汽轮机本体与结构课件

华华丰伟业克拉玛依项目部丰伟业克拉玛依项目部全能值班员培训（汽机专业第一讲）汽轮机本体结构350MW汽轮机结构图一、汽轮机的基本概念一、汽轮机的基本概念汽轮机内的能量转换一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的喷嘴，并在其中膨胀，蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断增加，使蒸汽的热能转化为动能蒸汽热能蒸汽热能 气流的动能气流的动能轴的机械能轴的机械能喷嘴喷嘴动叶动叶2024/7/33汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理1轴2叶轮3动叶栅4喷嘴喷嘴单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图单级冲动式汽轮机工作原理结构立体图“级”是汽轮机中最基本的工作单元。在结构上它是由静叶（喷嘴）和对应的动叶所组成；一列固定的喷嘴和与它配合的动叶片构成了汽轮机的基本作功单元，称为汽轮机的“级”2024/7/34（一）（一）冲动作用原理冲动作用原理p冲动力的定义：根据力学知识，当一运动物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时给阻碍它的物体的一个作用力p特点：蒸汽仅把从喷嘴中获得的动能转变为机械功，蒸汽在动叶通道中不膨胀，动叶通道不收缩2024/7/35从作用力方面分析原理从作用力方面分析原理l 喷嘴出口处：蒸汽以相对速度w1进入动叶通道，由于受到动叶的阻碍，汽流方向不断改变，最后以相对速度w2流出动叶通道，l在流道中蒸汽对动叶产生一个轮周方向的冲动力F1，该力对动叶作功使动叶转动 蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化蒸汽流过无膨胀动叶通道时速度的变化2024/7/36反动力定义：蒸汽在动叶汽道内膨胀时对动叶的作用力。根据动量守恒定律，当气体从容器中加速流出时，要对容器产生个与流动方向相反的力。基本特点：蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。（二）反动作用原理（二）反动作用原理2024/7/37从作用力方面分析原理从作用力方面分析原理蒸汽流经级时先在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加一方面通过速度方向的改变，产生冲动力F1蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，所产生的焓降转化为动能造成动叶出口的相对速度w2大于进口相对速度w1，使汽流产生了作用于动叶上的与汽流方向相反的反动力Fr。在蒸汽的冲动力和反动力合力作用下推动动叶旋转作功。动叶通道是逐渐收缩的动叶通道是逐渐收缩的 2024/7/38级的类型及特点级的类型及特点汽轮机的级可分为冲动级和反动级两大类(1)、冲动级冲动级又分：纯冲动级、带反动度的冲动级速度级1)纯冲动级：反动度为零的级称为纯冲动级工作特点：是蒸汽只在喷嘴中膨胀，在动叶通道中不膨胀结构特点：动叶叶型近似对称弯曲，作功能力大，但效率比带反动度的冲动级低。2024/7/39现代冲动式汽轮机中广泛采用具有一定反动度的冲动级，简称为冲动级工作特点:蒸汽的膨胀主要喷嘴中进行，在动叶通道中仅有小部分膨胀，产生的反动力较小，主要利用冲动力作功结构特点：作功能力比反动级的大，效率又比纯冲动级高。2)带反动度的冲动级2024/7/310冲动式汽轮机冲动式汽轮机2024/7/311速度级:为使充分利用余速，在两列动叶之间装设列导向叶片，排汽经过导向叶片后改变方向，进入第二列动叶继续作功。这种级称为速度级。复速级：同一叶轮上装有两列动叶片的双列速度级，又称为复速级。工作特点：蒸汽主要在喷嘴中膨胀加速：动叶通道和导向叶片通道中基本不膨胀，焓降大、效率较低。用于单级汽轮机和中、小型多级汽轮机的第一级。3)复速级2024/7/312定义：蒸汽在级中的理想焓降平均分配在喷嘴和动叶通道中的级称为反动级工作特点：蒸汽在喷嘴和动叶通道中的膨胀程度相等，作功的力冲动力和反动力各占一半结构特点：动叶叶型与喷嘴叶型完全相同。反动级的效率高于冲动级，但整级的理想焓降较小。4)反动级2024/7/313反动式汽轮机反动式汽轮机2024/7/314调节级调节级喷嘴调节：多数汽轮机采用改变第一级喷嘴面积的方法调节进汽量，称之为喷嘴调节。调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级。大容量汽轮机多采用单列冲动级。还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。2024/7/315A.A.A.A.汽轮机类型汽轮机类型汽轮机类型汽轮机类型汽轮机的分类1.按工作原理分冲动式汽轮机-由冲动级组成，蒸汽主要在喷嘴中膨胀，在动叶中只有少数膨胀。现代冲动式汽轮机各级的反动度一般在5%30%的范围内。反动式汽轮机-由反动级组成，蒸汽在喷嘴和动叶中膨胀程度相同。由于反动级不能做成部分进汽，故调节机采用单列冲动机或复速级。反动式汽轮机反动度常取0.5，以使动叶和静叶可取相同叶型，从而简化制造工艺。A.A.A.A.汽轮机类型汽轮机类型汽轮机类型汽轮机类型汽轮机的分类2.按热力特性分凝汽式汽轮机-排汽在高度真空状态下进入凝汽器凝结成水，有些小汽轮机没有回热系统，成为纯凝汽式汽轮机。背压式汽轮机-排汽直接用于供热，没有凝汽器。当排汽作为其他中低压汽轮机的工作蒸汽时，称为前制式汽轮机。调节抽汽式汽轮机-从汽轮机某级后抽出一定压力的部分蒸汽对外供热，其余排汽仍进入凝汽器。由于热用户对供热压力有一定的要求，需要对抽汽压力进行自动调节，故称为调节抽汽。根据用户需要，有一次调节抽汽和两次调节抽汽。A.A.A.A.汽轮机类型汽轮机类型汽轮机类型汽轮机类型2.按热力特性分 抽汽背压式汽轮机-具有调节抽汽的背压式汽轮机。中间再热式汽轮机-进入汽轮机的蒸汽膨胀到某一压力后，被全被抽出送往锅炉的再热器进性再热，再返回汽轮机继续膨胀做功。混压式汽轮机-利用其他来源的蒸汽引入汽轮机相应的中间级，与原来的蒸汽一起工作同常用于工业生产的流程中，作为蒸汽热能的综合利用。A.A.汽轮机类型汽轮机类型3.按汽流方向分 轴流式汽轮机-组成汽轮机的各级叶栅沿轴向依次排列，汽流方向的总趋势是轴向的，绝大多数汽轮机都是轴流式汽轮机。辐流式汽轮机-组成汽轮机的各级叶栅沿半径方向依次排列，汽流方向的总趋势是沿半径方向。A.A.汽轮机类型汽轮机类型汽轮机的分类 4.按用途分电站汽轮机-用于拖动发电机，汽轮发电机组需按供电频率定转速运行，故也称为定转速汽轮机，主要采用凝汽式汽轮机。也采用同时供热的供电的汽轮机，通常称为热电汽轮机或供热式汽轮机。工业汽轮机-用于拖动风机，水泵等转动机械，其运行速度经常是变化的，也称为变转速汽轮机。凝汽式供暖汽轮机-在中低压缸连通管上加装蝶阀来调节供暖抽汽量，抽汽压力不像调节抽汽式汽轮机那样维持规定的数值，而是随流量大小基本上按直线规律变化。汽轮机的分类汽轮机的分类-1-1按热力过程特性分类按热力过程特性分类按热力过程特性分类按热力过程特性分类凝汽式汽轮机凝汽式汽轮机进入汽轮机的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝进入汽轮机的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器。汽器。背压式汽轮机背压式汽轮机排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机。排汽压力高于大气压力的汽轮机称为背压式汽轮机。调节抽汽式汽轮机调节抽汽式汽轮机部分蒸汽在一种或两种给定压力下抽出对外供热，其余部分蒸汽在一种或两种给定压力下抽出对外供热，其余蒸汽作功后仍排入凝汽器。蒸汽作功后仍排入凝汽器。中间再热式汽轮机中间再热式汽轮机新蒸汽经汽轮机前几级作功后，全部引至加热装置再次新蒸汽经汽轮机前几级作功后，全部引至加热装置再次加热到某一温度，然后再回到汽轮机继续作功。加热到某一温度，然后再回到汽轮机继续作功。汽轮机的分类汽轮机的分类-2-2按工作原理分类按工作原理分类v冲动式汽轮机冲动式汽轮机按冲动作用原理工作的汽轮机称为冲动式汽轮机v反动式汽轮机反动式汽轮机按反动作用原理工作的汽轮机称为反动式汽轮机v混合式汽轮机混合式汽轮机由按冲动原理工作的级和按反动原理工作的级组合而成的汽轮机称为混合式汽轮机汽轮机的分类汽轮机的分类-3-3按新(主)蒸汽压力分类低压汽轮机新蒸汽压力为1.2 MPa2MPa；中压汽轮机新蒸汽压力为2.1 MPa8MPa；高压汽轮机新蒸汽压力为8.1 MPa12.5MPa；超高压汽轮机新蒸汽压力为12.6MPa15.1MPa；亚临界汽轮机新蒸汽压力为15.1MPa22MPa；超临界汽轮机新蒸汽压力为22.12MPa25MPa；超超临界汽轮机新蒸汽压力为25.0MPa以上。国产汽轮机类型的代号N:N:凝汽式凝汽式C:C:一次调节抽汽式一次调节抽汽式CC:CC:两次调节抽汽式两次调节抽汽式B:B:背压式背压式CB:CB:抽汽背压式抽汽背压式H:H:船用船用Y:Y:移动式移动式k:k:空冷式空冷式国产汽轮机的型号表示方法是：国产汽轮机的型号表示方法是：X X XX XX X XX X变形设计次序蒸汽参数额定功率(MW)汽轮机类型 例如：CJK350-24.2/566/566超临界间接空冷主汽阀前566 再热蒸汽进气阀前566主要技术规范及热力参数：型号CJK350/275-24.2/0.64/566/566、超临界、一次中间再热、单轴（采暖抽汽)、间接空冷抽汽凝汽式汽轮机额定功率350MW额定抽汽工况功率275MW主蒸汽额定参数24.2MPa/566最大进汽量1180t/h额定背压12Kpa额定供气抽汽压力0.64MPa,最大抽气量550t/h转速3000r/min转向机头看为顺时针给水系统7级回热，给水由汽动给水泵驱动汽轮机通流级数高压1+12级、中压11级、低压25级，共34级国电克拉玛依350MW超临界间接空冷机组汽轮机的结构汽轮机的结构 汽轮机由转动部分和静止部分所组成。汽轮机转动部件的组合体称为转子，它包括主轴、叶轮(或转鼓)、动叶栅、联轴器及装在轴上的其他零件。蒸汽作用在动叶栅上的力矩，通过叶轮、主轴和联轴器传递给发电机或其他设备，并使它们旋转而作功。汽轮机的静止部分包括基础、台板(机座)、汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等部件，但主要是汽缸和隔板。汽轮机剖面图汽轮机剖面图汽轮机转子汽轮机转子 汽轮机的转动部分统称为转子，它是汽轮机的重要部件之一，起着工质能量转换及扭矩传递的作用，它汇集了各级动叶栅上得到的机械能并传给发电机（或其他机械）转子的工作条件相当复杂，它处在高温工质中，以高速旋转承受着离心力所引起的巨大应力、蒸汽作用在其上的轴向推力以及由于温度分布不均匀引起的热应力，还要承受巨大的扭转力矩和轴系振动所产生的动应力。汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮本身离心力所引起的应力，而且还承受着由温度差所引起的热应力。此外，当转子不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动。因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、经济运行有着很大的影响。汽轮机转子结构汽轮机转子结构汽轮机转子汽轮机转子高压转子转子实物转子实物2024/7/331高中压转子低压转子转子上的部件推力盘推力盘推力盘推力盘测速齿轮测速齿轮测速齿轮测速齿轮主油泵主油泵主油泵主油泵危急遮断器危急遮断器危急遮断器危急遮断器高压排汽侧高压排汽侧高压排汽侧高压排汽侧平衡活塞平衡活塞平衡活塞平衡活塞高中压缸高中压缸高中压缸高中压缸前汽封前汽封前汽封前汽封#1#1轴承轴承轴承轴承轴颈轴颈轴颈轴颈 高压十二个反高压十二个反高压十二个反高压十二个反动式动叶片动式动叶片动式动叶片动式动叶片加平衡螺塞加平衡螺塞加平衡螺塞加平衡螺塞的工艺孔的工艺孔的工艺孔的工艺孔调节级叶调节级叶调节级叶调节级叶轮平衡孔轮平衡孔轮平衡孔轮平衡孔调节级调节级调节级调节级叶片叶片叶片叶片高压进汽侧高压进汽侧高压进汽侧高压进汽侧平衡活塞平衡活塞平衡活塞平衡活塞中压平衡中压平衡中压平衡中压平衡活塞活塞活塞活塞套装转子套装转子套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套(过盈配合)在主轴上，并用键传递力矩。主轴加工成阶梯形，中间直径大，只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400以下。组合转子组合转子根据各段的工作条件不同，在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。组合转子广泛用于高参数、中等功率的汽轮机上。叶轮的结构叶轮的结构叶轮是一种圆盘形的零件，它一般由轮缘、轮体(轮面)和轮壳三部分组成。轮缘用来固定叶片，其具体结构与叶片的受力情况及叶根形状有关，大多数轮缘具有比轮体为大的截面。轮壳是叶轮套于主轴上的配合部分，故只有套装转子才有，其结构取决于叶轮在主轴上的套装方式，为了保证轮壳有足够的强度，轮壳部分一般都要加厚。轮体是叶轮的中间部分，它起着连接轮缘与轮壳的作用，其断面应根据受力情况来确定。叶轮的结构型式叶轮的结构型式叶片叶片 动叶片：在汽轮机工作过程中随汽轮机转子一起转动的叶片称工作叶片，作用是把蒸汽的动能转变成机械能，使转子旋转。静叶片安装在隔板或汽缸上；动叶片安装在叶轮或转鼓上。安装在高压转子上的叶片 2024/7/340动叶片的结构型式动叶片的结构型式叶根：将动叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分，它的结构应保证在任何运行条件下都能牢固地固定。叶型：相邻叶片的叶型部分构成汽流通道。叶顶：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。长叶片在叶型部分用拉金连接成组，或者围带和拉金都不用，成为自由叶片。2024/7/341动叶片的结构动叶片的结构动叶片是汽轮机中数量最大和种类最多的零件，它的结构、材料和装配质量对汽轮机的安全和经济运行有极大的影响。在汽轮机的事故中，叶片事故约占60%70%左右，所以必须予以足够的重视。叶片应具有良好的流动特性、足够的强度、满意的转动特性、合理的结构和良好的工艺性能。弯扭叶片弯扭叶片叶根和轮缘结构叶根和轮缘结构叶片通过叶根固定在叶轮上，叶根与叶轮的连接应该牢固可靠，而且应保证叶片在任何运行条件下不会松动。同时，叶根的结构应在满足强度的条件下尽量简单，使制造、安装方便，并使叶轮轮缘的轴向尺寸为最小。随着动叶片的圆周速度和长度的不同，其叶根所受的作用力也不同，这就需要采用不同的叶根结构型式。叶片与叶轮装配实例叶片与叶轮装配实例汽缸的结构汽缸的结构 汽缸从高压向低压方向看，大致上呈圆筒形或圆锥形。为了便于加工、安装及检修，汽缸一般作成水平对分式，即分为上、下汽缸，水平结合面一般用法兰螺栓连接，另外，为了合理利用材料和便于加工、运输，汽缸也常按缸内压力高低沿轴向分为几段，垂直结合面也采用法兰螺栓连接，由于垂直结合面一般不需拆卸，为保证其严密性，有些汽缸还在结合面的内圆加以密封焊。汽缸内部装有喷嘴室、喷嘴、隔板套、隔板和汽封等部件。分成高压缸、中压缸和低压缸。汽缸的作用汽缸的作用1将高温、高压的蒸汽与大气隔开，形成能量转换的环境；2内部包容隔板、喷嘴叶栅及转子部件，共同构成汽轮机的通流部分；3承受安装在内部各零件的重量，管道的安装拉力，运行时汽缸内外的压差，汽缸内外温度变化产生的热应力以及连接管道热状态改变时对汽缸的作用力；4端部装有汽封，形成严密的汽室，防止蒸汽外漏，在低压部分防止空气漏入；5汽缸上加工有抽汽口，与回热抽汽管道加热系统一起完成回热循环，加热给水，提高循环热效率。2024/7/347汽缸汽缸2024/7/348汽轮机下缸及转子图汽轮机下缸及转子图2024/7/349转子与下汽缸转子与下汽缸高中压缸合缸2024/7/351高中压缸低压缸高参数大功率汽轮机进汽管及调节阀布置 概念:喷嘴又称静叶片，实际上它就是相邻两静叶片所形成的汽流通道，其作用是将蒸汽的热能变为动能。隔板静叶实物喷嘴喷嘴2024/7/355反动式汽轮机静叶栅反动式汽轮机静叶栅2024/7/3562024/7/357调节级喷嘴室调节级喷嘴室2024/7/358隔板结构隔板结构 隔板用于固定喷嘴叶片，并将整个汽缸内部空间分隔成若干个汽室。它主要由隔板体，喷嘴叶栅和隔板外缘等部分组成。隔板通过外缘直接安装在汽缸或隔板套内专门的凹槽中。为了安装和拆卸方便，隔板沿水平中分面对分为上、下两半块，称上、下隔板。为了使上下隔板对准，并防止漏汽，在水平中分面加装密封键和定位销。在隔板体的内孔壁有安装汽封环的槽道。2024/7/360汽封分类根据汽封装设的位置不同，汽封又分为下列几种：（1）叶栅汽封。主要密封的位置包括动叶片围带处和静叶片或隔板之间的径向、轴向，以及动叶片根部和静叶片或隔板之间的径向、轴向汽封。（2）隔板汽封。隔板内圆面之间用来限制级与级之间漏气的汽封。（3）轴端汽封。在转子两端穿过汽缸的部位设置合适的不同压力降的成组汽封。由于装设部位不同，密封方式不同，采用的汽封形式也不尽相同，通常叶栅汽封和隔板汽封又称为通流部分汽封。设置原因汽缸内的压力低于大气压力，在主轴穿出汽缸处，会有空气漏入汽缸，使机组真空恶化，并增大抽气器的负荷。漏汽不仅会降低机组的效率，还会影响机组安全运行。为减小蒸汽的泄漏和防止空气漏入，在这些间隙处设置有密封装置，通常称之为汽封。隔板汽封轴端汽封（轴封）汽汽 封封2024/7/362汽汽封封汽轮机通流部分的动、静机件之间，为了避免碰磨，必须留有一定的间隙，而间隙的存在又会导致漏汽，使汽轮机效率降低。为此，在汽轮机动、静机件的有关部位设有密封装置，通常称为汽封。蒸汽轮机通流部分汽封蒸汽轮机通流部分汽封2024/7/3642024/7/365轴端汽封轴端汽封 启动或低负荷时 25负荷以上时2024/7/366接触式汽封产品图片2024/7/367滑销系统滑销系统作用（1）保持汽缸和转子中心一致，避免因热胀导致中心变化，引起机组振动或动静相擦；（2）保证汽缸能自由膨胀，以免发生过大应力引起变形；（3）使转子和静子部分轴向和径向间隙符合要求.概念：轴承是汽轮机的一个重要组成部件，承受转子的重量和未平衡的轴向推力。有支持轴承和推力轴承两种类型。支持轴承作用：支持转子的重量并确定转子在汽缸中的径向位置；推力轴承作用：承担转子上未平衡的轴向推力并确定转子在汽缸中的轴向位置。汽轮机的轴承都采用以液体摩擦为理论基础的轴瓦式滑动轴承。轴承2024/7/369轴承轴承汽轮机轴承径向支持轴承 推力轴承 径向支持轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力，并确定转子的径向位置，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、隔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。轴承轴承推力轴承联轴器联轴器1、概念又称靠背轮，连接汽轮机转子或汽轮机转子与发电机转子的重要部件。2、作用连接汽轮机转子或汽轮机转子与发电机转子的重要部件，用来传递扭矩和轴向力。3、分类刚性联轴器、半挠性联轴器和挠性联轴器刚性联轴器 2024/7/372低压转子刚低压转子刚低压转子刚低压转子刚性联轴器性联轴器性联轴器性联轴器高中压转子高中压转子高中压转子高中压转子刚性联轴器刚性联轴器刚性联轴器刚性联轴器盘车装置盘车装置1、概念在汽轮机不进蒸汽时驱动转子以一定转速旋转的设备称为盘车装置。2、位置安装在汽轮机转子与发电机转子连接处的轴承箱上。盘车装置外观 2024/7/3743、盘车装置的作用在汽轮机启动冲转前或停机后，让转子以一定的转速连续转动，以保证转子均匀受热或冷却，从而避免转子产生热弯曲；启动前盘动转子，可以检查动静部件间是否有摩擦、润滑油系统工作是否正常及主轴弯曲是否过大等，用来检查汽轮机是否具备正常启动条件。4、特点操作简便，投入平稳，对高压油顶起要求低。功耗低，备有电液操作系统，可以实现电动盘车。2024/7/3752024/7/376