第二章-汽轮机结构及零件强度教案资料
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2 汽轮机本体结构PPT课件
电厂热力设备及运行
第二章 汽轮机本体结构
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
第二章 汽轮机本体结构
汽缸 进汽部分及中低压联通管 喷嘴组、隔板及隔板套、静叶环及静叶持环 汽轮机转子 动叶片 汽封及轴封系统 轴承 盘车装置
15
进汽部分及中低压联通管
高压进汽部分
指从调节阀到第一级喷嘴叶栅的区域，是汽轮机中承受压力、 温度最高的区域（下图为135机组高压进汽部分）
16
125机组高压进汽部分
17
中压进汽部分
指从中压调节阀到中压第1级喷嘴叶栅的区域，是汽轮 机中承受温度最高的区域之一(135机组)
18
中低压联通管
19
汽缸排汽段或低压缸多与低压转子轴承座做成 一体（排汽段蒸汽温度甚低，不会引起轴承温 度过高）
9
猫抓支撑
上缸猫抓支撑 下缸猫抓支撑
上缸猫抓中分面支撑
下缸猫抓中分面支撑 下缸猫抓非中分面支撑
10
上缸法兰延伸的猫爪作 为承力面支承在轴承箱 上，其承力面与汽缸水 平中分面在同一平面内。 猫爪受热膨胀时，汽缸 中心仍与转子中心保持 一致。下缸靠水平法兰 的螺栓吊装在上缸上， 使螺栓受力增加。
5
中压12级
高压14级
135机组高、中压缸纵剖图
6
对称分流布置，各8个压力级
135机组低压缸纵剖图
7
低压缸喷水系统（低负荷、空载、甩负荷下，防止排汽温度太高）
135机组低压缸喷水系统
8
汽缸的支承
单缸汽轮机的高压段或多缸汽轮机的高、中压 缸，多用猫抓支承在相应的轴承座上。（避免 直接和轴承座相连接引起轴承温度过高）
第二章 汽轮机本体结构
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
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第二章 汽轮机本体结构
汽缸 进汽部分及中低压联通管 喷嘴组、隔板及隔板套、静叶环及静叶持环 汽轮机转子 动叶片 汽封及轴封系统 轴承 盘车装置
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进汽部分及中低压联通管
高压进汽部分
指从调节阀到第一级喷嘴叶栅的区域，是汽轮机中承受压力、 温度最高的区域（下图为135机组高压进汽部分）
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125机组高压进汽部分
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中压进汽部分
指从中压调节阀到中压第1级喷嘴叶栅的区域，是汽轮 机中承受温度最高的区域之一(135机组)
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中低压联通管
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汽缸排汽段或低压缸多与低压转子轴承座做成 一体（排汽段蒸汽温度甚低，不会引起轴承温 度过高）
9
猫抓支撑
上缸猫抓支撑 下缸猫抓支撑
上缸猫抓中分面支撑
下缸猫抓中分面支撑 下缸猫抓非中分面支撑
10
上缸法兰延伸的猫爪作 为承力面支承在轴承箱 上，其承力面与汽缸水 平中分面在同一平面内。 猫爪受热膨胀时，汽缸 中心仍与转子中心保持 一致。下缸靠水平法兰 的螺栓吊装在上缸上， 使螺栓受力增加。
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中压12级
高压14级
135机组高、中压缸纵剖图
6
对称分流布置，各8个压力级
135机组低压缸纵剖图
7
低压缸喷水系统（低负荷、空载、甩负荷下，防止排汽温度太高）
135机组低压缸喷水系统
8
汽缸的支承
单缸汽轮机的高压段或多缸汽轮机的高、中压 缸，多用猫抓支承在相应的轴承座上。（避免 直接和轴承座相连接引起轴承温度过高）
汽轮机的本体结构 ppt课件
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1.高、中压缸
高、中压缸其结构设计的一个重要问题是在保证强度的条件下， 尽量减薄汽缸壁和法兰的厚度，以减小热应力和热变形。
近代高参数大容量汽轮机的高压缸多采用双层结构，有的机组甚 至中压缸也采用双层缸，并在内、外缸的夹层中通以一定压力和温度 的蒸汽。
①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。
PPT课件
40
国产引进型300MW汽轮机高、中压缸纵剖面图 1—外缸；2—高压内缸；3—中压内缸；4—低压平衡活塞持环；5—高压静 叶持环；6—高压平衡活塞持环；7—中压平衡活塞持环；8—中压一号静叶 持环；9—定位销；10—中压二号静叶持环；11—中压排汽；12—中压进汽； 13—高压进汽；14—高压排汽； 15—H形梁；
教学重点：盘车装置的作用及其结构
PPT课件
21
一、盘车的作用：
盘车装置的结构录像
在汽轮机启动冲转前和停机后， 使转子以一定的转速连续转动， 以保证转子均匀受热和冷却的装 置为盘车装置，对盘车装置要求 既能盘动转子，又能在汽轮机转 子转速高于盘车转速时能自动脱 开，停止转动。
二、盘车装置的组成
主要由电动机、用来减速的大小 齿轮传动系统及小齿轮与盘车大 齿轮相啮合和退出所必须的连杆 机构和操纵杆组成。
PPT课件
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PPT课件
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具有螺旋轴的电动盘车装置
1—小齿轮；2—大齿轮：3—P啮PT合课齿件 轮；4—盘车大齿轮；
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5—电动机；6—螺旋轴
电动机带动主动链轮旋转，通 过链条、从动链轮、蜗杆、涡 轮、涡轮轴小齿轮以及惰轮来 转动减速齿轮，减速齿轮用键 与主齿轮轴相连，主齿轮轴跟 减速小齿轮相啮合，减速小齿 轮又与盘车大齿轮相啮合。 将操纵杆移到“投入（IN）” 位置时小齿轮与盘车大齿轮啮 合。将操纵杆移到“退出 （OUT）”位置时，小齿轮退 出啮合。
02第二章 汽轮机本体
第1章汽轮机本体1.1. 汽缸1.1.1. 概述汽缸是蒸汽在其内完成能量转换的重要部件，大型汽轮机的汽缸结构十分复杂，主要部件有隔板、隔板套、汽封、缸体、测量元件等，在进行汽缸制造时，主要考虑的问题是：汽缸及其结合面的严密性，汽轮机启动过程中的汽缸热膨胀、热变形和热应力，特别要避免应力集中问题。
为了解决汽缸各部分在各个方向受热时的膨胀，同时保证转子和静子间的同心性，设置了汽缸的滑销系统。
汽缸通常分为上下两个部分，转子从其纵向中心穿过，为了使汽缸承受较大的蒸汽压力而不泄漏，汽缸上下两个部分用紧固件连接，最常用用的是用螺栓、螺帽，它们沿上下缸中分面外径的法兰将上下缸紧密联在一起，因此汽缸中分面的的平整、光洁是保持中分面的严密性的必要条件。
大型汽轮机为了减小热应力，汽缸一般都设计成双层缸结构，外缸用猫爪支撑在轴承座上，内缸与外缸采用螺栓连接，并用定位销和导向销进行定位和导向。
汽缸本身的热膨胀和转子的热膨胀也是汽轮机设计过程中要考虑的问题，要合理的选定汽缸的死点、转子与汽缸的相对死点的位置，留有足够的相对膨胀间隙。
汽轮机在运行中，在汽缸内不允许有任何积水，因此，汽缸在设计时应有足够的去湿装置，疏水应留有足够的通流面积，尽可能的避免无法疏水的洼窝结构。
汽缸的进汽部分尽可能不集中布置在汽缸的一个部分，避免造成局部热应力过大，引起汽缸的变形，造成中分面漏汽。
汽缸的支撑、导向和定位对汽轮机安全运行有极大的影响，支撑、定位、导向的设置要严格保证汽轮机良好对中，各汽缸、转子、轴承的膨胀不受阻碍。
高中压缸一般都采用支撑面和中分面重叠的上猫爪支撑结构。
本汽轮机汽缸有以下几个方面的特点：1）采用高中压合缸技术。
2）采用叶轮和隔板结构，每级可承受较大的焓降，级数较少。
3）汽轮机各级间空间较大，可使多齿式、弹簧支持汽封部件强度好，安全性高。
4）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。
汽轮机本体结构
静子与静子之间存在间隙，间隙的存在会导致 漏气。为减少蒸汽泄漏和防止空气进入，采用 汽封装置
汽封分类
轴端汽封（轴封） 高压轴封：防止蒸汽漏出汽缸，造成能量损失，恶化运行环境 低压轴封：防止空气漏入汽缸使凝汽器的真空降低。
隔板汽封：隔板内圆与转子之间的汽封。 作用：阻止蒸汽经隔板内圆绕过喷嘴流到隔板后造成能量损失
分类：刚性、半挠性和挠性； 135MW机组各转子之间的联接均采用刚性联轴器。
动叶片
分类：等截面直叶片、变截面扭叶片 结构：叶根、叶身、叶顶、叶顶连接件四部分
135MW机组调节级叶片
135MW机组高压通流部分
135MW机组中压通流部分
135MW机组低压通流部分
汽缸
概述
作用：汽轮机外壳，将通流部分与大气隔开， 同时组织蒸汽有规律流动；
电厂热力设备及运行
第二章 汽轮机本体结构
第二章 汽轮机本体结构
汽轮机转子 动叶片 汽缸 进汽部分及中低压联通管 喷嘴组、隔板及隔板套、静叶环及静叶持环 汽封及轴封系统 轴承 盘车装置
汽轮机转子
按结构分类：
轮盘式转子：冲动式汽轮机采用，具有叶轮，叶 轮的外缘安装动叶栅，隔板安装在叶轮之前；
通流部分汽封：叶顶汽封和根部汽封 作用：阻止根部的漏汽
结构形式： 曲径式：梳齿形、J形、枞树形（现代汽轮机均采用） 碳精环式 水封式
汽封结构
轴承分类
轴承
径向支持轴承
承担转子的质量和旋转的不平衡力，并确定转子的径 向位置，以保持转子旋转中心和汽缸中心一致，保证 转子与静止部分（汽缸、隔板、汽封等）的正确的径 向间隙。
特点： 1）承受压力、温度低 2）进汽口与排气温度相差大，存在热膨胀问题。 3）要有合理的倒流形状，充分利用排气余速， 减小流动损失。
汽封分类
轴端汽封（轴封） 高压轴封：防止蒸汽漏出汽缸，造成能量损失，恶化运行环境 低压轴封：防止空气漏入汽缸使凝汽器的真空降低。
隔板汽封：隔板内圆与转子之间的汽封。 作用：阻止蒸汽经隔板内圆绕过喷嘴流到隔板后造成能量损失
分类：刚性、半挠性和挠性； 135MW机组各转子之间的联接均采用刚性联轴器。
动叶片
分类：等截面直叶片、变截面扭叶片 结构：叶根、叶身、叶顶、叶顶连接件四部分
135MW机组调节级叶片
135MW机组高压通流部分
135MW机组中压通流部分
135MW机组低压通流部分
汽缸
概述
作用：汽轮机外壳，将通流部分与大气隔开， 同时组织蒸汽有规律流动；
电厂热力设备及运行
第二章 汽轮机本体结构
第二章 汽轮机本体结构
汽轮机转子 动叶片 汽缸 进汽部分及中低压联通管 喷嘴组、隔板及隔板套、静叶环及静叶持环 汽封及轴封系统 轴承 盘车装置
汽轮机转子
按结构分类：
轮盘式转子：冲动式汽轮机采用，具有叶轮，叶 轮的外缘安装动叶栅，隔板安装在叶轮之前；
通流部分汽封：叶顶汽封和根部汽封 作用：阻止根部的漏汽
结构形式： 曲径式：梳齿形、J形、枞树形（现代汽轮机均采用） 碳精环式 水封式
汽封结构
轴承分类
轴承
径向支持轴承
承担转子的质量和旋转的不平衡力，并确定转子的径 向位置，以保持转子旋转中心和汽缸中心一致，保证 转子与静止部分（汽缸、隔板、汽封等）的正确的径 向间隙。
特点： 1）承受压力、温度低 2）进汽口与排气温度相差大，存在热膨胀问题。 3）要有合理的倒流形状，充分利用排气余速， 减小流动损失。
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
14
15
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。
18
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。
36
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
37
➢ 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。
汽轮机零件的强度校核PPT课件
Fr
2A
um2
（5——3）
r
2
um2
由以上公式可知：
（5——4）
l Rm
1）等截面叶片离心应力与其截面积大小无关。也就是说，增加
等截面叶片截面积并不能降低叶片的根部拉应力。
2）要想降低叶片的离心应力，只有采用变截面叶片。
3）在圆周速度和径高比不能改变的情况下，采用密度较小的材 料可以减小叶片的质量（拉应力）。
总之，在进行叶片强度校核时，必须根据其危险工况及 工作条件，选定适当的许用应力，以保证叶片的安全。
5.2.1叶片的拉伸应力 叶片的拉伸应力是叶片作高速旋转时质量离心力而产生的。
1，等截面叶片 对于等截面叶片，沿高度各截面所承受离心力是逐渐增大，其应力也
是逐渐增加的。现在在任意半径R处(图5—1)取一微段dR叶片进行分析， 则该微段的离心力为：
当叶片在蒸汽力的作用下产生弯曲变形后，离心力不再通过截面形心0点，在 叶片上引起了附加弯矩。
图5—5 a,b
5.4汽轮机转子零件材料及静强度条件
力的大小和级的焓降、反动度及流过叶栅的蒸汽量有关。圆周分力为
或者
G Fu ze (c1u c2u )
Fu
Ghtu
uez
1000Pu uez
（5——10） （5——11）
式中
G ——通过一级的蒸汽流量(kg／s)； Pu 、u 、ht ——级的轮周功率、轮周效率、绝热焓降；
c1u 、c2u ——叶片进、出口汽流在圆周方向的分速度；
屈服极限
最小许用应力 蠕变极限
分别除以各自 安全系数后的
小者
持久强度极限
动强度校核：安全倍率和共振避开率
汽轮机本体详细结构课件
THANKS
腐蚀等情况。
维修与更换
对磨损、腐蚀严重的部件进行维修 或更换，确保汽轮机性能稳定。
油样分析
定期采集润滑油样本进行化验分析， 了解油质状况，及时更换不合格的 润滑油。
常见故障与排除方法
轴承温度过高
蒸汽通流部分结垢
检查轴承润滑状况，清理轴承箱，调 整轴承间隙；若无法排除故障，需更 换轴承。
停机清洗蒸汽通流部分，清除结垢； 加强水质管理，防止结垢再次发生。
叶片部分
总结词
叶片是汽轮机的重要部件，主要作用是将蒸汽的热能转换为转子的旋转机械能。
详细描述
叶片通常由高强度钢材制成，其结构形式根据工作原理和用途的不同而不同。叶 片的形状和尺寸对汽轮机的性能和效率有重要影响。
喷嘴部分
总结词
喷嘴是汽轮机的重要部件，主要作用是将蒸汽引入适当的工 作室，并在适当的时间将其导向叶片。
汽轮机的分类与用途
按照工作原理分类
冲动式汽轮机和反动式汽轮机。
按照热力特性分类
凝汽式汽轮机、背压式汽轮机、抽气式汽轮机和中间再热式汽轮机等。
按照用途分类
发电用汽轮机、化工用汽轮机、船舶用汽轮机等。
02
汽轮机本体结构
汽缸部分
总结词
汽缸是汽轮机的外壳，主要作用是封闭汽轮机的内部空间，形成一定的工作室， 使蒸汽在其中做功。
汽轮机在长期的应用和发展过程 中，技术已经相当成熟，可靠性 高。
汽轮机在其他领域的应用
工业驱动
汽轮机可用于驱动压缩机、泵等 工业设备，广泛应用于石油、化 工、造纸等领域。
船舶推进
汽轮机曾是大型船舶的主要推进 动力之一，尽管现在已被燃气轮 机部分取代，但仍有一些船舶使 用汽轮机。
3.汽轮机-教科版选修2-2教案
3. 汽轮机-教科版选修2-2教案一、教学内容概述本教案是教科版选修2-2中，关于汽轮机部分的教学内容。
其中包括：热力循环、汽轮机的基本原理、汽轮机的基本构造和汽轮机的工作过程。
二、教学目标1.理解热力循环的概念和物理原理；2.掌握汽轮机的基本原理；3.初步了解汽轮机的基本构造；4.熟悉汽轮机的工作过程。
三、教学重点1.热力循环的概念和物理原理；2.汽轮机的基本原理。
四、教学难点1.汽轮机的基本构造；2.汽轮机的工作过程。
五、教学过程1. 热力循环1.1 热力循环的定义热力循环是指一系列工作物质在发生热力变化（如加热、膨胀、冷却、压缩等）后，再回归原状态的完整循环过程。
1.2 热力循环的分类热力循环可分为开式循环和闭式循环两类。
闭式循环又分为理想循环和实际循环两类。
1.3 热力循环的物理原理热力循环的物理原理是通过不同状态下工作介质的热力学性质（如压力、温度、比容等）的变化来实现热力转换。
2. 汽轮机的基本原理2.1 汽轮机的定义汽轮机是指利用汽流的动能和压力能完成动力转换的机器。
它是一种热力机，也是一种转子式发电机组的核心设备。
2.2 汽轮机的基本原理汽轮机的基本原理是根据热力循环原理，将工作物质（如汽水或空气）加热后使其膨胀产生动力，再通过涡轮转子带动发电机旋转，将动能转换为电能。
3. 汽轮机的基本构造3.1 汽轮机的组成部分汽轮机由燃烧室、涡轮组、调速器、增压器、减压器、排汽喷嘴、液体循环系统等多个部分组成。
3.2 涡轮组的构成涡轮组是汽轮机的核心部分。
它包括高压涡轮和低压涡轮两部分，其中高压涡轮接受高温高压工作介质的动力，而低压涡轮则接受低温低压的工作介质的动力。
4. 汽轮机的工作过程4.1 汽轮机的工作循环汽轮机的工作循环包括汽化、加热、膨胀、冷却、凝结、压缩等多个阶段。
4.2 汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理是将工作介质（如汽水）从燃烧室输送至高压涡轮，通过高温高压的工作介质产生动力，带动两个涡轮组转动，并最终将其冷却、压缩和凝结，形成完整的工作循环。
汽轮机结构及零件强度
（二）叶片的拉应力 叶片的拉应力由叶型 部分的离心拉应力及围带、 拉金离心力引起的拉应力 组成。 1.叶型部分离心力引 起的拉应力 2 dFx Ax ( R0 x) dx
Fx1 Ax ( R0 x) dx
2 x1
lb
2
x1
x1 2
A
Fx1 Ax1 Ax1
第四章
汽轮机结构及零件强度
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。 第一节 动叶片 动叶片是蒸汽动能转换成转子机械能的重要 部件。它在运行中受力复杂，工作条件又很恶劣。 因此它不但要有良好的流动特性，以保证较高的 能量转换效率，还要有足够的强度和完善的振动 特性。 一、动叶片的结构 动叶片由叶型、叶根、叶顶三部分组成
lb x1
2
lb
x1
Ax ( R0 x)dx
lb
x1
Ax ( R0 x)dx
A( R0 x)dx
2
2
(R
0
l b ) 2 ( R0 x1 ) 2
由上式可知，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。在ω、R0、lb已定的情况下，采用密度较 小的叶片材料，是降低叶片离心拉应力的有效办法。 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， 为：
对于变截面叶片，横截面积沿叶高是变化的， 2 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。
第2章 汽轮机结构2 1h讲诉
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2018年12月24日星期一
6.1动叶片
作用：把蒸汽的动能变为机械能，并通过叶轮传递给主轴。 要求：流动特性好，强度足够高，振动特性完善
动叶片由叶根、叶型（叶身） 、叶顶三部分组成
动叶片结构
a.等截面直叶片；b.变截面扭叶片 1-叶顶；2-叶型；3-叶根
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2018年12月24日星期一
整锻转子的特点
优点：叶轮和主轴做成一体，工作时不会发生叶轮松动现象；装配零件 少，省去了叶轮的安装工作；结构紧凑，轴向长度相应缩短，刚性好。
缺点：级间尺寸大，要求大型的锻造设备；技术要求高，质量检验比较 复杂．在加工制造过程中，如某道工序出现差错．会造成整个转子的报 废。 整锻转子特别适合于小容量高转速的汽轮机。因此，在工业汽轮机 中得到了广泛的采用。
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 有专门的润滑装臵，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。
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2018年12月24日星期一ຫໍສະໝຸດ 5.3转子的临界转速
分类：
高速盘车 按转速分 低速盘车
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螺旋轴电动盘车 按结构分具有摆动齿轮的电动盘 车 具有链轮－涡轮蜗杆的 电动盘车
2018年12月24日星期一
8.汽轮机组的振动
汽轮机组运行的可靠性，在很大程度上可以认为取决于机组的振动 状态。或者说，机组的振动是表征汽轮机组稳定运行的最重要的标志 之一。 经验证明，汽轮机组的大部分事故，尤其是比较严重的设备 损坏事故，都在一定程度上表现出某种异常振动。国内外发生的严重 毁机事故，很大一部分是由于机组的振动所造成的，而且在毁机的过 程中都毫无例外地表现出剧烈的振动。如果运行人员能够根据振动的 特征，及时地对机组发生振动的原因作出正确的判断和恰当的处理， 就能够有效地防止事故进一步扩大，从而避免或减少事故所造成的危 害。
汽轮机第二章
凝汽机组的cex<100~120m/s，背压机组cex<40~60m/s。 当进入排汽管的汽流速度较低，即M<0.3时，可以将蒸汽 视为不可压缩流体，对其进出口建立能量平衡方程：
p1
1c12
2
p2
2 2 c2
2
0 p2
两边同除以
1c12 2
，则有：
ex
2
2.蒸汽在排汽管中的热力过程
一排汽管有扩压作用，蒸汽速度的部分变为 压力头，进入凝汽器的压力p2‘高于p1，热力过 程近似1-3线，阻力系数λ为负值；图2-6 二蒸汽在排汽管中有较大的损失，凝汽 压力 p2’’低于p1，其热力过程曲线以1-4线表示，阻力 系数λ为正值；图2-6 三是最末级级后压力等于凝汽器压力，阻力 系数λ为0。图2-6
静压恢复系数
能量损失系数
ex
p2 p1 2 1c1 2 2 1c1 2
p2 p1 1 2 2 1c1 1c1 2 2
ex ex 1
当排汽管进口汽流M>0.3时，就必须考虑其压缩性， 但仍然有： ex ex ex 1 ex
三、多级汽轮机各级段的工作特点 （一）高压段 蒸汽压力、温度很高，比容较小，蒸汽容积流 量较小，通流面积也较小。各级比焓降的变化也 不大。漏汽损失、叶轮摩擦损失及叶高损失较大， 各级的效率相对较低。
（二）低压段 容积流量很大，通流面积大，反动度明显增 大，叶轮直径较大，余速损失大，漏汽损失和 叶轮摩擦损失小，无部分进汽损失。由于湿汽 损失很大，使效率降低，特别是最后几级效率 降低更多。
himac htmac
各级平均的相对内效率：
ave ri
himac ht , j
p1
1c12
2
p2
2 2 c2
2
0 p2
两边同除以
1c12 2
，则有：
ex
2
2.蒸汽在排汽管中的热力过程
一排汽管有扩压作用，蒸汽速度的部分变为 压力头，进入凝汽器的压力p2‘高于p1，热力过 程近似1-3线，阻力系数λ为负值；图2-6 二蒸汽在排汽管中有较大的损失，凝汽 压力 p2’’低于p1，其热力过程曲线以1-4线表示，阻力 系数λ为正值；图2-6 三是最末级级后压力等于凝汽器压力，阻力 系数λ为0。图2-6
静压恢复系数
能量损失系数
ex
p2 p1 2 1c1 2 2 1c1 2
p2 p1 1 2 2 1c1 1c1 2 2
ex ex 1
当排汽管进口汽流M>0.3时，就必须考虑其压缩性， 但仍然有： ex ex ex 1 ex
三、多级汽轮机各级段的工作特点 （一）高压段 蒸汽压力、温度很高，比容较小，蒸汽容积流 量较小，通流面积也较小。各级比焓降的变化也 不大。漏汽损失、叶轮摩擦损失及叶高损失较大， 各级的效率相对较低。
（二）低压段 容积流量很大，通流面积大，反动度明显增 大，叶轮直径较大，余速损失大，漏汽损失和 叶轮摩擦损失小，无部分进汽损失。由于湿汽 损失很大，使效率降低，特别是最后几级效率 降低更多。
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各级平均的相对内效率：
ave ri
himac ht , j
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叶片一般由叶根、工作部分（或称叶身、叶型 部分）、叶顶连接件（围带）或拉筋组成。
叶片结构
叶片的组成
叶根、叶型部分 叶顶连接件（主要是围带或拉筋）
(一) 叶根
叶根是将叶片固定在叶轮或轮毂上的连接部分
叶根和轮缘的固定要求：
牢靠，任何运行工况不松动； 结构简单，加工安装方便，并使轮缘的轴向尺 寸尽可能缩短
第二章-汽轮机结构及零件强度
汽轮机的构成
第一节 叶片
• 一、叶片的分类和结构
叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称 叶片）和静叶片（又称导叶叶片）两种。 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，接受导叶叶栅射出的高速 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持环套上。在静叶栅中，蒸 汽的压力和温度降低，流速增加，将热力势能转 换为动能。
现在的大型汽轮机转子普遍采用的是整锻式无中 心孔转子。
无中心孔转子的优点： （1）工作应力低； （2）安全性能好； （3）有利于使用更长的叶片； （4）可以延长机组的使用寿命； （5）有利于改善机组的启动性能，缩短启动时 间； （6）造价便宜。
• 组合转子
• 焊接转子
焊接转子的优点：
（1）焊接式转鼓型转子为中空腔室结构，其热 应力和离心应力较低，启动灵活并能适应负荷的 快速变化，使用寿命长。
• 二、叶片的强度
叶片的受力分析： 分为两种，叶片本身和与其连接的围带、拉筋所产生 的离心力；汽流的作用力。
叶片的拉应力： 叶型部分离心力引起的拉应力和围带、拉筋离心力引 起的拉 三、叶片的振动
叶片的自振频率 引起叶片振动的激振力：高频激振力和低频激振力
➢枞树型叶根的装配
叶片沿轴向装入轮缘相应的枞树槽内
底部打入相应的楔形垫铁，使叶片向 外胀紧在轮缘上
相邻两叶片有半圆槽，再用斜劈的半 圆销子对插入圆槽内，使叶片沿周向 胀紧。
(二)叶型
叶片的横截面形状称为叶型，工作部分 必须：满足气动特性要求
强度和加工工艺要求 减少损失，提高效率
几点说明 1 冲动式和反动式叶片叶型不同 2 等截面叶片 变截面叶片（扭 叶片） 3 湿蒸汽区工作的叶片，为提高 抵抗水滴冲蚀的能力，叶片上部 进汽边强化处理 方法有：镀铬烙，焊硬质合金
国外850mm的叉型叶根有7个叉，另 外国外大功率汽轮机末级采用叉型叶根或 枞树型叶根
➢ 叉型叶根的安装
3 枞树型叶根
➢ 枞树型叶根的特点
轴向装入单独的叶根槽内，装拆方便 叶根采用尖劈形，叶根轮缘承载面接近于等强
度，因此，在同样尺寸条件下，枞树型叶根承 载力最高。 外形复杂，装配面多，为保证各对齿接触良好 ，加工精度及材料要求极高，工艺复杂。 齿端易引起较大的应力集中 适用场合：承载较高的调节级和汽轮机的末级 。
叶片阵型：A型振动和B型振动 影响叶片自振频率的因素：叶片的抗弯刚度，叶片的 高度，叶片的质量，叶片的频率方程，叶片的连接刚 度，工作温度，离心力，叶片成组。
改变叶片自振频率常用的调频方法。
第二节 转子
转子是汽轮机转动部分的总称，它担负着把喷嘴 叶栅出来的蒸汽的动能转变为推动轴旋转的机械 功及传递功率的重任，是汽轮机最重要的部件。
第一节 叶片
叶片的工作条件复杂
工作中除受到静应力和动应力外，工作区域可能： 高温过热区，两相过渡区，湿蒸汽区 高温、高压、腐蚀和冲蚀. 因此叶片的结构，材料，加工和装配质量对机组的 安全运行意义重大
设计制造叶片的原则： 1 叶片要有足够的强度 2 良好的型线，以提高汽轮机的效率
• 一、叶片的分类和结构
汽轮机转子的结构可分为转轮式和转鼓式两种基 本类型：转轮式转子具有安装动叶片的叶轮，一 般由主轴、叶轮、动叶片和联轴器构成；而转鼓 式转子则没有叶轮，动叶片直接装在转鼓上。通 常冲动式汽轮机的转子采用转轮式转子；反动式 汽轮机的转子为避免轴向推力过大而采用转鼓式 转子。
汽轮机转子可分为套装转子、整锻转子、焊接转 子和组合转子四大类。
• 套装转子
• 整锻转子
整锻转子的主要优点是： （1）结构紧凑，装配零件少，可缩短汽轮机轴 向尺寸。 （2）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。 （3）转子刚性比较好。 整锻转子缺点是锻件大，工艺要求高，加工周期 长，大锻件质量难以保证，且检验比较复杂，不 利于材料的合理使用。
叶根常用的结构型式
1 T型叶根 2 菌型叶根 3 叉型叶根 4 枞树型叶根
1 T型叶根
• T型叶根的特点 •结构简单，加工装配方便，工作可靠 •承受相对较小的离心力，适合于受力不大的短叶片
• 外包单T型叶根和外包双T型叶根 •特点：加大了叶根的受力面积，适合中等长度叶片 •国产20万机组高中压各级采用此型式（调节级除外）
（2）每个转子是用多块小锻件组合焊接的，各 段的质量可以得到保证，探伤比较彻底，即使个 别段发生质量问题，处理也比较方便。
（3）小块锻件，热处理淬透性好，残余应力低， 材质均匀。
（4）材料可按需要灵活选用。
• 鼓式转子
鼓式转子冷却
转子上的主要零部件
1、叶轮 2、联轴器：刚性联轴器与半挠性联轴器
·变截面扭叶片
(三) 叶顶连接部分（围带和拉筋）
1 围带的作用 ➢ 减少漏汽 ➢ 增加叶片的抗弯刚度 整体围带 多用于短叶片 铆接围带 3-5mm厚的扁平钢带铆接或铆接加焊在叶片顶部 考虑到热膨胀，各成组叶片围带间留有1mm间隙
2 拉筋的作用 ➢ 调整叶片的自振频率 ➢ 增加叶片振动系统的阻尼 5-12mm金属丝或金属管 但拉筋存在一定影响，流动效率和降低叶片的刚度 末级可选自由叶片，但叶顶削薄，减轻叶片质量，改善叶片自振频率
2 菌形叶根
• 叶根和轮缘的载荷分配比T型叶根合理, 强度提高，但加工复杂，应用不如T型叶 根广泛。
• 东方汽轮机厂600MW 高中压叶片采用菌 形叶根。
➢ T型叶根和菌形叶根的装配方式
2 叉型叶根
➢ 叉型叶根的特点 轮缘两侧部首偏心弯矩，避免T型叶
根在轮缘两侧的弯应力，随叶片离心力增 大，叉数可以增多，加工简单，拆装方便 ，但装配费时。
叶片结构
叶片的组成
叶根、叶型部分 叶顶连接件（主要是围带或拉筋）
(一) 叶根
叶根是将叶片固定在叶轮或轮毂上的连接部分
叶根和轮缘的固定要求：
牢靠，任何运行工况不松动； 结构简单，加工安装方便，并使轮缘的轴向尺 寸尽可能缩短
第二章-汽轮机结构及零件强度
汽轮机的构成
第一节 叶片
• 一、叶片的分类和结构
叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称 叶片）和静叶片（又称导叶叶片）两种。 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，接受导叶叶栅射出的高速 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持环套上。在静叶栅中，蒸 汽的压力和温度降低，流速增加，将热力势能转 换为动能。
现在的大型汽轮机转子普遍采用的是整锻式无中 心孔转子。
无中心孔转子的优点： （1）工作应力低； （2）安全性能好； （3）有利于使用更长的叶片； （4）可以延长机组的使用寿命； （5）有利于改善机组的启动性能，缩短启动时 间； （6）造价便宜。
• 组合转子
• 焊接转子
焊接转子的优点：
（1）焊接式转鼓型转子为中空腔室结构，其热 应力和离心应力较低，启动灵活并能适应负荷的 快速变化，使用寿命长。
• 二、叶片的强度
叶片的受力分析： 分为两种，叶片本身和与其连接的围带、拉筋所产生 的离心力；汽流的作用力。
叶片的拉应力： 叶型部分离心力引起的拉应力和围带、拉筋离心力引 起的拉 三、叶片的振动
叶片的自振频率 引起叶片振动的激振力：高频激振力和低频激振力
➢枞树型叶根的装配
叶片沿轴向装入轮缘相应的枞树槽内
底部打入相应的楔形垫铁，使叶片向 外胀紧在轮缘上
相邻两叶片有半圆槽，再用斜劈的半 圆销子对插入圆槽内，使叶片沿周向 胀紧。
(二)叶型
叶片的横截面形状称为叶型，工作部分 必须：满足气动特性要求
强度和加工工艺要求 减少损失，提高效率
几点说明 1 冲动式和反动式叶片叶型不同 2 等截面叶片 变截面叶片（扭 叶片） 3 湿蒸汽区工作的叶片，为提高 抵抗水滴冲蚀的能力，叶片上部 进汽边强化处理 方法有：镀铬烙，焊硬质合金
国外850mm的叉型叶根有7个叉，另 外国外大功率汽轮机末级采用叉型叶根或 枞树型叶根
➢ 叉型叶根的安装
3 枞树型叶根
➢ 枞树型叶根的特点
轴向装入单独的叶根槽内，装拆方便 叶根采用尖劈形，叶根轮缘承载面接近于等强
度，因此，在同样尺寸条件下，枞树型叶根承 载力最高。 外形复杂，装配面多，为保证各对齿接触良好 ，加工精度及材料要求极高，工艺复杂。 齿端易引起较大的应力集中 适用场合：承载较高的调节级和汽轮机的末级 。
叶片阵型：A型振动和B型振动 影响叶片自振频率的因素：叶片的抗弯刚度，叶片的 高度，叶片的质量，叶片的频率方程，叶片的连接刚 度，工作温度，离心力，叶片成组。
改变叶片自振频率常用的调频方法。
第二节 转子
转子是汽轮机转动部分的总称，它担负着把喷嘴 叶栅出来的蒸汽的动能转变为推动轴旋转的机械 功及传递功率的重任，是汽轮机最重要的部件。
第一节 叶片
叶片的工作条件复杂
工作中除受到静应力和动应力外，工作区域可能： 高温过热区，两相过渡区，湿蒸汽区 高温、高压、腐蚀和冲蚀. 因此叶片的结构，材料，加工和装配质量对机组的 安全运行意义重大
设计制造叶片的原则： 1 叶片要有足够的强度 2 良好的型线，以提高汽轮机的效率
• 一、叶片的分类和结构
汽轮机转子的结构可分为转轮式和转鼓式两种基 本类型：转轮式转子具有安装动叶片的叶轮，一 般由主轴、叶轮、动叶片和联轴器构成；而转鼓 式转子则没有叶轮，动叶片直接装在转鼓上。通 常冲动式汽轮机的转子采用转轮式转子；反动式 汽轮机的转子为避免轴向推力过大而采用转鼓式 转子。
汽轮机转子可分为套装转子、整锻转子、焊接转 子和组合转子四大类。
• 套装转子
• 整锻转子
整锻转子的主要优点是： （1）结构紧凑，装配零件少，可缩短汽轮机轴 向尺寸。 （2）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。 （3）转子刚性比较好。 整锻转子缺点是锻件大，工艺要求高，加工周期 长，大锻件质量难以保证，且检验比较复杂，不 利于材料的合理使用。
叶根常用的结构型式
1 T型叶根 2 菌型叶根 3 叉型叶根 4 枞树型叶根
1 T型叶根
• T型叶根的特点 •结构简单，加工装配方便，工作可靠 •承受相对较小的离心力，适合于受力不大的短叶片
• 外包单T型叶根和外包双T型叶根 •特点：加大了叶根的受力面积，适合中等长度叶片 •国产20万机组高中压各级采用此型式（调节级除外）
（2）每个转子是用多块小锻件组合焊接的，各 段的质量可以得到保证，探伤比较彻底，即使个 别段发生质量问题，处理也比较方便。
（3）小块锻件，热处理淬透性好，残余应力低， 材质均匀。
（4）材料可按需要灵活选用。
• 鼓式转子
鼓式转子冷却
转子上的主要零部件
1、叶轮 2、联轴器：刚性联轴器与半挠性联轴器
·变截面扭叶片
(三) 叶顶连接部分（围带和拉筋）
1 围带的作用 ➢ 减少漏汽 ➢ 增加叶片的抗弯刚度 整体围带 多用于短叶片 铆接围带 3-5mm厚的扁平钢带铆接或铆接加焊在叶片顶部 考虑到热膨胀，各成组叶片围带间留有1mm间隙
2 拉筋的作用 ➢ 调整叶片的自振频率 ➢ 增加叶片振动系统的阻尼 5-12mm金属丝或金属管 但拉筋存在一定影响，流动效率和降低叶片的刚度 末级可选自由叶片，但叶顶削薄，减轻叶片质量，改善叶片自振频率
2 菌形叶根
• 叶根和轮缘的载荷分配比T型叶根合理, 强度提高，但加工复杂，应用不如T型叶 根广泛。
• 东方汽轮机厂600MW 高中压叶片采用菌 形叶根。
➢ T型叶根和菌形叶根的装配方式
2 叉型叶根
➢ 叉型叶根的特点 轮缘两侧部首偏心弯矩，避免T型叶
根在轮缘两侧的弯应力，随叶片离心力增 大，叉数可以增多，加工简单，拆装方便 ，但装配费时。