汽轮机高中压缸培训教材

汽轮机高中压缸培训教材高中压缸采用单流程、双层缸、水平中分结构，外缸为上猫爪支撑形式，上下缸之间采用螺栓连接。

在高压缸第6级后、高压缸排汽、中压缸第11级后和中压缸排汽布置四级抽汽口，分别供1号、2号、3号高加及除氧器、小机用汽。

高中压内缸之间设置有分缸隔板，在高中压外缸两端及高中压内缸之间设置有轴端密封装置，在高中压外缸和轴承座之间设置有挡油环。

汽轮机高中压缸的主要特点A、采用高中压合缸技术：这种布置方法是将高压内缸和中压内缸布置在同一个外缸之内，减少了轴承和轴封数量，缩短汽轮机的跨度，而且蒸汽流向相反，可以更好的平衡轴向推力。

高温部分集中在汽缸的中段，轴承和调节部套受高温影响较小，两端外轴封漏汽较少。

高中压合缸结构的汽轮机主要缺点是：高中压分缸隔板承受较大的压差，在汽轮机变工况时产生较大热应力，机组的动静部分胀差不容易控制，由于高中压进汽管道集中布置在中部，显的拥挤，给检修带来诸多不便。

另外为了防止汽轮机在甩负荷时，中间汽封室积压串汽，引起汽轮机超速，汽轮机在中间汽封室设置事故排放阀（BDV阀），在甩负荷时，将中间汽封室的存汽引至凝汽器。

B、高中压缸为双层缸结构：双层缸结构可以使热应力分散于两缸，内缸的温度梯度和压力梯度变小，在承受相同的热应力的情况下，缸体壁厚可以减薄，有利于变工况运行。

双层缸结构的汽轮机汽缸法兰薄，在变工况情况下，这些部件的温度变化较快，没必要设置专门的法兰螺栓加热装置。

C、汽缸缸体采用抗高温材料：由于高压及中压部分进汽压力、温度的升高，必须在材料、结构及冷却上采取相应措施。

汽轮机汽缸高压部分采用具有优良的高温性能CrMoV钢；在结构上保证内缸的最大工作压力为喷嘴后的压力与高排压力差，外缸最大工作压力为高排压力与大气压之差，有效的降低了汽缸的工作压力，同时进汽口及遮热环的布置使得汽缸有一个合理的温度梯度，便于控制汽缸热应力，保证汽缸的寿命损耗在要求的范围内。

中压部分除中间汽封漏汽冷却高中压转子中间汽封段以外，还从高压第5级隔板前经气动调阀引蒸汽冷却中压第１级叶轮轮面及轮缘，大大提高了中压缸第１级的可靠性。

D、高压缸的第一级喷嘴为单独的喷嘴室：高压内缸喷嘴室由四组喷嘴组成，沿圆周方向布置，四根高压进汽导管为上下垂直布置，进汽管直接插入高压内缸的喷嘴室。

锅炉主蒸汽经汽轮机主汽阀后分为四路分别进入到四个高压调节阀，经过导管进入汽轮机膨胀做功。

机组启动、加负荷情况下，为全周进汽，正常在喷嘴调节方式下运行时为部分进汽。

在部分进汽的情况下，第一级动叶受到很大的作用力，而且是局部的，最危险的截面往往发生在该级，由于高中压缸第一级喷嘴组承受比较大的焓降，承受较大的压差，因而其叶轮厚度比其它压力级要大的多。

E、中压缸喷嘴室：锅炉再热蒸汽经汽轮机中压联合汽阀进入汽轮机中压内缸，经过四根导管进入汽轮机喷嘴膨胀做功。

F、高中压缸的支撑：采用双层缸结构的汽轮机由于内外缸的膨胀量不同，为保证在受热膨胀过程中转子和汽缸的对中，使得汽缸的支撑变得十分复杂，一般情况下，汽缸的支撑方式有两种：一是猫爪轴承座支撑方式，二是汽缸通过外伸撑脚直接安放在基础台板上。

大功率汽轮机毫无例外的采用猫爪轴承座支撑方式。

汽轮机的支撑方式为：高压外上缸通过猫爪支撑在1号轴承座和2号轴承座运行垫片上，外下缸通过汽缸法兰螺栓吊在高压外上缸。

外下缸上设有安装猫爪，安装猫爪通过横销连接在轴承座上，下缸通过间隙调整螺栓紧固在轴承座上。

上内缸通过汽缸螺栓紧固在高压下内缸上，高压下内缸通过猫爪支承在高中外下缸上，高压上进汽管通过4只螺栓紧固在高压下进汽室上，高压下进汽室通过支承脚支承在高压内下缸上，中压内上缸通过汽缸法兰螺栓紧固在中压内下缸上，中压内下缸通过猫爪支承在高中压外缸上。

这种面支撑方式，可以减轻接触面的摩擦，受热膨胀和冷却时，可以自由移动。

1）高中压缸的通流部分：汽轮机的通流部分主要是由各个级的通流部件和进、排汽部分组成，它包括调节阀、喷嘴汽室的喷嘴、隔板静叶及动叶栅等部件组成，是汽轮机完成能量转换的核心部件。

在进行汽轮机通流部分设计时，主要考虑问题有：最有利的循环参数、合理的配汽机构、力求各缸乃至整机的效率最高，满足强度和刚度的要求，结构合理、安全可靠。

另外，随着机组容量的增大，蒸汽初参数的提高，汽轮机通流部分固体颗粒侵蚀（SPE）已成为不容忽视的问题，各个制造商在进行通流部分设计时都力求使SPE降到最低的程度。

二期汽轮机的高压部分共有8级（一期为9级），中压缸有6级（一期为5级），高压缸第6级后抽出蒸汽作为1号高加的加热汽源，从高压缸排汽抽出一部分蒸汽作为2号高加的汽源。

中压缸共有两级抽汽，分别供3号高加和除氧器、小机。

为了减小汽轮机的漏汽损失，在高中压缸通流部分内外缸的端部、转子和隔板、叶片护环和内缸之间，都设置了汽封装置。

A、高中压缸的隔板汽轮机的级是由喷嘴静叶和与之相配合的动叶组成，是汽轮机作功的基本单元，当具有一定温度和压力的蒸汽通过汽轮机的级时，首先将通过喷嘴静叶的蒸汽的热能转换为动能，然后，在动叶中将动能转换成机械能，从而完成汽轮机作功的任务。

隔板是将汽轮机的通流部分分割成若干级，用以固定汽缸内各级静叶片和阻止级间的漏气。

蒸汽在级内进行能量转换时压力逐渐降低，若仅隔板两侧存在压力差，而动叶前后的蒸汽压力相等，这种级叫纯冲动级，若蒸汽内的压降主要集中在隔板的静叶内，在动叶内只有较小的压降则这种级叫冲动级，若蒸汽在在动叶栅和静叶栅内的压降近似相等，则叫反动级。

二期汽轮机是纯冲动式汽轮机，在隔板中承受较大焓降，转子对轴承产生较小的轴向推力，提高了机组整体的安全性。

隔板的主要部件由外环、外围带、静叶栅、内围带、隔板体等部件组成，隔板体和静叶栅外围带采用焊接结构。

隔板一般做成沿水平中分的两块，便于安装拆卸，为了使隔板工作时具有良好的经济性和可靠性，隔板的结构应能满足以下要求：足够的强度和刚度，良好的汽密性，合理的支撑和定位与转子同心，隔板上的喷嘴具有良好的空气动力性能、足够的表面光洁度和正确的出汽角。

隔板按其结构一般可分为装配型和焊接型两种，由于纯装配型结构的隔板金属消耗量大，成本较高，静叶顶部和根部有贴合间隙会产生蒸汽泄漏，现在用的越来越少了。

焊接隔板是将铣制好的静叶焊接在冲好型空的内外围带之间，构成喷嘴弧段，然后再与弧形外缘和隔板体相互焊接而成，这种隔板有较好的强度和刚度，减少了金属耗量，具有良好的汽密性。

汽轮机隔板采用焊接隔板，隔板内外围带在数控机床上精加工，保证静叶片在隔板中的准确定位，隔板中分面采用径向折线式结构或凹凸镶嵌式结构，在数控镗铣床进行精加工，保证隔板中分面的静叶片是完整的。

喷嘴组静叶片广泛采用扭曲叶片，出汽边厚度严格控制，有效地减少了尾迹损失。

隔板在汽缸或隔板套的固定必须满足隔板受热时的自由膨胀和对中的要求，隔板与隔板槽之间留有一定的间隙，大型机组的隔板安装一般采用中分面支撑方式，这种支撑方式是借助于Z型悬吊销，将隔板支撑在汽缸下部中分面上。

隔板与汽缸的对中依靠悬吊销支持面下面的调整垫块和定位销进行调整。

隔板上半块采用依托方式由下半块支撑。

在结合面处设置平键，用沉头螺钉固定在隔板上，装配时与下隔板相应的凹槽相配合，实现隔板上下部分的对中。

为了便于检修和拆装，上隔板一般采用止动压板固定在上汽缸上，压板用沉头螺钉固定在上汽缸上，这样在拆装隔板时，隔板能够和缸体一起起吊。

这种连接方式能很好的解决水平结合面的漏汽问题，增强上下隔板的结合刚度。

汽轮机采用了径向同心刚性隔板，中分面支撑方式，当温度升高时，从转子中心向外膨胀，保持相对较小的径向间隙，具有较高的经济性。

B、高中压缸静叶片汽轮机的静叶片是做功的主要部件，为保证叶片有较高的效率，一般情况下，高中压缸静叶片都是叶根和围带由型钢整体加工而成，汽轮机高中压静叶片的型线采用高效的厚加载层流叶型（A VN），这种扭曲变截面静叶片的毛坯一般采用环形锻件或精铸件，铸件成形后，其型面在数控铣床铣制而成，具有较好的空气动力特性，较高的效率。

汽轮机高压缸一般设立单独的喷嘴汽室，采用这样的结构主要考虑的因素是：将汽缸与最高参数的蒸汽相接触的部分限制在最小的范围内，可以使汽轮机转子以及除进汽室第一级喷组以外的缸体等静止件仅与作功后的蒸汽相接触，降低汽缸的整体机械应力，有利于汽轮机的安全，使得汽缸结构简单，缸体较薄，提高机组的适应性。

另外由于整体喷嘴汽室的结构降低了轴端漏汽，可以简化轴端汽封的结构，提高了机组的整体效率。

汽轮机采用多个调节阀控制汽轮机的进汽，与之相应的第一级喷嘴也分成若干个喷嘴组，每组喷嘴占据第一级进汽圆周的一个弧段。

汽轮机喷嘴汽室的喷嘴共分四个弧段，由四个调节阀控制，第一、三喷组弧段共有46个喷嘴，第二喷嘴组共有36喷嘴，第四喷嘴组共有56喷嘴。

2)汽轮机通流部件的固体颗粒侵蚀（SPE）通流部件，主要是调节级和中压缸第一级的固体颗粒侵蚀是亚临界和超临界机组普遍存在的问题。

固体颗粒主要是由于锅炉、主蒸汽管道和再热蒸汽管道中内表面的氧化铁剥离层，剥离层脱落形成的固粒主要对调节级、再热第一级静动叶产生严重冲蚀。

机组蒸汽初参数越高，其携带固体颗粒的能力越大，对汽轮机的通流部分的损伤越大。

通流部分的固体颗粒侵蚀不仅使机组的经济性恶化，同时，由于调节级承担的焓降较大并工作在高温高压的蒸汽区，因而造成调节级的强度大大降低，危及机组的安全运行。

解决SPE的方法大致有优化通流部分的结构设计，机组配置合理的旁路、在容易发生SPE的部位涂层等。

调节级的SPE主要产生在喷嘴出汽边内弧上，这主要是来自进汽管的粒子被汽流加速后以小角度冲击在压力面出汽边上，加上喷嘴的转折角较大，出汽边内弧正好处于冲击射线上，因而在该部位容易产生严重冲蚀。

中压缸第一级固粒冲蚀主要表现在导叶出口背弧上，其SPE机理是静动叶片间粒子复杂的多重反射冲击，来自静叶出口的粒子首先打在动叶进汽边背弧上，粒子在动叶上获得巨大切向速度，并以小角度冲击导叶出口背弧表面，对静叶形成严重的冲击腐蚀。

二期汽轮机在防止固体颗粒侵蚀方面，针对不同的通流部分采取了不同的防止方法：调节级采用新的斜面喷嘴型线技术和保护涂层技术，改变固粒的冲击角度，使出汽边内弧偏离冲击射线，可有效减小调节级的SPE。

普通型调节级防止固体颗粒侵蚀示意图改进型中压缸第一级主要是合理加大动静叶轴向间隙，使从动叶反射的粒子被主流吹回动叶流道而不能打在静叶出口背弧上，切断粒子多重反射的途径；同时对静叶采用等离子淬火层保护技术，动静叶采用特殊材料设计，提高动叶的耐冲蚀性能；从而有效防止了SPE，提高持久效率。

原设计再热第一级防止固体颗粒侵蚀示意图改进设计。