汽轮机结构及零件强度

空心松装拉金
剖分松装拉金
Z装拉金
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二、叶片的受力分析 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
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。
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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。
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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
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➢ 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。
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；其缺点是喷嘴组精度有待进一步提高。
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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。
汽轮机结构及零件强度
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第一节 动叶片
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。
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➢ 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。
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第二节 转子
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。
套装转子
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一、转子的结构 （一）轮式转子
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（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； （2）拉金孔会削弱叶片强度；
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整体围带
铆接围带
弹性拱形围带
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实心焊接拉金
实心松装拉金
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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）
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盘车齿轮 主轴
螺栓 对轮
套装式刚性联轴器
螺栓 对轮
垫片
整锻式刚性联轴器 波形套筒 螺栓 对轮
半挠性联轴器
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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，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。
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3、组合转子 高压部分采用整段式、低压部分采用套装式。
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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。
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（二）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。
（一）等直径均布质量转子的临界转速
nc

30i 2
l2
EI
A
EI — 抗弯刚度 i＝1，2，3…
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 ρ：材料密度
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（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
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上层缸体的内缸支撑
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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。
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因素的
影响。
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（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：
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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。
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汽轮机法兰螺栓加热装置示意图
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三、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。
➢ 一般应用于高压以下的汽轮机的支撑。
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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。
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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。
喷水减温装置
1-进水管；2-喷水管
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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。
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喷嘴箱的构造
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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
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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：主要用于载荷大的叶片，如末级叶片等。
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末级扭叶片实物图
末级叶根安装实物图
调节级叶根实物图
叶片实物图
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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；
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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， 强度最高，但加工要求高， 多用于轮盘式焊接转子。
等厚度叶轮