第2章 汽輪機結(jié)構(gòu)2 1h

1、2022年7月2日星期六page 1第2章 汽輪機結(jié)構(gòu)第二節(jié) 轉(zhuǎn)動部分2022年7月2日星期六page 25.轉(zhuǎn)子l作用：匯集各級動葉柵所得到的機械能并傳給齒輪減速器。l要求：很高的強度。l組成：主軸、葉輪、葉片、推力盤、軸套、聯(lián)軸器以及帶動轉(zhuǎn)速表、調(diào)速器、主油泵的蝸桿等。1000MW1000MW高、中壓缸轉(zhuǎn)子高、中壓缸轉(zhuǎn)子2022年7月2日星期六page 35.1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（1）按轉(zhuǎn)子外形分：輪式轉(zhuǎn)子和鼓式轉(zhuǎn)子。 輪式轉(zhuǎn)子主軸上裝有葉輪，動葉片安裝在葉輪上，通常用于沖動式汽輪機；鼓式轉(zhuǎn)子沒有葉輪，動葉片安裝在轉(zhuǎn)鼓上，主要用于反動式汽輪機。（2）按制造工藝分：整鍛轉(zhuǎn)子、套裝轉(zhuǎn)子、焊接轉(zhuǎn)子、組合轉(zhuǎn)

2、子。（3）按臨界轉(zhuǎn)速是否在運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)分：剛性轉(zhuǎn)子、柔性轉(zhuǎn)子。 在啟動過程中，剛性轉(zhuǎn)子啟動方便，不存在跨臨界區(qū)域；柔性轉(zhuǎn)子需要快速的跨臨界，要求用戶在實際啟動過程中，要充分暖機，為快速跨臨界作好準備。2022年7月2日星期六page 45.1.1套裝轉(zhuǎn)子 套裝式轉(zhuǎn)子是將葉輪熱裝在加工好的，一定外徑尺寸的主軸上而構(gòu)成的，葉輪和主軸間有一定的預(yù)緊力，使其在高溫及離心力的作用下不至于松脫。為了傳遞葉輪的力，在葉輪與主軸間用鍵連接。葉輪與葉輪軸向之間有軸套(隔板套)加以定位，葉輪和軸套間留有一定的膨脹間隙。2022年7月2日星期六page 5套裝轉(zhuǎn)子特點優(yōu)點：葉輪和主軸是單獨制造的，可根據(jù)不同的工作

3、溫度選擇不同材質(zhì)的葉輪；鍛件尺寸小，加工方便，節(jié)省材料，容易保證質(zhì)量；轉(zhuǎn)子上個別零部件損壞后更換時也易于拆換。缺點：輪轂處應(yīng)力較大，轉(zhuǎn)子的剛性差，特別是在高溫下工作時，金屬的蠕變?nèi)菀资谷~輪和主軸套裝處產(chǎn)生松動現(xiàn)象。 套裝轉(zhuǎn)子只適用于中、低參數(shù)的工業(yè)汽輪機或高參數(shù)工業(yè)汽輪機的中、低壓部分。其工作溫度一般在400度以下。2022年7月2日星期六page 65.1.2整鍛轉(zhuǎn)子 整體鍛造轉(zhuǎn)子是由一塊鋼料整體鍛造而成的。在這塊整料鍛成一定形狀后，車出一個個葉輪、軸封套等，因此就不存在高溫下的松弛問題，以及考慮葉輪谷因挖有鍵槽后強度減弱而必須把輪鼓尺寸加大等問題。2022年7月2日星期六page 7整鍛轉(zhuǎn)

4、子的特點優(yōu)點：葉輪和主軸做成一體，工作時不會發(fā)生葉輪松動現(xiàn)象；裝配零件少，省去了葉輪的安裝工作；結(jié)構(gòu)緊湊，軸向長度相應(yīng)縮短，剛性好。缺點：級間尺寸大，要求大型的鍛造設(shè)備；技術(shù)要求高，質(zhì)量檢驗比較復(fù)雜在加工制造過程中，如某道工序出現(xiàn)差錯會造成整個轉(zhuǎn)子的報廢。 整鍛轉(zhuǎn)子特別適合于小容量高轉(zhuǎn)速的汽輪機。因此，在工業(yè)汽輪機中得到了廣泛的采用。2022年7月2日星期六page 85.1.3組合轉(zhuǎn)子 高參數(shù)凝汽式汽輪機的高壓級葉輪直徑較小，工作溫度高，宜采用整鍛結(jié)構(gòu)，而低壓級葉輪直徑大，所處溫度低，可以選用較差的材料制成轉(zhuǎn)輪，再用熱套的方法裝到主軸上去。組合轉(zhuǎn)子兼有整鍛轉(zhuǎn)子和套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點。它廣泛地用于高

5、參數(shù)、中等功率的工業(yè)汽輪機上。2022年7月2日星期六page 95.1.4焊接轉(zhuǎn)子焊接轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由若干實心輪盤和端軸組合焊接而成。2022年7月2日星期六page 10焊接轉(zhuǎn)子特點優(yōu)點：不存在松脫問題；采用實心輪盤，強度高，結(jié)構(gòu)緊湊；輪盤和端軸可單獨制造材料利用合理，加工方便，易于保證質(zhì)量；轉(zhuǎn)子整體焊成后剛性較大。缺點：要求材料的可焊性好，焊接工藝及檢驗技術(shù)要求高且比較復(fù)雜。2022年7月2日星期六page 115.1.5鼓式轉(zhuǎn)子 一般反動度比較大時，應(yīng)用此種轉(zhuǎn)子，高中壓壓力級反向布置，轉(zhuǎn)子上設(shè)置有平衡活塞。2022年7月2日星期六page 125.2轉(zhuǎn)子上的主要部件n葉輪n聯(lián)

6、軸器n軸套n帶動的轉(zhuǎn)速表n調(diào)速器n主油泵的蝸桿等2022年7月2日星期六page 135.2.1葉輪等厚度葉輪等厚度葉輪錐形葉輪錐形葉輪 等強度葉輪等強度葉輪作用：用來安裝和固定工作葉片的大型零件，同時將葉片上得到的蒸汽轉(zhuǎn)動力矩傳遞到主軸。組成：輪緣-用以安裝和固定葉片；輪體（輪輻）-葉輪的中間部分，起連接輪緣和輪轂的作用，其斷面形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)受力情況來確定；輪轂-葉輪套裝于主軸上的配合部分，只有套裝轉(zhuǎn)子才有，為保證輪轂部分有足夠的強度，該部分尺寸要加厚。分類：等厚度；錐形；等強度等2022年7月2日星期六page 145.2.2聯(lián)軸器（靠背輪）作用：在汽輪機組中，用它來連接汽輪機與小齒輪，

7、借以將汽輪機的扭矩傳給齒輪減速器的部件。分類：剛性聯(lián)軸器，半撓性聯(lián)軸器，撓性聯(lián)軸器2022年7月2日星期六page 15剛性聯(lián)軸器優(yōu)點：連接剛性高，傳遞扭矩大；結(jié)果簡單，尺寸??；減少軸承個數(shù)，縮短了機組的長度。缺點：傳遞振動和軸向位移。 廣泛應(yīng)用于大功率汽輪機中。2022年7月2日星期六page 16半撓性聯(lián)軸器 半撓性聯(lián)軸器的兩對輪之間通過一個波形套筒連接。波形套筒在扭轉(zhuǎn)方向是剛性的，在彎曲方向是撓性的。波形套筒具有一定的彈性，可吸收部分振動，并允許兩轉(zhuǎn)子的中心有少許偏差。2022年7月2日星期六page 17撓性聯(lián)軸器特點：撓性聯(lián)軸器有較強的撓性，它允許兩轉(zhuǎn)子有相對的軸向位移和較大的偏心，

8、對振動的傳遞也不敏感，但傳遞功率小，并且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要有專門的潤滑裝置，因此一般只有在中小機組上采用，或用在小汽機與給水泵的連接上。2022年7月2日星期六page 185.3轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速定義：當(dāng)機組在某一轉(zhuǎn)速下運行時，機組將發(fā)生強烈的振動，此時的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。 由于制造汽輪機轉(zhuǎn)子的材質(zhì)不可能十分均勻，轉(zhuǎn)子在制造和組裝過程中不可避免地要出現(xiàn)一些誤差，致使轉(zhuǎn)子的重心不可能落在幾何中心線上，因此存在偏心距。當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，離心力的作用會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生撓曲和振動，其振動頻率與汽輪機轉(zhuǎn)數(shù)相當(dāng)，稱為激振力頻率。 汽輪機轉(zhuǎn)子具有一個固有的自振頻率，當(dāng)轉(zhuǎn)子的自振頻率與激振力頻率相重合時，便發(fā)

9、生共振，機組產(chǎn)生強烈振動。2022年7月2日星期六page 19AEIlinc2230剛性轉(zhuǎn)子：一階臨界轉(zhuǎn)速高于正常工作轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子；柔性轉(zhuǎn)子：汽輪機工作的轉(zhuǎn)速高于其臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子，此轉(zhuǎn)速一般是第一臨界轉(zhuǎn)速。1.4ncn n0 0.7 nc(n+1)等直徑均布質(zhì)量轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速2022年7月2日星期六page 206.葉片分類u 按用途分：電站汽輪機葉片、工業(yè)汽輪機葉片、燃氣輪機葉片、船舶汽輪機葉片。u按葉根形式分：樅樹型（含圓弧、直線）葉片、叉型葉片（含直叉、臺肩叉等）、T型（外包T型、雙T型）葉片、菌型葉片和其它葉片。u按葉頂形式分：自由葉片、減薄葉片和帶冠（含圍帶、鉚釘頭等）葉片。u按工作

10、狀態(tài)分：動葉片、靜葉片（含噴嘴和導(dǎo)葉）。u按工作區(qū)域分：調(diào)節(jié)級葉片、中間級葉片、次末級和末級葉片。2022年7月2日星期六page 216.1動葉片l作用：把蒸汽的動能變?yōu)闄C械能，并通過葉輪傳遞給主軸。l要求：流動特性好，強度足夠高，振動特性完善動葉片結(jié)構(gòu)a.等截面直葉片；b.變截面扭葉片1-葉頂；2-葉型；3-葉根動葉片由葉根、葉型（葉身）、葉頂三部分組成2022年7月2日星期六page 226.1.1葉型n作用：構(gòu)成汽流通道n要求：良好的氣動特性，保證較高的能量轉(zhuǎn)換效率n分類：等截面、變截面 等截面葉片從葉根到葉頂，不但葉片型線相同，而且其截面積也相等。變截面葉片從葉片根部到葉片頂部的截面

11、積逐漸減小。變截面葉片多用在汽輪機的末幾級，它能較好地保證空氣動力特性，減少葉片根部所承受的離心力，提高葉片的強度。 汽輪機末幾級葉片較長，從葉根到葉頂圓周速度相差較大，由動葉片進出口速度三角形可知，在相同的進汽與排汽速度下，不同的圓周速度要求有不同的進汽與排汽角，才能保證蒸汽在葉片中充分地做功。因而長葉片被做成扭轉(zhuǎn)的變截面葉片。 凝汽式和調(diào)整抽汽式機組的末幾級葉片工作在濕蒸汽區(qū)，蒸汽的含濕量較大，為防止小水珠對動葉片入口的沖蝕，在葉片入口的背弧上鑲有硬質(zhì)合金或采用其它強化措施。2022年7月2日星期六page 236.1.2 葉根n作用：將動葉片固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上n要求：保證固定牢固，制造簡

12、單、安裝方便n分類：T型，菌型，叉型，樅樹型 葉 根 結(jié) 構(gòu)（a）T型葉根；（b）外包凸肩T型葉根；(c）菌型葉根；（d）外包凸肩雙T型葉根；（e）叉型葉根；（f）樅樹型葉根2022年7月2日星期六page 24各型葉根的特點T形葉根：加工簡便，裝配容易，工作可靠，短葉片普通采用這種葉根。菌型葉根：改善了輪緣的受力情況，強度較高，但是加工復(fù)雜。叉型葉根：強度高，適應(yīng)性好，加工方便，更換方便。但裝配比較費工，鉆孔非常不便。一般在整體鍛造轉(zhuǎn)子及焊接轉(zhuǎn)子上不采用這種葉根。 樅樹形葉根：多用于大功率的汽輪機中。葉根從葉輪軸向裝入單獨的葉根槽內(nèi)，拆裝方便。葉根及輪緣斷面都接近于等強度。但外形復(fù)雜，加工不

13、便，裝配面多。加工及裝配都要求具有較高的精確度。葉根齒數(shù)較多，葉根又很小，易引起應(yīng)力集中。 2022年7月2日星期六page 256.1.3葉頂 葉片受力較大，為了改善其振動特性，增加其強度，葉片多由圍帶及拉筋連接組成。短葉片和中長葉片一般在葉頂用圍帶連在一起；長葉片一般在葉型部分用拉金連接，或是圍帶拉金都不用，稱為自由葉片。 成組葉片（葉片組）整圈連接葉片 單個葉片(自由葉片) 可增加葉片剛性可增加葉片剛性,降低葉片降低葉片蒸汽力引起的彎應(yīng)力蒸汽力引起的彎應(yīng)力,調(diào)整調(diào)整葉片頻率葉片頻率 。圍帶還構(gòu)圍帶還構(gòu)成封閉的成封閉的汽流通道汽流通道,防止蒸汽防止蒸汽從葉頂逸從葉頂逸出出 。有的圍帶還做出

14、徑向汽封和軸有的圍帶還做出徑向汽封和軸向汽封，以減少級間漏汽向汽封，以減少級間漏汽 2022年7月2日星期六page 26圍帶作用：減小葉片工作彎應(yīng)力，增加葉片的剛性；調(diào)整葉片的自振頻率，提高葉片的振動安全性；減少級內(nèi)頂部漏氣損失。分類：整體圍帶；鉚接或焊接圍帶；彈性拱形圍帶2022年7月2日星期六page 27拉金作用：增加葉片的剛性，改善其振動性能2022年7月2日星期六page 287. 盤車裝置 盤車裝置是一種低速盤動汽輪機轉(zhuǎn)子的設(shè)備，主要在汽輪機啟動和停機中使用。凝汽式汽輪機在啟動中，為提高凝汽器的真空度，必須向汽缸兩端軸封供汽。為防止竄入汽缸中的蒸汽造成汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲，向軸封送汽

15、前必須投入電動盤車盤動轉(zhuǎn)子。對于其它類型的機組，在汽輪機沖轉(zhuǎn)前也必須投入盤車裝置，將轉(zhuǎn)子緩慢地轉(zhuǎn)動起來。 停機后汽缸上下存在溫差，如果轉(zhuǎn)子靜止不動，則會造成熱彎曲，這一彎曲在自然狀態(tài)下需幾十小時才能逐漸消失。在熱彎曲減小到規(guī)定值以前，汽輪機無法啟動。如果停機后投入盤車裝置，汽輪機轉(zhuǎn)子便能均勻冷卻，不會造成熱彎曲，這樣汽輪機在停機后隨時都可以啟動。2022年7月2日星期六page 29盤車裝置作用定義：在汽輪機不進汽時，驅(qū)動轉(zhuǎn)子以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。作用：n在汽輪機沖轉(zhuǎn)前和停機后使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，以避免轉(zhuǎn)子受熱和冷卻不均勻而產(chǎn)生熱彎曲。n啟動前盤動轉(zhuǎn)子，可以檢查動靜部件間是否有摩擦、潤滑油系統(tǒng)工作是否

16、正常及主軸彎曲是否過大等，用來檢查汽輪機是否具備正常啟動的條件。分類：低速盤車高速盤車按轉(zhuǎn)速分電動盤車具有鏈輪渦輪蝸桿的車具有擺動齒輪的電動盤螺旋軸電動盤車按結(jié)構(gòu)分2022年7月2日星期六page 308.汽輪機組的振動 汽輪機組運行的可靠性，在很大程度上可以認為取決于機組的振動狀態(tài)?；蛘哒f，機組的振動是表征汽輪機組穩(wěn)定運行的最重要的標志之一。 經(jīng)驗證明，汽輪機組的大部分事故，尤其是比較嚴重的設(shè)備損壞事故，都在一定程度上表現(xiàn)出某種異常振動。國內(nèi)外發(fā)生的嚴重毀機事故，很大一部分是由于機組的振動所造成的，而且在毀機的過程中都毫無例外地表現(xiàn)出劇烈的振動。如果運行人員能夠根據(jù)振動的特征，及時地對機組發(fā)

17、生振動的原因作出正確的判斷和恰當(dāng)?shù)奶幚?，就能夠有效地防止事故進一步擴大，從而避免或減少事故所造成的危害。分類：強迫振動，自振振動，軸系振動2022年7月2日星期六page 318.1.1引起強迫振動的原因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 加工檢修偏差、個別元件斷裂、松動、轉(zhuǎn)子不均勻磨損及葉片結(jié)垢等均會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生質(zhì)量偏心，引起機組發(fā)生強迫振動。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動，特點是振動頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一致，相位穩(wěn)定?，F(xiàn)場發(fā)生的振動中，較多的是這一種。轉(zhuǎn)子彎曲 1.啟動過程中，盤車或暖機不充分，升速或升負荷過快，以及停機后盤車不當(dāng)，使轉(zhuǎn)子沿徑向溫度分布不均勻而產(chǎn)生熱彎曲。 2.轉(zhuǎn)子的材質(zhì)不均勻或是有缺陷，受熱后出現(xiàn)熱彎曲

18、。 3.動靜部分之間的碰磨使轉(zhuǎn)子彎曲。轉(zhuǎn)子中心不正 當(dāng)聯(lián)軸器平面與主軸中心線不垂直，或轉(zhuǎn)子在連接處不同心，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下都會產(chǎn)生引起振動的擾動力，從而引起機組的振動。2022年7月2日星期六page 328.1.1引起強迫振動的原因轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)變化 若軸瓦或軸承座松動、安裝著軸承的汽缸變形、機組基礎(chǔ)框架不均勻下沉、軸承供油不足或油溫不當(dāng)使油膜遭到破壞，都會使軸系的受力發(fā)生變化，引起機組的振動。螺旋槳極軸系的震動 2022年7月2日星期六page 338.1.2引起自激振動的原因自激振動：振動系統(tǒng)通過本身的運動不斷向自身饋送能量，自己激勵自己，這樣產(chǎn)生的振動稱為自激振動。引起原因：油膜自激，間隙自激間隙自激產(chǎn)生原因：當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸不同心時，動、靜部分徑向間隙不均勻。間隙小的一側(cè)漏汽量小，作用于葉片上的力就大；相反，間隙大的一側(cè)葉片上的力就小。這樣，葉輪上產(chǎn)生了不平衡的力，兩側(cè)力的合理不為零。當(dāng)合力的切向分力大于阻尼力時，就可能使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動。渦動產(chǎn)生后，渦動離心力又使合力的切向分力增加，又使渦