第2章 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)2 1h

1、2021年11月11日星期四page 1第2章 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)第二節(jié) 轉(zhuǎn)動(dòng)部分2021年11月11日星期四page 25.轉(zhuǎn)子l作用：匯集各級(jí)動(dòng)葉柵所得到的機(jī)械能并傳給齒輪減速器。l要求：很高的強(qiáng)度。l組成：主軸、葉輪、葉片、推力盤、軸套、聯(lián)軸器以及帶動(dòng)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2021年11月11日星期四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(dòng)葉片安裝在葉輪上，通常用于沖動(dòng)式汽輪機(jī)；鼓式轉(zhuǎn)子沒有葉輪，動(dòng)葉片安裝在轉(zhuǎn)鼓上，主要用于反動(dòng)式汽輪機(jī)。（2）按制造工藝分：整鍛轉(zhuǎn)子、套裝轉(zhuǎn)子、焊接

2、轉(zhuǎn)子、組合轉(zhuǎn)子。（3）按臨界轉(zhuǎn)速是否在運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)分：剛性轉(zhuǎn)子、柔性轉(zhuǎn)子。 在啟動(dòng)過程中，剛性轉(zhuǎn)子啟動(dòng)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(shí)際啟動(dòng)過程中，要充分暖機(jī)，為快速跨臨界作好準(zhǔn)備。2021年11月11日星期四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。2021年11月11日星期四page 5套裝轉(zhuǎn)子特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：葉輪和主軸是單獨(dú)制造

3、的，可根據(jù)不同的工作溫度選擇不同材質(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(gè)別零部件損壞后更換時(shí)也易于拆換。缺點(diǎn)：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(shí)，金屬的蠕變?nèi)菀资谷~輪和主軸套裝處產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象。 套裝轉(zhuǎn)子只適用于中、低參數(shù)的工業(yè)汽輪機(jī)或高參數(shù)工業(yè)汽輪機(jī)的中、低壓部分。其工作溫度一般在400度以下。2021年11月11日星期四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(gè)個(gè)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(qiáng)度減弱而必須把輪鼓尺寸加大等問題。2021年11月1

4、1日星期四page 7整鍛轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：葉輪和主軸做成一體，工作時(shí)不會(huì)發(fā)生葉輪松動(dòng)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(diǎn)：級(jí)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(yàn)比較復(fù)雜在加工制造過程中，如某道工序出現(xiàn)差錯(cuò)會(huì)造成整個(gè)轉(zhuǎn)子的報(bào)廢。 整鍛轉(zhuǎn)子特別適合于小容量高轉(zhuǎn)速的汽輪機(jī)。因此，在工業(yè)汽輪機(jī)中得到了廣泛的采用。2021年11月11日星期四page 85.1.3組合轉(zhuǎn)子 高參數(shù)凝汽式汽輪機(jī)的高壓級(jí)葉輪直徑較小，工作溫度高，宜采用整鍛結(jié)構(gòu)，而低壓級(jí)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

5、和套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點(diǎn)。它廣泛地用于高參數(shù)、中等功率的工業(yè)汽輪機(jī)上。2021年11月11日星期四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(shí)心輪盤和端軸組合焊接而成。2021年11月11日星期四page 10焊接轉(zhuǎn)子特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不存在松脫問題；采用實(shí)心輪盤，強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)緊湊；輪盤和端軸可單獨(dú)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(diǎn)：要求材料的可焊性好，焊接工藝及檢驗(yàn)技術(shù)要求高且比較復(fù)雜。2021年11月11日星期四page 115.1.5鼓式轉(zhuǎn)子 一般反動(dòng)度比較大時(shí)，應(yīng)用此種轉(zhuǎn)子，高中壓壓力級(jí)反向布置，轉(zhuǎn)子上設(shè)置有平衡活塞。2021年11月11日星期

6、四page 125.2轉(zhuǎn)子上的主要部件n葉輪n聯(lián)軸器n軸套n帶動(dòng)的轉(zhuǎn)速表n調(diào)速器n主油泵的蝸桿等2021年11月11日星期四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(qiáng)度葉輪等強(qiáng)度葉輪作用：用來安裝和固定工作葉片的大型零件，同時(shí)將葉片上得到的蒸汽轉(zhuǎn)動(dòng)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(qiáng)度，該部分尺寸要加厚。分類：等厚度；錐形；等強(qiáng)度等2021年11月11日星期四page 145.2.2聯(lián)軸器

7、（靠背輪）作用：在汽輪機(jī)組中，用它來連接汽輪機(jī)與小齒輪，借以將汽輪機(jī)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2021年11月11日星期四page 15剛性聯(lián)軸器優(yōu)點(diǎn)：連接剛性高，傳遞扭矩大；結(jié)果簡單，尺寸??；減少軸承個(gè)數(shù)，縮短了機(jī)組的長度。缺點(diǎn)：傳遞振動(dòng)和軸向位移。 廣泛應(yīng)用于大功率汽輪機(jī)中。2021年11月11日星期四page 16半撓性聯(lián)軸器 半撓性聯(lián)軸器的兩對(duì)輪之間通過一個(gè)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(dòng)，并允許兩轉(zhuǎn)子的中心有少許偏差。2021年11月11日星期四page 17撓性聯(lián)軸器特點(diǎn)

8、：撓性聯(lián)軸器有較強(qiáng)的撓性，它允許兩轉(zhuǎn)子有相對(duì)的軸向位移和較大的偏心，對(duì)振動(dòng)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(jī)組上采用，或用在小汽機(jī)與給水泵的連接上。2021年11月11日星期四page 185.3轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速定義：當(dāng)機(jī)組在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，機(jī)組將發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。 由于制造汽輪機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力的作用會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生撓曲和振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)相當(dāng)，稱為激振力頻率。 汽輪

9、機(jī)轉(zhuǎn)子具有一個(gè)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(shí)，便發(fā)生共振，機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。2021年11月11日星期四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(jī)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2021年11月11日星期四page 206.葉片分類u 按用途分：電站汽輪機(jī)葉片、工業(yè)汽輪機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、船舶汽輪機(jī)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(tái)肩叉等）、T型（外包T型、雙T型）葉片、菌型葉片和其它

10、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按工作狀態(tài)分：動(dòng)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(jí)葉片、中間級(jí)葉片、次末級(jí)和末級(jí)葉片。2021年11月11日星期四page 216.1動(dòng)葉片l作用：把蒸汽的動(dòng)能變?yōu)闄C(jī)械能，并通過葉輪傳遞給主軸。l要求：流動(dòng)特性好，強(qiáng)度足夠高，振動(dòng)特性完善動(dòng)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(dòng)葉片由葉根、葉型（葉身）、葉頂三部分組成2021年11月11日星期四page 226.1.1葉型n作用：構(gòu)成汽流通道n要求：良好的氣動(dòng)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

11、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積逐漸減小。變截面葉片多用在汽輪機(jī)的末幾級(jí)，它能較好地保證空氣動(dòng)力特性，減少葉片根部所承受的離心力，提高葉片的強(qiáng)度。 汽輪機(jī)末幾級(jí)葉片較長，從葉根到葉頂圓周速度相差較大，由動(dòng)葉片進(jìn)出口速度三角形可知，在相同的進(jìn)汽與排汽速度下，不同的圓周速度要求有不同的進(jìn)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(jī)組的末幾級(jí)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(duì)動(dòng)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(qiáng)化措施。2021年11月11日星期四

12、page 236.1.2 葉根n作用：將動(dòng)葉片固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上n要求：保證固定牢固，制造簡單、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2021年11月11日星期四page 24各型葉根的特點(diǎn)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(qiáng)度較高，但是加工復(fù)雜。叉型葉根：強(qiáng)度高，適應(yīng)性好，加工方便，更換方便。但裝配比較費(fèi)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(jī)

13、中。葉根從葉輪軸向裝入單獨(dú)的葉根槽內(nèi)，拆裝方便。葉根及輪緣斷面都接近于等強(qiáng)度。但外形復(fù)雜，加工不便，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。 2021年11月11日星期四page 256.1.3葉頂 葉片受力較大，為了改善其振動(dòng)特性，增加其強(qiáng)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(gè)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

14、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(jí)間漏汽向汽封，以減少級(jí)間漏汽 2021年11月11日星期四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(dòng)安全性；減少級(jí)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2021年11月11日星期四page 27拉金作用：增加葉片的剛性，改善其振動(dòng)性能2021年11月11日星期四page 287. 盤車裝置 盤車裝置是一種低速盤動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)備，主要在汽輪機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)中使用。凝汽式汽輪

15、機(jī)在啟動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲，向軸封送汽前必須投入電動(dòng)盤車盤動(dòng)轉(zhuǎn)子。對(duì)于其它類型的機(jī)組，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前也必須投入盤車裝置，將轉(zhuǎn)子緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 停機(jī)后汽缸上下存在溫差，如果轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)，則會(huì)造成熱彎曲，這一彎曲在自然狀態(tài)下需幾十小時(shí)才能逐漸消失。在熱彎曲減小到規(guī)定值以前，汽輪機(jī)無法啟動(dòng)。如果停機(jī)后投入盤車裝置，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子便能均勻冷卻，不會(huì)造成熱彎曲，這樣汽輪機(jī)在停機(jī)后隨時(shí)都可以啟動(dòng)。2021年11月11日星期四page 29盤車裝置作用定義：在汽輪機(jī)不進(jìn)汽時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。作用：n在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前和停機(jī)后使

16、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，以避免轉(zhuǎn)子受熱和冷卻不均勻而產(chǎn)生熱彎曲。n啟動(dòng)前盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，可以檢查動(dòng)靜部件間是否有摩擦、潤滑油系統(tǒng)工作是否正常及主軸彎曲是否過大等，用來檢查汽輪機(jī)是否具備正常啟動(dòng)的條件。分類：低速盤車高速盤車按轉(zhuǎn)速分電動(dòng)盤車具有鏈輪渦輪蝸桿的車具有擺動(dòng)齒輪的電動(dòng)盤螺旋軸電動(dòng)盤車按結(jié)構(gòu)分2021年11月11日星期四page 308.汽輪機(jī)組的振動(dòng) 汽輪機(jī)組運(yùn)行的可靠性，在很大程度上可以認(rèn)為取決于機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)?；蛘哒f，機(jī)組的振動(dòng)是表征汽輪機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的最重要的標(biāo)志之一。 經(jīng)驗(yàn)證明，汽輪機(jī)組的大部分事故，尤其是比較嚴(yán)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(dòng)。國內(nèi)外發(fā)生的嚴(yán)重毀機(jī)事故，很大一部分

17、是由于機(jī)組的振動(dòng)所造成的，而且在毀機(jī)的過程中都毫無例外地表現(xiàn)出劇烈的振動(dòng)。如果運(yùn)行人員能夠根據(jù)振動(dòng)的特征，及時(shí)地對(duì)機(jī)組發(fā)生振動(dòng)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(jìn)一步擴(kuò)大，從而避免或減少事故所造成的危害。分類：強(qiáng)迫振動(dòng)，自振振動(dòng)，軸系振動(dòng)2021年11月11日星期四page 318.1.1引起強(qiáng)迫振動(dòng)的原因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡 加工檢修偏差、個(gè)別元件斷裂、松動(dòng)、轉(zhuǎn)子不均勻磨損及葉片結(jié)垢等均會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生質(zhì)量偏心，引起機(jī)組發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)，特點(diǎn)是振動(dòng)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(dòng)中，較多的是這一種。轉(zhuǎn)子彎曲 1.啟動(dòng)過程中，盤車或暖機(jī)不充分，升速

18、或升負(fù)荷過快，以及停機(jī)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。 3.動(dòng)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(huì)產(chǎn)生引起振動(dòng)的擾動(dòng)力，從而引起機(jī)組的振動(dòng)。2021年11月11日星期四page 328.1.1引起強(qiáng)迫振動(dòng)的原因轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)變化 若軸瓦或軸承座松動(dòng)、安裝著軸承的汽缸變形、機(jī)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(huì)使軸系的受力發(fā)生變化，引起機(jī)組的振動(dòng)。螺旋槳極軸系的震動(dòng) 2021年11月11日星期四page 338.1.2引起自激振動(dòng)的原因自激振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)通過本身的運(yùn)動(dòng)不斷向自身饋送能量，自己激勵(lì)自己，這樣產(chǎn)生的振動(dòng)稱為自激振動(dòng)。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(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸不同心時(shí)，動(dòng)、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(shí)，就可能使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動(dòng)。渦動(dòng)產(chǎn)生后，渦動(dòng)離心力又使合力的切向分力增加，