汽輪機(jī)本體由固定部分(靜子)和轉(zhuǎn)動(dòng)部分(轉(zhuǎn)子)組成。固定部分包括汽缸、隔板、噴嘴、汽封、緊固件和軸承等。轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括主軸、葉輪或輪 鼓、葉片和聯(lián)軸器等。固定部分的噴嘴、隔板與轉(zhuǎn)動(dòng)部分的葉輪、葉片組成蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的通流部分。汽缸是約束高壓蒸汽不得外泄的外殼。
汽輪機(jī)本體還設(shè)有汽封系統(tǒng)。
汽缸
汽缸是汽輪機(jī)的外殼,其作用是將汽輪機(jī)的通流部分與大氣隔開,形成封閉的汽室,保證蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)部完成能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程,汽缸內(nèi)安裝著噴嘴室、隔板、隔板套等零部件;汽缸外連接著進(jìn)汽、排汽、抽汽等管道。
汽缸的高、中壓段一般采用合金鋼或碳鋼鑄造結(jié)構(gòu),低壓段可根據(jù)容量和結(jié)構(gòu)要求,采用鑄造結(jié)構(gòu)或由簡(jiǎn)單鑄件、型鋼及鋼板焊接的焊接結(jié)構(gòu)。
高壓缸有單層缸和雙層缸兩種形式。單層缸多用于中低參數(shù)的汽輪機(jī)。雙層缸適用于參數(shù)相對(duì)較高的汽輪機(jī)。分為高壓內(nèi)缸和高壓外缸。高壓內(nèi)缸由水平中分面分開,形成上、下缸,內(nèi)缸支承在外缸的水平中分面上。高壓外缸由前后共四個(gè)貓爪支撐在前軸承箱上。貓爪由下缸一起鑄出,位于下缸的上部,這樣使支承點(diǎn)保持在水平中心線上。
中壓缸由中壓內(nèi)缸和中壓外缸組成。中壓內(nèi)缸在水平中分面上分開,形成上下汽缸,內(nèi)缸支承在外缸的水平中分面上,采用在外缸上加工出來(lái)的一外凸臺(tái)和在內(nèi)缸上的一個(gè)環(huán)形槽相互配合,保持內(nèi)缸在軸向的位置。中壓外缸由水平中分面分開,形成上下汽缸。中壓外缸也以前后兩對(duì)貓爪分別支撐在中軸承箱和1號(hào)低壓缸的前軸承箱上。
低壓缸為反向分流式,每個(gè)低壓缸由一個(gè)外缸和兩個(gè)內(nèi)缸組成,全部由板件焊接而成。汽缸的上半和下半均在垂直方向被分為三個(gè)部分,但在安裝時(shí),上缸垂直結(jié)合面已用螺栓連成一體,因此汽缸上半可作為一個(gè)零件起吊。低壓外缸由裙式臺(tái)板支承,此臺(tái)板與汽缸下半制成一體,并沿汽缸下半向兩端延伸。低壓內(nèi)缸支承在外缸上。每塊裙式臺(tái)板分別安裝在被灌漿固定在基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)臺(tái)板上。低壓缸的位置由裙式臺(tái)板和基礎(chǔ)臺(tái)板之間的滑銷固定。
轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子是由合金鋼鍛件整體加工出來(lái)的。在高壓轉(zhuǎn)子調(diào)速器端用剛性聯(lián)軸器與一根長(zhǎng)軸連接,此節(jié)上軸上裝有主油泵和超速跳閘結(jié)構(gòu)。
所有轉(zhuǎn)子都被精加工,并且在裝配上所有的葉片后,進(jìn)行全速轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)和精確動(dòng)平衡。
套裝轉(zhuǎn)子:葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件都是分別加工后,熱套在階梯型主軸上的。各部件與主軸之間采用過(guò)盈配合,以防止葉輪等因離心力及溫差作用引起松動(dòng),并用鍵傳遞力矩。中低壓汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和高壓汽輪機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子常采用套裝結(jié)構(gòu)。套裝轉(zhuǎn)子在高溫下,葉輪與主軸易發(fā)生松動(dòng)。所以不宜作為高溫汽輪機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子。
整鍛轉(zhuǎn)子:葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件與主軸是由一整鍛件削而成,無(wú)熱套部分,這解決了高溫下葉輪與軸連接容易松動(dòng)的問(wèn)題。這種轉(zhuǎn)子常用于大型汽輪機(jī)的高、中壓轉(zhuǎn)子。結(jié)構(gòu)緊湊,對(duì)啟動(dòng)和變工況適應(yīng)性強(qiáng),宜于高溫下運(yùn)行,轉(zhuǎn)子剛性好,但是鍛件大,加工工藝要求高,加工周期長(zhǎng),大鍛件質(zhì)量難以保證。
焊接轉(zhuǎn)子:汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量大,承受的離心力大,采用套裝轉(zhuǎn)子時(shí)葉輪內(nèi)孔在運(yùn)行時(shí)將發(fā)生較大的彈性形變,因而需要設(shè)計(jì)較大的裝配過(guò)盈量,但這會(huì)引起很大的裝配應(yīng)力,若采用整鍛轉(zhuǎn)子,質(zhì)量難以保證,所以采用分段鍛造、焊接組合的焊接轉(zhuǎn)子。它主要由若干個(gè)葉輪與端軸拼合焊接而成。焊接轉(zhuǎn)子質(zhì)量輕,鍛件小,結(jié)構(gòu)緊湊,承載能力高,與尺寸相同、有中心孔的整鍛轉(zhuǎn)子相比,焊接轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高、剛性好,質(zhì)量輕,但對(duì)焊接性能要求高,這種轉(zhuǎn)子的應(yīng)用受焊接工藝及檢驗(yàn)方法和材料種類的限制。
組合轉(zhuǎn)子:由整鍛結(jié)構(gòu)套裝結(jié)構(gòu)組合而成,兼有兩種轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)。
聯(lián)軸器
聯(lián)軸器用來(lái)連接汽輪機(jī)各個(gè)轉(zhuǎn)子以及
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,并將汽輪機(jī)的扭矩傳給發(fā)電機(jī)。現(xiàn)代汽輪機(jī)常用的聯(lián)軸器常用三種形式:剛性聯(lián)軸器,半撓性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。
剛性聯(lián)軸器:
這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸;工作不需要潤(rùn)滑,沒有噪聲;但是傳遞振動(dòng)和軸向位移,對(duì)中性要求高。
半撓性聯(lián)軸器
右側(cè)聯(lián)軸器與主軸鍛成一體,而左側(cè)聯(lián)軸器用熱套加雙鍵套裝在相對(duì)的軸端上。兩對(duì)輪之間用波形半撓性套筒連接起來(lái),并以配合兩螺栓堅(jiān)固。波形套筒在扭轉(zhuǎn)方向是剛性的,在變曲方向剛是撓性的。這種聯(lián)軸器主要用于汽輪機(jī)-發(fā)電機(jī)之間,補(bǔ)償軸承之間抽真空、溫差、充氫引起的標(biāo)高差,可減少振動(dòng)的相互干擾,對(duì)中要求低,常用于中等容量機(jī)組
撓性聯(lián)軸器
撓性聯(lián)軸器通常有兩種形式,齒輪式和蛇形彈簧式。這種聯(lián)軸器,可以減弱或消除振動(dòng)的傳遞。對(duì)中性要求不高,但是運(yùn)行過(guò)程中需要潤(rùn)滑,并且制作復(fù)雜,成本較高。
靜葉片
隔板用于固定靜葉片,并將汽缸分成若干個(gè)汽室。
動(dòng)葉片
動(dòng)葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉輪或轉(zhuǎn)鼓上,接受噴嘴葉柵射出的高速氣流,把蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
葉片一般由葉型、葉根和葉頂三個(gè)部分組成。
葉型是葉片的工作部分,相鄰葉片的葉型部分之間構(gòu)成汽流通道,蒸汽流過(guò)時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。按葉型部分橫截面的變化規(guī)律,葉片可以分為等截面直葉片、變截面直葉片、扭葉片、彎扭葉片。
等截面直葉片:斷面型線和面積沿葉高是相同的,加工方便,制造成本較低,有利于在部分級(jí)實(shí)現(xiàn)葉型通用等優(yōu)點(diǎn)。但是氣動(dòng)性能差,主要用于短葉片。
彎扭葉片:截面型心的連線連續(xù)發(fā)生扭轉(zhuǎn),可很好地減小長(zhǎng)葉片的葉型損失,具有良好的波動(dòng)特性及強(qiáng)度,但制造工藝復(fù)雜,主要用于長(zhǎng)葉片。
葉根是將葉片固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上的連接部分。它應(yīng)保證在任何運(yùn)行條件下的連接牢固,同時(shí)力求制造簡(jiǎn)單、裝配方便。
T形葉根:加工裝配方便,多用于中長(zhǎng)葉片。
菌形葉根:強(qiáng)度高,在大型機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。
叉形葉根:加工簡(jiǎn)單,裝配方便,強(qiáng)度高,適應(yīng)性好。
樅樹型葉根:葉根承載能力大,強(qiáng)度適應(yīng)性好,拆裝方便,但加工復(fù)雜,精度要求高,主要用于載荷較大的葉片。
汽輪機(jī)的短葉片和中長(zhǎng)葉片通常在葉頂用
圍帶連在一起,構(gòu)成葉片組。長(zhǎng)葉片剛在葉身中部用拉筋連接成組,或者成自由葉片。
圍帶的作用:增加葉片剛性,改變?nèi)~片的自振頻率,以避開共振,從而提高了葉片的振動(dòng)安全性;減小汽流產(chǎn)生的彎應(yīng)力;可使葉片構(gòu)成封閉通道,并可裝置圍帶汽封,減小葉片頂部的漏氣損失。
拉筋:拉筋的作用是增加葉片的剛性,以改善其振動(dòng)特性。但是拉筋增加了蒸汽流動(dòng)損失,同時(shí)拉筋還會(huì)削弱葉片的強(qiáng)度,因此在滿足了葉片振動(dòng)要求的情況下,應(yīng)盡量避免采用拉筋,有的長(zhǎng)葉片就設(shè)計(jì)成自由葉片。
汽封
轉(zhuǎn)子和靜體之間的間隙會(huì)導(dǎo)致漏汽,這不僅會(huì)降低機(jī)組效率,還會(huì)影響機(jī)組安全運(yùn)行。為了防止蒸汽泄漏和空氣漏入,需要有密封裝置,通常稱為汽封。
汽封按安裝位置的不同,分為通流部分汽封、隔板汽封、軸端汽封。
軸承
軸承是汽輪機(jī)一個(gè)重要的組成部分,分為徑向支撐軸承和推力軸承兩種類型,它們用來(lái)承受轉(zhuǎn)子的全部重力并且確定轉(zhuǎn)子在汽缸中的正確位置。
1.多油楔軸承(三油楔、四油楔):輕載、耗功大,高速小機(jī)
2.圓軸承:可承重載,瓦溫高
3.橢圓軸承:可承重載
4.可傾瓦軸承:2、4、5、6瓦塊軸承,穩(wěn)定性好,承載范圍大,耗油量較大
5.推力軸承:1)固定瓦塊式:承載能力小,用于小機(jī)組。2)可傾瓦塊式:①密切爾式:瓦塊背面線接觸;②金斯伯里式:瓦塊背面點(diǎn)接觸。
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