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汽轮机本体检修课件(第一讲)


汽轮机本体设备

汽轮机本体设备
? 汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分

它由转动部分(转子)和固定部分(静体 或静子)组成 。 动叶栅、叶轮(或转鼓)、 主轴和联轴器及紧固件等 旋转部件
? 转动部分

习题一

汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、 隔板套(或静叶持环)、汽封、

轴承、轴承座、机座、滑销系统 以及有关紧固零件等

?固定部件

本章将主要介绍汽轮机组本体部分各主要零 部件的作用、构造特点及有关系统

第一节 汽轮机叶片
一、叶片的结构和分类
叶片按用途可分为 动叶片(又称工作叶片,简称叶片) 静叶片(又称喷嘴叶片)

动叶片安装在转子叶轮(冲动式汽轮机)或转鼓 (反动式汽轮机)上,接受喷嘴叶栅射出的高速汽 流,把蒸汽的动能转换成机械能,使转子旋转。

静叶片安装在隔板或汽缸上,在反动式汽轮机中,起 喷嘴作用;在速度级中,作导向叶片,使汽流改变方向 引导蒸汽进入下一列动叶片。

由叶根、工作部分(或称叶 身、叶型部分)、叶顶连接 件(围带或拉金)组成

?叶片的组成 习题二

叶片结构

压力级叶片

低压级叶片

调节级叶片

1、叶根

? 叶根的作用:
是紧固动叶,使其在经受汽流的推力和旋转 离心力作用下,不致于从轮缘沟槽里拔出来。 转子的结构型式、叶片的强度、制 造和安装工艺要求和传统等 ? 叶根的结构型式取决于: 常用的结构型式有: T型、叉型和枞树型等

叶根结构 (a)T型叶根;(b)外包凸肩T型叶根;(c)菌型叶根; (d)外包凸肩双T型叶根;(e)叉型叶根;(f)枞树型叶根

?图(a)表示T型叶根,此种叶根结构简单,加 工装配方便,工作可靠。但由于叶根承载面积小, 叶轮轮缘弯曲应力较大,使轮缘有张开的趋势, 故常用于受力不大的短叶片,如调节级和高压级 叶片。

?图(b)所示为带凸肩的单T型叶根,其凸肩能 阻止轮缘张开,减小轮缘两侧截面上的应力。叶 轮间距小的整锻转子常采用此种叶根,例如国产 200MW机组,高压缸第二级以后和中压缸末级以 前的级均采用此种形式。

?图(c)为菌型叶根结构,这种叶根和轮缘的 载荷分布比T型合理,因而其强度较高,但加工 复杂,故不如T型叶根应用广泛。

?图(d)为带凸肩的双T型叶根,由于增大了叶 根的承力面,故它可用于叶片较长,离心力加 大的情况。一般高度为100~400mm左右的中等 长度叶片采用此种型式。此种叶根的加工精度 要求较高,特别是两层承力面之间的尺寸误差 大时受力不均,叶根强度大幅度下降。

上述图(a)图(b)图(c)图(d)四种叶根 装配方式属: 周向装配方式
周向装配方式的特点
这类叶根的装配轮缘槽上开有一个或两个缺口(或称窗口、 切口),其长度比叶片节距稍大,宽度比叶根宽0.02~ 0.05mm ,以便将叶片从该缺口依次装入轮缘槽中。装 在缺口处的叶片称作封口叶片(又称末叶片),用两根铆 钉将其固定在轮缘上。有些厂家再用叶根底部的矩形状隙 片或半圆形塞片固定,见图。 周向装配式的缺点是:叶片 拆换必须通过缺口进行,当个别叶片损坏时,不能单独拆 换 , 要 将 部 分 或 全 部 叶 片 拆 下 重 装 , 增 加了拆装工作量。

图(e)为叉型叶根结构,这 种叶根的叉尾直接插入轮缘槽 内,并用两排铆钉固定。叉尾 数可根据叶片离心力大小选择。 叉型叶根强度高、适应性好, 被大功率汽轮机末几级叶片广 泛采用。国产100MW和200MW 机组的末三级叶片,均采用此 种叶根。叉型叶根虽加工方便、 便于拆换,但装配时比较费工, 且轮缘较厚,钻铆钉孔不便, 所以整锻转子和焊接转子不宜 采 用 。
T型叶根的封口结构

图(f)为枞树型叶根结构,这种叶根和轮缘的轴向 断口设计成尖劈形,以适应根部的载荷分布,使叶根 和对应的轮缘承载面都接近于等强度,因此在同样的 尺寸下,枞树型叶根承载能力高。叶根两侧齿数可根 据叶片离心力的大小选择,强度高,适应性好。叶根 沿轴向装入轮缘相应的枞树槽中,底部打入楔形垫片 将叶片向外胀紧在轮缘上,同时,相邻叶根的接缝处 有一圆槽,用两根斜劈的半圆销对插入圆槽内将整圈 叶根周向胀紧,所以装拆方便,但是这种叶根外形复 杂,装配面多,要求有很高的加工精度和良好的材料 性能,而且齿端易出现较大的应力集中,所以一般只 有大功率汽轮机的调节级和末级叶片使用。

2、工作部分(或称叶身、叶型部分) 叶型部分是叶片的基本部分,它构成汽流通道 叶型部分的横截面形状 叶 型

叶型部分横截面形状的周线 型 线

?叶片的分类 按工作原理的差别

冲动式叶片与反动式 叶片 等截面叶片和变截 面叶片

按叶型沿叶高是否变化

(a)冲动式叶片;(b)反动式叶片

(a)等截面直叶片

(b)变截面扭曲叶片

1—叶顶; 2—叶型; 3—叶根

3、叶顶连接件(围带、拉金)
用围带、拉金连在 一起的数个叶片

成组叶片(叶片组) 整圈连接叶片

用围带、拉金将全部 叶片连结在一起

单个叶片(自由叶片) 不用围带、拉金连结 的叶片

带拉金及成组围带的动叶片

可增加叶片刚性, 降低叶片蒸汽力引起的弯应力, 调整叶片频率 。

采用围带或拉金的作用

围带还构成封 闭的汽流通道, 防止蒸汽 从叶顶逸出 。

有的围带还做出 径向汽封和轴向汽封, 以减少级间漏汽

习题三

整体围带结构型式

围带和叶片实为一个整体部件,叶片装好后 顶板互相靠紧即形成一圈围带,围带之间可 以焊接,这种结构称为焊接围带;也可以不 焊接。整体围带一般用于短叶片
铆接围带结构形式 将 3~5mm厚的扁平钢带,用铆接方法固定 在叶片顶部,称为铆接围带。采用铆接围带 结构的叶顶必须做出与围带上的孔相配合的 凸出部分(铆头),以备铆接 。

叶片围带结构型式 (a)整体围带;(b)铆接围带

?拉金的结构
拉金一般是以6~12mm的金属丝或金属管, 穿在叶身的拉金孔中。拉金与叶片之间可以 是焊接的(焊接拉金),也可以是不焊接的 (松拉金)。拉金处在汽流通道中间,将影 响级内汽流流动,同时,拉金孔削弱了叶片 的强度,所以在满足振动和强度要求的情况 下,有的长叶片可设计成自由叶片。 当叶片不用围带而用拉金连结成组或为自由 叶片时,叶顶通常削薄,以减轻叶片重量并 防止运行中与汽缸相碰时损坏叶片。

二、叶片的受力分析

习题四

汽轮机工作时,叶片受到的作用力主要有两种: ?叶片本身和与其相连的围带、拉金所产生的离心力;

?汽流的作用力。
离心力的大小与转速的平方成正比,而电站汽轮机的工作转速 是恒定的,所以叶片所受的离心力不随时间变化,是静应力。

汽流力的大小随汽轮机的负荷而变化,因此计算叶片静弯应力 时,应选择汽流力最大的工况作为计算工况。

离心拉应力 离心力 离心弯应力

叶片受力
稳定部分 (汽流弯应力) 汽流力

静 应 力

交变部分
(交变的振动应力)

动应力

等截面叶片的离心拉应力
等截面叶片的离心拉应力与横截面积无关,即增大截面积 并不能降低离心力引起的拉应力。 由于等截面叶片的横截面积沿叶高不变,其根部承受的离 心力最大,因此根部的离心拉应力最大。

等截面叶片的弯应力
对于等截面叶片,汽流参数沿叶高变化不大,可以认为 汽流对叶片的的作用力沿叶高是均匀分布的。因此,叶片根 部截面上的弯矩最大。

习题五

变截面叶片的离心拉应力
对于变截面叶片,横截面积沿叶高是变化的,在求拉应力 时,通常将其沿叶高分成若干段,把每段看作等截面体,然后 计算出每段的离心力及每一截面的离心拉应力。通过对各个截 面的计算比较,可找出离心拉应力最大的截面。 (根部不一定是拉应力最大的部位)

变截面叶片的弯应力
对于变截面叶片,汽流参数和汽流作用力沿叶高是变化的。 虽然根部受到的弯矩最大,但由于横截面积沿叶高是变化的, 所以变截面叶片根部的弯应力不一定最大。

第二节 汽轮机转子
定义:汽轮机的转动部分总称转子

转子
作用:担负着工质能量转换及扭矩 的传递

一、转子的一般分类
汽轮机转子可分为: 套装转子 轮 式 转 子 整锻转子 焊接转子 组合转子 习题六 轮式转子 鼓式转子

1、套装转子 ?特点:

套装转子的叶轮、轴封套、联轴节等 部件是分别加工后红套在阶梯形主轴 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

?剖面图:

?加工方便,生产周期短。

?可以合理利用材料,不同部件采用不同的

优点

材料。 ?叶轮、主轴等锻件尺寸小,易于保证质 量,且供应方便 。 ?在高温条件下,叶轮孔直径将因材料的蠕 变而逐渐增大,最后导致装配过盈量消

缺点

失,使叶轮与主轴之间产生松动,从而使 叶轮中心偏离轴的中心,造成转子质量不 平衡,产生剧烈振动 。 ?快速启动适应性差

2、整锻转子 ?特点:

整锻转子的叶轮、轴封套和联轴节 等部件与主轴是由一整锻件车削而 成,无热套部件,这解决了高温下 叶轮与主轴连接可能松动的问题。

?剖面图:

?结构紧凑,装配零件少,可缩短汽轮机 轴向尺寸。

优点

?没有红套的零件,对启动和变工况的适 应性较强,适于在高温条件下运行 ? 转子刚性较好。
?锻件大,工艺要求高,加工周期长。

缺点
?大锻件质量难以保证,且检验比较复

杂,又不利于材料的合理使用。

3、焊接转子

采用分段锻造,焊接组合, 它主要由若干个叶轮与端轴 拼合焊接而成。

?特点:

?剖面图:

?焊接转子重量轻,锻件小,结构紧

凑,承载能力高。

优点

?与尺寸相同、带有中心孔的整锻转子

相比,焊接转子强度高,刚性好,质量
减轻 20% ~ 30% 。

缺点

?这种转子的应用受到焊接工艺及检验方

法和材料种类的限制。

4、组合转子

?特点:

高温段采用整锻结构,而在中、 低温段采用套装结构,形成组合 转子,以减小锻件尺寸

?剖面图:

?高温区用整锻可防止叶轮与主轴间的

松动,有利于机组快速启动,并选用

优点

高温性能好的材料。

?低温区用套装结构可减轻整锻转子的
质量和尺寸,便于锻件供应。

?由于低温区叶片长,应力大,叶轮可
选用常温下强度高的材料。

缺点

?加工工艺要求高。

鼓式转子

如图所示为反动式300MW汽轮机的高中压转子,采用的鼓式 结构,除调节级外其它各级动叶片直接装在转子上开出的叶片 槽中。高中压压力级反向布置,转子上还设有高、中、低压三 个平衡活塞,以平衡轴向推力。该汽轮机的低压转子以进汽中 心线为基准两侧对称,中部为转鼓形结构,末级和次末级为整 锻叶轮结构。

5、600MW机组转子介绍
?日本东芝公司 TC4F-33.5型汽轮机高压整锻式转子

TC4F-33.5型600MW机组高压整锻式转子

?法国G/A公司 DH-600-40-T型 600MW机组整锻 高、中压转子

DH-600-40-T型 600MW机组整锻高、中压转子

?ABB公司D4Y454型600MW机组高压转鼓式焊接转子

D4Y454型 600MW机组高压转鼓式焊接转子

高中压转子

中压转子

低压转子

二、转子上的部件
推力盘
测速齿轮 主油泵

危急遮断器

中压平衡 活塞

高压进汽侧 平衡活塞 调节级叶 轮平衡孔 高压十二个反 动式动叶片 高压排汽侧 平衡活塞

调节级 叶片

高中压缸 前汽封

#1轴承 轴颈

加平衡螺塞 的工艺孔

二、联轴器 ?作用

连接多缸汽轮机转子或汽轮机转子与发 电机转子的重要部件,借以传递扭矩, 使发电机转子克服电磁反力矩作高速旋 转,将机械能转换为电能。

刚 性 ?分类 半挠性

挠 性

习题七

?刚性联轴器 分类 优点

(两半联轴器直接刚性相连)
按制造方法: 整锻和套装

按结构形式: 平面和有止口
结构简单、连接刚性强、轴向尺寸短、 工作可靠不需要润滑、没有噪声,除可 传递较大的扭矩外,又可传递轴向力 和径向力,将转子重量传递到轴承上。 不允许被联接的两个转子在轴向和径 向有相对位移,所以对两轴的同心度 要求严格,制造与安装的少许偏差都 会使联轴器承受不应有的附加应力, 从而引起机组较大的振动。

缺点

350MW机组高压转子--低压转子间刚性联轴器

1-联轴器螺栓 2-垫片

3-六角螺帽

350MW机组低压转子—发电机间刚性联轴器

1-垫片及盘车齿轮 2-辐轮 3-锥销 4-螺栓 5-螺母 6-挡圈 7-止动环

套装式刚性联轴器

(a)装配式;(b)对轮与主轴成整体结构 1、2—联轴器; 3—螺栓; 4—盘车齿轮

ABB公司胀套式联轴器

1、2-对轮 3-对轮螺栓 4-螺母 5-保险圈

6-内锥形膨胀套筒 D-拆卸用加油接口

高中压转子 刚性联轴器

低压转子刚 性联轴器

?半挠性联轴器 (中间通过波形筒等来联接)
在联轴器间装有波形套筒3,它是由 具有较好弹性的材料制成的。套筒两 端有法兰盘分别与两只联轴器1、2相 连接,联轴器1的外缘上紧套的一只 齿轮,是供连接盘车用的。
汽轮机运行时,由于两转子轴承热膨胀量的差 异等原因,可能会引起联轴器连接处大轴中心 的少许变化。波形套筒则可略微补偿两转子不 同心的影响,同时还能在一定程度上吸收从一 个转子传到另一个转子的振动,且能传递较大 的扭矩,并将发电机转子的轴向推力传递到汽 轮机的推力轴承上

结构特点

优 点

半挠性联轴器

1、2—联轴器;3、波形套筒;4、5—螺栓;6—齿轮

?挠性联轴器

通过啮合件(如齿轮)或蛇形弹簧等来联接
分 类 齿 轮 式

蛇形弹簧式
它允许两转子有相对的轴向位移 和较大的偏心,对振动的传递也 不敏感

优 点

缺 点

传递功率较小,并且结构较为复 杂,需要有专门的润滑装置,因 此一般只在中小机组上采用

齿轮式联轴器

1、2-齿轮 3、4-螺帽 5-套筒 6、7-挡环 8-螺钉

蛇形弹簧式联轴器

1-主动轮 2-从动轮 3-蛇形弹簧 4-外壳

1、汽轮机的转动部分和静止部分
分别有哪些部件组成?

2、动叶片有哪几部分组成?常用
的叶根形式有哪几种?各有什 么特点?

3、围带、拉金分别有什么作用?
围带有哪几种型式?

4、动叶片工作时主要受到哪些力
的作用?

5、等截面叶片最为危险的截面在
何处?原因是什么?

6、转子的结构型式有哪几种?各 有何特点?

7、联轴器的作用是什么?常用的 型式有哪几种?各有何特点?


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