汽轮机转子部分

汽轮机的转动部分称为转子，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；作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能，并传递给发电机转子。一、转子的结构（一）轮式转子1.套装转子2.整锻转子3.组合转子4.焊接转子（二）鼓式转子汽轮机转子加工方便，合理利用材料，热态松动应用于中低压转子结构紧凑，强度刚度高，锻件尺寸大，加工工艺要求高应用于高中压转子•中心孔D=100合理利用材料，高压部分热态不松动应用于中压转子结构紧凑，强度刚度高，锻件尺寸大，焊接工艺要求高适用于低压转子主轴直径大的要求调节级平衡活塞平衡活塞平衡活塞1．危急保安器2．主推力盘3．付推力盘4．前轴承轴颈5．前汽封6．平衡活塞汽封7．调节级8．压力级9．中间汽封10．低压级11．后汽封12．后轴承轴颈13．盘车棘轮14．油涡轮动轮15．联轴器轴16．主平衡面17．辅助平衡面二、转子上的零部件（一）叶轮1.叶轮的结构2.叶轮的振动叶轮轮面上开有平衡孔，奇数个正在加工中的汽轮机转子叶轮上的平衡孔、轴封叶轮上的平衡孔、隔板汽封与隔板对比转子上的主油泵和转速表连接齿轮主油泵转速表连接齿轮推力盘隔板和汽封概念：动叶片是蒸汽动能转换成转子机械能的重要部件。工作条件：它在运行中受力复杂，工作条件又很恶劣。要求：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。加工要求：由于动叶片是精密零部件，所以加工精度很高，要求更为严格，加工工作区域要求为恒温，以防止因温度变化引起测量、加工误差。动叶片动叶片由叶型、叶根、叶顶三部分组成(一)叶型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。叶型是进行能量转换的工作部分。叶型分类：等截面直叶片，变截面扭叶片一、动叶片的结构等截面直叶片直叶片扭叶片扭叶片扭叶片加工中的叶片加工叶片的刀具(二)叶根部分定义：叶根是将动叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分要求：它的结构应保证在任何运行条件下都能牢固地固定，同时力求制造简单、装配方便。分类：常用的叶根型式有T型叶根、叉型叶根和枞树型叶根。1．T型叶根特点：它结构简单、加工方便。缺点：是在叶片离心力的作用下，叶根会对轮缘两侧产生弯矩，使轮缘有张开的趋势。应用：短叶片普遍采用。如国产300MW汽轮机的高压部分就采用了外包T型叶根。双T型叶根，多用于中长叶片装配：T型叶根的装配采用周向埋入法。这种方法装配较简单，但在更换个别叶片时，需将该叶片至缺口间的叶片拆下重装，增加了拆装工作量。2．叉型叶根特点：这种叶根叉尾数可根据叶片离心力大小选择，因而强度高，适应性好。同时加工简单，更换叶片方便。缺点：但其装配工作量大，且需要较大的轴向空间，限制了它在整锻转子和焊接转子上的应用。装配：径向装配。这种叶根被制成叉型，安装时从径向插入轮缘上的叉槽中，并用铆钉固定。应用：这种叶根结构多用于大功率汽轮机的调节级和末几级。如国产引进型300MW和~600MW汽轮机的调节级采用了每三个叶片为一个整体的三叉型叶根，3.枞树型叶根特点：这种叶根承载截面接近按等强度分布，叶根的齿数可按叶片上载荷来选择，因此承载能力大，强度适应性好，拆装方便。缺点：但加工复杂，精度要求高。装配：轴向装配:安装时，叶根沿轴向装入轮缘上的枞树形槽中。应用：主要用于载荷较大的叶片。如国产引进型600Mw汽轮机的压力级动叶片采用了这种形式的叶根(三)叶顶围带：汽轮机的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。拉金：长叶片则在叶型部分用拉金连接成组。自由叶片：围带和拉金都不用，成为自由叶片。1．围带作用：围带的作用是减小叶片工作的弯应力；增加叶片刚性；调整叶片的自振频率，以避开共振，提高叶片振动安全性；使叶片顶部封闭，避免蒸汽从汽道顶部逸出，有的围带还装设汽封，减小了级内漏汽损失。分类：(1)整体围带。(2)铆接或焊接围带(3)弹性拱形围带。2．拉金作用：拉金的作用是增加叶片的刚性，改善其振动性能。结构：拉金通常为6～12mm的实心或空心金属丝或金属管，穿在叶型部分的拉金孔中。分类：有的拉金与叶片焊接在一起，称为焊接拉金；也有的不焊接，称为松装拉金或阻尼拉金。缺点：由于拉金处于蒸汽通道之中，增加了蒸汽流动损失，并且拉金孔还会削弱叶片的强度，因此在满足了叶片振动要求的情况下，应尽量避免采用拉金。3.自由叶片一般自由叶片和仅用拉金成组的叶片都将顶部削薄，可起到汽封齿的作用，同时一旦动静部分在该部位发生摩擦，可减轻事故程度，保护了汽轮机。铆接围带铆接围带整体围带弹性拱形围带二、叶片的强度(一)叶片的受力分析叶片受到的作用力主要有两种：①叶片本身和与其相连的围带、拉金所产生的离心力；②汽流的作用力。叶片振动的激振力三、叶片的振动叶片是根部固定的弹性杆件自由振动——自振频率强迫振动——激振力共振——叶片的自振频率与激振力频率相等或成整数倍，叶片将发生共振。共振时：振幅和振动应力急剧增加，可能引起叶片的疲劳损坏。(一)引起叶片振动的激振力1.高频激振力汽流力周期性变化激振力的频率为：f=Zn×n0激振力的频率f=2000～4000Hz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，这样形成的激振力频率较低，称为低频激振力。低频激振力频率为：f=in(二)叶片的振型叶片的振动弯曲振动扭转振动：绕叶片形心连线往复扭转轴向振动：汽轮机轴向切向振动：叶轮圆周的切线方向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。振动时，叶型上可能有不动的点(实际是一条线)，称为节点。叶片和叶片组：随着激振力频率的升高，将出现一个、两个及更多个节点的振型，这些振动分别称为A0型、Al型、A2型……振动。A0型振动：频率低，振幅最大，动应力最大，最危险高阶次的振动不容易出现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。用围带连成组的叶片，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B0、Bl等型式。第一类对称的Bo型振动：对称于叶片组中心线的叶片的振动相位相反。第二类对称的B0型振动：对称于叶片组中心线的叶片振动相位相同。(三)叶片的自振频率叶片在静止时的自振频率称为静频率。叶片的自振频率取决于以下因素：(1)叶片的抗弯刚度越小，频率越低，振幅大。(2)叶片的高度越高，频率越低，振幅大。(3)叶片的质量越大，频率越低，振幅大。叶片工作时的自振频率还受到以下工作条件的影响：(1)叶根的连接刚度连接刚度降低，振动叶片的质量增加，刚性降低，因此自振频率降低。(2)工作温度当温度升高时，叶片的刚性降低，使自自振频率降低。(3)离心力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两方面影响：质量增加，使频率降低；叶片的刚度增加，频率升高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叶片在共振状态下工作容易损坏，因此需要将叶片的自振频率与激振力频率调开，避免运行中发生共振。对叶片的自振频率或激振力频率进行调整，称之为调频。由于激振力的频率难以准确估计且不好改变，实用中通常是调整叶片的自振频率。叶片的频率分散率频率分散率△f是一级中叶片A0型振动最高和最低自振频率之差与它们的平均值之比的百分数，要求△f8％。当频率分散率过大时，应检查叶片的安装质量。当频率分散度合格而频率仍不合格时，应进行调频。调整叶片自振频率的措施主要是改变叶片的质量和刚度，包括连接刚度。常用的调频方法有：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。转子上的主要零部件（二）联轴器作用：连接汽轮机的各转子及发电机转子，并传递转子上的扭矩。分类：刚性联轴器挠性联轴器半挠性联轴器1.刚性联轴器优点：连接刚性大，传递扭矩大，结构简单，尺寸小，减小轴承个数，缩短机组长度。缺点：传递振动和轴向位移，对转子找中心要求高应用：大功率汽轮机找中心要求：圆周偏差0.04mm，端面偏差0.02mm2.半挠性联轴器优点：部分吸收振动和轴向位移，对转子中心允许有少许偏差特点：扭转方向是刚性的，弯曲方向是挠性应用：汽轮机和发电机之间的转子连接，大功率汽轮机3.挠性联轴器有齿形联轴器、蛇形弹簧联轴器、膜片联轴器、膜盘联轴器。优点：不传递振动和轴向位移，对转子中心要求低缺点：结构复杂，需要润滑，易磨损，传递扭矩小找中心要求：圆周偏差0.08mm，端面偏差0.06mm应用：高转速机械（如主油泵与减速机轴的连接）,工业汽轮机膜片联轴器膜片联轴器膜盘联轴器半联轴器的安装方法1、热装或冷套法：适合钢性联轴器，带联接键钉。2、液压拆装法：适合无键联接的半联轴器。低压转子两端的联轴器三、转子的临界转速激振力：偏心质量引起的离心力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力，迫使转子振动。转速=激振力频率=自振频率时发生共振转子的临界转速—汽轮机发生共振时的转速汽轮机转子临界转速影响因素：刚度↑，自振频率↑质量↑，自振频率↓跨度↑，自振频率↓工作温度↑，自振频率↓轴承支承刚度↓，自振频率↓轴系的临界转速比单跨转子相应阶次的高汽轮机转子质量大，跨度大，临界转速一般都低于3000rpm刚性转子：一阶临界转速高于工作转速的转子。启机中不发生共振。临界转速高于工作转速20%~25%挠性转子：一阶临界转速低于工作转速的转子。启机中发生共振。临界转速与工作转速错开30%~40%1.定义：在汽轮机不进汽时，驱动转子以一定速度旋转的设备2.作用：（1）起动前盘动转子，直轴，油循环（2）送轴封前盘动转子，防止主轴热弯曲（3）冲转前检查动静是否摩擦，检查润滑系统是否工作正常（4）停机后盘动转子，直到汽缸温度到150℃以下，防止主轴热弯曲。盘车装置3.分类：（1）按盘车转速高低分：高速盘车：40~70rpm,利于油膜的建立，加快热交换，利于减小上下汽缸之间、转子内部温差，缩短起动时间低速盘车：2~4rpm，起动力矩小。速度低，不好建立油膜，不能应用于大功率汽轮机。（2）按结构特点分具有螺旋轴的电动盘车装置具有链轮—涡轮蜗杆的电动盘车装置4变成主动轮时，轴向力向左，使3和4脱开错油门压下，润滑油接通轴向力左推，投入顶轴油泵掉闸时，盘车装置联动停止润滑油压低时，盘车装置联动停止汽轮机转速高于200rpm时，盘车装置联动停止一、汽封的作用减小动静间隙的漏汽损失分类：轴端汽封（轴封）：包括高压轴封，低压轴封隔板汽封：通流部分汽封：包括叶顶汽封，叶根汽封汽封二、汽封的结构分类：曲径式汽封（梳齿形，J形，枞树形）布莱登活动汽封护卫式汽封接触式汽封蜂窝汽封(一)梳齿形汽封汽封环车出或镶嵌上高低相间的汽封齿汽轮机主轴套装有凸环的汽封套（或直接车出凸台）汽封环用弹簧片压向中心，并可做径向退让。高低齿汽封：Cr11MoV,1Cr1Ni9Ti，高中压平齿汽封：锡青铜，低压梳齿形汽封应用最广汽封弹簧片汽封弹簧片与汽封块的连接：采用销钉，降低汽封片强度，易断裂；采用十字连接；或将汽封片弯出一个圆角，嵌在汽封块背后相应的圆槽内。(二)J形汽封汽封片薄且软，用不锈钢丝嵌压汽封环的凹槽中优点：结构简单，紧凑缺点：汽封片薄且软