汽轮机本体结构特点

汽轮机本体结构特点第1页，共73页，2023年，2月20日，星期一目录A.汽轮机两大流派简介B.汽轮机本体C.汽轮机叶片D.转子E.汽缸F.隔板G.汽封H.轴承第2页，共73页，2023年，2月20日，星期一A.汽轮机两大流派简介冲动式汽轮机：冲动式汽轮机指蒸汽主要在静叶中进行膨胀增加流速，蒸汽热能被转换为动能，进入动叶栅改变流动方向，推动叶栅作周向运动，蒸汽的动能进一步转化为机械能。为了改善蒸汽在动叶中流动的合理性，现代冲动式汽轮机各级均具有一定的反动度（一般在5%~30%的范围内），即蒸汽在动叶片中也发生很小的一部分膨胀，从而使汽流得到一定的加速作用，但仍算作冲动式汽轮机。反动式汽轮机：指蒸汽不仅在喷嘴中，而且在动叶片中也进行膨胀的汽轮机，反动式汽轮机的动叶片上不仅受到由于汽流冲击而产生的作用力，而且受到蒸汽在动叶片中膨胀加速而产生的作用力。反动度在0.5左右。反动式汽轮机反动度常取0.5,以使动叶和静叶可取相同叶型，从而简化制造工艺。第3页，共73页，2023年，2月20日，星期一A.汽轮机两大流派简介两种技术各有优缺点，其中欧洲以反动式汽轮机为主流（如SIEMENS），美、日以冲动式汽轮机为主流(如GE、三菱重工），国内以杭汽集团为龙头，杭汽股份以反动式为主，中能公司做冲动式汽轮机。对于两种技术相互比较来说，效率高低并不是由做功原理不同决定的，影响效率的因素有很多：如（1）叶型开发能力的高低；（2）工况参数，适用范围是否是叶型开发的最佳工况；（3）机械加工水平，装配水平的高低。（4）本身两种技术各自存在的一些优缺点。第4页，共73页，2023年，2月20日，星期一A.汽轮机两大流派简介冲动式具有较大的热-功转换能力，并且变工况性能好，所以两类汽轮机都采用冲动级作为第一级（调节级）。中、小型汽轮机常采用复速级作为第一级，它是在一个叶轮上装有两列动叶，在两列动叶之间装有导向叶片。由喷嘴射出的高速汽流在第一列动叶内将一部分动能转变为机械功；经过导向叶片改变流动方向后，再进入第二列动叶片继续作功，利用了一部分余速动能。因此复速级的焓降及作功能力比单列级更大。杭汽股份西门子反动式汽轮机结构和中能公司冲动式汽轮机结构也是如此。杭汽股份反动式汽轮机均采用单列冲动式调节级，而中能公司根据设计参数的不同，在低参数时（如1.0MPa,280℃）也采用单列冲动式调节级，但在中温中压（如3.43MPa，435℃）或者高温高压（8.83MPa，535℃）时，采用双列复速级，这样使机组在保证效率的前提下，能减少压力级数，提高转子刚性，使临界转速能避开运行转速。第5页，共73页，2023年，2月20日，星期一A.汽轮机两大流派简介反动式汽轮机与冲动式汽轮机结构上最大的不同，冲动式汽轮机的动叶片出、入口侧比较薄，中间比较厚，从入口到出口，流道截面积基本不变；反动式汽轮机叶片入口侧比较厚，出口侧比较薄，流道从入口到出口横截面积逐渐缩小后再逐渐扩大。第6页，共73页，2023年，2月20日，星期一A.汽轮机两大流派简介相反，冲动式级，动叶前后压差小，可以做成叶轮式，这样，转子直径可以做小，使隔板漏汽量减少，隔板漏汽少导致的效率提高完全可以弥补叶轮面磨擦的负面影响。少量的漏汽通过平衡孔流入下一级，不影响动叶中的流动，这也是优点。冲动式在保证最佳速比的情况小，每级可以吸收较大的焓降，使级数减少，机身较短，降低成本，减少汽机房尺寸，降低土建成本。但主轴加工量的增加又使制造成本有一定的增加。第7页，共73页，2023年，2月20日，星期一A.汽轮机两大流派简介加工成本的比较：因为反动式汽轮机级数大大多于冲动式汽轮机，一般说来反动式汽轮机的级数约为冲动式汽轮机2~3倍，故加工成本来说，相同参数的汽轮机，反动式加工成本稍高于冲动式汽轮机；第8页，共73页，2023年，2月20日，星期一A.汽轮机两大流派简介效率的比较：（1）高温高压，高转速的背压机组比较：反动式汽轮机效率较高；（2）中温中压、低温低压低速（冷凝、背压）汽轮机组比较，冲动式汽轮机效率高；（3）反动式汽轮机末级余速损失较大，故冷凝机组的排汽压力设计偏高；冲动式汽轮机排汽压力设计可以偏低，增加了一定的效率。故在冷凝机组的比较上，要根据实际机型情况来决定。

第9页，共73页，2023年，2月20日，星期一B.汽轮机本体汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，它由转子和静子组成。转子包括动叶、叶轮、主轴、联轴节及紧固件等旋转部件。静子包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、汽封、轴承、轴承座、轴承座座架、底盘、滑销系统及有关紧固零件等。第10页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶片的结构和分类叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称叶片）静叶片（又称喷嘴叶片）动叶片安装在转子叶轮（冲动式汽轮机）或转鼓（反动式汽轮机）上，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。第11页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶片的组成由叶根、工作部分（或称叶身、叶型部分）、叶顶连接件（围带或拉金）组成。第12页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶根紧固动叶，使其在经受汽流的推力和旋转离心力作用下，不致于从轮缘沟槽里拔出来。常用的结构型式有：T型、叉型和枞树型等。第13页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶根

叶根结构（a）T型叶根；（b）外包凸肩T型叶根；(c）菌型叶根；（d）外包凸肩双T型叶根；（e）叉型叶根；（f）枞树型叶根第14页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶型叶型部分是叶片的基本部分，它构成汽流通道。

第15页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶型

（a）等截面直叶片（b）变截面扭曲叶片1—叶顶；2—叶型；3—叶根第16页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶片连接件

用围带、拉金连在一起的数个叶片

用围带、拉金将全部叶片连结在一起

不用围带、拉金连结的叶片

成组叶片（叶片组）整圈连接叶片单个叶片(自由叶片)第17页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶片连接件

围带或拉金的作用

可增加叶片刚性,降低叶片蒸汽力引起的弯应力,调整叶片频率。围带还构成封闭的汽流通道,防止蒸汽从叶顶逸出。有的围带还做出径向汽封和轴向汽封，以减少级间漏汽第18页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶片连接件

（a）整体围带；（b）铆接围带第19页，共73页，2023年，2月20日，星期一C.汽轮机叶片叶片连接件

拉金一般是以6～12mm的金属丝或金属管，穿在叶身的拉金孔中。拉金与叶片之间可以是焊接的（焊接拉金），也可以是不焊接的（松拉金）。拉金处在汽流通道中间，将影响级内汽流流动，同时，拉金孔削弱了叶片的强度，所以在满足振动和强度要求的情况下，有的长叶片可设计成自由叶片。第20页，共73页，2023年，2月20日，星期一D.转子转子是汽轮机的最重要的部套，他的工作条件比较复杂。在设计中，重点需要关注的是临界转速和强度。这两方面在实际运行过程中主要体现在升速时跨临界和超速时跳闸停机两方面的保护。这两方面，临界转速确定了汽轮机运行的稳定性，强度方面确定了汽轮机运行的安全性。任何一方面出现问题均是没法补救的，故我们在设计中需要重点关注这两方面的问题，在实际使用中也需对这两方面重点关注，尤其是试车阶段，必须明确确定该机组的临界转速和跳闸转速，以免因这方面的疏忽造成重大事故。第21页，共73页，2023年，2月20日，星期一（1）按制造工艺的不同：分为套装转子、整锻转子、组合转子。一般来说，中温中压进汽参数的发电汽轮机，基本上采用套装转子。高速工业驱动汽轮机采用整锻转子。高参数进汽参数的发电汽轮机采用组合转子，即前半部分采用整锻转子，后半部分采用套装转子。（2）按临界转速是否在运行转速范围内，分为刚性转子和柔性转子。在启动过程中，刚性转子启动就很方便，不存在跨临界区域，而柔性转子因需要快速的跨临界，故要求用户在实际启动过程中，要充分暖机，为快速跨临界作好准备。（3）按形状来分：转轮型转子和转鼓型转子。D.转子第22页，共73页，2023年，2月20日，星期一D.转子套装转子的叶轮、轴封套、联轴节等部件是分别加工后红套在阶梯形主轴上的。各部件与主轴之间采用过盈配合，以防止叶轮等因离心力及温差作用引起松动，并用键传递力矩第23页，共73页，2023年，2月20日，星期一D.转子整锻转子的叶轮、轴封套和联轴节等部件与主轴是由一整锻件车削而成，无热套部件，这解决了高温下叶轮与主轴连接可能松动的问题。第24页，共73页，2023年，2月20日，星期一D.转子焊接转子采用分段锻造，焊接组合，它主要由若干个叶轮与端轴拼合焊接而成。第25页，共73页，2023年，2月20日，星期一D.转子组合转子高温段采用整锻结构，而在中、低温段采用套装结构，形成组合转子，以减小锻件尺寸。第26页，共73页，2023年，2月20日，星期一D.转子转轮型转子叶片装在叶轮上，叶轮紧固在轴上，蒸汽对叶片的作用力靠叶轮传给轴，转子级数较少，每一级中蒸汽的热焓降较大，一般应用在冲动式汽轮机上。转鼓型转子的叶片直接装在转鼓上，蒸汽对叶片的作用力靠转鼓传给轴，这种转子结构简单，弯曲度小，适用于级数多，每级热焓降不大和要求强度较大的反动式汽轮机上。第27页，共73页，2023年，2月20日，星期一D.转子鼓式转子第28页，共73页，2023年，2月20日，星期一汽缸根据所处位置不同可以分为高压缸、中压缸、低压缸。根据工艺不同，可以分为铸造缸和焊接缸。一般来说，发电机组因设计参数比较固定，本体修改比较少，为了缩短加工周期和降低加工成本，一般采用铸造缸。而驱动机组因变化比较多，排缸一般设计成焊接排缸。还有一种就是因排汽压力比较高，为防止前后缸接缸处漏气，做成整体缸。

E.汽缸第29页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸汽缸的作用除了安装静子外，最重要的一个作用是将蒸汽和大气隔开，形成能力转换的环境。第30页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸汽缸的支承汽缸的支承方式猫爪支承

台板支承

下猫爪支承

上猫爪支承

非中分面猫爪支承

中分面猫爪支承

第31页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸汽缸的支承①下猫爪支承（a）非中分面支承；（b）中分面支承1—猫爪；2—横销；3—轴承座；4—汽缸中分面第32页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸汽缸的支承②上猫爪支承1—上缸猫爪；2—下缸猫爪；3—安装垫铁；4—工作垫铁；5—水冷垫铁；6—定位销；7—定位销；8—紧固螺栓；9—压块第33页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸汽缸的支承③内缸的支承方式中分面支承非中分面支承第34页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸汽缸的支承④台板支承第35页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸滑销系统1.作用（1）保持汽缸和转子中心一致，避免因热胀导致中心变化，引起机组振动或动静相擦；（2）保证汽缸能自由膨胀，以免发生过大应力引起变形；（3）使转子和静子部分轴向和径向间隙符合要求.第36页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸滑销系统2.分类

立销用于引导汽缸垂直方向位移纵销用于引导汽缸、轴承箱水平轴向位移横销用于引导汽缸、轴承箱水平横向位移猫爪横销保持汽缸与轴承箱之间的轴向位置不变，同时引导汽缸水平横向膨胀。角销用于限制轴承箱与台板脱离第37页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸滑销系统第38页，共73页，2023年，2月20日，星期一E.汽缸滑销系统第39页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板作用隔板用以固定汽轮机各级的静叶片和阻止级间漏汽，并将汽轮机通流部分分隔成若干个级。它可以直接安装在汽缸内壁的隔板槽中，也可以借助隔板套安装在汽缸上。隔板通常做成水平对分形式，其内圆孔处开有隔板汽封的安装槽。为了适应结构上的需要，冲动式汽轮机在汽缸上装有支承隔板的隔板套，而反动式汽轮机在汽缸上装的是支承静叶环的静叶持环。第40页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板分类隔板的分类焊接隔板

铸造隔板

铸钢隔板铸铁隔板第41页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板分类（a）普通焊接隔板；（b）带加强筋的焊接隔板1—隔板外环；2—外围带；3—静叶片；4—内围带；5—隔板体；6—径向汽封；7—汽封槽；8—加强筋第42页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板分类铸造隔板1—外缘；2—静叶片；3—隔板体第43页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板隔板套将相邻几级隔板装在一个隔板套中，然后将隔板套装在汽缸上，上下隔板套之间采用螺栓连接，隔板套在汽缸内的支承和定位采用悬挂销和键的结构。隔板套通过其下半部分两侧的悬挂销支承在下汽缸上，隔板套的上、下中心位置通过改变垫片的厚度来实现，其左右中心位置靠隔板套底部的平键或定位销来定位。为保证隔板套的热膨胀，它与汽缸凹槽之间一般留有１～２mm的间隙，隔板在隔板套或汽缸内的支承和定位也是采用悬挂销和键支承定位结构。第44页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板隔板套1—上隔板套；2—下隔板套；3—连接螺栓；4—上汽缸；5—下汽缸；6—悬挂销；7—垫片；8—平键；9—定位销；10—顶开螺钉第45页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板隔板套第46页，共73页，2023年，2月20日，星期一F.隔板静叶环和静叶持环反动式汽轮机没有叶轮和隔板，动叶片直接嵌装在转子的外缘上，静叶环装在汽缸内壁或静叶持环上。第47页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封类型

按安装部位轴端汽封隔板汽封通流部分汽封第48页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封类型

按定位方式固定汽封可活动汽封第49页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封类型

按结构形式碳精式汽封水封式汽封曲径式汽封梳齿形枞树形J形蜂窝形第50页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封作用1）轴端汽封高压端的作用是减少蒸汽向外漏汽；低压凋汽封的作用是防止空气漏入排汽缸破坏真空（冷凝机组）或者是防止蒸汽向外漏气（背压机组）。第51页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封作用2）隔板汽封减少级间漏气，维持隔板前后的压力差。第52页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封作用3）通流部分汽封减少叶片上部和下部漏气。第53页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封结构

（a）高低齿（b）平齿（c）斜平齿第54页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封结构

（a）前轴封（b）后轴封（c）隔板汽封第55页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封结构

J型密封第56页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封结构

蜂窝形密封第57页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封结构

布莱登密封1-弹簧；2-汽封体；3-汽封环；4-汽封套；5-用于汽封环背面加压的切口第58页，共73页，2023年，2月20日，星期一G.汽封国产的中小型汽轮机的汽封都采用薄片型和高低齿型迷宫汽封。汽封环分成4~6块，装在汽封体上用弹簧片压紧。弹簧片的作用是箍紧汽封环，并保证轴与汽封环碰撞时，汽封片能有一定的退让余地，防止汽封和主轴损坏。前后汽封各有调整垫片，用以调整汽封片轴向间隙。因为转子的相对胀差的存在，前后汽封片轴向间隙不完全一样。第59页，共73页，2023年，2月20日，星期一H.轴承汽轮机轴承

径向支持轴承

推力轴承

径向支持轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力，并确定转子的径向位置，以保持转子旋转中心与汽缸中心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、隔板等静止部分的径向间隙正确。推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证通流部分动静间正确的轴向间隙。所以推力轴承被看成转子的定位点，或称汽轮机转子对静子的相对死点。

第60页，共73页，2023年，2月20日，星期一H.轴承径向支持轴承按轴承支承方式

固定式

自位式

第61页，共73页，2023年，2月20日，星期一H.轴承径向支持轴承按轴承油楔数量圆筒形轴承（1个油楔）

椭圆形轴承（2个油楔）三油楔轴承（3个油楔）袋式轴承可倾瓦轴承3-6油楔

第62页，共73页，2023年，2月20日，星期一H.轴承径向支持轴承圆筒形轴承1一轴瓦；2一调整垫铁；3一垫片；4一节流孔板；5一油挡；6一进油口；7一锁饼；8一连接螺栓第63页，共73页，2023年，2月20日，星期一H.轴承径向支持轴承椭圆形轴承第64页，共73页，2023年，2月20日，星期一H.轴承径向支持轴承三轴楔轴承1一调