于单轴机组，其绝对死点常设在温度较低的功率输出端，以减少减速齿轮或输出端联轴器的热胀补偿。分轴机组的绝对死点则常设在低压动力透平端。一、绝对死点?绝对死点的选取必须与转子的相对死点统一考虑，应注意各种工况下动静部分的胀差，以保证机组能高效、安全地运行。绝对死点的支架形式和结构，应结合气缸的滑销系统一并考虑
8、，确保气缸22合气缸的滑销系统一并考虑，确保气缸的中心线在任何工况下都与机组中心线保持不变。绝对死点处的气缸支架的支承面高度应力求接近机组中心线，以便确保气缸支承面与机组中心之间的距离在热态时变化不大。二、支架的型式1、弹性板支承23?前支板是一块挠性板前支板是一块挠性板前支板是一块挠性板前支板是一块挠性板，装在燃气轮机底盘的前横装在燃气轮机底盘的前横装在燃气轮机底盘的前横装在燃气轮机底盘的前横梁上梁上梁上梁上，并通过螺栓和销钉与压气机前缸的垂直法并通过螺栓和销钉与压气机前缸的垂直法并通过螺栓和销钉与压气机前缸的垂直法并通过螺栓和销钉与压气机前缸的垂直法兰下部连接兰下部连接兰下部连接兰下部连接
9、，该支架沿机组轴向可作弹性弯曲变该支架沿机组轴向可作弹性弯曲变该支架沿机组轴向可作弹性弯曲变该支架沿机组轴向可作弹性弯曲变形形形形，即前支架允许机组轴向移动即前支架允许机组轴向移动即前支架允许机组轴向移动即前支架允许机组轴向移动。后部两个支承位于透平排气缸的两侧后部两个支承位于透平排气缸的两侧后部两个支承位于透平排气缸的两侧后部两个支承位于透平排气缸的两侧，是一种脚是一种脚是一种脚是一种脚24?后部两个支承位于透平排气缸的两侧后部两个支承位于透平排气缸的两侧后部两个支承位于透平排气缸的两侧后部两个支承位于透平排气缸的两侧，是一种脚是一种脚是一种脚是一种脚型支架型支架型支架型支架，都座落在底盘的
10、垫块上都座落在底盘的垫块上都座落在底盘的垫块上都座落在底盘的垫块上；支架上部贴合支架上部贴合支架上部贴合支架上部贴合地安装到透平排气缸水平中分面处的突缘上地安装到透平排气缸水平中分面处的突缘上地安装到透平排气缸水平中分面处的突缘上地安装到透平排气缸水平中分面处的突缘上，能能能能沿机组的横向沿机组的横向沿机组的横向沿机组的横向（左右方向左右方向左右方向左右方向）做弹性弯曲变形做弹性弯曲变形做弹性弯曲变形做弹性弯曲变形。25二、支架的型式2、支座支承?燃气轮机的两端都用支座支承时，支座位于机组两侧，一般有四个支座。?支座支承的气缸下半部靠近水平中分面处有专门的支承面，支座就支承在该处。支承面能够滑
11、动，以便气缸能自由热膨胀。故支承面处的固紧螺栓孔要26便气缸能自由热膨胀。故支承面处的固紧螺栓孔要比螺栓直径大，螺栓也不宜固紧，只是设法把螺栓锁住使机组被可靠地定位。对位于机组冷端的支座，当机组死点也在该处时，可把支承面螺栓囤紧。?全部采用支座支承的机组，往往需要多种膨胀导键以保证机组热对中，主要用于小型燃气轮机中。二、支架的型式3、支座和弹性板支承当冷端为机组死点时，不少机组用这种支承，这时一般在冷端用支座支承，热端用弹性板支承。27Siemens Westinghouse 501G6.3.2 支架的型式3、支座和弹性板支承?机组在压气机进气端的支座一侧一个。在该处静子底部中央有一搭耳，用一
12、长螺栓与一侧的支座固紧，确保该处机组中心不会左右移动，以形成可靠的机组死点。28?热端两侧的弹性支板在机组的横向能作弹性变形，允许机组沿轴向及左右两侧自由热膨胀，在弹性摇板处气缸底部有纵向导键，保证机组中心不会左右偏歪。6.3.2 支架的型式此外，中、大型机组的进、排气管道的体积和重量都比较大，安装时应妥善考虑它们与气缸的连接方式。当进、排气道相当长时，管道与气缸不应刚性连接，并设置各自的支架来支承本身的重量和确保29设置各自的支架来支承本身的重量和确保自由膨胀，以避免由于进、排气管道给气缸带来附加推力而引起气缸变形，从而产生转子与静子磨擦，甚至造成机组强烈振动等事故。3031三、底盘?电站燃
13、气轮机的支承一般都是固定在底盘上的。这种结构的好处：1.主要是便利机组的装箱运输及工地安装，2.其次是可把附属设备安装在底盘上，使机组32其次是可把附属设备安装在底盘上，使机组紧凑和减少安装工作量。?通常，往往把润滑油箱做在底盘中，使底盘所占的空间得到较好的利用。因此，底盘在各种燃气轮机中得到了广泛的应用。三、底盘?由于底盘是支承和固定燃气轮机的，因此它应具有良好的刚性；其次还应重量轻，使燃气轮机的总重量不致因底盘而增加很多。33?底盘一般用工字钢、槽钢、钢板等拼焊而成，其中工字钢由于刚性好而用得较多。在支承燃气轮机的部位，底盘的刚性应比其余部分强。三、底盘34燃气轮机的整体结构特点?燃气轮机
14、的整体布置?转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架35?燃气轮机的支架?燃气轮机的轴承和轴承座4.1 燃气轮机的轴承和轴承座一、滑动轴承的基本工作原理滑动轴承的工作原理是借助具有一定压力的润滑油36一定压力的润滑油在轴颈与轴瓦之间形成油膜，建立液体摩擦，使燃气轮机安全平稳地工作。4.1 燃气轮机的轴承和轴承座二、轴承的分类和结构特点燃气轮机轴承支持轴承:承担转子重量及剩余不平衡重量产生的离心力。或称径向轴承、主轴承37推力轴承:确定转子在气缸中的轴向位置并承受转子轴向推力。支持轴承支持轴承支持轴承支持轴承圆柱形轴承圆柱形轴承圆柱形轴承圆柱形轴承椭圆形轴承椭圆形轴承椭圆形轴承椭圆形轴承多油楔轴承多油
15、楔轴承多油楔轴承多油楔轴承可彞瓦轴承可彞瓦轴承可彞瓦轴承可彞瓦轴承4.1.2 轴承的分类和结构特点（一）支持轴承1、圆柱形轴承圆柱形轴承高速稳定性差，当转子工作转速高于转38差，当转子工作转速高于转子一阶临界转速的二倍时，圆柱形轴承的油膜振荡将变为共振振荡，其振幅较大，因而不能应用。39（一）支持轴承2、椭圆形轴承具有较好的稳定性，特别是垂直方向的抗振性显著改善，因而高速稳40改善，因而高速稳定性较好。（一）支持轴承3、多油楔轴承为了进一步提高轴承的高速稳定性，可增加轴承油楔的数目来形成更41楔的数目来形成更多的油膜，垔即多油楔轴承。目前常用的有三、四、五油楔轴承，其弱点是承载能力降低了。（一
16、）支持轴承4、可倾瓦轴承它是在多油楔轴承的基础上，把各个油楔部分的轴瓦分割开来，分别42瓦分割开来，分别支承在能活动的支点上，成为能自由彞斜的瓦块而得到。（一）支持轴承?综上所述，可倾瓦轴承在稳定性、承载力及功耗等性能方面均居各种支持轴承之首，三油楔轴承、椭圆形轴承次之，圆柱形轴承最差。在通常的载荷范围内，当椭圆比稍大时，椭圆43载荷范围内，当椭圆比稍大时，椭圆形轴承的稳定性稍优于三油楔轴承；在小比压（轻载）下，三油楔轴承的稳定性则稍优于椭圆形轴承，而圆柱形轴承的特点是在低转速下的承载力较好。（二）推力轴承?和径向轴承相同，推力轴承也是靠压力油膜来承载的。44（二）推力轴承45（二）推力轴承4
17、6（二）推力轴承47支持 推力联合轴承48三、轴承座?轴承座是安装和固定轴承用的，它把轴承所受的转子径向力及轴向力传至机组的静子。因此，轴承座应该有足够的刚度和强度。其次，轴49承座应能将润滑油导至轴承中去润滑和冷却轴承，润滑后的润滑油又在轴承座底部汇集起来，回至滑油箱中循环使用。（）轴承座的型式1、直接与气缸等相连接的轴承座这是指轴承座50与气缸等静子铸成一整体，位于压气机进气端的轴承座常用这种型式。（）轴承座的型式2、放置在气缸等静子的水平法兰上的轴承座51（二）穿过通流部分的连接结构1、筋板52（二）穿过通流部分的连接结构2、切向板结构53（三）轴承座的密封?轴承座的密封有两种作用：?其一是轴承座周围是大气时，密封的作用是防止润滑油漏出；?其二是轴承座被燃气轮机中的高压54?其二是轴承座被燃气轮机中的高压气体所包围，这时轴承座中压力低，密封的作用是减少周围气体的漏入，以减少漏气损失。（三）轴承座的密封1、油封55（三）轴承座的密封2、密封空气56END57END