1、1,第四章 汽轮机结构及零件强度,哈尔滨工程大学核科学与技术学院,2,汽轮机本体由转动部分和静止部分组成。 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； 静止部分称为静子，主要部件有汽缸、隔板、轴承和汽封等。 作用：蒸汽动能转换成转子机械能的重要部件。 要求：良好的流动特性，足够的强度和完善的振动特性。,第一节 动叶片,3,一、动叶片的结构 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通道。（二）叶根部分 叶根部分是将动叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。1、T型叶根 优点：结构简单，加工方便，被短叶片普遍采
2、用； 缺点：在叶片离心力作用下，叶根对叶轮两侧产生弯矩； 装配：周向埋入法。,4,5,6,7,叉型叶根,枞树型叶根,8,2、叉型叶根 优点：叉尾数目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。 装配方法：从径向插入轮缘上的叉槽中，并用铆钉固定。 缺点：装配工作量大，且需要较大的轴向空间，限制了它在 整段转子和焊接转子上的应用。 应用：多用于大型汽轮机的调节级和末几级。,9,3、枞树型叶根 优点：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：加工复杂，精度要求高。 装配方法：叶根沿轴向装入轮缘上的枞树型槽中。 应用：主要用于载
3、荷大的叶片，如末级叶片等。,10,末级叶根安装实物图,调节级叶根实物图,末级扭叶片实物图,叶片实物图,11,（二）叶顶 叶片组：汽轮机的短叶片和中长叶片通常在叶顶用围带连接在一起，构成叶片组。 自由叶片：当长叶片在叶型部分不用围带和拉金时，成为自由叶片。 1、围带 作用： （1）减小叶片工作的弯应力； （2）增加叶片刚性，调整叶片的自振频率，以避开共振； （3）使叶顶封闭，避免蒸汽从汽道顶部逸出；,12,（4）有的围带装设了汽封，减小了级内漏汽损失。 形式：整体围带，铆接或焊接围带，弹性拱形围带； 2、拉金 作用：增加叶片刚性，改善其振动性能。 缺点： （1）处于蒸汽通道中，增加了蒸汽流动损失
4、； （2）拉金孔会削弱叶片强度；,13,14,15,16,二、叶片的受力分析,拉应力：叶型部分的离心拉应力、围带和拉金离心力 弯应力：汽流作用力、离心力产生的弯应力、围带和拉金对叶片产生弯应力,17,作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能并传给发电机。 组成：轴、轴颈、密封轴、推力环、联轴节、轮盘（或转鼓）、工作叶片、汽轮机超速保护装置的脉动油泵轮等附件。对于反动式单流路汽轮机还布置有平衡活塞。 受力：蒸汽作用力、离心力、热应力、轴系的振动应力。,第二节 转子,套装转子,18,一、转子的结构 （一）轮式转子 轮式转子主轴上装有叶轮，动叶片安装在叶轮上，通常用于冲动式汽轮机。 1、套装转子 叶轮与主
5、轴分别加工制造，装配时将叶轮热套在轴上。 特点：加工方便、能合理利用材料、质量容易得到保证，在高温或大温差情况下容易松动。 应用：一般用于中压汽轮机和高压汽轮机的低压部分。,19,2、整锻转子 叶轮、联轴器等与主轴为一整体，由整体锻件加工而成。 特点：不会出现叶轮等零件松动问题，结构紧凑，强度和刚度较高；但锻件尺寸大，对生产设备和加工工艺要求高，贵重材料消耗大。 应用：大容量汽轮机高、中压转子。,20,3、组合转子 高压部分采用整段式、低压部分采用套装式。,21,4、焊接转子 由若干个实心轮盘和两个端轴焊接而成。 特点：强度高、刚度大、相对重量轻、结构紧凑等，但对焊接工艺要求高。,22,（二）
6、鼓式转子 鼓式转子没有叶轮或有叶轮径向尺寸也很小，除调节级外，其它各级动叶片安装在转鼓上，可缩短轴向长度和减小轴向推力，主要用于反动式汽轮机。 为了减小高温区域内转子的金属蠕变变形和热应力，需要对转子进行冷却。,23,二、转子上的主要零部件 （一）叶轮 1、叶轮的结构 作用：安装动叶片并将动叶片上的转矩传递给主轴。 结构： 轮缘：开有安装叶片的叶根槽； 轮面：将轮缘和轮毂或主轴连成一体，开有平衡孔； 轮毂：减小叶轮内孔应力的加厚部分；,24,按叶轮断面的型线分类 等厚度叶轮：加工方便，轴向尺寸小，但强度低，通常用于叶轮直径较小的高压部分。,锥形叶轮：加工方便，强度高； 等强度叶轮：无中心孔，强
7、度最高，但加工要求高，多用于轮盘式焊接转子。,25,（二）联轴器(靠背轮) 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。 1、刚性联轴器 优点：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，广泛应用于大功率汽轮机。 缺点：传递振动和轴向位移，对转子找中心要求高。 2、半挠性联轴器 特点：有一定的弹性，可吸收部分振动，允许两转子的中心有少许偏差。用来连接汽轮机转子与发电机转子。,26,套装式刚性联轴器,整锻式刚性联轴器,主轴,对轮,螺栓,盘车齿轮,垫片,27,三、转子的临界转速 临界转速：是指当外界干扰的频率等于转子的固有振动频率时的转速。此时出现共振现象，
8、转子发生强烈振动，噪声增大，振幅不断增加，破坏轴承的正常工作，可使汽轮机造成严重损害事故。 （一）等直径均布质量转子的临界转速,EI 抗弯刚度 i1，2，3,E：材料弹性模数 I：横截面的形心主惯性矩 l：转子的跨度 A：转子横截面积 ：材料密度,28,（二）汽轮机转子的临界转速 等直径均布质量转子的临界转速公式仍然适用； 单跨转子：汽轮机中每一根转子两端都有轴承支承。 轴系：汽轮机各跨转子及发电机转子之间用联轴器连接起来，就构成了一个多支点的转子系统，称为轴系。 轴系的临界转速比单跨转子相应阶次的临界转速高，且联轴器刚性越好，临界转速提高得越多。 转子临界转速的大小还受到工作温度和支承刚度等
9、因素的影响。,29,（三）转子临界转速的校核标准 刚性转子：一阶临界转速高于正常工作转速的转子； 挠性转子：亦称柔性转子，一阶临界转速低于正常工作转速的转子。 转子临界转速的校核标准： 1、刚性转子：nc1(1.21.25)n0，但不允许在2n0附近。 2、挠性转子：1.4ncnn00.7nc（n+1） n0 工作转速 nc 临界转速,30,一、汽缸的作用 作用： 汽缸是汽轮机的外壳，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； 汽缸上布置有进汽口、配汽机构、喷嘴箱、排汽口、疏水口、抽汽口、轴承箱、检查口、机脚、加强筋等，内部安装着隔板和隔板套、汽封等部件。 要求：有足够的强度和
10、刚度、通流部分有较好的流动性能、各部分受热时能自由膨胀且中心不变、形状简单对称，还应尽量减小热应力。,第三节 汽缸,31,1-蒸汽室； 2-导汽管； 3-上汽缸； 4-排汽管口； 5-法兰； 6-下汽缸； 7-抽汽管口,32,33,34,二、汽缸的结构 水平对分的上半缸和下半缸，通过法兰螺栓连接。 沿轴向分为高、中、低压段，各段之间用法兰螺栓连接。 1.高、中压缸 工作特点：缸体承受蒸汽的高温、高压作用，热应力和热变形较大，通常采用双层结构。 优点： 每层汽缸承受的压差和温差减少，汽缸壁和法兰的厚度减薄，从而减小了启、停及工况变化时的热应力，加快了启、停速度，有利于改善机组变工况运行的适应性。
11、,35,36,由于外缸受到夹层蒸汽的冷却，工作温度较低，可采用较低等级的材料，节约了优质耐热合金钢。 缺点：增加了安装、检修工作量。 2、低压缸 工作特点：保证足够的刚度和良好的流动特性，尽量减小排汽损失。 采用钢板焊接结构，并用加强筋加固； 排汽室采用径向扩压结构，以充分利用排汽余速动能； 低压缸进、出汽温差大，为使外壳温度分布均匀，可以采用双层甚至三层结构。,37,国产300MW双层结构低压缸 1内缸；2外缸；3排汽室；4扩压器；5汽轮机后轴承；6隔板套；7扩压管斜前壁；8进汽口；9低压转子,38,喷水减温装置 在汽轮机启动、空负荷及低负荷运行时，蒸汽流量很小，不足以带走因鼓风摩擦产生的热
12、量，使排汽温度升高，排汽缸温度升高，引起汽缸的热变形，使汽轮机动、静部分中心不一致，造成机组振动或发生事故。因此，有的汽轮机在排汽缸上装设了喷水减温装置，以防止排汽缸温度过高。,喷水减温装置 1-进水管；2-喷水管,39,3.进汽部分 高压缸的前端，即从调节阀到调节级喷嘴这段区域，是汽轮机的进汽部分，它包括蒸汽室和喷嘴室，是汽轮机中承受压力和温度最高的部分。 4. 汽缸法兰、螺栓加热装置 作用：减小汽缸、法兰及连接螺栓间的温差，缩短启、停时间。,40,喷嘴箱的构造,41,1、2-蒸汽连接口；3-平面槽； （a）高压外缸法兰；（b）、（c）法兰螺栓加热流程 汽轮机法兰螺栓加热装置示意图,42,三
13、、汽缸的支承 与轴承座连成一体 中小型汽轮机的高压缸，多采用垂直的半圆法兰与前轴承座连成一体。在法兰面上，采用一只立销和两只横销定位，使其在汽缸受热面变形后，仍能和轴承座之间保持准确的中心位置。而低压缸的低压侧和汽轮机的中轴承箱铸成一体，低压后部由左右两个支承脚支在低压缸的座架上。,43,44,猫爪支撑 汽轮机高、中压缸一般通过水平法兰两端伸出的猫爪支撑在轴承座上，成为猫爪支撑。分上缸猫爪支撑和下缸猫爪支撑。 下缸猫爪支撑 利用下缸伸出的猫爪作为承力面搭在轴承座两侧的支撑块上，并用压块压住，以防抬起。 特点：支撑方式简单，安装、检修方便，造成动、静部分径向间隙变化。 一般应用于高压以下的汽轮机
14、的支撑。,45,上缸猫爪支撑 采用这种支撑方式的汽缸上、下缸都有猫爪，以上缸猫爪作为工作猫爪，支撑面与汽缸水平中分面一致，属于中分面支撑。 优点：汽缸的中心线位置没有变化，较好地保持汽缸与转子中心一致；但是安装检修比较复杂，增加了螺栓的受力，使法兰结合面产生张口。 应用超高压以上的高、中压缸支撑。,46,47,48,上层缸体的内缸支撑,49,四、滑销系统 纵销：位于轴承座滑动接触面上，导引轴承座和汽缸沿轴方向膨胀。 横销：位于轴承座、汽缸座架滑动接合面及猫爪处，导引轴承座或汽缸沿横向膨胀，并与纵销配合决定汽缸膨胀的死点。 立销：位于汽缸和轴承座连接处，导引汽缸沿垂直方向膨胀。,50,51,52
15、,53,54,第四节 喷嘴组及隔板,喷嘴组和隔板上实际都安装有汽轮机喷嘴（静叶）。 喷嘴组是调节级喷嘴根据不同的进汽弧段按组固定在喷嘴室上形成的。 隔板是固定或安装压力级喷嘴的部件。压力级的喷嘴一般都装在隔板上，然后再安装到汽缸内壁上。实际就是安装喷嘴（静叶）的部件。,55,一、喷嘴组 作用：安装调节级喷嘴（静叶）的部件。 制造：精密铸造；整锻铣制焊接 整锻铣制的焊接结构喷嘴组具有较高精度，密封性能和热膨胀性能比较好，广泛应用于高参数汽轮机，但制造工艺复杂，费工又费料。 精铸工艺喷嘴组的喷嘴汽道形状可以不受机械加工工艺的限制，而且还可节省材料，使机械加工量大为减少，应用也比较广泛；其缺点是喷嘴
16、组精度有待进一步提高。,56,57,二、隔板 作用：隔板用以固定汽轮机各级的静叶片，并将汽轮机的汽缸分割成若干个汽室。 结构：隔板通常做成水平对分形式。隔板内圆孔处开有汽封安装槽，减小隔板的漏汽损失。 组成 冲动级隔板：隔板外缘，喷嘴（静叶），隔板体；主要形式有焊接式和铸造式； 反动级隔板：隔板外缘，喷嘴（静叶）,58,59,（一）冲动级隔板 1、铸造隔板 喷嘴叶片先加工完成，在浇注隔板体时将叶片放入其中一体铸出。上下中分面有平面和斜面两种。 优点：加工容易，成本低。 缺点：表面光洁度较差，使用温度也不高。 2、焊接隔板 先将已成型的喷嘴叶片焊接在内外围带之间，组成喷嘴弧，然后再焊接上隔板外缘
17、和隔板体。 优点：刚性好、强度大、静叶汽道内形状准确、光洁度高。,60,（二）反动级隔板 与冲动级隔板相比，反动级隔板没有隔板体部分，又称为静叶环。,61,三、隔板套 隔板不直接安装在汽缸上，而是几个隔板装在一起形成一个隔板套，反动式汽轮机称静叶持环。隔板套再装到汽缸上。 优点：简化汽缸结构，减小汽轮机的轴向尺寸，便于抽汽口的布置，还使机组启停及负荷变化过程中，汽缸的热膨胀较均匀，减小了热应力和热变形。 缺点：增加了汽缸的径向尺寸，使水平法兰厚度增加，延长了机组的启动时间。,62,1-上隔板套 2-下隔板套 3-螺栓 4-上汽缸 5-下汽缸,63,第五节 汽封,一、汽封的作用 作用：减小漏汽损
18、失 装设的位置 1、轴封：转子穿出汽缸两端处； 2、隔板汽封：隔板内圆与转子之间，用来阻止蒸汽经隔板内圆绕过喷管流到隔板后而造成能量损失； 3、通流部分汽封：动叶顶部和根部的汽封，用来阻止动叶顶及叶根处的漏汽。,64,二、汽封的结构 梳齿形汽封 优点：梳齿间薄，若转子与汽封发生碰撞，产生的热量不会过大，汽封环被弹簧片压着，有退让作用，对转子的损伤小。 缺点：平齿汽封结构简单，阻汽效果差。 形汽封 优点：结构简单、紧凑；汽封片薄软，安全性好； 缺点：汽封片薄软，承压能力差，需要的片数较多；汽封易损坏，拆装不便。,65,3、其他汽封 布莱登活动汽封、护卫式汽封、接触式汽封、蜂窝式汽封,形汽封,66
19、,梳齿形汽封 （a）高低齿梳齿形汽封；（b）平齿梳齿形汽封 1-汽封环；2-汽封体；3-弹簧片；4-汽封套,67,第六节 盘车装置,定义：在汽轮机不进蒸汽时，驱动转子以一定的转速旋转的设备称为盘车装置。 作用： 在汽轮机冲转前和停机后使转子转动，以避免转子受热和冷却不均而产生热弯曲。 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以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。,68,分类： （1）按盘车转速高低分：高速盘车（n4070r/min）和低速盘车（n24r/min） （2）按结构特点分：具有螺旋轴的电动盘车、具有摆动齿轮的电动盘车、具有链轮涡轮蜗杆
20、的电动盘车。,69,第七节 轴承,汽轮机的轴承按其受力的方式可分为支持轴承和推力轴承两种。 支持轴承：用来支撑汽轮机转子的重力、保持动静件中心一致，从而保证动静件之间的辐向间隙在规定范围。 推力轴承：用来平衡转子的轴向推力。确立转子膨胀的死点，从而保证动静件之间的轴向间隙在设计范围内。 采用滑动轴承的条件： 转子重量及轴向推力大，转子转速高，轴径大。,70,支持油承又叫主轴承。根据其结构不同，又可分为圆筒形轴承和椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾轴承等。 轴承的烧损，振幅的增高，是支持轴承频发的事故。支持轴承是采用压力供油方式进行润滑的。 润滑油除了能在轴颈和轴瓦间形成油膜，建立液体摩擦外，还能对轴颈进行冷却，带走因摩接而产生的热量。同时，对轴承也是一种清洗，能把轴承在半干摩擦中产生的乌金粉末等带走。,
