汽轮机设备及运行 课件 (6)

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叶片汽蚀
3. 措施
在水蚀严重的部位(叶片进口边背面上部)常采用抗 水蚀能力的措施,具体做法有:镀硬铬、堆焊硬质合 金层、焊硬质合金覆面或表面强化处理、热处理等。 其硬化层长度最好不超过150mm。
叶片振动
叶片是一个弹性体,当突受外力作用后,叶片将产生 自由振动,其频率称为叶片的自振频率(或称固有频 率)。叶片的自振频率取决于叶片的尺寸、材料及叶 片固定方式等因素。当叶片受到周期性的外力(激振 力)作用时就会发生强迫振动。若叶片的自振频率等 于或倍于激振力的频率,叶片就会发生共振现象,使 叶片的振幅增大,甚至造成叶片损坏。
• 叶轮 1.作用 安装动叶片并将动叶片上的转矩传递给 主轴。 2.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;
叶轮的结构形式
(a)(b)(c)等厚度叶轮 (d)(e)锥形叶轮 (f)双曲线叶轮 (g)等强度叶轮
• 叶轮
n
转动部分与静止部分: 静叶栅与动叶栅: 级:一列静叶栅和一列动叶栅组成的水 蒸汽从热能到机械能转换的基本单元。 喷嘴:将蒸汽热能转变为动能;从喷嘴 出来的高速汽流速度为绝对速度。 动叶:将蒸汽动能转变为机械能。汽轮 机以转速n工作时,旋转着的动叶栅具有圆 周速度u(牵连速度);蒸汽则以相对速度 w1和w2进、出动叶通道。
叶片振动 2. 叶片调频方法 1)改善叶根的研合质量或捻铆叶根,增加叶片安装 紧力以提高刚性;
2)改善围带或拉金的连接质量; 3)改变叶片组的叶片数; 4)加装拉金; 5)在叶片顶部钻减荷孔。
转子
• 作用 将蒸汽的热能和动能转变为旋转的机 械能并传递给发电机。
• 组成 转子是由主轴、叶轮、动叶栅、联 轴器等组成。
(3)按形状来分:转轮型转子和转鼓型转子。
套装转子
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
整锻转子
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。整锻转子的中心通常 打有ф100mm的中心孔,其目的主要是便于检查锻件 质量,同时也可以将锻件中心材质差的部分去掉,防 止缺陷扩展,以保证转子强度。
4)枞树型叶根
叶根沿轴向直接装入轮缘相应的枞树槽中。这种叶根承 载能力强叶根齿数可根据离心力大小决定,同时拆装容 易,故被大功率的调节级和末几级采用。但由于其加工 面多,精度要求高,所以受到限制。
• 叶片结构 2.叶型 叶型部分是叶片的基本部分,它构成汽流通道。
(a)等截面直叶片 (b)变截面扭曲叶片 1—叶顶; 2—叶型; 3—叶根
有的围带还做出 径向汽封和轴向汽封,
以减少级间漏汽
整体围带
铆接围带
弹性拱形围带
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)。在一级叶片中, 一般有1~2圈拉金,最多不超过3圈拉金。 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。
具有螺旋轴的电动盘车装置 1-小齿轮 2-大齿轮 3-啮合齿轮 4-盘车大齿轮 5-电动机 6-螺旋轴
链条-涡轮蜗杆盘车传动轮系 1-电动机轴 2-主动链轮 3-链条 4-链轮5-蜗杆6-涡轮 7-涡轮轴 8- 惰轮 9-减速齿轮 10-主齿轮轴 11-侧板 12-摆动齿轮13-盘车齿轮
• (1)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。
(2)盘车前盘动转子,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。
• 按盘车转速高低,盘车装置可分为高速盘车和低 速盘车两种。采用高速盘车时可以加快汽缸内的 热交换,减小上、下缸之间及转子内部温差,缩 短机组启停时间,并可以在轴承内较好的建立起 油膜,保护轴颈和轴瓦。低速盘车时启动力矩小, 冲击载荷小,有利于延长部件的使用寿命。
1、2-联轴器 3-波形套筒 4、5-螺栓
3)挠性联轴器
特点:挠性联轴器有较强的挠性,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,但 传递功率小,并且结构较为复杂,需 要有专门的润滑装置,因此一般只有 在中小机组上采用,或用在小汽机与 给水泵的连接上。
盘车装置
• 盘车装置作用是:
周向装配式叶根的缺点是当个别叶片损坏时,不能单独 拆换,而必须将部分或全部叶片拆下重装。
3)叉型叶根
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广泛采用。叉型叶根加工 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。
结构简单、加工方便、工作可靠为短叶片普遍采用。它 的缺点是叶片的离心力对轮缘两侧截面产生弯矩,使轮 缘有张开的趋势。故将叶根和轮缘上做成凸肩形。
2)菌型叶根
叶根和轮缘的载荷分配比T型叶根合理,因而强度较高, 但因加工复杂,其应用不如T型叶根广泛。
T型和菌型叶根属于周向装配式叶根。这类叶根的轮缘 槽上开有一个或两个缺口,叶片就从这些缺口一片片依 次装入轮缘槽中。最后装在缺口处的叶片叫做封口叶片, 研配装入后用两个铆钉固定在轮缘上。
• 叶片结构 3.连接件
成组叶片(叶片组)
用围带、拉金连在一起的数个叶 片
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
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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 。
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 。
焊接转子
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。
组合转子
组合转子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 。
• 转轮型转子叶片装在叶轮上,叶轮紧固 在轴上,蒸汽对叶片的作用力靠叶轮传 给轴,转子级数较少,每一级中蒸汽的 热焓降较大,一般应用在冲动式汽轮机 上。
汽轮机叶片
• 叶片的分类 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。
• 叶片的结构 由叶根、工作部分(或称叶身、叶型部分)、连接 件(围带或拉金)组成。
上、下隔板结合处的静叶由于结合不良引起汽流变化, 产生激振力。
个别喷嘴或导叶由于制造或装配工艺误差,引起汽流 不均匀,产生激振力。
级后局部汽流参数变化(节距不均匀、级后有抽汽口 或排汽口有筋条存在等),产生激振力。
叶片振动
1. 原因
2)高频激振力----第二类激振力 由于喷嘴出口边缘有一定厚度,使叶片每经过一个喷 嘴时,所受的蒸汽作用力就要突然变化一次,因而产 生一次激振力,由于喷嘴的数量较多,故激振力的频 率较高称为高频激振力。高频激振力对短叶片的影响 较大,因短叶片的自振频率较高,在高频激振力的作 用下容易引起共振。
实心焊接拉金
实心松装拉金
空心松装拉金
剖分松装拉金
Z装拉金
长叶片
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叶片受力
叶片受力离气心流力力离 离交稳心 心变定拉 弯部部应 应分分力 力--动气应流静力弯应应力力 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
叶片汽蚀 1. 部位 在湿蒸汽区域内工作的级冲蚀现象最为严重,一汽蚀
2. 原因
在汽轮机的末几级中,蒸汽速度逐渐增大,水分在隔 板静叶出汽边处形成水滴,水滴运动速度低于蒸汽速 度,因此,进入动叶片时发生与动叶背弧面侵蚀。叶 片越长,叶顶圆周速度越大,水滴撞击动叶背弧面的 速度也越高。由于离心力作用,水滴向叶顶集中,故 叶顶背弧面水蚀严重。
• 转鼓型转子的叶片直接装在转鼓上,蒸 汽对叶片的作用力靠转鼓传给轴,这种 转子结构简单,弯曲度小,适用于级数 多,每级热焓降不大和要求强度较大的 反动式汽轮机上。
鼓式转子
• 转子是汽轮机的最重要的部套,其工作条件 比较复杂。在设计中,重点需要关注的是临 界转速和强度。这两方面在实际运行过程中 主要体现在升速时跨临界和超速时跳闸停机 两方面的保护。这两方面,临界转速确定了 汽轮机运行的稳定性,强度方面确定了汽轮 机运行的安全性。任何一方面出现问题均是 没法补救的,故我们在设计中需要重点关注 这两方面的问题,在实际使用中也需对这两 方面重点关注,尤其是试车阶段,必须明确 确定该机组的临界转速和跳闸转速,以免因 这方面的疏忽造成重大事故。
• 在多缸汽轮机中,如果几个转子合用一个推力 轴承,则联轴器还将传递轴向推力;如果每个 转子都有自己的推力轴承,则联轴器应保证各 转子的轴向位移互不干扰,即不允许传递轴向 推力。
• 联轴器通常有三种型式,即刚性联轴器、半挠 性联轴器和挠性联轴器。
1. 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。
2. 类型
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。
刚性连轴器
1 、 2-联轴器 3-螺栓 4-盘车齿轮
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。
叶片振动
1. 原因
在汽轮机工作中,沿圆周方向汽流的不均匀将对叶片 产生激振力,引起叶片振动。激振力按其频率分为: 低频激振力----第一类激振力 高频激振力----第二类激振力
低频激振力对长叶片的影响较大,因为叶片较长时, 其自振频率较低,在低频激振力的作用下容易引起共 振。
叶片振动 1. 原因 1)低频激振力----第一类激振力 采用部分进汽时,叶片经过不进汽的弧段时,没有蒸 汽作用,引起一次扰动而产生激振力。
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• 叶片结构 1.叶根 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。 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
1)T型叶根
3.分类 按叶轮断面的型线分类
1)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;
2)锥形叶轮:加工方便,强度高; 3)等强度叶轮:无中心孔,强度最高, 但加工要求高,多用于轮盘式焊接转子。
等厚度叶轮
锥形叶轮
等强度叶轮
联轴器
• 联轴器又叫靠背轮,用来连接汽轮机的各个转 子以及发电机转子,并将汽轮机的扭矩传给发 电机。
• 分类
(1)按制造工艺的不同:分为套装转子、整锻转子、 组合转子。一般来说,中温中压进汽参数的发电汽轮 机,基本上采用套装转子。高速工业驱动汽轮机采用 整锻转子。高参数进汽参数的发电汽轮机采用组合转 子,即前半部分采用整锻转子,后半部分采用套装转 子。
(2)按临界转速是否在运行转速范围内,分为刚性 转子和柔性转子。在启动过程中,刚性转子启动就很 方便,不存在跨临界区域,而柔性转子因需要快速的 跨临界,故要求用户在实际启动过程中,要充分暖机, 为快速跨临界作好准备。
《汽轮机设备及运行》课件
(6) 6 汽轮机本体结构
汽轮机本体
• 汽轮机本体是汽轮机设备的主要组成部分,它由转 子和静子组成。
• 转子包括动叶、叶轮、主轴、联轴节及紧固件等旋 转部件。
• 静子包括汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、 汽封、轴承、轴承座、轴承座座架、底盘、滑销系 统及有关紧固零件等。
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