汽轮机设备SteamTurbine

哈尔滨电力职业技术学院第四章汽轮机结构及零件强度教学目标：①能说出叶片、叶轮、转子、联轴器、盘车的结构形式②能说出汽缸不同支承方式的优缺点③能回答汽封和轴封系统的作用及轴封系统生产过程④能叙述滑动轴承的工作原理及轴承的种类⑤熟悉上述部件的检修生产过程，能填写工作票，能按规程操作哈尔滨电力职业技术学院第四章汽轮机结构及零件强度重点：①叶片、叶轮、转子、联轴器、盘车的结构形式②汽缸不同支承方式的优缺点③汽封及轴封系统的作用④滑动轴承的工作原理及轴承的种类⑤检修规程与操作票哈尔滨电力职业技术学院本章内容：4.1动叶片4.2转子4.3汽缸4.4喷管组及隔板4.5汽封4.6盘车装置4.7轴承第四章汽轮机结构及零件强度哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片汽轮机本体转子：转动的部分，主要部件有动叶片、主轴、叶轮和连轴器等静子：静止的部分，主要部件有汽缸、隔板、轴承和汽封等基本概念：动叶片：是蒸汽动能转换成转子机械能的重要部件。它在工作中受力复杂，工作条件很恶劣。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哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片一、动叶片的结构结构组成：叶型、叶根、叶顶动叶片的结构示意图1—叶顶2—叶型3—叶根（a）等截面直叶片：叶型沿叶高不变的动叶片。（b）变截面扭曲叶片：叶型沿叶高变化的动叶片。哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片（一）叶型：是动叶片的基本部分相邻叶片的叶型部分构成汽流通道（二）叶根部分：是将动叶片固定在叶轮或者轮鼓上面的部分常用的叶根形式有T型、枞树型和叉形（三）叶顶：短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连在一起，构成叶片组长叶片在叶型部分用拉金连接成组哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片（a）T型叶根（b）外包T型叶根（c）双T型叶根（d）装入T型叶根的切口1、T型（1）结构：叶根形状呈T形（2）特点：结构简单、加工方便，被短叶片普遍采用（3）装配方式：埋入法哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片叉型叶根国产引进型300MW汽轮机调节型叶片2、叉型（1）结构：叶根形状呈叉形（3）装配方式：从径向插入轮缘上的叉槽中，并用铆钉固定（2）特点：强度高、适应性好、加工简单、更换叶片方便哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片枞树型叶根3.枞树型①结构：叶根形状呈楔形②特点：承载能力大、强度适应性好、拆装方便。但加工复杂、精度要求高。③装配方式：采用轴向嵌入哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片二、叶片的强度（一）叶片的受力分析叶片受力离心力气流力离心拉应力离心弯应力稳定部分——气流弯应力交变部分——动应力（二）叶片的拉应力叶型部分离心力引起的拉应力围带、拉金离心力引起的拉应力（三）叶片的弯应力汽流作用引起的弯应力离心力产生的弯应力围带和拉金对叶片弯应力的影响哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片三、叶片的振动（一）引起叶片振动的激振力1、高频激振力⑴起因：喷嘴汽流速度在圆周上分布不均⑵计算全周进汽部分进汽nZfnnZendZdeTnmnm/enzTfn12、低频激振力（1）起因：制造加工的误差及结构等方面（2）计算：f=in哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片（二）叶片的振型叶片的振动弯曲振动扭转振动切向振动轴向振动A型振动：叶根不动，叶顶摆动B型振动：叶根不动，叶顶基本不摆动（三）叶片的自振频率静频率：叶片在静止时的自振频率等截面叶片频率的计算公式：1、由上式可知，叶片的自振频率取决于以下几个因素：⑴叶片抗弯刚度（ＥI），（ＥI）越大，频率越高⑵叶片高度，叶片越高，频率越低⑶叶片质量，质量越大，频率越低⑷叶片频率方程的根，其值与叶片振型有关哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片2、工作因素影响对于叶根形式不同自身柔度不同的叶片叶根连接刚度对自振频率的影响程度是不同的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修正考虑上述两个因素的影响自由叶片的自振频率为⑴叶根连接刚度：⑵工作温度：哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片叶片在旋转状态下的自振频率称为叶片的动频率，它与静频率的关系－叶片动频率f－经过修正后的静频率ｎ－叶片的工作转速Ｂ－动频系数df叶片成组后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⑶离心力⑷叶片成组哈尔滨电力职业技术学院4.1动叶片小结：了解叶片受力，叶片的振动形式熟悉叶片自振频率的影响因素掌握叶片的结构形式能读懂检修规程中相关内容能填写操作票哈尔滨电力职业技术学院4.2转子•转子的作用：汇集各级动叶栅所得到•的机械能并传给发电机。•转子的受力分析：传递扭矩、离心力、热应力、•振动应力。•转子的组成：主轴、叶轮、动叶片、联轴器等。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子•一.转子的结构•（一）轮式转子•1套装式•叶轮与主轴热套•一般用于中压汽轮机和高压汽轮机的低压部分。•①优点：加工方便，材料利用合理，质量容易得到保证。•②缺点：高温下易松动。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子•2整锻转子•由整体锻件加工而成，常钻有中心孔。•用于大容量汽轮机高中压转子。•①优点：不会出现零件松动问题，结构紧凑，强度、刚度高；•②缺点：贵重材料消耗大，对加工工艺要求高。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子3组合转子具有前两者的优点哈尔滨电力职业技术学院4.2转子4焊接转子由若干实心轮盘和两个端轴焊接而成。瑞士ABB公司生产的600MW汽轮机高、中、低压转子全部为焊接转子。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子（二）鼓式转子高中压压力级反向布置，设有三个平衡活塞。以进汽中心线为基准，两侧对称。末级和次末级为整锻叶轮结构。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子二、转子的主要零部件（一）叶轮轮式转子上装有叶轮，用来安装动叶片并将动叶片上的转矩传递给主轴。结构：叶轮由轮缘和轮面组成，套装式叶轮上还由轮毂。叶轮的振动：当叶轮振动时，总是带动动叶片一起振动，实质上是轮系振动，通常简称为叶轮振动。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子（二）联轴器（靠背轮）1.刚性联轴器连接刚性高，传递扭矩大；结构简单尺寸小；减少了轴承个数，缩短了机组长度。传递振动和轴向位移；对转子找中心要求高。对轮用热套加键的方式固定在轴端部哈尔滨电力职业技术学院4.2转子2.半挠性联轴器特点：可以吸收部分振动允许两转子的中心有少许偏差适用场合：广泛用于连接汽轮机的转子与发电机的转子。波形套筒在扭转方向上是刚性的在弯曲方向上是挠性的。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子三转子的临界转速1定义：机组发生强烈振动时转速称为转子的临界转速。2振动原因：由于制造、装配的误差，以及材质不均匀，转子上存在质量偏心。当转子旋转时，质量偏心引起的离心力作用在转子上，相当于一个频率等于转速的周期性激振动,迫使转子振动。哈尔滨电力职业技术学院4.2转子（一）等直径均布质量转子的临界转速刚度大、质量轻、跨度小的转子临界转速高（二）汽轮机转子的临界转速1.单跨转子：两端有轴承支承的转子。2.轴系：汽轮机转子及发电机转子两端用轴承连接起来所构成的多支点的转子系统。3.影响汽轮机转子的临界转速的工作因素①工作温度②支承刚度哈尔滨电力职业技术学院4.2转子（三）转子临界转速的校核标准1.刚性转子：一阶临界转速高于正常工作转速的转子。校核标准：nc1＞（1.2--1.25）n0但不允许在2倍工作转速附近。2.挠性转子：一阶临界转速低于正常工作转速的转子。校核标准：1.4ncn＜n0＜0.7nc(n+1)哈尔滨电力职业技术学院4.2转子小结：能说出不同类型转子的结构熟悉叶轮、联轴器的结构掌握掌握临界转速的概念能叙述过临界转速的工作过程熟悉200MW、300MW汽轮机电厂真实检修规程，知道相应部件的检修工作过程。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸•一、汽缸的作用•1.作用：•①将进入汽轮机的蒸汽与大气隔开，形成蒸汽能量转换的封闭汽室；•②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，起支承定位作用。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸2.汽缸的受力分析①承受本身和装在其内部的零部件的重力②压差产生的作用力③热应力④蒸汽通过时汽流反作用力3.对汽缸的要求足够的强度和刚度、较好的流动性能、热膨胀性能好、形状简单对称且尽量减薄，还应尽量减小热应力。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸二、汽缸的结构总体结构：1.水平对分为上半缸和下半缸：安装和检修方便。2.轴向分为高、中、低压：合理利用金属材料及便于制造。应用：中小功率的汽轮机采用单缸结构；功率较大的汽轮机采用多缸结构。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸3.结构和应用1)单层汽缸：用于新蒸汽参数不超过8.82MPa、535摄氏度的汽轮机汽缸。2)双层汽缸：多用于高参数大容量汽轮机的高压缸。优点：加快启、停速度，增加快速变负荷的适应能力。缺点：增加了安装检修工作量。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸4.国产型与引进型的对比①国产型汽轮机高压缸由内外两层组成，内缸出口处设有第一级回热抽汽。如图所示哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸②国产引进型汽轮机的高、中压缸均为双层缸，并采用合缸形式哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸合缸的优点：汽缸两端为高中压排汽，压力温度低，漏气量小，轴承受高温影响小；高温集中在中部，温度分布均匀，热应力小；高中压转子少一个支持轴承，使机组长度缩短。合缸的缺点：机组容量增大，使汽缸和转子过大过重，进抽汽管道布置拥挤。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸2.低压缸a定义：单缸汽轮机的低压部分和多缸汽轮机的低压缸统称为排汽缸。b低压缸分为通流部分和排汽室。c低压缸的要求：足够的强度和刚度尽量减小排汽损失。大功率机组低压缸一般采用钢板焊接结构，并用加强筋加固；排汽室一般采用径向扩压结构，以充分利用排汽余速动能，减少排气损失。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸d型式：双层和三层结构e国产型与引进型的对比：国产汽轮机双层结构低压缸，通流部分设置在内缸。引进型低压缸采用对称分流布置，蒸汽从汽缸的中部进入，分两路流经低压级，乏汽从两端排出，即三层缸结构，通流部分分段布置在两个内缸中。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸3.进汽部分：蒸汽室和喷管室汽缸,蒸汽室、喷管室分别制造焊接结构，沿汽缸圆周对称布置。4.汽缸法兰、螺栓加热装置优点：减少汽缸、法兰及连接螺栓间的温差，缩短机组启、停时间；减小热应力，法兰塑性变形、螺栓拉断及汽缸裂纹等现象。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸三、汽缸的支承1.高、中压缸的支承支承方式：a.下缸猫爪非中分面支承它是利用下缸伸出的猫爪作为承力面搭在轴承座两侧的支承块上，并用压块压着，以防抬起；这种方式比较简单，安装检修方便。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸b.上缸猫爪支承这种支承方式以上缸猫爪作为工作猫爪，下缸猫爪作为安装猫爪。只在安装时起支承作用，安装垫铁用于安装时调整汽缸中心。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸c.下缸猫爪中分面支承这种支承方式同时利用了上述两种方式的优点，应用于国产引进型大功率汽轮机的高、中压外缸。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸2.低压缸支承汽轮机低压缸通常利用下缸伸出的搭脚直接支承在台板上，称为台板支承。其支承面比汽缸中分面低，但因工作温度低，正常运行时膨胀不明显，所以影响不大。但汽轮机在空、低负荷运行时，排汽温度不能过高，否则排汽缸过热，影响转子和汽缸的同心性。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸四、滑销系统1.作用：保证汽轮机在启、停机和工况变化时，汽缸受热或冷却后以正确的方向膨胀或收缩，并保持汽缸与转子中心一致。2.滑销系统的分类及作用横销：引导汽缸沿横向滑动，定位轴向。纵销：引导汽缸沿纵向膨胀。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸立销：引导汽缸沿垂直方向滑动。角销：也称压板，防止轴承座与基础台板脱离。猫爪横销：起横销作用。死点的定义：纵销中心线与横销中心线的交点为膨胀的固定点。哈尔滨电力职业技术学院4.3汽缸小结：知道汽缸的结构，汽缸的支承方式，滑销系统的组成和作用熟悉检修规程，能填写检修工作票知道启动、停运、变工况等生产过程中