汽轮机原理(6汽轮机主要零部件结构)

4－高压内缸
高压缸结构示意图
1－2号轴承座 2－径向推力联合轴承 3－高压转子 4－高压内缸 5－第一级斜置静叶
6－高压静叶
7－高压动叶
8－高压外缸进汽段 9－高压进汽口 10－补汽阀进汽口
11－高压外缸排汽段 12－高压轴承
13－1号轴承座 14－液压盘车
中压缸采用双流程、双层缸设计，内缸和外缸均在水平中分面上分为上、下两半， 采用法兰螺栓进行连接。 蒸汽从中压中部通过进汽插管直接进入中压内缸，流经对称布置的双分流叶片通道 至汽缸的两端，然后经内外缸夹层汇集到中压缸上半中部的中压排汽口，经中低压 连通管流向低压缸。 由于通流部分采用双分流布置，转子轴向推力基本能够左右平衡。
一个主汽阀和一个调节阀，他们共用一个阀 壳。
主蒸汽进汽部分示意图
独特的切向旋涡冷却技术
利用涡流原理降低温度约15度， 满足较高再热温度的要求。
1 再热蒸汽进口 2 中压缸 3 再热主门和调门组件 4 再热调门油动机 5 再热主门油动机 6 中压进汽插管 7 再热调门 8 再热主汽门
采用补汽调节阀的 目的：
由上汽缸水平法兰前后延伸出的 猫爪作为支承猫爪，分别支承在 汽缸前后的轴承座上。
特点：这种支承结构与中分面下猫 爪支承一样，汽缸受热膨胀时，不 会影响汽缸的中心线。同样克服了 非中分面下猫爪支承的缺点。但其 缺点是由于下缸是靠水平法兰螺栓 吊在上缸上，螺栓受力增加，而且 对中分面密封也不利，其安装也比 较复杂。
２.1汽轮机静止部分的结构
一、汽缸 要求： 强度和刚度；
严密性；流动性能 好；自由膨胀；汽 缸法兰厚度尽量薄 、结构形状简单对 称、节约材料、便 于安装和施工。
（一）汽缸的作用：
汽缸是汽轮机的外壳，它承受载荷、蒸汽对静止部分的反作用力、 热应力。其作用：
① 起着封闭的作用。它将进入汽轮机的工质与外界隔绝，使工质在一 个封闭的空间流动做功；
汽缸、隔板套
隔板、喷嘴组、静叶持环、静叶
静 止
汽封(轴封、隔板汽封、通流部分汽封)
部
轴承(支持轴承、推力轴承)
汽
分
滑销
轮 机
紧固零件
本
体
主轴、叶轮、动叶片、
转 动
围带、拉金
部
联轴器
分
盘车装置
上汽－西门子1000MW汽轮机纵剖面图
14+２*13+2*2*6共64级结构级
1－液压盘车装置 2－高压部分/1号轴承座 3－高压缸轴承
上汽－西门子1000MW汽轮发电机组三维立体视图
高
高压缸采用双层缸单流程设计，
包括高压外缸和高压内缸。
压
外缸为独特的桶形设计;
缸
内缸为垂直纵向平中分面结构， 各级静叶直接装在内缸上。
缸体整个周向壁厚为旋 转对称，无需局部加厚，避 免了不理想的材料集中和非 对称变形及局部热应力，
使得机组在启动停机或 快速变负荷时缸体的温度梯 度很小，将热应力保持在一 个很低的水平。
2中低压连通管（导汽管）
（1）中低压连通管（导汽管）的作用： 完成多缸汽轮机中工质在汽缸之间的直接转移，即在最小的压损下将蒸汽从 中压排汽口引入低压缸。 （2）导流叶片环、膨胀节、平衡鼓 导流叶片环达到使汽流平衡地改变方向地目的。 膨胀节补偿连通管进出汽口之间静子膨胀引起的相对位移和自身的膨胀。 平衡鼓起到汽流平衡的作用，减小蒸汽对连通管的作用力。
2滑销系统
（1）主要任务（作用）： 保证汽轮机在启动加热和停机冷却时，其动、静部件能沿着设定的方向 顺畅地膨胀与收缩。保证动静间隙和动静中心。
（2）滑销系统的组成：
滑销系统通常由横销、纵销、立销、角销及死点等组成。
横销引导汽缸沿横向滑动，并在轴向起定位作用。一般安装在低压缸的搭脚与台 板之间，左右各装一个。高中压缸猫爪与轴承座之间也设有横销，称为猫爪横销。
（2）超高参数大容量的汽轮机采用与汽缸分开的蒸汽室的原因： ①超高参数的机组，高压缸都采用双层缸结构，运行中内外缸有
相对膨胀，不能将进汽部分与内缸合为一个整体； ②进汽部分承受的蒸汽压力温度都很高，采用比汽缸更好的金属
材料来制造，为合理利用优质耐高温金属材料，采用分开结构比较合 理；
③进汽部分承受的蒸汽压力温度都很高，汽缸温度稍低，为使汽 缸设计制造成对称形受热均匀的形状，运行时以减小汽缸的热应力、 热膨胀和热变形，采用分开结构比较合理。
中压 缸
中压缸纵剖面图 1－中压转子 2－中压外缸上半 3－中压外缸下半 4－中压内缸上半 5－中压内缸下半 6－A5抽汽口 7－中压进汽口 8－A4抽汽口
低压缸采用两个双流、双层缸设计，内、外缸均由钢板拼焊而成，均在水平中分 面分开成上下半，采用中分面法兰螺栓进行连接。 来自中压缸的蒸汽通过汽缸顶部的中低压连通管接口进入低压缸中部，再流经双 分流低压通流叶片至两端排汽导流环，蒸汽经排汽导流环后汇入低压外缸底部进 入凝汽器。 低压外缸采用现场拼焊，直接坐落于凝汽器上，大大降低了运转层基础的负荷。 低压内缸通过其前后各两个猫爪，搭在前后两个轴承座上，支撑整个内缸、持环 及静叶的重量，并以推拉杆装置与中压外缸相连，以保证动静间隙。
主汽门 1 主门阀座 2 阀碟 3 阀杆（含小阀碟） 4 滤网 5 阀杆衬套 6 内阀盖
7 压板
8 外阀盖 9 油动机
主调门 10 调门阀座 11 阀杆（含阀碟） 12 阀杆衬套 13 内阀盖 14 压板 15 外阀盖
16 油动机
高压部分有两个主汽门与调门组件，分别布 置在高压缸两侧。每个组件包括：
自动主汽门
机组在停机时（特别是机组在运行中 需紧急停机时），除了关闭调门外， 还必须设置能快速切断汽源的汽门， 即在调门出现泄漏的情况下，也能保 证汽轮机降速停机，这种具有安全保 护功能的汽门称为自动主汽门（简称 主汽门）。
调节汽门
汽轮机的启动、停机和功率的变化，是 通过改变汽门的开度（或保持汽门在一 定的开度或全开汽门），调节进入汽轮 机的蒸汽量（或蒸汽参数）实现的，这 种调节蒸汽量或蒸汽参数的汽门称为调 节汽门（简称调门）。
第一是使滑压运行机组 在额定流量下，进汽压 力达到额定值； 第二是使机组实际运行 时，不必通过主调门的 节流就具备调频功能， 可避免节流损失，而且 调频反应速度快，可减 少锅炉的压力波动。
补汽阀的功能：
（1）当汽轮机的最大进汽量与THA工况流量之比较大 时，可采用补汽技术，超出额定流量的部分由外置的补 汽调节阀提供，即补汽阀一般在最佳运行经济工况点后 开启，控制额外的蒸汽进入高压缸以使汽轮机在额定功 率外再增加一部分输出功率，满足在该工况外机组能够 到达更高的负荷。此时主调节门在额定流量下可设计成 全开，从而提高额定负荷以下所有工况的效率（机组热 耗可至少下降40kJ/（kW·h））。 （2）对超超临界高温汽轮机，补汽还能起到对汽缸 的冷却作用。在机组正常运行中补汽阀通过保持一定 的漏汽，充分利用补汽温度始终低于主蒸汽30℃的特 点，对汽缸起到冷却作用，有利于提高高温部件的可 靠性。 （3）补汽阀还具有提高变负荷速率的功能（具有调频 功能），有利于提高大电网的稳定性。
低压 缸
外缸和内缸之间的相对 膨胀通过在内缸猫爪处 的汽缸补偿器、端部汽 封处的轴封补偿器以及 中低压连通管处的波纹 管进行补偿。 外缸与轴承座、内缸和 基础分离，不参与机组 的滑销系统。
在低压缸端壁上装设排汽缸喷 水减温装置。防止缸壁的温度 超过允许范围， 在低压缸适当位置上装设有向 空泄放安全膜(安全阀)，其作用 是防止汽缸遭受超压损害。
②起定位支承的作用。它内部安装隔板、喷嘴和轴封等部件，外部连接 进汽、排汽和抽汽等管道；
③它与这些附件一起起到组织汽流流动的作用。使进汽、排汽和抽汽有 规律的分配。
（二）汽缸的结构：
１、汽缸通常分上汽缸和下汽缸，水平对分(保证汽轮机安装和检修方便) ２、汽缸通常单缸或多缸
单缸分为高压段、中压段、低压段 多缸分为高压缸、中压缸、低压缸 (保证合理利用材料等) ３、汽缸通常分单层缸和双层缸(高参数大容量的汽轮机高、中压缸) 高参数大容量的汽轮机高、中压缸常采用双层缸的原因： 采用双层缸，在内外缸之间通入低与初参数的蒸汽，使内缸和外缸承受的压 差、温差大大减小，每层缸相应减薄。因此： 启动、停机、变工况时汽缸的热应力减小；加快了启停速度，实现了机组 的快速启停； 外缸温度低于内缸，节省了优质耐热合金钢； 外缸的内、外压差比单层汽缸时降低了许多，因此减少了汽缸结合面漏汽 的可能。 ４、蒸汽在汽缸中的流动通常分为顺向布置、反向布置、对称分流布置 （平衡轴向推力）
（2）台板（搭脚）支承
低压缸的温度低，外形尺寸较大，低压缸 一般采用下缸伸出的搭脚直接支撑在基础 台板上，虽然它的支撑面比汽缸中分面低 ，但因排汽缸温度低，膨胀小，故影响不 大。轴向两端预埋入基础的固定板确定了 低压缸的轴向位置，在两轴向定位板连线 上，汽缸不允许轴向位移，轴向定位板连 线和横向定位板连线的交点，既是低压缸 的膨胀死点
低压缸纵剖面图 1－低压转子 2－低压外缸上半 3－低压内缸上半 4－低压外缸 6－低压内缸下半 7－低压外缸下半
(三) 进汽部分和中低压连通管
1 进汽部分 （1）定义：进汽部分是指调节汽阀后蒸汽进入汽缸第一级喷嘴的这 段区域。它包括调节汽阀至喷嘴室的主蒸汽(再热蒸汽)导管、导管与汽 缸的连接部分和喷嘴室。它是汽缸中承受蒸汽压力温度最高的部分。
中压主汽门和中压调门
在中压缸进口处必须设置中压主汽门来紧急切断来自再热器及管道的蒸汽。另 一方面在机组低负荷时为了维持锅炉再热器及旁路系统的稳定运行，保证再热 器有足够的冷却蒸汽流量，保护再热器不被烧坏，必须设置中压调门。
主汽门和调门组件
上汽1000MW超超临界汽 轮机采用全周进汽滑压运行 与补汽阀调频技术，设置有2 只高压主汽门和高压调门组 合件（简称高压联合汽门） 、2只中压主汽门和中压调门 组合件（简称中压联合汽门 ）及2只补汽调门，所有的汽 门均通过弹簧弹力来关闭， 运行安全可靠。
4－转子
5－高压部分/高压缸 6－高压部分/高压叶片 7－高压部分/2号轴承座 8－径向推力联合轴承
9－中压部分/中Hale Waihona Puke Baidu缸 10－中压部分/中压叶片 11－中低压连通管
12－中压部分/3号轴承座
13－中压缸轴承
14－低压部分/低压缸 15－低压部分/低压叶片 16－低压部分/4号轴承座
17－1号低压缸轴承 18－低压部分/5号轴承座 19－2号低压缸轴承
出口
进口
油动机
(四) 汽缸的支承和滑销系统
1 汽缸的支承： 汽缸通过轴承座及本身的搭脚 支承在基础台板上，基础台板又 用地脚螺栓固定在基础上。
（a）非中分面支承 (b)中分面支承
（1）猫爪支承 ①下猫爪支承 由下汽缸水平法兰前后延伸出的猫爪作为支承 猫爪，分别支承在汽缸前后的轴承座上。分为 非中分面下猫爪支承和中分面下猫爪支承。 特点：非中分面下猫爪支承的承力面与汽缸水 平中分面不在一个平面上。其优点是结构简单 ，安装检修方便；缺点是汽缸受热使猫爪因温 度升高而产生膨胀时，导致汽缸中分面抬高， 使静子和转子不在一个中心线上，从而改变了 静、动部分的径向间隙，严重时会造成静、动 部分摩擦甚至碰撞振动而损坏汽轮发电机组。 非中分面下猫爪支承只适用于温度不高的中低 参数机组的高压缸的支承。 中分面下猫爪支承是抬高猫爪的位置使其承力 面正好与汽缸的中分面在同一水平面上，从而 克服了非中分面下猫爪支承的缺点。这种结构 使下汽缸的加工变的复杂，但安装检修简单。 现常用于高参数大容量的机组的高、中压缸的 支承。（如上海汽轮机厂300MW机组采用的支 承结构就是中分面下猫爪支承）
1－高压转子
高压缸纵剖面图 2－高压外缸进汽端 3－高压外缸排汽端
高压内缸有中分面 设置于垂直方向将 汽缸分为左右两半， 采用高温螺栓进行 连接，螺栓不需要 承受内缸本身的重 量，可减少螺栓应 力，无高应力的高 温蠕变问题，安全 可靠性好。1级低 反动度叶片和13级 反动式扭叶片直接 装在内缸上。
南京工程学院
汽汽轮轮机机原原理理及及系系统统
能源与动力工程学院 赵亚菊
第六章 汽轮机主要零件结构
汽轮机的工作条件： 高温、高压、高转速
影响机组安全 性的因素(强 度的角度)
热应力(拉应力、压应力) 热膨胀(汽缸和转子热膨胀、胀差) 热变形(汽缸热变形、转子热变形----大轴弯曲) 热疲劳、高温蠕变(影响汽轮机寿 命的重要因素) 强度(静强度、动强度) 刚度(零部件受力后变形情况) 振动