汽轮机原理(第六章).pptx

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1、第一节 汽轮机静止部分结构一、汽缸 汽轮机的外壳，其作用有两个：封闭作用；支承、固定作用。1.1.作用2.2.分类（1 1）按汽缸进汽参数：高压缸，中压缸，低压缸。第1页/共71页（2 2）按汽缸的层数：单层缸，多层缸。3 3.多层缸的作用（1 1）加快机组的启停和变负荷速度。（2 2）节约贵重金属。4.300MW4.300MW汽轮机汽缸简介（1 1）高压缸（2 2）中压缸 采用双层缸，如图6 61,61,62 2，6 63 3所示。采用双层缸，如图6 62,2,6 63 3所示。第2页/共71页4.300MW汽轮机汽缸简介图图6 6 6 62 2 2 2 优化引进型优化引进型300MW300

2、MW300MW300MW机组汽轮机高中压内外缸蒸汽机组汽轮机高中压内外缸蒸汽冷却（加热）系统结构冷却（加热）系统结构第3页/共71页图图6 6 6 63 3 3 3 优化引进型优化引进型300MW300MW300MW300MW机组汽轮机高中压缸纵剖面图机组汽轮机高中压缸纵剖面图第4页/共71页（3 3）低压缸采用三层缸，如图6 64 4所示。图图6 6 6 64 4 4 4 优化引进型优化引进型300MW300MW300MW300MW机组汽轮机低压缸纵剖面图机组汽轮机低压缸纵剖面图第5页/共71页 附：图63,64标注。第6页/共71页5.300MW5.300MW汽轮机进汽部分如图6 65 5

3、所示。图图6 6 6 65 5 5 5 喷嘴室横断面图喷嘴室横断面图图图6 6 6 66 6 6 6 喷嘴组蒸汽室调节阀布置喷嘴组蒸汽室调节阀布置第7页/共71页 附：国产600MW汽轮机汽缸结构图6-7高中压内下缸外形图第8页/共71页图6-8高中压内上缸外形图第9页/共71页图6-9高中压外下缸第10页/共71页6.6.滑销系统（1 1）滑销系统的作用 保证汽缸能定向自由膨胀或收缩，并保证汽缸膨胀或收缩时，汽缸与转子的中心一致。（2 2）滑销的种类 主要由纵销、横销、竖销（立销）、猫爪横销、角销等组成。（3 3）汽缸的膨胀死点纵销的中心线与横销中心线的交点。第11页/共71页（4 4）国产

4、优化引进型300MW300MW汽轮机滑销系统如图6 61010所示。图图6 6 6 610 300MW10 300MW10 300MW10 300MW汽轮机滑销系统汽轮机滑销系统第12页/共71页二、隔板、隔板套和静叶环、静叶持环1.1.隔板 主要由隔板体、静叶片和隔板外缘组成，如图6 61111，6 61212所示。其作用是：固定喷嘴；分隔汽室。图图6 6 6 611 11 11 11 隔板结构示意图隔板结构示意图（1 1）组成与作用第13页/共71页图6-12600MW汽轮机第9、10、11级隔板结构图第14页/共71页（2 2）种类 焊接隔板 将铣制或精密铸造、模压、冷拉的静叶片嵌在冲有

5、叶型孔槽的内、外围带上，焊成环形叶栅，然后再将其焊在隔板体和隔板外缘之间，如图6 61313所示。第15页/共71页 特点：具有较高的强度和刚度，适用于高于350350的高中压级隔板。铸造隔板 将已成型的喷嘴叶片在浇铸隔板体的同时放入其中，一体浇铸而成，如图6 61414所示。特点：加工制造简单，成本低，但通流部分光洁度较差，且受温度影响较大，适低于350350的级中。第16页/共71页2.2.隔板套（1 1）优缺点优点：便于拆装；有利于抽汽口的布置；缩短了汽轮机的轴向尺寸；简化了汽缸形状；有利于机组的启停和负荷变化。缺点：增大了汽缸的径向尺寸，使相应的法兰厚度增加，延长了机组的启停时间。（2

6、 2）结构与固定方式 隔板套的结构与固定方式如图6 61515所示。隔板固定在隔板套中，隔板套再固定在汽缸上。第17页/共71页图6-15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18页/共71页3.3.静叶环和静叶持环 静叶环相当于冲动式汽轮机的隔板，静叶持环相当于冲动式汽轮机的隔板套。如图6 616,6-1716,6-17所示。第19页/共71页第20页/共71页三、轴承 分两大类：径向支持轴承；轴向推力轴承。（一）轴承的工作原理 如图6 61818，6 61919所示。第21页/共71页（二）径向支持轴承 1.1.作用

7、 支承转子的重量及转子旋转时产生的不平衡离心力，并确定转子的径向位置。2.2.种类（1 1）圆筒形轴承 如图6 62020所示。第22页/共71页（2 2）椭圆形轴承 如图6 62121所示。（3 3）三油楔轴承 如图6 62222所示。（4 4）可倾瓦轴承 如图6 62323所示。第23页/共71页（二）推力轴承 1.1.作用 承受转子的轴向推力，并确定转子的轴向位置。2.2.结构及工作原理 如图6 624,624,62525所示。第24页/共71页第二节 汽轮机转动部分结构一、转子1.1.转子的作用 将蒸汽的动能转变为机械能，并传递扭矩。2.2.转子的分类（1 1）按有无叶轮轮式转子 有叶

8、轮，用于冲动式汽轮机。鼓式转子无叶轮，用于反动式汽轮机。第25页/共71页（2 2）按主轴与其他部件间的组合方式，轮式转子又分为：套装转子 叶轮等部件加工好后“红套”在主轴上，如图6 62626所示。优缺点：（简述）适用场合：常用于低压转子。第26页/共71页整锻转子 将叶轮等部件与主轴一起锻造加工而成。如图6 62727所示。优缺点：（简述）适用场合：常用于大功率汽轮机高中压转子。注：目前300MW、600MW机组高、中、低压转子广泛采用整锻转子。第27页/共71页焊接转子 由若干个叶轮和两个端轴拼焊而成。如图6 62828所示。优缺点：（简述）适用场合：常用于大功率汽轮机的低压转子。第28

9、页/共71页组合转子 由整锻转子和套装转子组合而成。如图6 62929所示。适用场合：用于大功率汽轮机的中低压转子，如国产200MW汽轮机的中低转子。第29页/共71页二、叶轮1.1.叶轮的作用 安装叶片，并传递汽流力作用在叶栅上的扭矩。2.2.叶轮的结构 叶轮由轮缘、轮面和轮骰三部分组成，如图6 63030所示。3.3.叶轮的分类 按照轮面的型线可分为：等厚度叶轮、锥形叶轮、双曲线形叶轮和等强度叶轮，如图6 63131所示。第30页/共71页第31页/共71页1.1.叶片的结构与分类叶片的结构示意图如图632所示。叶片分为三部分：叶型部分、叶根、叶顶 三、动叶片图6-32汽轮机叶片结构图第3

10、2页/共71页（1 1）叶型 叶型为叶片的工作部分。按叶型沿叶高横断面是否变化可分为：等截面叶片和变截面叶片（扭叶片）。（2 2）叶根电厂汽轮机常用叶根主要有T型叶根、叉型叶根和纵树叶根，如图633所示。说明各叶根的结构特点及适用场合。第33页/共71页（3）叶顶 汽流通道的上表面，并通过围带的不同结构起到调整叶片频率作用 。包括在叶顶处将叶片连接成组的围带和在叶型部分将叶片连接在成组的拉金。围带作用：增加叶片抗弯刚度,降低叶片中汽流产生的弯应力,调整叶片频率以提高其振动安全性;构成封闭的汽流通道,减小叶顶漏汽损失。结构形式：常见的结构形式有整段围带、铆接围带、弹性拱形围带，如图634所示。第

11、34页/共71页634 常见围带结构形式 (a)整体围带 (b)铆接围带 (c)(c)拱形围带拉金作用：调整叶片的自振频率，增强叶片振动阻尼。拉金置于动叶流道内，造成流动损失，降低经济性，只有在叶片振动特性迫切需要才使用。第35页/共71页 图635拉金连接方式(a)成组连接(b)网状连接(c)整圈连接(d)Z形连接 结构及连接：拉金为612mm的实心或空心金属线穿在叶型部分的拉金孔中，与叶片间可焊接，或采用松装结构；连接方式有整圈连接、成组连接、网状连接和Z形连接，如图635所示。第36页/共71页四、联轴器1.1.联轴器的作用 又叫靠背轮或对轮，其作用是连接汽轮机各转子及发电机转子，并传递

12、扭矩。2.2.联轴器的种类及特点 常见形式：刚性联轴器、半挠性联轴器、挠性联轴器，如图636，637所示。电厂汽轮机广泛采用刚性联轴器。第37页/共71页第38页/共71页五、盘车装置1.1.盘车装置的作用2.2.盘车装置的分类（1 1）按驱动力来源 电动盘车和液动盘车。（2 2）按盘车转速 高速盘车和低速盘车。（1 1）防止转子受热不均产生热弯曲。（2 2）机组启动前盘动转子，可用来检查机组是否具备启动条件。如：动静部分是否摩擦，主轴弯曲值是否正常，如：动静部分是否摩擦，主轴弯曲值是否正常，润滑油系统工作是否正常等。润滑油系统工作是否正常等。（3 3）减少汽轮机启动时的冲转力矩。第39页/共

13、71页3.3.盘车装置的工作原理（1 1）具有螺旋轴的盘车装置 如图6 63838所示。第40页/共71页（2 2）具有具有链轮蜗轮蜗杆的盘车装置 如图6 63838所示。图6-38盘车装置及其齿轮传动（a）装置结构图；（b）齿轮传动图1摆动板；2盘车齿轮与轴；3主齿轮轴；4从动链轮；5连杆；6齿轮链；7主动链轮；8操纵杆；9手柄；10操纵杆；11蜗轮；12蜗杆；13滤油网框架第41页/共71页第三节叶片振动一、叶片的受力分析（1 1）叶片、围带、拉金的质量产生的离心力 离心力作用：产生拉应力、弯曲应力（2 2）高速汽流冲动叶片汽流力（轴向、圆周方向的应力）不随时间变化的应力静应力（静的弯应力

14、）随时间而变化的应力交变应力（振动应力）（3 3）启停时由于温差引起的热应力第42页/共71页二、引起叶片振动的激振力1.1.低频激振力（1 1）部分进汽。（2 2）级前有抽汽口。（3 3）个别喷嘴加工尺寸偏差过大或者损坏。（4）上下两隔板结合面处（错位）汽流异常。（5）喷嘴带有加强筋。如图339所示。激振力频率计算：式中a级中均匀分布的激振源；n-转子转速。第43页/共71页第44页/共71页2.2.高频激振力 由喷嘴出口边总有一定厚度（喷嘴尾迹）引起的，另外汽流和通道壁面的摩擦力，使喷嘴出口沿圆周方向汽流的作用力不是均匀分布，叶片每经过一只喷嘴片，汽流作用力就减小一次，即受到反方向的扰动，

15、如图6 64040。激振力频率计算：全周进汽：部分进汽：式中z喷管数；e-级的部分进汽度第45页/共71页定义：叶片绕其截面最小惯性轴的振动，其振动方向接近于圆周的切向方向。切向振动是汽轮机叶栅最易激发且最危险的振动。（因这个方向刚性小，且汽流力接近此方向）振型：按振动时叶顶是否偏离平衡位置，可分为三、叶片振动的基本型式1.1.单个叶片的振动（1 1）弯曲振动切向振动第46页/共71页1）A A振动 叶根固定，叶顶自由，如图6 64141所示。按叶片全长节点数又可分为2）B B振动 叶根固定，叶顶不动，如图6 64141所示。按叶片全长节点数又可分为第47页/共71页轴向振动定义：叶片绕其截面

16、最大惯性轴的振动，其振动方向接近于轴的方向。振型：也分为A A型振动和B B型振动两种。(2)(2)扭转振动定义：沿叶高方向叶片绕其截面形心轴的振动。这种振动常出现在较长的扭曲叶片中。2.2.叶片组的振动 叶片组：用围带或拉金连接的叶片。自由叶片：单个叶片。第48页/共71页（1 1）也分为切向振动，轴向振动和扭转振动。（2 2）切向振动也分为A A型振动和B B型振动。如图6 642,642,64343所示。图642叶片组切向型振动图643叶片组的切向型振动（a）第一类对称型振动（b）第二类对称型振动第49页/共71页3.3.叶片最危险的振型 无论是单个叶片还是叶片组，最危险的振型均为切向

17、型振动，特别是切向 型振动更危险。（现场叶片测频就是测切向 振动）四、叶片振动的自振频率计算叶片的自振频率又分静频率和动频率。将叶片视为刚性固定的弹性梁，在交变载荷下产生弯曲振动。经一定假设，通过求解微分方程得A A型振动频率表达式（等截面叶片）第50页/共71页分析：f f与叶片的刚性（EIEI）的平方根成正比，与叶片质量的平方根成反比。第51页/共71页五、对叶片自振频率计算值的修正1.1.温度修正 计算时，通常采用2020条件下的弹性模量，所以必须进行修正。引入温度修正系数 式中 分别为工作温度和2020时材料的弹性模量。分析：温度升高，E E降低，所以f f随温度的升高而减小。第52页

18、/共71页2.2.叶片根部牢固性修正引入牢固性修正系数Kr，则叶片的静频率为牢固性修正系数KrKr可查图6 644.44.图图6 64444叶根牢固性修正系数叶根牢固性修正系数第53页/共71页3.3.离心力修正引入动频系数B后，则叶片的动频率为等截面叶片：变截面叶片：分析：离心力的存在使叶片的频率增大。图图6 64545离心力对叶片的影响离心力对叶片的影响第54页/共71页六、叶片组 叶片成组后，围带和拉金对叶片组内叶片的自振频率有两方面的影响：一方面，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；另一方面，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

19、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的值。所以叶片组的频率通常比单个叶片的同阶频率高。第55页/共71页七、叶片振动的安全准则和调频1.新准则“汽轮机叶片振动强度安全准则”主要特点（1980年完成）：（1）采用表征叶片抵抗疲劳破坏能力的安全倍率Ab新概念；（2）采用叶片材料在静动载荷联合作用下的耐振强度来衡量叶片的动强度，并考虑了实际叶片工作条件对耐振强度以及静应力（蒸汽弯曲应力）的影响。第56页/共71页2.叶片的三种危险振型（主振型）（1）切向A0型振动的动频率与低频激振力频率kn合拍时的共振第一种共振；（2）切向B0型振动的

20、动频率与高频激振力频率zn合拍时的共振第二种共振；（3）切向A0型振动的动频率与zn相等时的共振第三种共振；第57页/共71页3.3.不调频叶片 某些叶片允许其某个主振型频率与某类激振力频率合拍而处于共振状态下长期运行，不会导致叶片疲劳破坏，这种叶片对这一主振型，称为不调频叶片。4.4.调频叶片 对有些叶片要求其某个主振型频率避开某类激振力频率才能安全运行，这种叶片对这一主振型，成为调频叶片。第58页/共71页5.5.不调频叶片的安全准则(1)(1)叶片的安全倍率A Ab b 不调频叶片的动应力幅值应小于许用耐振强度，即式中耐振强度；ns安全系数。第59页/共71页式中 叶片的动应力幅值；Cd

21、动应力系数；叶片振动方向的蒸汽静弯曲应力。则 第60页/共71页 将修正后的 和 用 和 表示，其比值定义为安全倍率Ab ，即 为了得到不同振动阶次下的许用安全倍率，对国内已运行的汽轮机叶片进行大量统计计算，得到了在共振状态下能长期安全运行的和已经损坏的各种叶片的安全倍率Ab，如图646所示。第61页/共71页图646A0型共振时Ab与k的关系曲线 从图中可发现，在统计的安全点和事故点之间，有一条较明显的分界线，位于该曲线以上的Ab值的叶片是安全的，位于该曲线以下的Ab值的叶片是危险的。曲线上的 A Ab b值是叶第62页/共71页片安全和危险的界面值，定义为许用安全倍率 。所以，可以得到一个

22、判别不调频叶片的新的安全准则，其安全条件为第63页/共71页6.6.调频叶片的安全准则 调频叶片应满足调频指标，同时还应满足安全倍率许用值要求。由于调频后避开了共振，动应力大为减少，所以AAb b 值减小了。同一级中测得的叶片自振频率（切向A0A0型）的最大值与最小值之差再与其平均值之比，即(1(1）A A0 0型频率振动与knkn的避开率和安全倍率 叶片频率分散度定义：第64页/共71页 要求。时，说明叶片安装质量不合格，应消除缺陷，合格后才能校核振动安全性 叶片的频率介于knkn0 0与(k-1)n(k-1)n0 0之间时（2 2）B B0 0型振动频率与znzn高频激振力频率的避开要求和

23、安全倍率 第65页/共71页避开率要求如下：安全倍率A Ab b按该叶片的A A0 0型与knkn的不调频叶片确定。7.7.叶片的调频（1 1）叶片调频的定义 调整叶片的自振频率或激振力频率，使两者在数值上不等，并错开一定的安全范围。第66页/共71页（2 2）叶片调频的措施1 1）在围带或拉金的连接处加焊。刚度提高，使叶片的自振频率增加。2 2）当叶片较厚时，在叶顶钻径向减荷孔。使叶片的质量减小，自振频率提高。用于具有整体围带的短叶片中，钻直径4 48mm8mm的小孔,。孔深小于1 12叶片高度。3 3）重新安装叶片，改善叶片的安装质量。使刚度提高，叶片的自振频率增加。第67页/共71页4

24、4）改变叶片组中的叶片数。一般，随着组内叶片数增加，叶片的自振频率增加；但当组内叶片已较多时，效果就不明显了。5 5）对单个自由叶片加装围带或拉金。使刚度提高，叶片的自振频率增加。6 6）变更喷嘴数，甚至重新设计隔板。改变激振力的频率（znzn）。注：前五项措施是改变叶片的自振频率，后一项是改变叶片的激振力频率。第68页/共71页第四节汽轮机转子的振动一、转子的临界转速 1.1.定义转子发生剧烈共振时的特定转速。2.2.危害性 机组振动剧烈增大，易产生动、静部分摩擦碰撞事故。二、转子按临界转速分类 1.1.刚性转子第69页/共71页 工作转速恒低于第一临界转速的转子。如水泵、风机的转子就是刚性转子。2.2.挠性转子 工作转速大于第一临界转速的转子。如汽轮机的转子就是挠性转子。第70页/共71页感谢您的观看。第71页/共71页