大学精品课件：第2章 汽轮机结构2.ppt

1、第2章 汽轮机结构,第二节 转动部分,5.转子,作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能并传给齿轮减速器。 要求：很高的强度。 组成：主轴、叶轮、叶片、推力盘、轴套、联轴器以及带动转速表、调速器、主油泵的蜗杆等。,1000MW高、中压缸转子,5.1转子结构,（1）按转子外形分：轮式转子和鼓式转子。 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；鼓式转子没有叶轮，动叶片安装在转鼓上，主要用于反动式汽轮机。 （2）按制造工艺分：整锻转子、套装转子、焊接转子、组合转子。 （3）按临界转速是否在运行转速范围内分：刚性转子、柔性转子。 在启动过程中，刚性转子启动方便，不存在跨临界区域；柔性

2、转子需要快速的跨临界，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。,5.1.1套装转子,套装式转子是将叶轮热装在加工好的，一定外径尺寸的主轴上而构成的，叶轮和主轴间有一定的预紧力，使其在高温及离心力的作用下不至于松脱。为了传递叶轮的力，在叶轮与主轴间用键连接。叶轮与叶轮轴向之间有轴套(隔板套)加以定位，叶轮和轴套间留有一定的膨胀间隙。,套装转子特点,优点：叶轮和主轴是单独制造的，可根据不同的工作温度选择不同材质的叶轮；锻件尺寸小，加工方便，节省材料，容易保证质量；转子上个别零部件损坏后更换时也易于拆换。 缺点：轮毂处应力较大，转子的刚性差，特别是在高温下工作时，金属的蠕变容易使

3、叶轮和主轴套装处产生松动现象。 套装转子只适用于中、低参数的工业汽轮机或高参数工业汽轮机的中、低压部分。其工作温度一般在400度以下。,5.1.2整锻转子,整体锻造转子是由一块钢料整体锻造而成的。在这块整料锻成一定形状后，车出一个个叶轮、轴封套等，因此就不存在高温下的松弛问题，以及考虑叶轮谷因挖有键槽后强度减弱而必须把轮鼓尺寸加大等问题。,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

4、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。,5.1.3组合转子,高参数凝汽式汽轮机的高压级叶轮直径较小，工作温度高，宜采用整锻结构，而低压级叶轮直径大，所处温度低，可以选用较差的材料制成转轮，再用热套的方法装到主轴上去。组合转子兼有整锻转子和套装转子的优点。它广泛地用于高参数、中等功率的工业汽轮机上。,5.1.4焊接转子,焊接转子的结构如图所示，它是由若干实心轮盘和端轴组合焊接而成。,焊接转子特点,优点：不存在松脱问题；采用实心轮盘，强度高，结构紧凑；轮盘和端轴可单独制造材料利用合理，加工方便，易于保证质量；转子整体焊成后刚性较大。 缺点：要求材料

5、的可焊性好，焊接工艺及检验技术要求高且比较复杂。,5.1.5鼓式转子,一般反动度比较大时，应用此种转子，高中压压力级反向布置，转子上设置有平衡活塞。,5.2转子上的主要部件,叶轮 联轴器 轴套 带动的转速表 调速器 主油泵的蜗杆等,5.2.1叶轮,等厚度叶轮,锥形叶轮,等强度叶轮,作用：用来安装和固定工作叶片的大型零件，同时将叶片上得到的蒸汽转动力矩传递到主轴。 组成：轮缘-用以安装和固定叶片；轮体（轮辐）-叶轮的中间部分，起连接轮缘和轮毂的作用，其断面形状和尺寸应根据受力情况来确定；轮毂-叶轮套装于主轴上的配合部分，只有套装转子才有，为保证轮毂部分有足够的强度，该部分尺寸要加厚。 分类：等厚

6、度；锥形；等强度等,5.2.2联轴器（靠背轮）,作用：在汽轮机组中，用它来连接汽轮机与小齿轮，借以将汽轮机的扭矩传给齿轮减速器的部件。 分类：刚性联轴器，半挠性联轴器，挠性联轴器,刚性联轴器,优点：连接刚性高，传递扭矩大；结果简单，尺寸小；减少轴承个数，缩短了机组的长度。 缺点：传递振动和轴向位移。 广泛应用于大功率汽轮机中。,半挠性联轴器,半挠性联轴器的两对轮之间通过一个波形套筒连接。波形套筒在扭转方向是刚性的，在弯曲方向是挠性的。波形套筒具有一定的弹性，可吸收部分振动，并允许两转子的中心有少许偏差。,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

7、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。,5.3转子的临界转速,定义：当机组在某一转速下运行时，机组将发生强烈的振动，此时的转速称为转子的临界转速。 由于制造汽轮机转子的材质不可能十分均匀，转子在制造和组装过程中不可避免地要出现一些误差，致使转子的重心不可能落在几何中心线上，因此存在偏心距。当汽轮机转子旋转时，离心力的作用会使转子产生挠曲和振动，其振动频率与汽轮机转数相当，称为激振力频率。 汽轮机转子具有一个固有的自振频率，当转子的自振频率与激振力频率相重合时，便发生共振，机组产生强烈振动。,刚性转子：一

8、阶临界转速高于正常工作转速的转子； 柔性转子：汽轮机工作的转速高于其临界转速的转子，此转速一般是第一临界转速。1.4ncn n0 0.7 nc(n+1),等直径均布质量转子的临界转速,6.叶片分类,按用途分：电站汽轮机叶片、工业汽轮机叶片、燃气轮机叶片、船舶汽轮机叶片。 按叶根形式分：枞树型（含圆弧、直线）叶片、叉型叶片（含直叉、台肩叉等）、T型（外包T型、双T型）叶片、菌型叶片和其它叶片。 按叶顶形式分：自由叶片、减薄叶片和带冠（含围带、铆钉头等）叶片。 按工作状态分：动叶片、静叶片（含喷嘴和导叶）。 按工作区域分：调节级叶片、中间级叶片、次末级和末级叶片。,6.1动叶片,作用：把蒸汽的动能

9、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,动叶片由叶根、叶型（叶身）、叶顶三部分组成,6.1.1叶型,作用：构成汽流通道 要求：良好的气动特性，保证较高的能量转换效率 分类：等截面、变截面 等截面叶片从叶根到叶顶，不但叶片型线相同，而且其截面积也相等。变截面叶片从叶片根部到叶片顶部的截面积逐渐减小。变截面叶片多用在汽轮机的末几级，它能较好地保证空气动力特性，减少叶片根部所承受的离心力，提高叶片的强度。 汽轮机末几级叶片较长，从叶根到叶顶圆周速度相差较大，由动叶片进出口速度三角形可

10、知，在相同的进汽与排汽速度下，不同的圆周速度要求有不同的进汽与排汽角，才能保证蒸汽在叶片中充分地做功。因而长叶片被做成扭转的变截面叶片。 凝汽式和调整抽汽式机组的末几级叶片工作在湿蒸汽区，蒸汽的含湿量较大，为防止小水珠对动叶片入口的冲蚀，在叶片入口的背弧上镶有硬质合金或采用其它强化措施。,6.1.2 叶根,作用：将动叶片固定在叶轮或转鼓上 要求：保证固定牢固，制造简单、安装方便 分类：T型，菌型，叉型，枞树型,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,各型叶根的特点,T形叶根：加工简便，装配容易，工作可

11、靠，短叶片普通采用这种叶根。 菌型叶根：改善了轮缘的受力情况，强度较高，但是加工复杂。 叉型叶根：强度高，适应性好，加工方便，更换方便。但装配比较费工，钻孔非常不便。一般在整体锻造转子及焊接转子上不采用这种叶根。 枞树形叶根：多用于大功率的汽轮机中。叶根从叶轮轴向装入单独的叶根槽内，拆装方便。叶根及轮缘断面都接近于等强度。但外形复杂，加工不便，装配面多。加工及装配都要求具有较高的精确度。叶根齿数较多，叶根又很小，易引起应力集中。,6.1.3叶顶,叶片受力较大，为了改善其振动特性，增加其强度，叶片多由围带及拉筋连接组成。短叶片和中长叶片一般在叶顶用围带连在一起；长叶片一般在叶型部分用拉金连接，或

12、是围带拉金都不用，称为自由叶片。,用围带、拉金连在一起的数个叶片,用围带、拉金将全部叶片连结在一起,不用围带、拉金连结的叶片,成组叶片（叶片组）,整圈连接叶片,单个叶片(自由叶片),围带或拉金的作用,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 。,围带还构成封闭的汽流通道,防止蒸汽从叶顶逸出 。,有的围带还做出径向汽封和轴向汽封，以减少级间漏汽,围带,作用：减小叶片工作弯应力，增加叶片的刚性；调整叶片的自振频率，提高叶片的振动安全性；减少级内顶部漏气损失。 分类：整体围带；铆接或焊接围带；弹性拱形围带,拉金,作用：增加叶片的刚性，改善其振动性能,7. 盘车装置,盘车装置是一种低速

13、盘动汽轮机转子的设备，主要在汽轮机启动和停机中使用。凝汽式汽轮机在启动中，为提高凝汽器的真空度，必须向汽缸两端轴封供汽。为防止窜入汽缸中的蒸汽造成汽轮机转子热弯曲，向轴封送汽前必须投入电动盘车盘动转子。对于其它类型的机组，在汽轮机冲转前也必须投入盘车装置，将转子缓慢地转动起来。 停机后汽缸上下存在温差，如果转子静止不动，则会造成热弯曲，这一弯曲在自然状态下需几十小时才能逐渐消失。在热弯曲减小到规定值以前，汽轮机无法启动。如果停机后投入盘车装置，汽轮机转子便能均匀冷却，不会造成热弯曲，这样汽轮机在停机后随时都可以启动。,盘车装置作用,定义：在汽轮机不进汽时，驱动转子以一定转速旋转的设备。 作用：

14、 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匀而产生热弯曲。 启动前盘动转子，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的条件。 分类：,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，

15、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。 分类：强迫振动，自振振动，轴系振动,8.1.1引起强迫振动的原因,转子质量不平衡 加工检修偏差、个别元件断裂、松动、转子不均匀磨损及叶片结垢等均会使转子产生质量偏心，引起机组发生强迫振动。转子质量不平衡引起的振动，特点是振动频率与转子的转速一致，相位稳定。现场发生的振动中，较多的是这一种。 转子弯曲 1.启动过程中，盘车或暖机不充分，升速或升负荷过快，以及停机后盘车不当，使转子沿径向温度分布不均匀而产生热弯曲。 2.转子的材质不均匀或是有缺陷，受热后出现热弯曲。 3.动静部分

16、之间的碰磨使转子弯曲。 转子中心不正 当联轴器平面与主轴中心线不垂直，或转子在连接处不同心，在旋转状态下都会产生引起振动的扰动力，从而引起机组的振动。,8.1.1引起强迫振动的原因,转子支撑系统变化 若轴瓦或轴承座松动、安装着轴承的汽缸变形、机组基础框架不均匀下沉、轴承供油不足或油温不当使油膜遭到破坏，都会使轴系的受力发生变化，引起机组的振动。 螺旋桨极轴系的震动,8.1.2引起自激振动的原因,自激振动：振动系统通过本身的运动不断向自身馈送能量，自己激励自己，这样产生的振动称为自激振动。 引起原因：油膜自激，间隙自激 间隙自激产生原因：当汽轮机转子与汽缸不同心时，动、静部分径向间隙不均匀。间隙

17、小的一侧漏汽量小，作用于叶片上的力就大；相反，间隙大的一侧叶片上的力就小。这样，叶轮上产生了不平衡的力，两侧力的合理不为零。当合力的切向分力大于阻尼力时，就可能使转子产生涡动。涡动产生后，涡动离心力又使合力的切向分力增加，又使涡动加剧。周而复始，形成自激振动。 消除间隙自激振动的措施： 1.改善转子与汽缸的同心位置，以减小激振力。 2.减小轴承间隙，增加润滑油粘度等，以增加阻尼。,8.1.3引起轴系扭振的原因,机组稳定运行时，作用在其轴系上的汽轮机的蒸汽力矩和发电机的电磁力矩相平衡。当受到瞬间冲击扭矩或周期性交变扭矩作用时，轴系将产生扭转振动，在转轴上产生交变的扭应力，造成疲劳损坏，影响转子的

18、使用寿命。 引起的原因： 汽轮机组方面 1.汽轮机组突然甩负荷。 2.汽轮机调节阀快速控制。 改进方法： 改进机组与电力系统结构设计，完善和加强保护、监测和运行,8.3 叶片损坏原因,设计原因 叶片振动特性设计不准，使叶片及轮系发生共振，而引起叶片断裂。占统计总数的23.53%。 叶片设计动强度不足，使叶片出现故障。占统计总数的17.65%。 制造原因 制造方面引起的叶片事故最多。如叶片装配的问题，还有机械加工的问题，占统计总数的58.82%。 运行原因 运行方面引起的叶片故障也不少。如水蚀、水击、蒸汽参数低、湿度大、长期高周波、低负荷运行、频繁启停、汽水品质不好等，占统计总数的35.29%。 检修原因 检修方面引起的叶片故障有更换叶片未按规程进行，占统计总数的11.76%。 叶片材料原因 叶片材料缺陷，造成叶片损坏的有：材质不良、选材不当、材料热处理不当，占统计总数的17.65%。,