汽轮机结构及调速系统

汽轮机结构及调速系统培训讲义一、汽轮机的基本工作原理二、汽轮机的静止部套简介三、汽轮机的转动部件简介四、盘车机构及主汽（补汽）联合阀组五、汽机本体测点及本体疏水六、汽机TSI测点布置七、汽机调速系统介绍多级汽轮机断面示意图一、汽轮机的基本工作原理1、冲动原理•纯冲动级：只在喷嘴叶栅中膨胀（效率低，做功能力较大）•带反动度冲动级：蒸汽膨胀大部分在喷嘴中进行，只有一小部分在动叶栅中继续膨胀（大部分机组采用），如国产100、125、200MW机组。冲动式汽轮机轴向推力有40-80t。2、反动原理•反动级：反动度为0.5的级；蒸汽在反动级中的膨胀一半在喷嘴中进行，一半在动叶中进行（效率高，做功能力较小），如国产300MW机组。反动式汽轮机轴向推力有100-200t。二、汽轮机的静止部套1、汽缸2、喷嘴、隔板和隔板套3、前后轴承座4、滑销系统5、支持轴承与推力轴承6、汽封7、进汽机构、排汽机构汽缸•整个汽缸由汽缸前部（前汽缸）、汽缸中部（中汽缸）和排汽缸（后汽缸）三段组成，前汽缸、中汽缸、后汽缸分别由合金铸钢、碳素铸钢、碳素铸钢与铸钢件制成，汽缸分上下两半，三者之间均采用中分面和螺栓联接；•前汽缸采用双层缸结构，分为高压内缸和高压外缸；•高压内缸整体铸有高压蒸汽室，为全周进汽，在下半有两个进汽口；•前汽缸前部的下部有两个进汽口与主蒸汽管道焊接联接高压调节汽阀；•前汽缸的下部第十一级后由一个DN350的补汽管与补汽阀组连接；•汽缸下部第十六级后为抽汽口；•后汽缸采用焊接结构，后轴承座与后缸为一体；双压凝汽式汽轮机外观图前轴承箱高压主蒸汽口低压补汽口低加抽汽口大气薄膜（排汽缸安全阀）排汽缸汽缸前、中部汽机平衡管汽轮机剖面图汽缸纵剖图1-进汽连接管；2-小管；3-螺栓圈；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-调节级喷嘴组喷嘴、隔板及隔板套•节流配汽：低负荷时节流损失大效率低，变工况时高压部分温度变化小热应力小。•汽轮机设计为18级隔板，全部为焊接隔板；•高压内缸内装有第一至第六级隔板，其中第一级隔板采用螺栓固定于高压蒸汽室后；•在前汽缸和中汽缸内部装有三级隔板套。＃1隔板套内装有第七至第十一级隔板，＃2隔板套内装有第十二至第十四级隔板，＃3隔板套内装有第十五、第十六级隔板，第十七和第十八级隔板直接装在中汽缸上；•汽机全部喷嘴（静叶片）采用全四维（多了一个时间维）气动设计。高压第一至第六级隔板采用分流静叶栅（50年代前100MW以下的中小冲动式汽轮机采用宽厚静叶栅，50年代后期开始逐渐使用带加强筋的窄叶片，80年代开始使用多分流静叶栅，降低了型损、端损、二次流损失），全部静叶采用后加载鱼头叶型（叶栅通道前后压差较小，削弱通道的二次流强度，使叶栅损失大大降低。后加载静叶栅不仅效率高，而且叶型刚度大，其攻角适应范围广，可以在设计时增加动、静叶片轴向间隙，使机组的快速启停与调峰得到了保证）。第七至第十八级采用斜通道设计。第1到12级静叶采用高效等截面叶片，第13到18级采用弯扭叶片（利用径向平衡法确定级间气流平衡条件，使其不产生径向运动而设计出弯扭叶片）；汽封•轴封、隔板汽封、叶顶汽封、叶根汽封•前汽缸前部装有高压前汽封，在排汽缸与后轴承座洼窝处装有后汽封；轴封有高低齿曲径和平齿光轴两类，该机组采用前一种。•隔板在静叶根部设有径向汽封，其中第2到14级隔板以及前轴封装有布莱登汽封，第1到14级动叶顶部装有叶顶汽封。•汽封的作用前汽封：保证高压蒸汽不向外泄漏，防止前轴承箱油中带水后汽封：防止空气漏入汽机，影响真空径向汽封：减小汽机漏气损失，加大轴向通流间隙•布莱登汽封（可调汽封）通流部分汽封示意图布莱登汽封（可调汽封）前后轴承座•前轴承座座落在前座架上，用钢板焊接而成；前轴承座内装有推力支持联合轴承、主油泵、危急遮断油门、危急遮断油门复位装置及其它一些调节保安部套、测量元件等；•前轴承座为落地结构，支撑在轴承座台板上；•后轴承座为不落地结构，直接焊在排汽缸上；内设有＃2径向轴承、大轴盘车齿轮及胀差测量元件滑销系统•机组设有前座架和后座架，所有座架均借助地脚螺栓及二次灌浆固定于汽轮机的基础上。•前轴承座座落在前座架上，前轴承座与前座架之间沿中心轴线布置，有纵向键、前轴承座可在其座架上沿轴线前后移动；前轴承座与前汽缸之间有定中心梁（推拉机构），具有确定汽缸中心，引导汽缸垂直方向膨胀，以及传递汽缸因热膨胀而对前轴承的推（拉）力的作用。•前汽缸在下半前端有两猫爪支承在前轴承座上，汽缸前猫爪采用下猫爪中分面支承方式，消除了机组运行中汽缸中心抬高问题；•排汽缸两侧支承在排汽缸座架上，其外测处有水平横键连接，在排汽缸的后轴承座下部装有后汽缸导板。•汽缸的膨胀死点（汽机的绝对死点）：排汽缸外测水平横键与汽机中心线的交点；汽缸以死点为中心向前轴承座方向膨胀；此外，排汽缸本身存在以死点为中心向前后左右方向的微量膨胀；•转子的膨胀死点（汽机的相对死点）：转子推力盘受推力轴承前后限位，以推力轴承为参照基准，转子只能向后轴承座方向膨胀；•注意：由于转子座落在各轴承上，且受推力轴承限位，在汽缸向前膨胀时，推力轴承与汽缸一起向前膨胀，转子同样也向前膨胀，但转子向前膨胀的同时，还存在着向后的膨胀量；在排汽缸的后轴承座内联轴器处是转子与汽缸之间相对膨胀最大的地方，因此装有相对膨胀指示器•高压内缸通过汽机中分面处的安装搭子、前端的上下立键、中部的圆周槽、后端的上下轴向键安装于前汽缸内，这使得高压内缸能随汽缸整体向前膨胀或向后收缩；滑销系统图内缸在外缸上的中分面支承1.内下缸2.内缸连接螺栓3.内上缸4.外下缸5.外缸连接螺栓6.外上缸7.轴承座8.支承垫片支承轴承及推力轴承•轴承分为径内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量并且确定转子在汽缸中的正确位置。•径向支持轴承用来承搁转子的重量和旋转的不平衡力，以保持转子旋转中心与汽缸中心一致，从而保证转子与汽缸、汽封、厢板等静止部分的径向间隙正确。•推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证通流部分动静间正确的轴向间隙。所以推力轴承被看成转子的定位点，或称汽轮机转子对静子的相对死点。•该汽机转子为二支点支承，分别为＃1推力支持联合轴承和＃2支持轴承，＃1轴承为三层带瓦衬椭圆轴承，＃2轴承为二层带瓦衬椭圆轴承；•推力轴承采用金斯伯雷式推力轴承，在推力盘前后两侧装有推力瓦块，各有十块布置在整个圆周上，推力轴承是自位式的，能自动的把载荷均布于各瓦块上；油膜振荡防范措施•K＝OO‘/(R-r)K越大，失稳转速越高，越不容易产生半速涡动和油膜振荡。反之，K越小转轴工作越不稳定。通常认为K大于0.8时，轴颈在任何情况下都不会发生油膜振荡。•防止油膜振荡的措施(1)增加比压。增加比压的方法可以采用缩短轴承长度，以及调整轴瓦的中心等措施来达到。(2)降低润滑油黏度。润滑油黏度越大，轴颈旋转时带入油楔中的油量越多，油膜越厚，轴颈在轴瓦中浮得越高，相对偏心率越小，轴颈就越容易失去稳定。(3)调整轴承间隙。一般认为减少轴瓦顶部间隙可以增加油膜阻尼，产生(圆筒形轴承)或加大(椭圆形轴承)向下的油膜作用力，从而增大相对偏心率，同时加大轴瓦两侧间隙时(相当于增大椭圆度，即增大相对偏心率)效果更为显著。三、汽轮机的转动部件1、转子2、危急遮断器3、主油泵4、联轴器转子•转子采用组合转子：1～14级为整锻结构，15～18级为套装结构。转子主轴采用无中心孔结构，材料为铬钼钒合金铸造钢，在高温区具有较好的高温机械性能，另外有四级套装叶轮和后汽封套筒、后档油环等套装件，在低温区也具有很好的机械性能和FATT值。对铬钼钒合金钢材转子来说，它的低温脆性转变温度数值一般为80一130℃，另外FATT会随着时间延长变化的，大约每10年，FATT温度升高50℃。•转子的临界转速：一阶1593r/min，二阶4539r/min•转子通流部分共有18个压力级组成，第一至第十五采用单倒T型叶根，第十六至第十八级采用叉型叶根。•在第1级到14级叶轮顶部进汽侧设有径向汽封结构（与第2～14级隔板布莱登汽封配套）危急遮断器•在汽轮机前轴承座内高中压转子的前伸短轴上装有两个飞锤式危急遮断器（撞击子），短轴与汽轮机转子用螺钉刚性连接在一起。•危急遮断器藉飞锤的偏心，在高速旋转下产生离心力，当离心力大于压弹簧的预紧力时，撞击子出击，撞击在危急遮断滑阀杠杆上，使危急遮断滑阀脱扣，迅速泄去安全油，从而关闭高压主汽门、高压调门，补汽主汽门及补汽调门。•危急遮断器的动作转速为3270～3330r/min，复位转速约为3050±20r/min主油泵•在汽轮机前轴承座内高压转子前端短轴上装有主油泵泵轮。•主油泵为双吸离心泵，由汽轮机直接带动，汽机转速2700转以上才能正常工作。•主油泵正常工作后通过＃1射油器提供主油泵进口供油、通过＃2射油器供给润滑油系统供油、并提供调速油系统用油。联轴器•汽轮机转子和发电机转子采用刚性联轴器和波形过渡节相连。•主油泵与汽机转子通过刚性联轴器相连。四、盘车机构及主汽（补汽）联合阀组1、盘车机构2、主汽联合阀组3、补汽联合阀组盘车机构•盘车设备装在后轴承座的上盖上,采用涡轮涡杆及齿轮复合减速,轴向啮合的低速盘车装置。•机组在停机后盘车装置可以实现手动和自动盘车,带动转子以4.6RPM的转速旋转,避免转子热弯曲,当汽机冲转转速高于盘车转速时能够自动脱开。。•盘车机构方式：涡轮蜗杆及摆动齿轮，本机组采用的为涡轮蜗杆型主汽联合阀组•主汽阀与调节汽阀布置在汽轮机头部运转层，位于轴中心线上，用刚性座架安装在基础上，主汽阀为卧式布置，调节汽阀为立式布置，两阀阀壳铸为一体，使结构紧凑，因此也称成为主汽联合阀组。•主汽调节阀阀壳在水平方向铸有四个支角，整个汽阀靠此支撑在构架上，受膨胀时汽阀在构架中以其中一个脚为死点，其余三个脚可在平面内滑动。汽阀构架使用钢板焊接而成的，座落在汽轮机运转平台的基础上，用螺栓加以固定。主汽阀：•主汽阀为单座球形阀，阀碟的底部为半球形。启动时，先打开预启阀，减小阀碟前后的压差，从而减小阀门提升力，预启阀行程为18±0.5mm；预启阀开足后阀杆继续移动带动碟阀开启，主汽阀总行程为88±0.5mm。•阀杆的一次漏气腔室漏气至低压补汽导汽管（11级后）；阀杆的二次漏气腔室漏气至轴封漏气母管，进入轴封加热器。•阀碟外装有一个蒸汽滤网，网板是用不锈钢卷起的圆筒，上边钻有若干小孔，能防止汽流中的机械杂质进入汽轮机的通流部分。调节汽阀：•调节汽阀有阀碟、阀座、阀杆汽封、阀套等零件。•阀碟于阀座的配合部分为球形截面，并带有120o锥角，阀座上配合部分为75o的锥体，下面带有一个扩散段，减少了流动损失。•启碟阀内有一个预启阀，阀碟上部空间为卸载室，减小阀门提升力，预启阀行程为10±0.2mm，调节汽阀总行程为80±1mm。•阀杆的一次漏气腔室漏气至低压补汽导汽管（11级后）；阀杆的二次漏气腔室漏气至轴封漏气母管，进入轴封加热器。补汽联合阀组•低压主汽阀和调节阀采用进口三偏心液动碟阀，布置在运转层下方。通过一根Φ377×10低压导汽管与汽缸前部下半12级前的补汽口相连。补汽阀组有一摆动支架，允许补汽阀组在水平方向自由膨胀。五、汽机本体测点及本体疏水1、汽机本体测点2、汽机本体疏水运行人员必须熟悉测点的具体安装位置及该测点的作用！！汽机本体测点•主汽阀内（外）壁温/主汽阀后压力/调节阀后压力/调节阀后蒸汽温度•高压外缸前汽封处内壁金属温度/高压前汽封室压力•高压外缸上（下）壁温/高压内缸上（下）壁温•高压缸前部法兰内（外）壁金属温度左（右）•补汽进汽口上（下）缸内壁温度/补汽处蒸汽压力/补汽口汽缸内蒸汽温度•高压导汽管金属壁温左（右）•低加抽汽蒸汽温度/低压抽汽蒸汽压力•后缸排汽压力/后缸排汽温度•后汽封温度汽机本体测点（1）高压汽封处金属温度高压前部法兰内（外）壁温右高压外缸上壁温度高压内缸上壁温度补汽进汽口上壁金属温度补汽口汽缸内蒸汽温度高压外缸下壁温度高压内缸下壁温度补汽进汽口下