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1、汽轮机原理及系统汽轮机原理及系统能源与动力工程学院能源与动力工程学院赵亚菊赵亚菊南京工程学院南京工程学院汽轮机原理及系统汽轮机原理及系统第六章汽轮机主要零件结构第六章汽轮机主要零件结构汽汽轮轮机的工作条件：机的工作条件：高温、高高温、高压压、高、高转转速速热应力热应力(拉应力、压应力拉应力、压应力)热膨胀热膨胀(汽缸和转子热膨胀、胀差汽缸和转子热膨胀、胀差)热热变变形形(汽汽缸缸热热变变形形、转转子子热热变变形形-大轴弯曲大轴弯曲)热热疲疲劳劳、高高温温蠕蠕变变(影影响响汽汽轮轮机机寿寿命的重要因素命的重要因素)强度强度(静强度、动强度静强度、动强度)刚度刚度(零部件受力后变形情况零部件受力后
2、变形情况)振动振动影影响响机机组组安安全全性性的的因因素素(强强度的角度度的角度)汽汽轮轮机机本本体体汽缸、隔板套汽缸、隔板套隔板、喷嘴组、静叶持环、静叶隔板、喷嘴组、静叶持环、静叶汽封汽封(轴封、隔板汽封、通流部分汽封轴封、隔板汽封、通流部分汽封)轴承轴承(支持轴承、推力轴承支持轴承、推力轴承)滑销滑销紧固零件紧固零件静静止止部部分分转转动动部部分分主轴、叶轮、动叶片、主轴、叶轮、动叶片、围带、拉金围带、拉金联轴器联轴器盘车装置盘车装置上汽上汽西门子西门子1000MW汽轮机纵剖面图汽轮机纵剖面图14+*13+2*2*6共共64级结构级级结构级1液压盘车装置 2高压部分/1号轴承座 3高压缸轴
3、承 4转子5高压部分/高压缸6高压部分/高压叶片7高压部分/2号轴承座8径向推力联合轴承9中压部分/中压缸10中压部分/中压叶片 11中低压连通管 12中压部分/3号轴承座13中压缸轴承14低压部分/低压缸 15低压部分/低压叶片16低压部分/4号轴承座171号低压缸轴承 18低压部分/5号轴承座192号低压缸轴承.1汽轮机静止部分的结构汽轮机静止部分的结构一、汽缸一、汽缸要求要求：强度和刚度；严密性；流动性能好；自由膨胀；汽缸法兰厚度尽量薄、结构形状简单对称、节约材料、便于安装和施工。（一）汽缸的作用：（一）汽缸的作用：汽缸是汽缸是汽汽轮轮机机的的外壳外壳，它承受载荷、蒸汽对静止部分的反作用
4、力、热应力。其作用其作用：起着封起着封闭闭的作用。的作用。它将进入汽轮机的工质与外界隔绝，使工质在一个封闭的空间流动做功；起定位支承的作用。起定位支承的作用。它内部安装隔板、喷嘴和轴封等部件，外部连接进汽、排汽和抽汽等管道；它与它与这这些附件一起起到些附件一起起到组织组织汽流流汽流流动动的作用。的作用。使进汽、排汽和抽汽有规律的分配。（二）（二）汽缸的结构：汽缸的结构：、汽缸通常分上汽缸和下汽缸，水平对分汽缸通常分上汽缸和下汽缸，水平对分(保证汽轮机安装和检修方便)、汽缸通常单缸或多缸汽缸通常单缸或多缸单缸分为高压段、中压段、低压段多缸分为高压缸、中压缸、低压缸 (保证合理利用材料等)、汽缸通
5、常分单层缸和双层缸汽缸通常分单层缸和双层缸(高参数大容量的汽轮机高、中压缸)高参数大容量的汽轮机高、中压缸常采用双层缸的原因：高参数大容量的汽轮机高、中压缸常采用双层缸的原因：采用双层缸，在内外缸之间通入低与初参数的蒸汽，使内缸和外缸承受的压采用双层缸，在内外缸之间通入低与初参数的蒸汽，使内缸和外缸承受的压差、温差大大减小，每层缸相应减薄。因此：差、温差大大减小，每层缸相应减薄。因此：u启动、停机、变工况时汽缸的热应力减小；加快了启停速度，实现了机组启动、停机、变工况时汽缸的热应力减小；加快了启停速度，实现了机组的快速启停；的快速启停；u外缸温度低于内缸，节省了优质耐热合金钢外缸温度低于内缸，
6、节省了优质耐热合金钢；u外缸的内、外压差比单层汽缸时降低了许多，因此减少了汽缸结合面漏汽外缸的内、外压差比单层汽缸时降低了许多，因此减少了汽缸结合面漏汽的可能的可能。、蒸汽在汽缸中的流动通常分为顺向布置、反向布置、对称分流布置蒸汽在汽缸中的流动通常分为顺向布置、反向布置、对称分流布置（平衡轴向推力）上汽上汽西门子西门子1000MW汽轮发电机组三维立体视图汽轮发电机组三维立体视图高压缸采用双层缸高压缸采用双层缸单流程单流程设计，设计，包括高压外缸和高压内缸。包括高压外缸和高压内缸。外缸为独特的桶形设计外缸为独特的桶形设计;内缸为垂直纵向平中分面结构，内缸为垂直纵向平中分面结构，各级静叶直接装在内
7、缸上。各级静叶直接装在内缸上。高高 压压 缸缸缸体整个周向壁厚缸体整个周向壁厚为为旋旋转对转对称称，无需局部加厚，避，无需局部加厚，避免了不理想的材料集中和非免了不理想的材料集中和非对对称称变变形及局部形及局部热应热应力，力，使得使得机机组组在启在启动动停机或停机或快速快速变负变负荷荷时时缸体的温度梯缸体的温度梯度很小，将度很小，将热应热应力保持在一力保持在一个很低的水平。个很低的水平。高高压压缸缸纵纵剖面剖面图图1高压转子2高压外缸进汽端3高压外缸排汽端4高压内缸高压内缸有高压内缸有中分面中分面设置于设置于垂直垂直方向将方向将汽缸汽缸分分为左右两半，为左右两半，采用高温螺栓进行采用高温螺栓进
8、行连接，连接，螺栓不需要螺栓不需要承受内缸本身的重承受内缸本身的重量，可减少螺栓应量，可减少螺栓应力，力，无高应力的高无高应力的高温蠕变问题，安全温蠕变问题，安全可靠性好。可靠性好。1级低反级低反动度叶片和动度叶片和13级反级反动式扭叶片直接动式扭叶片直接装装在内缸上在内缸上。高高压压缸缸结结构构示意示意图图12号轴承座2径向推力联合轴承3高压转子4高压内缸5第一级斜置静叶6高压静叶 7高压动叶8高压外缸进汽段9高压进汽口10补汽阀进汽口11高压外缸排汽段 12高压轴承131号轴承座 14液压盘车中压缸中压缸采用双流程、双层缸设计，内缸和外缸均在水平中分面上分为上、下两半，采用双流程、双层缸设
9、计，内缸和外缸均在水平中分面上分为上、下两半，采用法兰螺栓进行连接。采用法兰螺栓进行连接。蒸汽从中压中部通过进汽插管直接进入中压内缸，流经对称布置的双分流叶片通道蒸汽从中压中部通过进汽插管直接进入中压内缸，流经对称布置的双分流叶片通道至汽缸的两端，然后经内外缸夹层汇集到中压缸上半中部的中压排汽口，经中低压至汽缸的两端，然后经内外缸夹层汇集到中压缸上半中部的中压排汽口，经中低压连通管流向低压缸。连通管流向低压缸。由于通流部分采用双分流布置，转子轴向推力基本能够左右平衡。由于通流部分采用双分流布置，转子轴向推力基本能够左右平衡。中中 压压 缸缸中中压压缸缸纵纵剖面剖面图图1中压转子2中压外缸上半3
10、中压外缸下半4中压内缸上半5中压内缸下半6A5抽汽口 7中压进汽口 8A4抽汽口低压缸低压缸采用采用两个双流、双层缸设计，内、外缸均由钢板拼焊而成，均在水平中分两个双流、双层缸设计，内、外缸均由钢板拼焊而成，均在水平中分面分开成上下半，采用中分面法兰螺栓进行连接。面分开成上下半，采用中分面法兰螺栓进行连接。来自中压缸的蒸汽通过汽缸顶部的中低压连通管接口进入低压缸中部，再流经双来自中压缸的蒸汽通过汽缸顶部的中低压连通管接口进入低压缸中部，再流经双分流低压通流叶片至两端排汽导流环，蒸汽经排汽导流环后汇入低压外缸底部进分流低压通流叶片至两端排汽导流环，蒸汽经排汽导流环后汇入低压外缸底部进入凝汽器。入
11、凝汽器。低压外缸采用现场拼焊，直接坐落于凝汽器上低压外缸采用现场拼焊，直接坐落于凝汽器上，大大降低了运转层基础的负荷。，大大降低了运转层基础的负荷。低压内缸通过其前后各两个猫爪，搭在前后两个轴承座上低压内缸通过其前后各两个猫爪，搭在前后两个轴承座上，支撑整个内缸、持环，支撑整个内缸、持环及静叶的重量，并以及静叶的重量，并以推拉杆装置与中压外缸相连推拉杆装置与中压外缸相连，以保证动静间隙。，以保证动静间隙。外缸和内缸之间的相对外缸和内缸之间的相对膨胀通过在内缸猫爪处膨胀通过在内缸猫爪处的汽缸补偿器、端部汽的汽缸补偿器、端部汽封处的轴封补偿器以及封处的轴封补偿器以及中低压连通管处的波纹中低压连通管
12、处的波纹管进行补偿。管进行补偿。外缸与轴承座、内缸和外缸与轴承座、内缸和基础分离，基础分离，不参与机组不参与机组的滑销系统。的滑销系统。低低 压压 缸缸低低压压缸缸纵纵剖面剖面图图1低压转子2低压外缸上半3低压内缸上半4低压外缸6低压内缸下半7低压外缸下半在低在低压压缸端壁上装缸端壁上装设设排汽缸排汽缸喷喷水减温装置水减温装置。防止防止缸壁的温度缸壁的温度超过允许范围，超过允许范围，在低压缸适当位置上装设有向在低压缸适当位置上装设有向空泄放安全膜空泄放安全膜(安全阀安全阀)，其作用，其作用是防止汽缸遭受超压损害。是防止汽缸遭受超压损害。(三三)进进汽部分和中低汽部分和中低压连压连通管通管1 进
13、进汽部分汽部分（1）定）定义义：进进汽部分是指汽部分是指调节调节汽汽阀阀后蒸汽后蒸汽进进入汽缸第一入汽缸第一级喷级喷嘴的嘴的这这段区域。段区域。它包括调节汽阀至喷嘴室的主蒸汽(再热蒸汽)导管、导管与汽缸的连接部分和喷嘴室。它是汽缸中承受蒸汽压力温度最高的部分。（2）超高参数大容量的汽）超高参数大容量的汽轮轮机采用与汽缸分开的蒸汽室的原因：机采用与汽缸分开的蒸汽室的原因：超高参数的机组，高压缸都采用双层缸结构，运行中内外缸有超高参数的机组，高压缸都采用双层缸结构，运行中内外缸有相对膨胀，不能将进汽部分与内缸合为一个整体；相对膨胀，不能将进汽部分与内缸合为一个整体；进汽部分承受的蒸汽压力温度都很高
14、，采用比汽缸更好的金属进汽部分承受的蒸汽压力温度都很高，采用比汽缸更好的金属材料来制造，为合理利用优质耐高温金属材料，采用分开结构比较合材料来制造，为合理利用优质耐高温金属材料，采用分开结构比较合理；理；进汽部分承受的蒸汽压力温度都很高，汽缸温度稍低，为使汽进汽部分承受的蒸汽压力温度都很高，汽缸温度稍低，为使汽缸设计制造成对称形受热均匀的形状，运行时以减小汽缸的热应力、缸设计制造成对称形受热均匀的形状，运行时以减小汽缸的热应力、热膨胀和热变形，采用分开结构比较合理。热膨胀和热变形，采用分开结构比较合理。2中低中低压连压连通管（通管（导导汽管）汽管）（1）中低）中低压连压连通管（通管（导导汽管）
15、的作用：汽管）的作用：完成多缸汽完成多缸汽轮轮机中工机中工质质在汽缸之在汽缸之间间的直接的直接转转移，即在最小的移，即在最小的压损压损下将蒸汽从下将蒸汽从中中压压排汽口引入低排汽口引入低压压缸。缸。（2）导导流叶片流叶片环环、膨、膨胀节胀节、平衡鼓、平衡鼓导导流叶片流叶片环环达到使汽流平衡地改达到使汽流平衡地改变变方向地目的。方向地目的。膨膨胀节补偿连胀节补偿连通管通管进进出汽口之出汽口之间间静子膨静子膨胀胀引起的相引起的相对对位移和自身的膨位移和自身的膨胀胀。平衡鼓起到汽流平衡的作用，减小蒸汽平衡鼓起到汽流平衡的作用，减小蒸汽对连对连通管的作用力。通管的作用力。汽轮机的启动、停机和功率的变化
16、，是汽轮机的启动、停机和功率的变化，是通过改变汽门的开度（或保持汽门在一通过改变汽门的开度（或保持汽门在一定的开度或全开汽门），调节进入汽轮定的开度或全开汽门），调节进入汽轮机的蒸汽量（或蒸汽参数）实现的，这机的蒸汽量（或蒸汽参数）实现的，这种调节蒸汽量或蒸汽参数的汽门称为调种调节蒸汽量或蒸汽参数的汽门称为调节汽门（简称调门）。节汽门（简称调门）。调节汽门调节汽门机组在停机时（特别是机组在运行中需紧急停机时），除了关闭调门外，还必须设置能快速切断汽源的汽门，即在调门出现泄漏的情况下，也能保证汽轮机降速停机，这种具有安全保护功能的汽门称为自动主汽门主汽门（简称主汽门）。自动主汽门自动主汽门在中压
17、缸进口处必须设置中压主汽门来紧急切断来自再热器及管道的蒸汽。另在中压缸进口处必须设置中压主汽门来紧急切断来自再热器及管道的蒸汽。另一方面在机组低负荷时为了维持锅炉再热器及旁路系统的稳定运行，保证再热一方面在机组低负荷时为了维持锅炉再热器及旁路系统的稳定运行，保证再热器有足够的冷却蒸汽流量，保护再热器不被烧坏，必须设置中压调门。器有足够的冷却蒸汽流量，保护再热器不被烧坏，必须设置中压调门。中压中压主汽门主汽门和中压调门和中压调门主汽门和调门组件主汽门和调门组件上汽上汽1000MW超超临界汽超超临界汽轮机采用全周进汽滑压运行轮机采用全周进汽滑压运行与补汽阀调频技术，设置有与补汽阀调频技术，设置有2
18、只高压主汽门和高压调门组只高压主汽门和高压调门组合件（简称合件（简称高压联合汽门高压联合汽门）、）、2只中压主汽门和中压调门组只中压主汽门和中压调门组合件（简称合件（简称中压联合汽门中压联合汽门）及及2只补汽调门只补汽调门，所有的汽门，所有的汽门均通过弹簧弹力来关闭，运均通过弹簧弹力来关闭，运行安全可靠。行安全可靠。主汽门 主调门1 主门阀座 10 调门阀座2 阀碟 11 阀杆（含阀碟）3 阀杆（含小阀碟）12 阀杆衬套4 滤网 13 内阀盖5 阀杆衬套 14 压板6 内阀盖 15 外阀盖7 压板 16 油动机8 外阀盖9 油动机高压部分有两个主汽门与调门组件，分别布置高压部分有两个主汽门与调
19、门组件，分别布置在高压缸两侧。每个组件包括：在高压缸两侧。每个组件包括：一个主汽阀和一个调节阀，他们共用一个阀壳。一个主汽阀和一个调节阀，他们共用一个阀壳。主蒸汽进汽部分示意图主蒸汽进汽部分示意图独特的切向旋涡冷却技术利用涡流原理降低温度约15度，满足较高再热温度的要求。1 再热蒸汽进口再热蒸汽进口 2 中压缸中压缸 3 再热主门和调门组件再热主门和调门组件 4 再热调门油动机再热调门油动机5 再热主门油动机再热主门油动机 6 中压进汽插管中压进汽插管 7 再热调门再热调门 8 再热主汽门再热主汽门采用采用补补汽汽调节阀调节阀的的目目的：的：第一第一是使滑是使滑压压运行机运行机组组在在额额定流
20、量下，定流量下，进进汽汽压压力达到力达到额额定定值值；第二第二是使机是使机组实际组实际运行运行时时，不必通，不必通过过主主调门调门的的节节流就具流就具备调频备调频功能，功能，可避免可避免节节流流损损失，而且失，而且调频调频反反应应速度快，可减速度快，可减少少锅锅炉的炉的压压力波力波动动。补汽阀的功能补汽阀的功能：（1）当汽）当汽轮轮机的最大机的最大进进汽量与汽量与THA工况流量之比工况流量之比较较大大时时，可采用，可采用补补汽技汽技术术，超出，超出额额定流量的部分由外置的定流量的部分由外置的补补汽汽调节阀调节阀提供，即提供，即补补汽汽阀阀一般在最佳运行一般在最佳运行经济经济工况点后工况点后开启
21、，控制开启，控制额额外的蒸汽外的蒸汽进进入高入高压压缸以使汽缸以使汽轮轮机在机在额额定功定功率外再增加一部分率外再增加一部分输输出功率，出功率，满满足在足在该该工况外机工况外机组组能能够够到达更高的到达更高的负负荷。此荷。此时时主主调节门调节门在在额额定流量下可定流量下可设计设计成成全开，从而提高全开，从而提高额额定定负负荷以下所有工况的效率（机荷以下所有工况的效率（机组热组热耗可至少下降耗可至少下降40kJ/（kWh）。（2）对对超超超超临临界高温汽界高温汽轮轮机，机，补补汽汽还还能起到能起到对对汽缸的汽缸的冷却作用。在机冷却作用。在机组组正常运行中正常运行中补补汽汽阀阀通通过过保持一定的保
22、持一定的漏汽，充分利用漏汽，充分利用补补汽温度始汽温度始终终低于主蒸汽低于主蒸汽30的特点，的特点，对对汽缸起到冷却作用，有利于提高高温部件的可靠性。汽缸起到冷却作用，有利于提高高温部件的可靠性。（3）补补汽汽阀还阀还具有提高具有提高变负变负荷速率的功能（具有荷速率的功能（具有调频调频功能），有利于提高大功能），有利于提高大电电网的网的稳稳定性。定性。进口出口油动机(四四)汽缸的支承和滑销系统汽缸的支承和滑销系统1 汽缸的支承：汽缸的支承：汽缸通过轴承座及本身的搭脚支承在基础台板上，基础台板又用地脚螺栓固定在基础上。（1）猫爪支承）猫爪支承下猫爪支承下猫爪支承由下汽缸水平法兰前后延伸出的猫爪作
23、为支承猫爪，分别支承在汽缸前后的轴承座上。分为非中分面下猫爪支承下猫爪支承和中分面下猫爪支承。下猫爪支承。特点：特点：非中分面下猫爪支承下猫爪支承的承力面与汽缸水平中分面不在一个平面上。其优点是结构简单，安装检修方便；缺点是汽缸受热使猫爪因温度升高而产生膨胀时，导致汽缸中分面抬高，使静子和转子不在一个中心线上，从而改变了静、动部分的径向间隙，严重时会造成静、动部分摩擦甚至碰撞振动而损坏汽轮发电机组。非中分面下猫爪支承下猫爪支承只适用于温度不高的中低参数机组的高压缸的支承。中分面下猫爪支承下猫爪支承是抬高猫爪的位置使其承力面正好与汽缸的中分面在同一水平面上，从而克服了非中分面下猫爪支承下猫爪支承
24、的缺点。这种结构使下汽缸的加工变的复杂，但安装检修简单。现常用于高参数大容量的机组的高、中压缸的支承。（如上海汽轮机厂300MW机组采用的支承结构就是中分面下猫爪支承下猫爪支承）（a a）非中分面支承）非中分面支承 (b)(b)中分面支承中分面支承由上汽缸水平法兰前后延伸出的猫爪作为支承猫爪，分别支承在汽缸前后的轴承座上。特点：特点：这种支承结构与中分面下猫下猫爪支承爪支承一样，汽缸受热膨胀时，不会影响汽缸的中心线。同样克服了非中分面下猫爪支承下猫爪支承的缺点。但其缺点是由于下缸是靠水平法兰螺栓吊在上缸上，螺栓受力增加，而且对中分面密封也不利，其安装也比较复杂。（2）台板（搭脚）支承）台板（搭
25、脚）支承低压缸的温度低，外形尺寸较大，低压缸一般采用下缸伸出的搭脚直接支撑在基础台板上，虽然它的支撑面比汽缸中分面低，但因排汽缸温度低，膨胀小，故影响不大。轴向两端预埋入基础的固定板确定了低压缸的轴向位置，在两轴向定位板连线上，汽缸不允许轴向位移，轴向定位板连线和横向定位板连线的交点，既是低压缸的膨胀死点2滑销系统滑销系统（1）主要任主要任务务（作用）：（作用）：保保证证汽汽轮轮机在启机在启动动加加热热和停机冷却和停机冷却时时，其，其动动、静部件能沿着、静部件能沿着设设定的方向定的方向顺畅顺畅地膨地膨胀胀与收与收缩缩。保。保证动证动静静间间隙和隙和动动静中心。静中心。（2）滑滑销销系系统统的的
26、组组成成：滑滑销销系系统统通常由横通常由横销销、纵销纵销、立、立销销、角、角销销及死点等及死点等组组成。成。横横销销引导汽缸沿横向滑动，并在轴向起定位作用。一般安装在低压缸的搭脚与台板之间，左右各装一个。高中压缸猫爪与轴承座之间也设有横销，称为猫爪横销。纵销纵销引导轴承座或汽缸沿轴向滑动，并限制轴向中心线横向移动。纵销纵销与横与横销销中中心心线线的交点的交点为为膨膨胀胀的固定点，称的固定点，称为为死点死点。纵销一般安装在轴承座底部与台板之间及低压缸与台板之间，处于汽轮机的轴向中心线正下方。立立销销引导汽缸的膨胀沿垂直方向的滑动，并与纵销共同保持机组的轴向中心不变。立销安装在汽缸与轴承座之间也处
27、于机组的纵向中心线正下方。角角销销安装在轴承座底部左右两侧，其作用是防止轴承座与基础台板脱离。汽轮机滑销结构示意图汽轮机滑销结构示意图（a）猫爪横销（b）前缸立销（c）前轴承纵销（d）角销（压板）（e）联系螺栓（f）后缸立销u高、中压汽缸和低压内缸落地设计高、中压汽缸和低压内缸落地设计（1）高、中压汽缸通过猫爪支撑在轴承座上，轴承座直接支撑在基础上）高、中压汽缸通过猫爪支撑在轴承座上，轴承座直接支撑在基础上，汽缸不承受转子重量的影响，变形小，易保持动静间隙的稳定。（2）低压内缸）低压内缸通过猫爪直接支撑在轴承座上，并以推拉装置与中压外缸相连，以保证动静间隙。通过猫爪直接支撑在轴承座上，并以推拉
28、装置与中压外缸相连，以保证动静间隙。（3）各个轴承座固定不动）各个轴承座固定不动，与其他轴承座要动的机型相比，滑动面小，膨胀阻力小，滑动非常顺畅；可以快速启动。u低压外缸与凝汽器刚性连接低压外缸与凝汽器刚性连接低压外缸现场焊接，和凝汽器刚性连接，减少了基础载荷。凝汽器真空变化凝汽器真空变化不影响内缸及转子变形。不影响内缸及转子变形。u膨胀系统膨胀系统（1）汽缸与转子的绝对死点及相对死点均在高中压缸之间的推力轴承处，汽）汽缸与转子的绝对死点及相对死点均在高中压缸之间的推力轴承处，汽缸与转子同方向膨胀，为此动静叶片的相对间隙变化最小，胀差小。缸与转子同方向膨胀，为此动静叶片的相对间隙变化最小，胀差
29、小。（2）中压外缸与低压内缸、低压内缸之间有推拉杆联动。）中压外缸与低压内缸、低压内缸之间有推拉杆联动。（3）汽缸与轴承座之间有耐磨、低摩擦和滑动性能良好的金属介质（石墨）。）汽缸与轴承座之间有耐磨、低摩擦和滑动性能良好的金属介质（石墨）。（4）低压外缸通过轴封补偿器和端部汽封弹性连接，轴封补偿器可以吸收内）低压外缸通过轴封补偿器和端部汽封弹性连接，轴封补偿器可以吸收内外缸相对膨胀。外缸相对膨胀。（3）滑销系统的特点滑销系统的特点（上汽（上汽1000MW汽轮机）汽轮机）低压缸与中压缸之间推拉杆示意图低压缸与中压缸之间推拉杆示意图上汽西门子上汽西门子1000MW汽轮机组滑销系统示意图汽轮机组滑销
30、系统示意图汽缸与转子的膨胀示意图汽缸与转子的膨胀示意图二、隔板、隔板套和静叶二、隔板、隔板套和静叶环环、静叶持、静叶持环环1隔板、隔板套隔板、隔板套结构上要求隔板必须具有足够的强度与刚度、较好的流动性、合理的支承与定位，保证静止或运行状态均能与转子中心一致。隔板安装在汽缸内隔板槽或者隔板套中。隔板是冲隔板是冲动动式汽式汽轮轮机各机各级级的的间间壁。其作用用来固定汽壁。其作用用来固定汽轮轮机各机各级级的静叶片；隔的静叶片；隔板内孔安装隔板汽封以减少板内孔安装隔板汽封以减少级间级间漏汽；将汽漏汽；将汽轮轮机通流部分分隔成若干个机通流部分分隔成若干个级级。2静叶静叶环环和静叶持和静叶持环环（反（反动
31、级动级）高中压第一级采用了高中压第一级采用了非常独特的结构形式斜置静叶；反动式全弯曲扭静叶片斜置静叶；反动式全弯曲扭静叶片上汽上汽1000MW机组机组静静叶片特点叶片特点u第一第一组为组为低反低反动动度叶片度叶片级级（约约20的反的反动动度），降低度），降低进进入入转转子子动动叶的温度。叶的温度。u进进汽的第一汽的第一级级斜置静叶斜置静叶结结构：构：级级效率高，漏汽效率高，漏汽损损失小；失小；防止固体防止固体颗颗粒冲粒冲蚀蚀叶片。叶片。u滑滑压压运行方式，大幅度提运行方式，大幅度提高超高超临临界机界机组组部分部分负负荷的荷的经济经济性。性。u100的全周的全周进进汽，汽，对动对动叶叶片无任何附
32、加激振力。片无任何附加激振力。u滑滑压压及全周及全周进进汽根本上消汽根本上消除了除了喷喷嘴嘴调节调节造成的汽隙激振造成的汽隙激振问题问题。u滑滑压压及全周及全周进进汽使第一汽使第一级级动动静叶片的最大静叶片的最大载载荷大幅度下荷大幅度下降，根本解决了第一叶片降，根本解决了第一叶片级级采采用用单单流程的流程的强强度度设计问题设计问题。u切向切向进进汽的第一汽的第一级级斜置静斜置静叶叶结结构流道构流道简简捷、无径向漏汽捷、无径向漏汽损损失，无双流失，无双流180度大回度大回转转，压损压损小。小。中压内缸第一级斜置静叶示意图中压内缸第一级斜置静叶示意图末级静叶独特的防水蚀结构技术示意图末级静叶独特的
33、防水蚀结构技术示意图u末级叶片设计为空心静叶。末级叶片设计为空心静叶。末级空心静叶以两种方式防止末级空心静叶以两种方式防止水滴侵蚀：一是空心静叶具有水滴侵蚀：一是空心静叶具有疏水槽，可以将静叶导向叶片疏水槽，可以将静叶导向叶片表面形成的冷凝液膜（水珠）表面形成的冷凝液膜（水珠）抽到凝汽器中；二是空心静叶抽到凝汽器中；二是空心静叶加热，使静叶导向叶片上的冷加热，使静叶导向叶片上的冷凝液膜（小水滴）蒸发，防止凝液膜（小水滴）蒸发，防止在叶片表面形成大的水滴。在叶片表面形成大的水滴。避免水冲击可采取的措施避免水冲击可采取的措施u在汽轮机内部装设水分离装置在汽轮机内部装设水分离装置；u静叶和动叶之间有
34、足够大的轴向间隙静叶和动叶之间有足够大的轴向间隙；u汽缸及叶片结构方面采取预防措施，即采用细的叶片后缘，优化末级静叶外形，汽缸及叶片结构方面采取预防措施，即采用细的叶片后缘，优化末级静叶外形，以防止有流动死区以及形成较大的水滴以防止有流动死区以及形成较大的水滴；低压末级动、静叶片示意图低压末级动、静叶片示意图三、三、轴轴承：（滑承：（滑动轴动轴承）承）径向支持径向支持轴轴承承：支承转子轴颈并减少其转动摩擦阻力的部件。其作用是承受转子的质量和旋转时的不平衡力，并确保转子的径向位置。推力推力轴轴承：承：承受转子的轴向推力并确保转子的轴向位置的滑动轴承。1滑滑动轴动轴承的工作原理承的工作原理：建立建
35、立稳稳定的楔形油膜。定的楔形油膜。2油膜形成条件：（油膜形成条件：（维维持持轴轴承承稳稳定工作的条件）定工作的条件）两滑动面之间构成楔形间隙；两滑动面之间要有相对运动，且运动方向是使油由宽口进窄口出；两滑动面之间必须充满有一定黏性的润滑油。在一定的条件下，在一定的条件下，轴轴承承宽宽承承载载能力增能力增强强，油的运，油的运动动黏性系数大、油的黏性系数大、油的压压力高、力高、转转子的子的转转速高，油膜厚度厚，承速高，油膜厚度厚，承载载能力能力强强，轴颈轴颈被抬高。被抬高。3支持支持轴轴承承类类型及特点：型及特点：圆柱形轴承（稳定性较差）椭圆形轴承三油锲轴承（易油膜振荡）可倾瓦轴承（稳定性好）轴承
36、中油膜及油楔的形成原理示意图轴承中油膜及油楔的形成原理示意图（a）轴颈轴颈在在轴轴瓦中构成楔形瓦中构成楔形间间隙（隙（b）轴轴心运心运动轨动轨迹及油楔中的迹及油楔中的压压力分布（周向）力分布（周向）（c）油楔中的）油楔中的压压力分布（力分布（轴轴向）向）4推力推力轴轴承、推力支持承、推力支持联联合合轴轴承：承：由工作瓦、定位瓦和轴承体组成。工作瓦及定位瓦各812块推力瓦，均布在转子推力盘（转子膨胀的相对死点：运行时转子以推力盘工作面为基准向两侧膨胀，而该工作面相对于静子没有位移，该工作面成为。）两侧同一圆周上。推力瓦的工作面都浇铸一层乌金（乌金厚度小于通流部分的最小轴向间隙，一般为1.5mm。
37、避免烧瓦乌金全部熔化事故后，轴向间隙消失而引起动静部分直接摩擦。），其背后在偏向润滑油侧有一条允许本身摆动的凸棱（工作支点）。推力推力轴轴承承润润滑油温升能反映滑油温升能反映转转子子轴轴向推力的向推力的变变化，但不能敏感地反映化，但不能敏感地反映轴轴向推力向推力的大小。直接的大小。直接测测量推力瓦的温度，灵敏地反映推力瓦量推力瓦的温度，灵敏地反映推力瓦处处的的润润滑情况和滑情况和轴轴向推力的向推力的大小。大小。1号轴承采用双油契椭圆轴承号轴承采用双油契椭圆轴承，润滑油供应充足，能确保转子的平稳运转。2号轴承采用径向联合推力轴承，支持轴承也为双油契椭圆轴承，推力轴承号轴承采用径向联合推力轴承，支
38、持轴承也为双油契椭圆轴承，推力轴承为可倾瓦结构，被弹性支承在轴瓦上，因而可以将转子轴向推力通过轴瓦为可倾瓦结构，被弹性支承在轴瓦上，因而可以将转子轴向推力通过轴瓦传送到轴承垫上。传送到轴承垫上。3号、号、4号、号、5号轴承采用改进的椭圆形轴颈轴承，单向供油。号轴承采用改进的椭圆形轴颈轴承，单向供油。1号径向轴承结构示意图号径向轴承结构示意图正常运行时汽轮机轴承金属温度都小于正常运行时汽轮机轴承金属温度都小于1051轴承壳体上半 2油封 3转子 4轴承壳体下半5支撑垫块 6、7键8调整垫片 9调整垫片 10圆柱垫块 11轴承座12顶轴油孔正常运行时汽轮机轴承金属温度都小于105 径向推力联合轴承
39、的纵向和横向截面图径向推力联合轴承的纵向和横向截面图1轴承座上半2轴承壳体上半3、8键4推力瓦块5轴承衬套6转子 7轴承座下半 9轴承壳体下半 10调整垫片11球面垫块12调整垫片13球面座a顶轴油孔轴颈中心涡动频率、振幅与转速的关系轴颈中心涡动频率、振幅与转速的关系半速涡动半速涡动当转速由零开始升高时，起初没有振动，只是随着不同的转速，轴颈中心处于不同的偏心位置。当转速升高到A点时，轴颈中心开始出现振动，但振动较小，振幅也不大，振动频率约等于A点转速的一半。继续升速时振幅基本不变而频率总保持当时的转速的一半。油膜振荡油膜振荡当转速升高到转子第一临界转速c1时（图中A1点），振动加剧，振幅突然
40、增加，频率等于c1。超过第一临界转速后，振幅重又降低，频率也恢复为当时转速的一半。当转速升高到两倍第一临界转速时（图中A2点，），振动又加剧，振幅增大，频率等于此时转速的一半，即等于一半c1。此时转速继续升高，振幅不再减小，频率始终保持第一临界转速不变。由于转速升高到A点后，轴颈开始失去稳定，涡动频率接近当时转速的一半，称为涡动频率接近当时转速的一半，称为半速半速涡动涡动。半速涡动一旦产生，就不再自行消。半速涡动一旦产生，就不再自行消失。如果半速涡动的角速度正好达到或超失。如果半速涡动的角速度正好达到或超转子的第一临界转速，轴颈就失去了稳定转子的第一临界转速，轴颈就失去了稳定性，故称这个转速为
41、性，故称这个转速为失稳转速失稳转速。当轴颈转。当轴颈转速继续增加时，半速涡动的振动频率也增速继续增加时，半速涡动的振动频率也增加，当振动频率增加到等于转子的第一阶加，当振动频率增加到等于转子的第一阶临界转速的两倍时，涡动被共振放大，振临界转速的两倍时，涡动被共振放大，振幅增大，转轴产生剧烈跳动，这就是幅增大，转轴产生剧烈跳动，这就是油膜油膜振荡。振荡。由此可见，只有只有当转子的工作转速当转子的工作转速大于等于转子的临界转速的两倍时大于等于转子的临界转速的两倍时，才有才有可能发生油膜振荡可能发生油膜振荡。油膜振荡的产生示意图油膜振荡的产生示意图危害：危害：发生油膜振荡时轴颈振幅很大，会引起轴承油
42、膜破裂、轴颈与轴瓦碰撞甚至损坏。发生油膜振荡时轴颈振幅很大，会引起轴承油膜破裂、轴颈与轴瓦碰撞甚至损坏。另外，因其振动频率刚好等于转子的第一临界转速，称为转子的共振激发力，使因其振动频率刚好等于转子的第一临界转速，称为转子的共振激发力，使转子发生共振，可能导致转轴损坏转子发生共振，可能导致转轴损坏。防止和消除油膜振荡的基本方法防止和消除油膜振荡的基本方法：提高转子的失稳转速和第一临界转速。提高转子的失稳转速和第一临界转速。通过降低轴心位置以增大轴颈相对偏心率来提高轴承工作的稳定性通过降低轴心位置以增大轴颈相对偏心率来提高轴承工作的稳定性。u增加比增加比压压 所谓比压，就是轴承载荷与轴承垂直投影
43、面积（轴承长度直径）之比。u降低润滑油黏度降低润滑油黏度u调整轴承间隙调整轴承间隙u在轴承结构上采取措施抑制轴颈涡动漂移在轴承结构上采取措施抑制轴颈涡动漂移（如采用椭圆瓦轴承）2.2汽轮机转动部分结构汽轮机转动部分结构一、汽一、汽轮轮机机转转子子1汽汽轮轮机机转转子的作用：子的作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能，并把它传递给其它机械。发电用汽轮机的转子把得到的机械能传递给发电机。2分分类类u轮轮式式转转子子整整锻转锻转子子：整锻转子的叶轮和主轴是在同一个锻件上加工出来的。优优点：不会点：不会产产生叶生叶轮轮松松动问题动问题（径向温差（径向温差较较大大时时），），负负荷适荷适应应性好。性好。缺点
44、：缺点：锻锻件尺寸大，件尺寸大，钢锭钢锭的的浇铸浇铸和和锻锻造造难难度大，机械加工周期度大，机械加工周期长长。焊焊接接转转子子：由若干实心轮盘和两个端轴拼焊而成。它的它的锻锻件小，件小，锻锻造造质质量容易保量容易保证证，组焊组焊后的整体后的整体转转子的子的刚刚度好，能度好，能适适应应低低压转压转子直径大的要求。（子直径大的要求。（N125MW、N300MW）套装套装转转子：子：主轴和叶轮分别加工而成，主轴和叶轮采用红套。优优缺点与整缺点与整锻转锻转子相反。子相反。组组合合转转子：子：整锻转子与套装转子的结合。u鼓式鼓式转转子子由合金钢整锻而成，主要由转鼓、动叶片和联轴器组成由合金钢整锻而成，主
45、要由转鼓、动叶片和联轴器组成。典型鼓式低压转子结构示意图典型鼓式低压转子结构示意图典型整锻式转子结构示意图典型整锻式转子结构示意图典型套装式转子结构示意图典型套装式转子结构示意图典型焊接式转子结构示意图典型焊接式转子结构示意图中心孔：中心孔：整整锻转锻转子通常子通常钻钻一个直径一个直径为为100mm的小孔。的小孔。目的：目的：去掉材质差的部分，防止裂纹扩展；借助潜望镜检查锻件内部质量FATT：转子材料的低温脆化是当温度降至某一值时，冲击韧性显著下降，所以要求转子应在脆性脆性转变转变温度温度（简称FATT）以上工作。无中心孔的整锻转子无中心孔的整锻转子炼钢、锻造、热处理以及探伤技术水平的提高炼钢
46、、锻造、热处理以及探伤技术水平的提高，优优点：点：工作工作应应力低；力低；安全性能好；安全性能好；有利于使用更有利于使用更长长的叶片；的叶片；可以延可以延长长机机组组的使用寿命；的使用寿命；有利于改善机有利于改善机组组的启的启动动性能，性能，缩缩短启短启动时间动时间；造价便宜。造价便宜。典型无中心孔转子三维图典型无中心孔转子三维图上汽上汽1000MW汽轮机组转子汽轮机组转子特点：特点：反动式机组，采用反动式机组，采用鼓式转子鼓式转子。汽轮机组的轴系由汽轮机组的轴系由1个单流程反向高压转子、个单流程反向高压转子、1个双流程中压转子和个双流程中压转子和2个双流个双流程低压转子组成。四个汽轮机转子均
47、为程低压转子组成。四个汽轮机转子均为整锻式转子整锻式转子。由整锻主轴及一体锻造由整锻主轴及一体锻造的联接法兰和插入式动叶片组成，所有的联接法兰和插入式动叶片组成，所有转子均无中心孔转子均无中心孔。各转子之间全部采。各转子之间全部采用用刚性联轴器刚性联轴器连接。连接。高压转子和中压转子高压转子和中压转子，FATT（50为脆性）为脆性）50。低压转子低压转子其FATT（50为脆性）为脆性）-10。汽轮机转子的支承示意图汽轮机转子的支承示意图 N+1单轴承支承单轴承支承汽轮机的四根转子之间用整体法兰刚性联接在一起，分别由五只径向轴承来支承，除高压转子由两个径向轴承支承外，其余三根转子，即中压转子和两
48、根低压转子均只有一只径向轴承支承（除与发电机连接的低压转子外）。这种支承方式主要在于减少基础变形对于轴承荷载的影响，使得汽机转子能平稳运行。使得汽机转子能平稳运行。转子之间容易对中，安装维护简单，而且轴向长度可大幅度减少（结构比较紧转子之间容易对中，安装维护简单，而且轴向长度可大幅度减少（结构比较紧凑）凑）二、二、转转子上某些零部件的子上某些零部件的结结构和作用构和作用1主主轴轴：主轴是支持汽轮机转子在轴承中旋转的部件，是叶轮和叶片的载体。其作用是通过接受动叶传递来的力矩带动发电机转子。2叶叶轮轮：叶叶轮轮的作用的作用叶轮是用来装动叶的轮盘，是冲动式汽轮机转子的组成部分。其作用是将动叶的转动力
49、矩传递给主轴。轮轮系系叶轮和其上面的动叶片的统称为轮系。叶轮上平衡孔的作用叶轮上平衡孔的作用承受压降较大的高中压叶轮都开有平衡孔。其作用：疏走隔板漏汽，减少隔板漏汽损失。减少叶轮两侧压差，以减少轴向推力。3动动叶片：叶片：动叶片的作用将蒸汽的热能和动能转换为转子旋转机械能。叶型部分：叶型部分：叶高变化、抗侵蚀。叶根部分：叶根部分：将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。T形叶根形叶根：周向装配式叶根。：周向装配式叶根。加工方便，常用于短叶片。更换叶片时需拆卸许多完好的叶片，增加了装卸工作量。叉形叶根叉形叶根：径向装配叶根。：径向装配叶根。加工较简单，拆换叶片方便。装配时把叶根插入轮缘槽中以后，需用
50、铆钉固定，比较费工。纵树纵树形叶根形叶根：轴轴向装配叶根向装配叶根。承载截面接近按等强度分布，其承载能力最强拆装简单。叶根承力面多，外形复杂，加工精度要求高。叶叶顶顶部分：部分：包括围带和拉金。将叶片连成组。围带围带：（：（整体围带、铆焊围带、拱形围带。）其作用：减少叶片工作时的弯应力；调整叶片的自振频率；封闭汽流通道，以减少动叶顶部漏汽。拉金：（拉金：（整圈连接、成组连接、网状连接、Z形连接。）焊接拉金的作用：减少叶片的弯应力，改变叶片的刚度，提高叶片振动的安全性。松拉金的作用：增加叶片的离心力，以提高叶片的自振频率；增加叶片的阻尼，以减小叶片的振幅；限制叶片的扭曲变形和扭转振动。三、三、联