第六章-2汽輪機轉動部分結構

1、1第二節(jié)第二節(jié) 汽輪機轉動部分汽輪機轉動部分 汽輪機的轉動部分包括汽輪機的轉動部分包括葉柵、葉輪、主軸葉柵、葉輪、主軸和和聯(lián)軸器聯(lián)軸器以及以及緊固件緊固件等旋轉部分。等旋轉部分。23第二節(jié)第二節(jié) 汽輪機轉動部分汽輪機轉動部分一、轉子一、轉子 汽輪機的轉動部分總稱為轉子，起著汽輪機的轉動部分總稱為轉子，起著工質(zhì)能量轉換及工質(zhì)能量轉換及扭矩傳遞的作用扭矩傳遞的作用。 工作時，轉子除了要承受巨大的扭矩外，還要承受高工作時，轉子除了要承受巨大的扭矩外，還要承受高速旋轉所產(chǎn)生的離心力引起的巨大應力、溫度分布不均勻速旋轉所產(chǎn)生的離心力引起的巨大應力、溫度分布不均勻引起的熱應力及軸系振動所產(chǎn)生的動應力等，因

2、此要求轉引起的熱應力及軸系振動所產(chǎn)生的動應力等，因此要求轉子具有很高的強度。子具有很高的強度。 類型：類型： 沖動式?jīng)_動式汽輪機轉子輪式結構輪式結構 反動式反動式汽輪機轉子鼓式結構鼓式結構。4p 輪式轉子主軸上裝有葉輪，動葉片安裝在葉輪上輪式轉子主軸上裝有葉輪，動葉片安裝在葉輪上沖動式?jīng)_動式p 鼓式轉子沒有葉輪或有葉輪徑向尺寸也很小，動葉片安裝在轉鼓鼓式轉子沒有葉輪或有葉輪徑向尺寸也很小，動葉片安裝在轉鼓上，可縮短軸向長度和減小軸向推力上，可縮短軸向長度和減小軸向推力 反動式反動式一、轉子一、轉子51 1、整煅轉子、整煅轉子一、轉子一、轉子6整鍛轉子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件與主軸是由一個整

3、整鍛轉子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件與主軸是由一個整體鍛件加工而成；體鍛件加工而成；無熱套部件無熱套部件，對啟動和變負荷的適應性較強；，對啟動和變負荷的適應性較強；工作時葉輪與主軸不會產(chǎn)生松動現(xiàn)象；工作時葉輪與主軸不會產(chǎn)生松動現(xiàn)象；結構緊湊，裝配零件少，軸向尺寸相對較短（沒有連接短軸，結構緊湊，裝配零件少，軸向尺寸相對較短（沒有連接短軸，葉輪無輪轂），安裝維護節(jié)省工時；葉輪無輪轂），安裝維護節(jié)省工時；與套裝轉子相比，可以在較小的內(nèi)孔應力下獲得較好的剛性；與套裝轉子相比，可以在較小的內(nèi)孔應力下獲得較好的剛性；整煅轉子優(yōu)點：整煅轉子優(yōu)點：應用_早期主要是高壓轉子，現(xiàn)在都可采用一、轉子一、轉子7整煅

4、轉子缺點：整煅轉子缺點：鍛件尺寸大，工藝要求高；鍛件尺寸大，工藝要求高；轉子各部分只能用同一種材料制造，材料的潛力得不到充轉子各部分只能用同一種材料制造，材料的潛力得不到充分利用；分利用；轉子只能集中在少數(shù)機床上加工，制造周期較長，任何部轉子只能集中在少數(shù)機床上加工，制造周期較長，任何部位的缺陷都會影響到整個轉子的質(zhì)量。位的缺陷都會影響到整個轉子的質(zhì)量。一、轉子一、轉子82、套裝轉子、套裝轉子套裝轉子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件是分別加工后熱套在套裝轉子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸器等部件是分別加工后熱套在階梯形主軸上；階梯形主軸上；采用過盈配合，以防止離心力產(chǎn)生的松動現(xiàn)象，并用鍵傳遞扭采用過盈配合，

5、以防止離心力產(chǎn)生的松動現(xiàn)象，并用鍵傳遞扭矩；矩；所有設備鍛件小，質(zhì)量易保證；所有設備鍛件小，質(zhì)量易保證；能夠合理利用材料；能夠合理利用材料；應用：中、低壓轉子。應用：中、低壓轉子。一、轉子一、轉子9一、轉子一、轉子10一、轉子一、轉子113、焊接轉子、焊接轉子汽輪機轉子為汽輪機轉子為高速旋轉機械，高速旋轉機械，動平衡要求極動平衡要求極高，不僅對焊高，不僅對焊縫質(zhì)量要求極縫質(zhì)量要求極為嚴格，同時為嚴格，同時還要求嚴格控還要求嚴格控制焊接變形和制焊接變形和焊接殘余應力，焊接殘余應力，因而高難度的因而高難度的焊接技術和復焊接技術和復雜的焊接工藝雜的焊接工藝限制了這種形限制了這種形式轉子的發(fā)展式轉子的

6、發(fā)展和應用。和應用。焊接轉子由若干個實心輪盤和兩個端軸焊接而成焊接轉子由若干個實心輪盤和兩個端軸焊接而成12焊接轉子特點焊接轉子特點由若干個實心葉輪和兩個端軸焊接而成，具有啟動熱應力低，由若干個實心葉輪和兩個端軸焊接而成，具有啟動熱應力低， 鍛件尺寸小便于冶煉，鍛造和熱處理的優(yōu)點；鍛件尺寸小便于冶煉，鍛造和熱處理的優(yōu)點；不存在松動，也沒有中心孔；不存在松動，也沒有中心孔；強度高，剛性大，質(zhì)量輕，結構緊湊；強度高，剛性大，質(zhì)量輕，結構緊湊；可以做成轉鼓結構用于反動式汽輪機；可以做成轉鼓結構用于反動式汽輪機；應用：大多用于低壓轉子。應用：大多用于低壓轉子。134、組合轉子、組合轉子14一、轉子一、

7、轉子15汽輪機轉子的冷卻汽輪機轉子的冷卻冷卻原因：冷卻原因：鼓形轉子直徑大，熱阻也大；鼓形轉子直徑大，熱阻也大；進汽部分工作溫度太高；進汽部分工作溫度太高；要降低金屬蠕變速度；要降低金屬蠕變速度；減小熱應力。減小熱應力。冷卻部位：冷卻部位：高壓轉子（調(diào)節(jié)級區(qū)域）和中壓轉子進汽部分表面高壓轉子（調(diào)節(jié)級區(qū)域）和中壓轉子進汽部分表面冷卻工質(zhì)：冷卻工質(zhì)：溫度較低的蒸汽溫度較低的蒸汽一、轉子一、轉子16高壓轉子（調(diào)節(jié)級區(qū)域）表面的冷卻高壓轉子（調(diào)節(jié)級區(qū)域）表面的冷卻主蒸汽進口處的高溫區(qū)段內(nèi)轉子的冷卻結構蒸汽通過調(diào)節(jié)級葉輪上蒸汽通過調(diào)節(jié)級葉輪上的斜孔（該斜孔具有離的斜孔（該斜孔具有離心泵的作用）并流過高心

8、泵的作用）并流過高溫區(qū)轉子表面（第二次溫區(qū)轉子表面（第二次冷卻），然后進入壓力冷卻），然后進入壓力級。級。去向：去向：第一壓力級前。第一壓力級前。蒸汽來源蒸汽來源：第一級噴嘴后和調(diào)節(jié)級后的部分蒸汽。第一級噴嘴后和調(diào)節(jié)級后的部分蒸汽。冷卻蒸汽流動過程冷卻蒸汽流動過程：噴嘴后的部分蒸汽，在壓差作用下通過噴嘴后的部分蒸汽，在壓差作用下通過動靜之間的間隙，經(jīng)過噴嘴室內(nèi)圈上的孔徑降低噴嘴室內(nèi)圈動靜之間的間隙，經(jīng)過噴嘴室內(nèi)圈上的孔徑降低噴嘴室內(nèi)圈的溫度（第一次冷卻），然后進入壓力級；調(diào)節(jié)級后的部分的溫度（第一次冷卻），然后進入壓力級；調(diào)節(jié)級后的部分一、轉子一、轉子17中壓轉子表面的冷卻再熱蒸汽進口區(qū)域內(nèi)轉

9、子的冷卻蒸汽來源：蒸汽來源：用高壓缸夾層冷卻汽和中壓平衡活塞持環(huán)處漏汽用高壓缸夾層冷卻汽和中壓平衡活塞持環(huán)處漏汽混合后進行冷卻，冷卻后的溫度在混合后進行冷卻，冷卻后的溫度在360360480480之間。之間。冷卻蒸汽流動過程：冷卻蒸汽流動過程：通通過中壓平衡活塞持環(huán)與過中壓平衡活塞持環(huán)與中壓轉子表面之間的間中壓轉子表面之間的間隙和葉片根部的槽溝。隙和葉片根部的槽溝。去向：去向：在中壓第一級的在中壓第一級的噴嘴后和動葉根部完全噴嘴后和動葉根部完全混合?；旌稀Ｒ?、轉子一、轉子18葉輪的結構 組成：組成：由輪緣、輪面和輪轂組成。由輪緣、輪面和輪轂組成。二、葉輪二、葉輪作用作用:(主要用于沖動式汽輪機

10、主要用于沖動式汽輪機)用用來安裝動葉片并將動葉片上的轉來安裝動葉片并將動葉片上的轉矩傳遞給主軸。矩傳遞給主軸。輪緣輪緣輪盤的外緣安裝工作葉片輪盤的外緣安裝工作葉片輪轂輪轂與軸相連接部分與軸相連接部分輪輻輪輻連接輪緣和輪轂部分連接輪緣和輪轂部分19二、葉輪二、葉輪20按輪面斷面的型線，葉輪的結構：按輪面斷面的型線，葉輪的結構：二、葉輪二、葉輪21二、葉輪二、葉輪22二、葉輪二、葉輪23二、葉輪二、葉輪24 葉片是汽輪機中數(shù)量和種類最多的零件（其加工量占整個汽葉片是汽輪機中數(shù)量和種類最多的零件（其加工量占整個汽輪機加工量的輪機加工量的30%50%）；）； 由多個葉片組成的葉柵可以完成蒸汽的能量轉換

11、由多個葉片組成的葉柵可以完成蒸汽的能量轉換為轉子的機為轉子的機械能；械能； 工作時，葉片不僅承受高速轉動時離心力所產(chǎn)生的靜應力和工作時，葉片不僅承受高速轉動時離心力所產(chǎn)生的靜應力和汽流作用的動應力，還要承受高溫、腐蝕和沖蝕作用；（受汽流作用的動應力，還要承受高溫、腐蝕和沖蝕作用；（受力復雜、工作條件惡劣）力復雜、工作條件惡劣） 葉片要有良好的型線（良好的流動性能）、足夠的強度和完葉片要有良好的型線（良好的流動性能）、足夠的強度和完善的振動特性，以使汽輪機安全經(jīng)濟運行。善的振動特性，以使汽輪機安全經(jīng)濟運行。三、動葉片三、動葉片25葉片的結構（按葉型沿葉高變化規(guī)律分）（按葉型沿葉高變化規(guī)律分）26

12、三、動葉片三、動葉片272、葉根、葉根作用：葉根是將動葉片固定在葉輪或轉鼓上的連接部分。作用：葉根是將動葉片固定在葉輪或轉鼓上的連接部分。要求：它的結構應保證在任何運行條件下葉片都能牢固的固定要求：它的結構應保證在任何運行條件下葉片都能牢固的固定在葉輪或轉鼓上，同時力求制造簡單、裝配方便。在葉輪或轉鼓上，同時力求制造簡單、裝配方便。分類：分類：T T型、叉型、樅樹型、菌型型、叉型、樅樹型、菌型1、葉型、葉型葉型是動葉片的基本部分，相鄰葉片的葉型部分構成汽流通道。葉型是動葉片的基本部分，相鄰葉片的葉型部分構成汽流通道。三、動葉片三、動葉片28三、動葉片三、動葉片292、菌型葉根 1-整體圍帶；2

13、-鉚釘；3-鉚接圍帶；4-三菌型葉根；5-輪緣三、動葉片三、動葉片30 T型和菌型葉根屬于周向裝配式葉根。這類葉根的輪緣槽上開有一個或兩個缺口，葉片就從這些缺口一片片依次裝入輪緣槽中。最后裝在缺口處的葉片叫做封口葉片，研配裝入后用兩個鉚釘固定在輪緣上。 周向裝配式葉根的缺點是當個別葉片損壞時，不能單獨拆換，而必須將部分或全部葉片拆下重裝。三、動葉片三、動葉片313、叉型葉根三、動葉片三、動葉片32三、動葉片三、動葉片334、樅樹型葉根拆裝容易，故被大功率的調(diào)節(jié)級和末幾級采用。但由于其加工面多，精度要求高，所以受到限制。三、動葉片三、動葉片343、葉頂 汽輪機的短葉片、中長葉片和長葉片通常在葉頂

14、用圍帶連在汽輪機的短葉片、中長葉片和長葉片通常在葉頂用圍帶連在一起，構成葉片組。一起，構成葉片組。 長葉片也可以通過葉型部分的拉金或者拉金與圍帶連接成組；長葉片也可以通過葉型部分的拉金或者拉金與圍帶連接成組； 有的葉片圍帶和拉金都不用，成為自由葉片。有的葉片圍帶和拉金都不用，成為自由葉片。三、動葉片三、動葉片35（1）圍帶 作用：減小葉片工作的彎應力；增加葉片剛性以避開共作用：減小葉片工作的彎應力；增加葉片剛性以避開共振；形成一個封閉的汽流通道，減小級內(nèi)漏汽損失。振；形成一個封閉的汽流通道，減小級內(nèi)漏汽損失。（a）、（b）整體圍帶；（c）鉚接圍帶； （d）彈性拱形圍帶36373839（2）拉金

15、結構）拉金結構 作用：增加葉片的剛性，改善其振動性能。作用：增加葉片的剛性，改善其振動性能。 結構：通常為結構：通常為612mm的實心或空心金屬絲或金屬管，的實心或空心金屬絲或金屬管，穿在葉型部分的拉金孔中。穿在葉型部分的拉金孔中。有的拉金與葉片焊接在一起，有的拉金與葉片焊接在一起，稱為焊接拉金；也有的不焊接，稱為松裝拉金或阻尼拉金稱為焊接拉金；也有的不焊接，稱為松裝拉金或阻尼拉金。（a）實心焊接拉金；（b）實心松裝拉金； （c）空心松裝拉金； （d）剖分松裝拉金；（e）Z型拉金40三、動葉片三、動葉片41三、動葉片三、動葉片42三、動葉片三、動葉片43（3）拉金連接方式）拉金連接方式（a）分

16、組連接拉金；）分組連接拉金；（b）拱形圍帶和空心拉金；）拱形圍帶和空心拉金；（c）組間連接拉金；）組間連接拉金；（d）Z型拉金型拉金三、動葉片三、動葉片葉片結構葉片結構 成組葉片（葉片組）整圈連接葉片 單個葉片(自由葉片)三、動葉片三、動葉片45四、聯(lián)軸器四、聯(lián)軸器 聯(lián)軸器又稱為靠背輪。聯(lián)軸器又稱為靠背輪。 作用：作用：連接汽輪機的各轉子及發(fā)電機轉子，并傳遞轉子上的扭矩。連接汽輪機的各轉子及發(fā)電機轉子，并傳遞轉子上的扭矩。 分類：分類：剛性聯(lián)軸器、半撓性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器、半撓性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器。46剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器優(yōu)點：剛性高，傳遞扭矩大；結構簡單，尺寸?。粶p少了軸承優(yōu)點：

17、剛性高，傳遞扭矩大；結構簡單，尺寸?。粶p少了軸承 個數(shù)，縮短了機組長度，廣泛應用于大功率汽輪機。個數(shù)，縮短了機組長度，廣泛應用于大功率汽輪機。缺點：傳遞振動和軸向位移，對轉子找中心要求高。缺點：傳遞振動和軸向位移，對轉子找中心要求高。四、聯(lián)軸器四、聯(lián)軸器47半撓性聯(lián)軸器半撓性聯(lián)軸器p半撓性聯(lián)軸器的兩對輪之間通過一個波形套筒連接。半撓性聯(lián)軸器的兩對輪之間通過一個波形套筒連接。p波形套筒在扭轉方向是剛性的，在彎曲方向是撓性的。波形套筒在扭轉方向是剛性的，在彎曲方向是撓性的。p波形套筒具有一定的彈性，故可吸收部分振動，并允許兩波形套筒具有一定的彈性，故可吸收部分振動，并允許兩轉子的中心有少許偏差，而

18、這種偏差是汽輪機與發(fā)電機運行轉子的中心有少許偏差，而這種偏差是汽輪機與發(fā)電機運行時由于熱膨脹不同可能出現(xiàn)的。時由于熱膨脹不同可能出現(xiàn)的。p半撓性聯(lián)軸器被廣泛用來連接汽輪機轉子和發(fā)電機轉子。半撓性聯(lián)軸器被廣泛用來連接汽輪機轉子和發(fā)電機轉子。四、聯(lián)軸器四、聯(lián)軸器48撓性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器1、2-齒輪；3、4-螺帽；5-套筒； 6、7-擋環(huán)；8-螺釘齒輪式聯(lián)軸器蛇行彈簧聯(lián)軸器1-主動輪；2-從動輪；3-蛇行彈簧；4-外殼四、聯(lián)軸器四、聯(lián)軸器49五、盤車裝置五、盤車裝置在汽輪機不進蒸汽時驅(qū)動轉子以一定轉速旋轉的設備在汽輪機不進蒸汽時驅(qū)動轉子以一定轉速旋轉的設備被被稱為稱為盤車裝置盤車裝置。50盤車裝置的

19、作用盤車裝置的作用u在汽輪機沖轉前和停機后使轉子轉動，以避免轉子受熱和冷卻不在汽輪機沖轉前和停機后使轉子轉動，以避免轉子受熱和冷卻不均而產(chǎn)生熱彎曲。均而產(chǎn)生熱彎曲。 汽輪機啟動過程中汽輪機啟動過程中，為了使凝汽器內(nèi)建立起一定的真空，需在沖轉前向軸封供汽，由此進入汽缸的蒸汽滯留在汽缸的上部，使汽輪機上、下部分出現(xiàn)溫差，若轉子靜止不動將向上彎曲，影響啟動工作的正常進行，甚至引起動、靜部件摩擦。 停機時，停機時，汽輪機下缸比上缸冷卻快，上、下部分之間也存在溫差，如果轉子停下后靜止，將使大軸彎曲，這種彎曲需要較長時間才能消失，不利于汽輪機馬上重新投入運行。u啟動前盤動轉子，可以檢查動靜部件間是否有摩擦

20、、潤滑油系統(tǒng)啟動前盤動轉子，可以檢查動靜部件間是否有摩擦、潤滑油系統(tǒng)工作是否正常及主軸彎曲是否過大等，用來檢查汽輪機是否具備正工作是否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條件。常啟動條件。五、盤車裝置五、盤車裝置51盤車裝置的分類盤車裝置的分類（1）按盤車轉速高低分：按盤車轉速高低分： 低速盤車（低速盤車（35r/min）。）。低速盤車啟動力矩小，沖擊載荷小，有利于延長部件的使用壽命。 高速盤車（高速盤車（4070r/min）。）。高速盤車時，轉子轉速高，可以加快汽缸內(nèi)的熱交換，減小上、下缸之間及轉子內(nèi)部溫差，縮短機組啟停時間，并可以在軸承內(nèi)較好的建立起油膜，保護軸瓦和軸徑。（2）按結構特點分：）按結構特點分：具有螺旋軸的電動盤車、具有擺動齒輪的電動盤車和具有鏈條-蝸輪蝸桿的電動盤車。對盤車裝置的要求對盤車裝置的要求 既能盤動轉子，又能在汽輪機轉子沖轉后轉速高于盤車轉速時自動脫開，并使盤車裝置停止轉動。五、盤車裝置五、盤車裝置52具有螺旋軸的電動盤車裝置具有螺旋軸的電動盤車裝置p電動機通過小齒輪和大齒輪、電動機通過小齒輪和大齒輪、嚙合齒輪和盤車齒輪兩次減速嚙合齒輪和盤車齒輪兩次減速后帶動汽輪機主軸轉動。后帶動汽輪機主軸轉動。p嚙合齒輪的內(nèi)表面銑有螺旋嚙合齒輪的內(nèi)表面銑有螺旋齒