汽轮机原理汽轮机主要零部件结构

1、第六章汽轮机主要零件结构第六章汽轮机主要零件结构 汽轮机的工作条件：汽轮机的工作条件： 高温、高压、高转速高温、高压、高转速 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) ) 热变形热变形( (汽缸热变形、转子热变形汽缸热变形、转子热变形- - -大轴弯曲大轴弯曲) ) 热疲劳、高温蠕变热疲劳、高温蠕变( (影响汽轮机寿影响汽轮机寿 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变形情况) ) 振动振动 影响机组安全影响机组安全 性的因素性

2、的因素(强强 度的角度度的角度) 汽轮机本体汽轮机本体 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 静止部分静止部分转动部分转动部分 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高压缸轴承

3、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： 汽缸汽缸是汽是汽轮机轮机的的外壳外壳，它承受

4、载荷、蒸汽对静止部分的反作用力、 热应力。其作用其作用： 起着封闭的作用。起着封闭的作用。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； 它与这些附件一起起到组织汽流流动的作用。它与这些附件一起起到组织汽流流动的作用。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

5、压缸、中压缸、低压缸 (保证合理利用材料等) 、汽缸通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

6、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，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

7、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 缸体整个周向壁厚为缸体整个周向壁厚为旋旋 转对称转对称，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 对称变形及局部热应力，对称变形及局部热应力， 使得使得机组在启动停机或机组在启动停机或 快速变负荷时缸体的温度梯快速变负荷时缸体的温度梯 度很小，将热应力保持在一度很小，将热应力保持在一 个很低的水平。个很低的水平。 高压缸纵剖面图高压缸纵剖面图 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

8、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级低级低 反动度叶片和反动度叶片和13级级 反动式扭叶片直接反动式扭叶片直接 装装在内缸上在内缸上。 高压缸结构高压缸结构示意图示意图 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

9、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

10、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 中压缸纵剖面图中压缸纵剖面图 1中压转子 2中压外缸上半 3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

11、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

12、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 低压缸纵剖面图低压缸纵剖面图 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 在低压缸端壁上装设排汽缸喷在低压缸端壁上装设排汽缸喷 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

13、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) 进汽部分和中低压连通管进汽部分和中低压连通管 1 进汽部分进汽部分 （1）定义：进汽部分是指调节汽阀后蒸汽进入汽缸第一级喷嘴的这）定义：进汽部分是指调节汽阀后蒸汽进入汽缸第一级喷嘴的这 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轮机采用与汽缸分开的蒸汽室的原因：）超高参数大容量的汽轮机采用与汽缸

14、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，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

15、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中低压连通管（导汽管）中低压连通管（导汽管） （1）中低压连通管（导汽管）的作用：）中低压连通管（导汽管）的作用： 完成多缸汽轮机中工质在汽缸之间的直接转移，即在最小的压损下将蒸汽从完成多缸汽轮机中工质在汽缸之间的直接转移，即在最小的压损下将蒸汽从 中压排汽口引入低压缸。中压排汽口引入低压缸。 （2）导流叶片环、膨胀节、平衡鼓）导流叶片环、膨胀节、平衡鼓 导流叶片环达到使汽流平衡地改变方向地目的。导流叶片环达到使汽流平衡

16、地改变方向地目的。 膨胀节补偿连通管进出汽口之间静子膨胀引起的相对位移和自身的膨胀。膨胀节补偿连通管进出汽口之间静子膨胀引起的相对位移和自身的膨胀。 平衡鼓起到汽流平衡的作用，减小蒸汽对连通管的作用力。平衡鼓起到汽流平衡的作用，减小蒸汽对连通管的作用力。 汽轮机的启动、停机和功率的变化，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

17、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

18、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 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只中压主汽门和中压调门 组合件（简称组合件（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，所有的汽 门均通过弹簧弹力来

19、关闭，门均通过弹簧弹力来关闭， 运行安全可靠。运行安全可靠。 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

20、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 采用补汽调节阀采用补汽调节阀的的 目的：目的： 第一第一是使滑压运行机组是使滑压运行机组 在额定流量下，进汽压在额定流量下，进汽压 力达到额定值；力达到额定值； 第二第二是使机组实际运行是使机组实际运行 时，不必通过主调门的时，不必通过主调门的 节流就具备调频功能，节流就具备调频功能， 可避免节流损失，而且可避

21、免节流损失，而且 调频反应速度快，可减调频反应速度快，可减 少锅炉的压力波动。少锅炉的压力波动。 补汽阀的功能补汽阀的功能： （1）当汽轮机的最大进汽量与）当汽轮机的最大进汽量与THA工况流量之比较大工况流量之比较大 时，可采用补汽技术，超出额定流量的部分由外置的补时，可采用补汽技术，超出额定流量的部分由外置的补 汽调节阀提供，即补汽阀一般在最佳运行经济工况点后汽调节阀提供，即补汽阀一般在最佳运行经济工况点后 开启，控制额外的蒸汽进入高压缸以使汽轮机在额定功开启，控制额外的蒸汽进入高压缸以使汽轮机在额定功 率外再增加一部分输出功率，满足在该工况外机组能够率外再增加一部分输出功率，满足在该工况外

22、机组能够 到达更高的负荷。此时主调节门在额定流量下可设计成到达更高的负荷。此时主调节门在额定流量下可设计成 全开，从而提高额定负荷以下所有工况的效率（机组热全开，从而提高额定负荷以下所有工况的效率（机组热 耗可至少下降耗可至少下降40kJ/ /（kWh）。 （2）对超超临界高温汽轮机，补汽还能起到对汽缸对超超临界高温汽轮机，补汽还能起到对汽缸 的冷却作用。在机组正常运行中补汽阀通过保持一定的冷却作用。在机组正常运行中补汽阀通过保持一定 的漏汽，充分利用补汽温度始终低于主蒸汽的漏汽，充分利用补汽温度始终低于主蒸汽30的特的特 点，对汽缸起到冷却作用，有利于提高高温部件的可点，对汽缸起到冷却作用，

23、有利于提高高温部件的可 靠性。靠性。 （3）补汽阀还具有提高变负荷速率的功能（具有调频补汽阀还具有提高变负荷速率的功能（具有调频 功能），有利于提高大电网的稳定性。功能），有利于提高大电网的稳定性。 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

24、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

25、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

26、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）主要任务（作用）：主要任务（作用）： 保证汽轮机在启动加热和停机冷却时，其动、静部件能沿着设定的方向保证汽轮机在启动加热和停机冷却时，其动、静部件能沿着设定的方向 顺畅地膨胀与收缩。保证动静间隙和动静中心。顺畅地膨胀与收缩。保证动静间隙和动静中心。 （2）滑销系统的组成滑销系统的组成： 滑销系统通常由横销、纵销、立销

27、、角销及死点等组成。滑销系统通常由横销、纵销、立销、角销及死点等组成。 横销横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。纵销与横销中纵销与横销中 心线的交点为膨胀的固定点，称为死点心线的交点为膨胀的固定点，称为死点。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。 立销立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于机组的纵向中心线正下方

28、。 角销角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，以保证动静间通过猫爪直接支撑在轴承座上，并以推拉装置与中压

29、外缸相连，以保证动静间 隙。（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。汽缸与转子同方向膨胀，为此动静叶片的相对间

30、隙变化最小，胀差小。 （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）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。内外缸相对膨胀。 （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

31、轮机组滑销系统示意图汽轮机组滑销系统示意图 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、隔板套和静叶环、静叶持环二、隔板、隔板套和静叶环、静叶持环 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。 隔板是冲动式汽轮机各级的间壁。其作用用来固定汽轮机各级的静叶片；隔隔板是冲动式汽轮机各级的间壁。其作用用来固定汽轮机各级的静叶片；隔 板内孔安装隔板汽封以减少级间漏汽；将汽轮机通流部分分隔成若干个级板内孔安装隔板汽封以减少级间漏汽；将汽轮机通流部分分隔成若干个

32、级。 2静叶环和静叶持环（反动级）静叶环和静叶持环（反动级） 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第一组为低反动度叶片级第一组为低反动度叶片级 （约（约20的反动度），降低进的反动度），降低进 入转子动叶的温度。入转子动叶的温度。 u进汽的第一级斜置静叶结进汽的第一级斜置静叶结 构：级效率高，漏汽损失小；构：级效率高，漏汽损失小； 防止固体颗粒冲蚀叶片。防止固体颗粒冲蚀叶片。 u滑压运行方式，大幅度提滑压运行方式，大幅度提 高超临界机组部分负荷的经济高超临界机组

33、部分负荷的经济 性。性。 u100的全周进汽，对动的全周进汽，对动 叶片无任何附加激振力。叶片无任何附加激振力。 u滑压及全周进汽根本上消滑压及全周进汽根本上消 除了喷嘴调节造成的汽隙激振除了喷嘴调节造成的汽隙激振 问题。问题。 u滑压及全周进汽使第一级滑压及全周进汽使第一级 动静叶片的最大载荷大幅度下动静叶片的最大载荷大幅度下 降，根本解决了第一叶片级采降，根本解决了第一叶片级采 用单流程的强度设计问题。用单流程的强度设计问题。 u切向进汽的第一级斜置静切向进汽的第一级斜置静 叶结构流道简捷、无径向漏汽叶结构流道简捷、无径向漏汽 损失，无双流损失，无双流180度大回转，度大回转， 压损小。压

34、损小。 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

35、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、轴承：（滑动轴承）三、轴承：（滑动轴承） 径向支持轴承径向支持轴承：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

36、的不平衡力，并确保转子的径向位置。 推力轴承：推力轴承：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滑动轴承的工作原理滑动轴承的工作原理： 建立稳定的楔形油膜。建立稳定的楔形油膜。 2油膜形成条件：（维持轴承稳定工作的条件）油膜形成条件：（维持轴承稳定工作的条件） 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，轴承宽承载能力增强，油的运动黏性系数大、油的压力高、在一定的条件下，轴承宽承载能力增强，油的运动黏性系数大、油的压力高、 转子的转速高，油膜厚度厚，承载能力强，轴颈被抬高。转子的

37、转速高，油膜厚度厚，承载能力强，轴颈被抬高。 3支持轴承类型及特点：支持轴承类型及特点： 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）轴颈在轴瓦中构成楔形间隙（）轴颈在轴瓦中构成楔形间隙（b）轴心运动轨迹及油楔中的压力分布（周向）轴心运动轨迹及油楔中的压力分布（周向） （c）油楔中的压力分布（轴向）油楔中的压力分布（轴向） 4推力轴承、推力支持联合轴承：推力轴承、推力支持联合轴承： 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

38、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。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）。 推力轴承润滑油温升能反映转子轴向推力的变化，但不能敏感地反映轴向推力推力轴承润滑油温升能反映转子轴向推力的变化，但不能敏感地反映轴向推力 的大小。直接测量推力瓦的温度，灵敏地反映推力瓦处的润滑情况和轴向推力的的大小。直接测量推力瓦的温度，灵敏地反映推力瓦处的润滑情况和轴

39、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

40、常运行时汽轮机轴承金属温度都小于105 1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

41、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 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

42、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

43、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，会引起轴承油膜破裂、轴颈与轴瓦碰撞甚至损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。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，可能导致转轴损坏力，使转子发生共振，可

44、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增加比压增加比压 所谓比压，就是轴承载荷与轴承垂直投影面积（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、汽轮机转子一、汽轮机转子 1汽轮机转子的作用

45、：汽轮机转子的作用： 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分类分类 u轮式转子轮式转子 整锻转子整锻转子：整锻转子的叶轮和主轴是在同一个锻件上加工出来的。 优点：不会产生叶轮松动问题（径向温差较大时），负荷适应性好。优点：不会产生叶轮松动问题（径向温差较大时），负荷适应性好。 缺点：锻件尺寸大，钢锭的浇铸和锻造难度大，机械加工周期长。缺点：锻件尺寸大，钢锭的浇铸和锻造难度大，机械加工周期长。 焊接转子焊接转子：由若干实心轮盘和两个端轴拼焊而成。 它的锻件小，锻造质量容易保证，组焊后的整体转子的刚度好，能它的锻件小，锻造质量容易

46、保证，组焊后的整体转子的刚度好，能 适应低压转子直径大的要求。（适应低压转子直径大的要求。（N125MW、N300MW ） 套装转子：套装转子：主轴和叶轮分别加工而成，主轴和叶轮采用红套。 优缺点与整锻转子相反。优缺点与整锻转子相反。 组合转子：组合转子：整锻转子与套装转子的结合。 u鼓式转子鼓式转子 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

47、示意图 中心孔：中心孔：整锻转子通常钻一个直径为整锻转子通常钻一个直径为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 要求转子应在脆性转变温度脆性转变温度（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、锻造、热处理以及探伤技术水平的提高， 优点：优点： 工作应力低；工作应力低； 安全性能好；安全性能好； 有利于使用更长的叶片；有利于使用更长的叶片； 可以延长机组的使用寿命；可以延长机组的使用寿命； 有

48、利于改善机组的启动性能，缩短启动时间；有利于改善机组的启动性能，缩短启动时间； 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，所有造的联接法兰和插入式动叶片组成，所有转子均无中

49、心孔转子均无中心孔。各转子之间全。各转子之间全 部采用部采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

50、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、转子上某些零部件的结构和作用二、转子上某些零部件的结构和作用 1主轴：主轴： 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叶轮：叶轮： 叶轮的作用叶轮的作用 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 是将动叶的转动力矩传递给主轴。 轮系轮系 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

51、。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动叶片：动叶片： 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，需用铆钉固定，比较费工。 纵树形叶根纵树形叶根：轴向装配叶根轴向装配叶根。承载截面接近按等强度分布，其承载能力最

52、强拆装简单。 叶根承力面多，外形复杂，加工精度要求高。 叶顶部分：叶顶部分：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、联轴器三、联轴器 1联轴器的作用：联轴器的作用： 联轴器联轴器是把汽轮发电机组各单跨转子连

53、接成轴系的重要部件。 其主要作用是传递扭矩和轴向推力。而传递轴向推力的能力要视它的结构 类型而定。 2联轴器的分类：联轴器的分类： 刚性联轴器：刚性联轴器：若两半联轴器直接刚性相连，则称为刚性联轴器； 汽轮机单跨转子之间。汽轮机单跨转子之间。 半挠性联轴器：半挠性联轴器：若中间通过波形筒等连接，即称为半挠性联轴器； 汽轮机转子与发电机转子之间。汽轮机转子与发电机转子之间。 挠性联轴器：挠性联轴器：若通过啮合件（如齿轮）或蛇形弹簧等连接，就成为挠性 联轴器。小汽轮机转子与水泵转子之间。 预扭安装叶片示意图预扭安装叶片示意图 转子上装有的多道汽封示意图转子上装有的多道汽封示意图 高压静叶和动叶典型

54、布置示意图高压静叶和动叶典型布置示意图 整圈自锁阻尼型的长叶片示意图整圈自锁阻尼型的长叶片示意图 带带T形叶根和围带的动叶三维图形叶根和围带的动叶三维图 刚性连轴器 半挠性联轴器 在汽轮机不进汽时拖动汽轮机转动的机构就叫盘车装置。在汽轮机不进汽时拖动汽轮机转动的机构就叫盘车装置。 盘车装置盘车装置 1启动冲转前或停机后投入盘车启动冲转前或停机后投入盘车，盘车可搅合汽缸内的汽流，以利于消除汽缸上、，盘车可搅合汽缸内的汽流，以利于消除汽缸上、 下温差，下温差，防止转子变形（大轴弯曲）防止转子变形（大轴弯曲），有助于消除温度较高的轴颈对轴瓦的损伤。，有助于消除温度较高的轴颈对轴瓦的损伤。 2启动冲转

55、前投入盘车启动冲转前投入盘车,用来检查汽轮机是否具备正常运行条件（如用来检查汽轮机是否具备正常运行条件（如动静部分是否有动静部分是否有 摩擦、主轴弯曲度是否符合规定、润滑系统工作是否正常等摩擦、主轴弯曲度是否符合规定、润滑系统工作是否正常等）的一种重要方法。）的一种重要方法。 3启动冲转前投入盘车启动冲转前投入盘车,减小冲转启动力矩减小冲转启动力矩,使汽轮机组平稳升速。使汽轮机组平稳升速。 在汽轮机转子转速高于盘车转速时自动脱扣，并使盘车装置停止转动。在汽轮机转子转速高于盘车转速时自动脱扣，并使盘车装置停止转动。 1000MW汽轮机采用低速高扭矩的液压马达汽轮机采用低速高扭矩的液压马达盘车盘车

56、 1000MW汽轮机采用低速高扭 矩的径向柱塞式液压马达其特点其特点 为：为： 1、盘车设备安装于前轴承座、盘车设备安装于前轴承座 前，采用液压马达进行驱动，工前，采用液压马达进行驱动，工 作油压力作油压力145bar。 2、盘车装置是自动啮合型，、盘车装置是自动啮合型， 能使汽轮发电机组转子从静止状能使汽轮发电机组转子从静止状 态转动，盘车转速为态转动，盘车转速为60转转/分。分。 3、盘车装置的配有超速离合、盘车装置的配有超速离合 器，能做到在汽轮机冲转达到一器，能做到在汽轮机冲转达到一 定转速后自动退出，并能在停机定转速后自动退出，并能在停机 时自动投入。时自动投入。 4、盘车装置与顶轴油系统、盘车装置与顶轴油系统、 发电机密封油系统间设联锁发电机密封油系统间设联锁。 1高压转子高压转子2与与1号轴承座连接号轴承座连接 3离合器离合器4液压马达液压马达 高压缸结构高压缸结构示意图示意图 12号轴承座2径向