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哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第1页共52页第一部分N600MW汽轮机概述型汽轮机是由上海汽轮机制造厂制造的超临界中间再热、两缸两排汽、单轴、凝汽式汽轮机。有八级非调整抽汽供给三台高压加热器，一台除氧器和四台低压加热器。主给水泵由小汽轮机拖动。N600MW汽轮机将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分，由转子和定子组成。转子包括动叶片，叶轮，主轴和联轴器及紧固件等旋转部件。定子包括汽缸，蒸气室，隔板，隔板套，汽封，轴承等1.汽轮机的结构：1.1.汽缸汽缸的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内部完成能量的转换过程，汽缸内安装着喷嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外连接着进汽、排汽、抽汽等管道。汽缸的高、中压段一般采用合金钢或碳钢铸造结构，低压段可根据容量和结构要求，采用铸造结构或由简单铸件、型钢及钢板焊接的焊接结构。低压缸为反向分流式，每个低压缸一个外缸和两个内缸组成，全部由板件焊接而成。汽缸的上半和下半均在垂直方向被分为三个部分，但在安装时，上缸垂直结合面已用螺栓连成一体，因此汽缸上半可作为一个零件起吊。低压外缸由裙式台板支承，此台板与汽缸下半制成一体，并沿汽缸下半向两端延伸。低压内缸支承在外缸上。每块裙式台板分别安装在被灌浆固定在基础上的基础台板上。低压缸的位置由裙式台板和基础台板之间的滑销固定。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第2页共52页高压缸有单层缸和双层缸两种形式。单层缸多用于中低参数的汽轮机。双层缸适用于参数相对较高的汽轮机。分为高压内缸和高压外缸。高压内缸由水平中分面分开，形成上、下缸，内缸支承在外缸的水平中分面上。高压外缸由前后共四个猫爪支撑在前轴承箱上。猫爪由下缸一起铸出，位于下缸的上部，这样使支承点保持在水平中心线上。中压缸由中压内缸和中压外缸组成。中压内缸在水平中分面上分开，形成上下汽缸，内缸支承在外缸的水平中分面上，采用在外缸上加工出来的一外凸台和在内缸上的一个环形槽相互配合，保持内缸在轴向的位置。中压外缸由水平中分面分开，形成上下汽缸。中压外缸也以前后两对猫爪分别支撑在中轴承箱和1号低压缸的前轴承箱上。1.2.转子转子由合金钢锻件加工出来，在高压转子调速器端用刚性联轴器与一根长轴连接，此轴上装有主油泵和超速跳闸机构。转子可分为以下几类：整锻转子：叶轮、轴封套、联轴节等部件与主轴是由一整锻件削而成，无热套部分，这解决了高温下叶轮与轴连接容易松动的问题。这种转子常用于大型汽轮机的高、中压转子。结构紧凑，对启动和变工况适应性强，宜于高温下运行，转子刚性好，但是锻件大，加工工艺要求高，加工周期长，大锻件质量难以保证。套装转子：叶轮、轴封套、联轴节等部件都是分别加工后，热套在阶梯型主轴上的。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。中低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用套装结构。套装转子在高温下，叶轮与主轴易发生松动。所以不宜作为高温汽轮机的高压转子。焊接转子：汽轮机低压转子质量大，承受的离心力大，采用套装转子时叶轮内孔在运行时将发生较大的弹性形变，因而需要设计较大的装配过盈量，但这会引起很大的装配应力，若采用整锻转子，质量难以保证，所以采用分段锻造，焊接组合的焊接转子。它主要由若干个叶轮与端轴拼合焊接而成。焊接转子质量轻，锻件小，结构紧凑，承载能力高，与尺寸相同、有中心孔的整锻转子相比，焊哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第3页共52页接转子强度高、刚性好，质量轻，但对焊接性能要求高，这种转子的应用受焊接工艺及检验方法和材料种类的限制。组合转子：由整锻结构套装结构组合而成，兼有两种转子的优点。1.3.动叶片隔板用于固定静叶片，并将汽缸分成若干个汽室。动叶处安装在转子叶轮或转鼓上，接受喷嘴叶栅射出的高速气流，把蒸汽的动能转换成机械能，使转子旋转。叶片一般由叶型、叶根和叶顶三个部分组成。叶型是叶片的工作部分，相邻叶片的叶型部分之间构成汽流通道，蒸汽流过时将动能转换成机械能。按叶型部分横截面的变化规律，叶片可以分为等截面直叶片、变截面直叶片、扭叶片、弯扭叶片。等截面直叶片：断面型线和面积沿叶高是相同的，加工方便，制造成本较低，有利于在部分级实现叶型通用等优点。但是气动性能差，主要用于短叶片。弯扭叶片：截面型心的连线连续发生扭转，具有良好的拨动特性及强度，但制造工艺复杂，主要用于长叶片。叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。它应保证在任何运行条件下的连接牢固，同时力求制造简单、装配方便。叶根分类：T形叶根：加工装配方便，多用于中长叶片。菌形叶根：强度高，在大型机上得到广泛应用。叉形叶根：加工简单，装配方便，强度高，适应性好。枞树型叶根：叶根承载能力大，强度适应性好，拆装方便，但加工复杂，精度要求高，主要用于载荷较大的叶片。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。长叶片刚在叶身中部用拉筋连接成组，或者成自由叶片。围带的作用：增加叶片刚性，改变叶片的自振频率，以避开共振，从而提高了叶片的振动安全性；减小汽流产生的弯应力；可使叶片构成封闭通道，并可装置围带汽封，减小叶片顶部的漏气损失。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第4页共52页拉筋：拉筋的作用是增加叶片的刚性，以改善其振动特性。但是拉筋增加了蒸汽流动损失，同时拉筋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，应尽量避免采用拉筋，有的长叶片就设计成自由叶片。汽封1.4.轴承轴承是汽轮机一个重要的组成部分，分为径向支持轴承和推力轴承两种类型，它们用来承受转子的全部重力并且确定转子在汽缸中的正确位置。1.5.汽封转子和静体的间的间隙会导致漏汽，这不仅会降低机组效率，还会影响机组安全运行。为了防止蒸汽泄漏和空气漏入，需要有密封装置，通常称为汽封。汽封按安装位置的不同，分为通流部分汽封、隔板汽封、轴端汽封。1.6.联轴器联轴器用来连接汽轮机各个转子以及发电机转子，并将汽轮机的扭矩传给发电机。现代汽轮机常用的联轴器常用三种形式：刚性联轴器，半挠性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器：这种联轴器结构结构简单，尺寸小；工作不需要润滑，没有噪声；但是传递振动和轴向位移，对中性要求高。半挠性联轴器：右侧联轴器与主轴锻成一体，而左侧联轴器用热套加双键套装在相对的轴端上。两对轮之间用波形半挠性套筒连接起来，并以配合两螺栓坚固。波形套筒在扭转方向是刚性的，在变曲方向刚是挠性的。这种联轴器主要用于汽轮机－发电机之间，补偿轴承之间抽真空、温差、充氢引起的标高差，可减少振动的相互干扰，对中要求低，常用于中等容量机组挠性联轴器：通常有两种形式即齿轮式和蛇形弹簧式。这种联轴器，可以减弱或消除振动的传递。对中性要求不高，但是运行过程中需要润滑，并且制作复杂，成本较高。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第5页共52页2.汽轮机辅助系统2.1.润滑油系统组成：润滑油系统由主油泵、冷油器、顶轴装置、盘车装置、排烟系统、油箱、润滑油泵、事故油泵、滤网、加热器、油位指示器、各种阀门、逆止门、各种监测仪表等构成。作用：给汽轮发电机的支持轴承、推力轴承和盘车装置提供润滑油，为氢密封系统供备用油以及为操纵机械超速脱扣装置供压力油2.2.汽封系统汽封系统由汽封、汽封压力调节站（包括低压汽封减温喷水调节站）、汽封冷却器、蒸汽过滤器、安全阀等组成。汽封系统为自密封系统：当达到15%负荷时，高中压缸达到自密封；达到75%负荷时，此时，汽封系统达到自密封。大于75%负荷，高中压汽封漏汽除向低压汽封供汽外，多余的蒸汽通过溢流调节阀排往主凝汽器。系统中设置了低压汽封减温喷水调节站。维持低压汽封蒸汽温度在120～180℃之间。系统中配有两个安全阀，当汽封蒸汽压力达到0.275MPa时同时开启，排放系统中多余的蒸汽。汽封冷却器的作用：抽出汽轮机汽封系统的汽气混合物，防止蒸汽从汽机端部汽封漏入到汽机房和油系统中去而污染环境和破坏油质。2.3.疏水系统1、疏水阀在下列情况下一直打开；（1）在汽轮机停机后到被冷却之前；（2）在汽轮机启动和向轴封供汽之前；哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第6页共52页（3）当负荷带到额定负荷的20％之前；（4）当机组降负荷时，负荷降到低于额定负荷的20％时。2、在疏水阀打开之前，避免破坏真空后汽缸喷水系统●转速达到600r/min时自动投入，并在机组带上约15%负荷前连续运行。●当排气温度达到70℃时投入运行,达到80℃时报警,达到120℃时停机。2.4.循环水系统循环水系统可分为两种类型：1、直流(开式)供水系统水引进凝汽器冷却排汽，使用后排回水源（距离≤1km,高度≤12m），水质脏，需两次过滤，配胶球清洗装置。2、闭式供水系统：冷却水构成封闭的循环。闭式供水系统3种冷却设备：（1）自然通风冷却塔塔高，出力大的高达75-95m，造价高（2）机力通风冷却塔尺寸小，造价低，工作稳定；耗电，运行费用大，有噪声（3）冷却水池受风向风速影响大，周围空旷，无遮挡适用于中、小机组2.5.旁路系统旁路系统可分为四种类型：1级旁路系统、2级旁路系统、3级旁路系统、其他旁路系统。旁路系统的主要功能有以下几点：1、调整锅炉参数，达到汽轮机启动参数（升温、升压）2、冲转后，机、炉蒸汽量匹配3、汽轮机甩负荷空转或带厂用电运行，排走锅炉多余汽体4、炉点火，汽机冲转前、停机不停炉时，冷却再热器5、紧急停炉时，排出剩余蒸汽，起安全阀作用6、起到回收汽水作用下面对各级旁路系统进行简单的介绍：1级旁路系统：优点：系统简单，操作方便，基建投资低，启动时调节过热蒸汽参数，加热哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第7页共52页主蒸汽管道缺点：再热器干烧，再热管无暖管，再热温度不好控制用途：非再热机组，再热器允许干烧2级旁路系统：优点：保护再热器，加热主、再蒸汽管道缺点：系统复杂，基建投资大用途：高中压联合启动，中压缸启动3级旁路系统：优点：功能齐全缺点：设备多、投资大、操作复杂用途：很少用哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第8页共52页第二部分热力系统的设计1.主再热蒸汽系统主再热蒸汽系统采用单元制系统，即汽轮机与锅炉组成的单元，与其他单元之间无蒸汽管道连接。单元制系统的优点是系统简单，管道短，阀门少，故能够节省大量高级耐热合金钢；事故仅限于本单元内，全厂安全可靠性较高；控制系统按单元设计制造，运行操作少，易于实现集中控制；工质压力损失散热小，热经济性较高；维护工作量少，费用低；无母管，便于布置，主厂房土建费用少。其缺点是单元之间不能切换。单元内任意与主气管相连的主要设备或附件发生事故，都将导致整个单元系统停止运行，缺乏灵活他调度和负荷经济分配的条件；负荷变动时对锅炉的燃烧的调整要求高；机炉必须同时检修，相互制约。该系统还采用由高压旁路和整机旁路组成的两级旁路并联系统。高压旁路起着保护再热器的作用，同时也做机组启动时暖管以及机组热态启动时用以迅速提高再热气温使之接近中压缸温度。整机旁路则将启停、甩负荷及事故等工况下多余的蒸汽排入凝汽器，锅炉超压时可减少安全阀的动作甚至不动作。主蒸汽系统包括锅炉过热器出口到汽轮机主汽阀的蒸汽管道和去锅炉给水泵汽轮机的新蒸汽管道。本系统从锅炉过热器出口接出单根主蒸汽管道，到汽轮机处再分成两根支管分别接到汽轮机两侧主汽阀。从主蒸汽管上还接出给水泵汽轮机新蒸汽管道、高压旁路管道及轴封供气管道。由于再热机组的蒸汽流量很大，汽轮机自动主汽阀（高压主汽阀）配置两个，高压调速汽阀配置两个，再热后的中压自动主汽阀与相应的调速汽阀合并为中压联合汽阀，也配置四个。他们均靠汽轮机调速系统的高压油控制其自动关闭。高压缸排汽管上为防止机组甩负荷时再热管道内的蒸汽倒流入汽轮机，通常设置有止回阀。当汽轮机甩负荷时，高中压缸自动主汽阀在高压油的作用下瞬间关闭（0.1-