汽机本体结构.ppt

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1、汽机本体结构,静止部分:汽缸,喷嘴室,隔板,静叶,汽封, 轴承,滑销系统,机座本体 转动部分:主轴,叶轮(转鼓),动叶,联轴器,汽轮机本体由转动部分和静止部分组成。转动部分称为转子，主要部件有动叶片、主轴和叶轮（反动式汽轮机为转鼓）、联轴器等；静止部分称为静子，主要部件有汽缸、隔板、轴承和汽封等。 第一节 动叶片 动叶片是蒸汽动能转换成转子机械能的重要部件。它在运行中受力复杂，工作条件又很恶劣。因此它不但要有良好的流动特性，以保证较高的能量转换效率，还要有足够的强度和完善的振动特性。 一、动叶片的结构 动叶片由叶型、叶根、叶顶三部分组成,二、叶片的强度 （一）叶片的受力分析 汽轮机工作时，叶片

2、受到的作用力主要有两种：叶片本身和与其相连的围带、拉金所产生的离心力；汽流的作用力。,三、叶片的振动,（一）引起叶片振动的激振力 汽轮机工作时，引起叶片振动的激振力主要是由于沿圆周方向汽流不均匀而产生的。根据频率高低，激振力可分为高频激振力和低频激振力。 1、高频激振力 由于喷嘴出汽边有一定的厚度及叶型上的附面层等原因，喷嘴出口汽流速度沿圆周分布不均匀，使得蒸汽对动叶的作用力分布不均匀，动叶每经过一个喷嘴所受的汽流力就变化一次，即受到一次激振。,2.低频激振力 由于制造加工的误差及结构等方面的原因，级的圆周上个别地方汽流速度的大小或方向可能异常，动叶每转到此处所受汽流力就变化一次，这样形成的激

3、振力频率较低，称为低频激振力。产生低频激振力的主要原因有：个别喷嘴加工安装有偏差或损坏；上下隔板结合面的喷嘴结合不良；级前后有加强筋，汽流受到干扰；部分进汽或喷嘴弧分段；级前后有抽汽口。若一级中有i个异常处，则低频激振力频率为： f=in,（二）叶片的振型 按叶片振动时其顶部是否摆动，切向振动可分为A型振动和B型振动两大类。 1.A型振动 叶片振动时，叶根不动、叶顶摆动的振动形式称为A型振动 自由叶片和叶片组均会发生A型振动,2.B型振动 叶片振动时，叶根不动、叶顶也基本不摆动的振动形式称为B型振动。用围带成组的叶片，除叶根固定外，叶顶也有支点，有可能发生B型振动。按节点的数目，B型振动也有B

4、0、B1等型式。叶片组发生B型振动时，组内叶片的相位大多是对称的,（三）叶片的自振频率叶片在静止时的自振频率称为静频率。等截面自由叶片静频率的计算公式为 由上式可知，叶片的自振频率取决于以下因素：1）叶片的抗弯刚度（EI）。（EI）越大，频率越高。2）叶片的高度lb。lb越高，频率越低。3）叶片的质量m。m越大，频率越低。4）叶片频率方程的根（kl），其值与叶片的振型有关。,随着激振力频率的提高，叶片上依次出现A0，B0，A1，B1。振动，在汽轮机的工作转速范围内可能出现的是A0，B0，A1三种振型，并且这三种振型振幅最大，所以说这三种为最危险振型。,影响叶片自振频率的因素 1）叶根的连接刚度

5、 2）工作温度 当温度升高时，叶片的弹性模量E降低，使自振频率降低。其影响用温度修正系数Kt来修正。,3）离心力 当叶片在旋转状态下工作，因振动而偏离平衡位置时，叶片上的离心力将偏离截面形心而形成一个附加弯矩，阻止叶片振动时的弯曲。因此，离心力的存在相当于增加了叶片的刚度，使叶片的自振频率提高。,4）叶片成组围带和拉金对叶片组内叶片的自振频率有两方面的影响：一是它们的质量分配到各叶片上，相当于叶片的质量增加，使频率降低；另外是它们对叶片的反弯矩使叶片的抗变形能力增加，使频率升高。叶片成组后的频率是升高还是降低，取决于以上哪方面影响更大些。一般情况下，刚度增加使频率增加的值大于质量增加使频率降低

6、的值。所以叶片组的频率通常比单个叶片的同阶频率高。,（五）叶片的调频 当调频叶片的自振频率不符合安全值的要求时，应对叶片的自振频率或激振力频率进行调整，称之为调频。 1）加装围带、拉金或改变围带、拉金的尺寸。 2）重新研磨叶根之间的结合面，以增加叶根的连接刚性。 3）在叶片顶部钻孔或切角，减小叶片的质量，提高自振频率。 4）改变叶片组内的叶片数。 5）采用松拉金或空心拉金。 6）在焊接围带和拉金与叶片连接处加焊，或对铆接围带重新捻铆不合格的铆钉，以增加连接的牢固程度，提高叶片的自振频率。,一、转子的结构（一）轮式转子按照制造工艺，轮式转子可分为整锻式、套装式、组合式和焊接式四种形式。1、套装转

7、子,2、整锻转子3、组合转子,4、焊接转子（二）鼓式转子,二、转子上的主要零部件（一）叶轮1、叶轮的结构2、叶轮的振动,（二）联轴器 联轴器又称靠背轮，它的作用是连接汽轮机的各转子及发电机转子，并传递转子上的扭矩。 按照结构和特性，联轴器可分为刚性联轴器、半挠性联轴器和挠性联轴器三种形式,三、转子的临界转速 在多数汽轮发电机组启动和停机过程中，当转速升高到某一数值时，机组将发生强烈振动，而越过这一转速后，振动便迅速减弱；当转速下降到这一转速时，转子又强烈振动，再继续降低转速，振动又迅速减弱。当转速达到另一更高值时，又可能出现同样现象。这些机组发生强烈振动时转速称为转子的临界转速。 （一）等直径

8、均布质量转子的临界转速 （二）汽轮机转子的临界转速 （三）转子临界转速的校核标准 1.4 ncn n00.7nc(n+1),临界转速,现象: 每次启停时在某些特定转速都要发生 强烈振动,越过这些转速后振动迅速减弱。实质：一种共振现象。形成：转子是一个有质量偏心的弹性体。 激振力是转子质量偏心而引起的周期性的离心力。激振圆频率等于转子角速度。 当激振力频率=转子自振频率，发生共振。此时转速即为临界转速。,转子临界转速特性 分析模型如图：设单轮盘无重轴转子两端刚性支承在轴承A、B上，轮盘质量为m，轮盘的质心与几何中心不重合，其质量偏心距为e。 转子以角速度旋转时，离心力作用转子弯曲产生挠度y。此时

9、转子除自转外，还将绕轴承连线AB旋转，称为转子的甩转涡动。,转子质量偏心涡动示意图,转子振动力平衡方程,转子振动偏心离心力与抵抗变形的弹性恢复力PKy大小相等，方向相反，即 m（e+y）w2=ky,则y与的关系下图所示。：（K/m）=wc2；wc是临界角速度,转子桡度与角速度的关系图示,可见临界转速共振的特性,汽机的临界转速特点 轴系、刚性和挠性转子概念转子有多阶自振频率就有多阶临界转速。但最易发生且危险性大的是一阶和二阶共振。 转子质量大，刚度小，跨度大则转子临界转速小。轴系临界转速数目多，分布密。下表为600MW机数值,一、汽缸的作用 汽缸是汽轮机的外壳。其作用是将进入汽轮机的蒸汽与大气隔

10、开，形成蒸汽能量转换的封闭汽室；汽缸内部安装着隔板和隔板套、汽封等部件，外部与进汽、排汽及抽汽等管道相连接，因此还起着支承定位的作用。 应保证汽缸有足够的强度和刚度、通流部分有较好的流动性能、各部分受热时能自由膨胀且中心不变、形状简单对称，还应尽量减小热应力。二、汽缸的结构,1蒸汽室；2导汽管；3上汽缸；4排汽管口；5法兰；6下汽缸；7抽汽管口,1.高、中压缸 高、中压缸其结构设计的一个重要问题是在保证强度的条件下，尽量减薄汽缸壁和法兰的厚度，以减小热应力和热变形。 近代高参数大容量汽轮机的高压缸多采用双层结构，有的机组甚至中压缸也采用双层缸，并在内、外缸的夹层中通以一定压力和温度的蒸汽。 每

11、层汽缸承受的压差和温差减少，汽缸壁和法兰的厚度减薄，从而减小了启、停及工况变化时的热应力，加快了启、停速度，有利于改善机组变工况运行的适应性。 由于外缸受到夹层蒸汽的冷却，工作温度较低，可采用较低等级的材料，节约了优质耐热合金钢。双层缸结构的缺点是增加了安装、检修工作量。,国产300MW汽轮机高压缸示意图1进汽连接管；2小管；3螺旋圈；4汽封环；5高压内缸；6隔板套；7隔板槽；8高压外缸；9纵销；10立销；11调节级喷嘴组,国产引进型300MW汽轮机高、中压缸纵剖面图1外缸；2高压内缸；3中压内缸；4低压平衡活塞持环；5高压静叶持环；6高压平衡活塞持环；7中压平衡活塞持环；8中压一号静叶持环；

12、9定位销；10中压二号静叶持环；11中压排汽；12中压进汽；13高压进汽；14高压排汽； 15H形梁；,高中压合缸的优点： 高温部分在中部，热应力小 两端压力温度都较低，可缩短轴封长度 高中压缸反向布置，轴向推力小 可缩短主轴长度，减少轴承数 缺点：管道布置困难；胀差不易控制。蒸汽冷却系统 ：冷却汽缸及转子表面,国产引进型300汽轮机高、中压缸夹层冷却系统,回流式高压缸,2.低压缸,国产300MW双层结构低压缸1内缸；2外缸；3排汽室；4扩压器；5汽轮机后轴承；6隔板套；7扩压管斜前壁；8进汽口；9低压转子,低压缸一般也为双层缸甚至三层缸，不过目的和高中缸不尽相同，主要是为了解决沿蒸汽流向较大

13、的温差。（300以上）,国产引进型300汽轮机低压缸纵剖面图外缸；2次内缸；3内缸；4静叶持环；5隔板；6动叶,低压缸顶部密封环 1低压进汽管；2外缸；3次内缸,喷水减温装置 1进水管；2喷水管,3.进汽部分,高压缸的前端即从调节阀到调节级喷嘴这段区域是汽轮机的进汽部分，它包括蒸汽室和喷嘴室，是汽轮机中承受压力和温度最高的部分。,由于本机采用双层缸结构，进入喷嘴室的蒸汽要经过外缸、内缸才到汽室。内外缸具有相对膨胀，进汽管既不能同时固定在内外缸上，又不允许大量高温高压蒸汽外泄，这就要求外缸上的进汽管和内缸中喷嘴之间的连接既要保证结合处的严密性，又要保证它们之间能自由膨胀。为此，本机的高压进汽管与

14、外缸焊接，而与喷嘴室则采用连接短管和压力密封环间接连接。,4. 汽缸法兰、螺栓加热装置,1、2蒸汽连接口；3平面槽（a）高压外缸法兰 （b）、（c）法兰螺栓加热流程 汽轮机法兰螺栓加热装置示意图,三、汽缸的支承,汽轮机安装在基础上。基础上固定有若干块基础台板（或称机座、座架），汽缸通过轴承座或其外伸的搭脚支承在基础台板上。 1.高、中压缸的支承 汽轮机高、中压缸一般通过其水平法兰两端伸出的猫爪支承在轴承座上，称为猫爪支承。猫爪支承有上缸猫爪支承和下缸猫爪支承两种方式。,下缸猫爪支承 1下缸猫爪；2压块；3支承块；4紧固螺栓；5轴承座；,上缸猫爪支承1上缸猫爪；2下缸猫爪；3安装垫铁；4工作垫铁

15、；5水冷垫铁；6定位销；7定位键；8紧固螺栓；9压块,下缸猫爪中分面支承1下缸猫爪；2螺栓；3平面键；4垫圈；5轴承座,国产引进型300汽轮机内缸支承 1垫片；2螺钉；3支撑键；4销子,四、滑销系统1.滑销系统的作用：（1）允许机组（汽缸和转子）进行自由的膨胀（2）保证汽缸和转子中心一致（3）保证机组牢固的固定在基础上。2.滑销系统的组成横销、纵销、立销、角销等,（a）立销；（b）猫爪横销；（c）横销；纵销；（d）角销 图4-44 汽轮机各部位滑销,图4-45国产引进型300汽轮机滑销系统1纵销；2猫爪横销；3定中心梁；4纵销；5横销,第四节 喷嘴组及隔板,一、喷嘴组大功率汽轮机常用的喷嘴组主

16、要有两种，一种是整体铣制焊接而成，另一种是精密铸造而成。,二、隔板隔板用来固定静叶片，并将汽缸内分隔成若干个汽室。为了安装与拆卸方便，隔板通常做成水平对分形式。隔板内圆孔处开有汽封安装槽，用来安装隔板汽封，减小隔板漏汽损失。（一）冲动级隔板冲动式汽轮机的隔板主要由静叶片、隔板体和隔板外缘组成，主要形式有焊接式和铸造式两种。,1铸造隔板,2焊接隔板,（二）反动级隔板,三、隔板套（静叶持环）,采用隔板套可以简化汽缸结构，减小汽轮机轴向尺寸，有利于汽缸的通用，便于抽汽口的布置，还使机组启、停及负荷变化过程中，汽缸的热膨胀较均匀，减小了热应力和热变形。但隔板套的采用会增加汽缸的径向尺寸，使水平法兰厚度

17、增加，延长了汽轮机启动时间。,四、隔板及隔板套的支承和定位隔板在汽缸或隔板套中的支承及隔板套在汽缸中的支承，应保证受热时能自由膨胀及满足对中要求。因此隔板及隔板套与安装槽内应留有适当的间隙（径向间隙一般为1-2mm），并具有合理的支承定位方式。隔板及隔板套的支承方式有中分面支承和非中分面支承两种。,第五节 汽封,一、汽封的作用汽轮机工作时，转子高速旋转而静止部分不动，动、静部分之间必须留有一定的间隙，避免相互碰撞或摩擦。而间隙两侧一般都存在压差，这样就会有部分蒸汽通过间隙泄露，造成能量损失，使汽轮机效率降低。为了减小漏汽损失，在汽轮机的相应部位设置了汽封。根据装设部位不同，汽封可分为轴端汽封、

18、隔板汽封和通流部分汽封。转子穿出汽缸两端处的汽封叫轴端汽封，简称轴封。,二、汽封的结构现代汽轮机中通常采用曲径式汽封，其主要形式有：梳齿形、形和枞树形。其中枞树形汽封因结构复杂，应用较少，此处不作介绍。,具有螺旋轴的电动盘车装置1小齿轮；2大齿轮：3啮合齿轮；4盘车大齿轮；5电动机；6螺旋轴,具有链轮蜗轮蜗杆的盘车装置传动轮系1电动机轴；2主动链轮；3链条；4链轮；5蜗杆；6蜗轮；7蜗轮轴；8惰轮；9减速齿轮；10主齿轮轴；11侧板；12摆动齿轮；13盘车齿轮,1、2触点；3活塞；4气缸；5操纵杆 图4-61 盘车装置啮合原理图,盘车转速2.5r/min，设有完善的启停控制系统和油压闭锁保护。

19、在自动状态，当汽轮机零转速信号发出30秒后，盘车电机自启动，再经过10秒，齿轮自动啮合。当轴承润滑油压 0.103Mpa或顶轴油压 2.7Mpa时，盘车电机自动跳闸，但齿轮仍在啮合之中。条件恢复后可直接启动盘车。,第七节 轴承,汽轮机的轴承有推力轴承和支持轴承两种类型。 支持轴承的作用是承担转子的重量及转子不平衡质量产生的离心力，并确定转子的径向位置，保证转子中心与汽缸中心一致，以保持转子与静止部分间正确的径向间隙； 推力轴承的作用是承受转子上未平衡的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证动、静部分间正确的轴向间隙。,一、滑动轴承的工作原理,建立液体摩擦的必要条件：1）两表面间构成楔形间隙；2

20、）两表面之间有足够的具有合适粘度的润滑油；3）两表面间要有相对运动，且运动方向是使润滑油从楔形间隙的宽口流向窄口。,二、轴承的油膜振荡,（一）油膜振荡现象 滑动轴承工作时，轴颈支承在油膜上高速旋转，在一定条件下，油膜反过来激励轴颈，使轴颈产生强烈振动，这种现象即为油膜振荡。,（二）产生油膜振荡的原因,（三）油膜振荡的防止和消除因此，降低轴心位置以增大轴颈相对偏心率，可以防止和消除油膜振荡。主要措施如下： 1、增加轴承比压轴承载荷与轴瓦垂直投影面积（轴承长度直径）之比称为比压。比压越大，轴颈越不容易浮起，相对偏心率越大，轴承稳定性越好。增大比压的常用方法有：缩短轴瓦长度，以减小轴瓦的投影面积及增

21、加轴瓦端的泄油量；调整轴瓦中心，以增加负荷过小轴承的载荷。,2、降低润滑油粘度 3、调整轴承间隙 三、轴承的结构 （一）支持轴承 支持轴承的型式很多，常用的有圆筒形轴承、椭圆形轴承、三油楔轴承和可倾瓦轴承等。 1、圆筒形轴承,图4-65圆筒形支持轴承1、3轴瓦；2螺钉；4、7垫片；5、10轴承垫块；6定位销；8轴承限位销；9热电偶,2、椭圆形轴承,3、三油楔轴承,图4-67 三油楔轴承1调整垫片；2节流孔；3带孔调整垫铁；4轴瓦体；5内六角螺钉；6止动垫圈；7高压油顶轴进油,4、可倾瓦轴承,图4-69 可倾瓦轴承1轴瓦；2轴承体；3轴承体定位销；4定位销；5外垫片；6自位垫块；7内垫片；8轴承

22、体定位销； 9螺塞；10轴承盖螺栓；11弹簧；12、14挡油板；13轴承盖；15螺栓；16挡油环限位销；17油封环；18油封环销,（二） 推力轴承,图4-70推力轴承1球面座；2挡油环；3调节套筒；4推力轴承瓦块安装环；5反向推力瓦；6正向推力瓦；7出油挡油环；8进油挡油环；9拉弹簧,推力轴承 转子的轴向推力经过推力盘传到推力轴承上。推力轴承两面各有812块扇形推力瓦.瓦片上浇有乌金（锡基合金），其成分为:锑1012，铜5.56.5，其余为锡。乌金厚度为1.5毫米。当轴向位移超过1.2毫米时，轴向位移保护动作停机， 推力油楔的形成: 推力瓦块背面有一销钉孔，靠此孔将瓦块安置在安装环的销钉上。销

23、钉松松地插在瓦块的销钉孔上。瓦块可以围绕销钉略为转动。与此同时推力盘之间构成楔形间隙。,图4-71国产引进型300汽轮机推力轴承1瓦块；2调整块调整螺钉；3、8调整块；4瓦块支托；5支承环；6、12垫片；7、13油封环；9定位销；10支承环键；11支承环键螺钉； 14轴承壳体,当推力盘紧贴在工作瓦块上时，推力盘与非工作瓦块之间的间隙称为窜动间隙。 这个间隙过小时，可能引起推力轴承中的油温增高和瓦块摩擦痕迹，甚至烧瓦损坏轴承。 若间隙过大，则当汽轮机的负荷突然发生变化时，可能使瓦块受到冲击，或者使汽轮机转动部分与静止部分相碰。 推力间隙一般为0.400.60毫米：,第八节 汽轮发电机组的振动,振

24、动过大，可能造成严重危害和后果： 1）使转动部件损坏。 2）使连接部件松动。 3）使机组动、静部分摩擦。 4）引起基础甚至厂房建筑物的共振损坏。 5）有可能引起危急保安器误动作而发生停机事故。 由此可知，为保证机组长期安全运行，必须将它的振动幅度控制在规定范围内。,机组振动、异常故障源,一、机组振动的评价标准 机组的振动值一般用轴承的振幅或轴的振幅大小来衡量 二、机组发生振动的原因 （一）引起强迫振动的原因 1、转子质量不平衡 2、转子弯曲 1）转子沿径向温度分布不均匀而产生热弯曲。 2）转子的材质不均匀或有缺陷，受热后出现热弯曲。 3）动静部分之间的碰磨使转子弯曲。 3、转子中心不正 4、转

25、子支承系统变化 5、电磁力不平衡,（二）引起自激振动的原因 振动系统通过本身的运动不断向自身馈送能量，自己激励自己，这样产生的振动称为自激振动。引起机组自激振动的原因主要是油膜自激和间隙自激，它们引起的振动分别为油膜振荡和间隙自激振动。 消除自激振动的措施有： （1）改善转子与汽缸的同心位置，以减小激振力； （2）减小轴承间隙，增加润滑油粘度等，以增加阻尼,（三）引起轴系扭振的原因 引起轴系扭振的原因有汽轮机组和电气系统两方面。 1.汽轮机组方面 1）汽轮发电机组突然甩负荷 2）汽轮机调节阀快速控制 3）调节系统快速调节 2.电气系统方面 在电力系统短路、快速重合闸、非同期并网及三相电力负荷不平衡等情况下，电磁力矩会发生突变或振荡，激起轴系扭振。,