【文章內(nèi)容簡介】 比，焊接轉子強度高、剛性好，質(zhì)量輕，但對焊接性能要求高，這種轉子的應用受焊接工藝及檢驗方法和材料種類的限制。 圖 汽輪機轉子 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 7 頁 共 53 頁 組合轉子：由整鍛結構套裝結構組合而成，兼有兩種轉子的優(yōu)點 。 3） 聯(lián)軸器 聯(lián)軸器用來連接汽輪機各個轉子以及發(fā)電機轉子，并將汽輪機的扭矩傳給發(fā)電機?，F(xiàn)代汽輪機常用的聯(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。 （ 1）剛性聯(lián)軸器： 這種聯(lián)軸器結構結構簡單，尺寸??；工作不需要潤滑，沒有噪聲；但是傳遞振動和軸向位移，對中性要求高。 （ 2）半撓性聯(lián)軸器 右側聯(lián)軸器與主軸鍛成一體，而左側聯(lián)軸器用熱套加雙鍵套裝在相對的軸端上。兩對輪之間用波形半撓性套筒連接起來，并以配合兩螺栓堅固。波形套筒在扭轉方向是剛性的，在變曲方向剛是撓性的。這種聯(lián)軸器主要用于汽輪機－發(fā)電機之間，補償軸承之間抽真空、溫差、充氫引起的標高差，可減少振動的相互干擾，對中要求低，常用于中等容量機組 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的傳遞。對中性要求不高，但是運行過程中需要潤滑，并且制作復雜，成本較高。 4）靜葉片 隔板用于固定靜葉片，并將汽缸分成若干個汽室。 5） 動葉片 動葉處安裝在轉子葉輪或轉鼓上，接受噴嘴葉柵射出的高速氣流，把蒸汽的動能轉換成機械能，使轉子旋轉。 葉片一般由葉型、葉根和葉頂三個部分組成。 葉型是葉片的工作部分，相鄰葉片的葉型部分之間構成汽流通道，蒸汽流過時將動能轉換成機械能。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，有利于在部分級實現(xiàn)葉型通用等優(yōu)點。但是氣動性能差，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，可很好的減小長葉片的葉型損失，具有良好的波動特性及強度，但制造工藝復雜，主要用于長葉片。 葉根是將葉片固定在葉輪或轉鼓上的連接部分。它應保證在任何運行條件下陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 8 頁 共 53 頁 的連接牢固，同時力求制造簡單、裝配方便。 T 形葉根：加工裝配方便，多用于中長葉片。 菌形葉根：強度高，在大型機上得到廣泛應用。 叉形葉根：加工簡單，裝配方便，強度高，適應性好。 樅樹型葉根：葉根承載能力大，強度適應性好，拆裝方便，但加工復雜，精度要求高，主要用于載荷較大的葉片。 汽輪機的短葉片和中長葉片通常在葉頂用圍帶連在一起，構成葉片組。長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安全性；減小汽流產(chǎn)生的彎應力；可使葉片構成封閉通道，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，以改善其振動特性。但是拉筋增加了蒸汽流動損失，同時拉筋還會削弱葉片的強度，因此在滿足了葉片振動要求的情況下，應盡量避免采用拉筋，有的長葉片就設計成自由葉片。 6)汽封 轉子和靜體的間的間隙會導致漏汽，這不僅會降低機組效率，還會影響機組安全運行。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。 7）汽輪機 軸承 軸承是汽輪機一個重要的組成部分，分為徑向支持軸承和推力軸承兩種類型，它們用來承受轉子的全部重力并且確定轉子在汽缸中的正確位置。 多有楔軸承（三油楔、四油楔）：輕載、耗功大，高速小機 圓軸承：可承重載，瓦溫高 橢圓軸承：可承重載 可傾瓦軸承： 6 瓦塊軸承，穩(wěn)定性好，承載范圍大，耗油量較大 推力軸承： 1）固定瓦塊式：承載能力小，用于小機組 2）可傾瓦塊式： ①密切爾式： 瓦塊背面線接觸 ② 金斯伯里式： 瓦塊背面點接觸 汽輪機種類 汽輪機種類很多，并有不同的分類方法。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 9 頁 共 53 頁 1） 按結構 有單級汽輪機和多級汽輪機；各級裝在一個汽缸內(nèi)的單缸汽輪機，和各級分裝在幾個汽缸內(nèi)的多缸汽輪機；各級裝在一根軸上的單軸汽輪機，和各級裝在兩根平行軸上的雙軸汽輪機等。 2） 按工作原理 有蒸汽主要在各級噴嘴 (或靜葉 )中膨脹的沖動式汽輪機；蒸汽在靜葉和動葉中都膨脹的反動式汽輪機；以及蒸汽在噴嘴中膨脹后的動能在幾列動葉上加以利用的速度級汽輪機。 3） 按熱力特性 有為凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和蒸汽汽輪機等類型。凝汽式汽輪機排出的蒸汽流入凝汽器，排汽壓力低于大氣壓力，因此具有良好的熱力性能，是最為常用的一種汽輪機；供熱式汽輪機既提供動力驅(qū)動發(fā)電機或其他機械，又提供生產(chǎn)或生活用熱，具有較高的熱能利用率；背壓式汽輪機的排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機；抽汽式汽輪機是能從中間級抽出蒸汽供熱的汽輪機；飽和蒸汽輪機是以飽和狀態(tài)的蒸汽作為新蒸汽的汽輪機。 4） 按用途 可分為為電站汽輪機、工業(yè)汽輪機、船用汽輪機等。 5） 按汽缸數(shù)目 可分為單缸汽輪機、雙缸汽輪機和多缸汽輪機。 6） 其他 另外還可按照蒸汽初壓 (低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界 )、排列方式 (單軸、雙軸 )等進行分類。 汽輪機 優(yōu)點 與往復式蒸汽機相比，汽輪機中的蒸汽流動是連續(xù)的、高速的，單位面積中能通過的流量大，因而能發(fā)出較大的功率。大功率汽輪機可以采用較高的蒸汽壓力和溫度，故熱效率較高。 19世紀以來，汽輪機的發(fā)展就是在不斷提高安全可靠性、耐用性和保證運行方便的基礎上，增大單機功率和提高裝置的熱經(jīng)濟性。 發(fā)展前景 汽輪機的出現(xiàn)推動了電力工業(yè)的發(fā)展，到 20世紀初，電站汽輪機單機功率已達 10 兆瓦。隨著電力應用的日益廣泛，美國紐約等大城市的電站尖峰負荷在 20陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 10 頁 共 53 頁 年代已接近 1000 兆瓦，如果單機功率只有 10 兆瓦，則需要裝機近百臺，因此 20年代時單機功率就已增大到 60兆瓦， 30年代初又出現(xiàn)了 165兆瓦和 208 兆瓦的汽輪機。 此后的經(jīng)濟衰退和第二次世界大戰(zhàn)期間爆發(fā)，使汽輪機單機功率的增大處于停頓狀態(tài)。 50 年代，隨著戰(zhàn)后經(jīng)濟發(fā)展，電力需求突飛猛進，單機功率又開始不斷增大，陸續(xù)出現(xiàn)了 325～ 600 兆瓦的大型汽輪機； 60 年代制成了 1000 兆瓦汽輪機； 70 年代，制成了 1300兆瓦汽輪機?，F(xiàn)在許多國家常用的單機功 率為 300～ 600兆瓦。 汽輪機在社會經(jīng)濟的各部門中都有廣泛的應用。汽輪機種類很多，并有不同的分類方法。 汽輪機的蒸汽從進口膨脹到出口，單位質(zhì)量蒸汽的容積增大幾百倍，甚至上千倍，因此各級葉片高度必須逐級加長。大功率凝汽式汽輪機所需的排汽面積很大，末級葉片須做得很長。 汽輪機裝置的熱經(jīng)濟性用汽輪機熱耗率或熱效率表示。汽輪機熱耗率是每輸出單位機械功所消耗的蒸汽熱量，熱效率是輸出機械功與所耗蒸汽熱量之比。對于整個電站，還需考慮鍋爐效率和廠內(nèi)用電。因此，電站熱耗率比單獨汽輪機的熱耗率高，電站熱效率比單獨汽輪機的 熱效率低。 一座汽輪發(fā)電機總功率為 1000 兆瓦的電站，每年約需耗用標準煤 230 萬噸。如果熱效率絕對值能提高 1%，每年可節(jié)約標準煤 6 萬噸。因此，汽輪機裝置的熱效率一直受到重視。為了提高汽輪機熱效率，除了不斷改進汽輪機本身的效率，包括改進各級葉片的葉型設計 (以減少流動損失 )和降低閥門及進排汽管損失以外，還可從熱力學觀點出發(fā)采取措施。 根據(jù)熱力學原理，新蒸汽參數(shù)越高，熱力循環(huán)的熱效率也越高。早期汽輪機所用新蒸汽壓力和溫度都較低，熱效率低于 20%。隨著單機功率的提高， 30年代初新蒸汽壓力已提高到 3～ 4 兆帕，溫度為 400～ 450℃ 。隨著高溫材料的不斷改進，蒸汽溫度逐步提高到 535℃ ，壓力也提高到 6～ 兆帕，個別的已達 16 兆帕，熱效率達 30%以上。 50年代初，已有采用新蒸汽溫度為 600℃ 的汽輪機。以后又有新蒸汽溫度為 650℃ 的汽輪機。 現(xiàn)代大型汽輪機按照其輸出功率的不同，采用的新蒸汽壓力又可以分為各個壓力等級，通常采用新蒸汽壓力 ～ 26 兆帕，新蒸汽溫度和再熱溫度為 535～578℃ 的超臨界參數(shù) ,或新汽壓力為 兆帕、新汽溫度和再熱溫度為 535℃ 的亞臨界參數(shù)。使用這些汽輪機的熱效率約為 40%。 陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 11 頁 共 53 頁 另外，汽輪機的排汽壓力越低，蒸汽循環(huán)的熱效率就越高。不過排汽壓力主要取決凝汽器的真空度，真空度又取決于冷卻水的溫度和抽真空的設備（通常稱為真空泵），如果采用過低的排汽壓力，就需要增大冷卻水流量、增大凝汽器冷卻水和冷卻介質(zhì)的換熱面、降低被使用的冷卻水的溫度和抽真空的設備，較長的末級葉片，但同時真空太低又會導致汽輪機汽缸（低壓缸）的蒸汽流速加快，使汽輪機汽缸（低壓缸）差脹加劇，危及汽輪機安全運轉。凝汽式汽輪機常用的排汽壓力為 5~10 千帕（一個標準大氣壓是 101325 帕斯卡）。船用汽輪機組為了減輕重量，減小尺 寸 ,常用 ～ 兆帕的排汽壓力。 此外，提高汽輪機熱效率的措施還有，采用回熱循環(huán)、采用再熱循環(huán)、采用供熱式汽輪機等。提高汽輪機的熱效率，對節(jié)約能源有著重大的意義。 大型汽輪機組的研制是汽輪機未來發(fā)展的一個重要方向，這其中研制更長的末級葉片，是進一步發(fā)展大型汽輪機的一個關鍵；研究提高熱效率是汽輪機發(fā)展的另一方向，采用更高蒸汽參數(shù)和二次再熱，研制調(diào)峰機組，推廣供熱汽輪機的應用則是這方面發(fā)展的重要趨勢。 現(xiàn)代核電站汽輪機的數(shù)量正在快速增加，因此研究適用于不同反應堆型的、性能良好的汽輪機具有特別重 要的意義。 全世界利用地熱的汽輪機的裝機容量， 1983 年已有 3190 兆瓦，不過對熔巖等深層更高溫度地熱資源的利用尚待探索；利用太陽能的汽輪機電站已在建造，海洋溫差發(fā)電也在研究之中。所有這些新能源方面的汽輪機尚待繼續(xù)進行試驗研究。 另外，在汽輪機設計、制造和運行過程中，采用新的理論和技術，以改善汽輪機的性能，也是未來汽輪機研究的一個重要內(nèi)容。例如：氣體動力學方面的三維流動理論，濕蒸汽雙相流動理論；強度方面的有限元法和斷裂力學分析；振動方面的快速傅里葉轉換、模態(tài)分析和激光技術；設計、制造工藝、試驗測量和運行 監(jiān)測等方面的電子計算機技術；壽命監(jiān)控方面的超聲檢查和耗損計算。此外，還將研制氟利昂等新工質(zhì)的應用，以及新結構、新工藝和新材料等。 目前發(fā)展瓶頸主要在材料上，材料問題解決了，單片的功率就可以更 大。 汽輪機常見問題 在汽輪機運行過程中，汽輪機滲漏和汽缸變形是最為常見的設備問題，汽缸結合面的嚴密性直接影響機組的安全經(jīng)濟運行，檢修研刮汽缸的結合面，使其達到嚴密，是汽缸檢修的重要工作，在處理結合面漏汽的過程中，要仔細分析形成陜西理工學院畢業(yè)設計論文 第 12 頁 共 53 頁 的原因，根據(jù)變形的程度和間隙的大小，可以綜合的運用各種方法，以達到結合面嚴密的要求。 汽輪機汽缸漏氣產(chǎn)生原因 ： 1）汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠后都要經(jīng)過時效處理，就是要存放一些時間，使汽缸在住鑄造過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應力完全消除。如果時效時間短，那么加工好的汽缸在以后的運行中還會變形，這就是為什么 有的汽缸在第一次泄漏處理后還會在以后的運行中還有漏汽發(fā)生。因為汽缸還在不斷的變形。 2） 汽缸在運行時受力的情況很復雜，除了受汽缸內(nèi)外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時對靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸發(fā)生塑性變形造成泄漏。 3） 汽缸的負荷增減過快，特別是快速的啟動、停機和工況變化時溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機檢修時打開保溫層過早等，在汽缸中和發(fā)蘭上產(chǎn)生很大的熱應力和熱變形。 4） 汽缸在機械加工的過程中或經(jīng) 過補焊后產(chǎn)生了應力，但沒有對汽缸進行回火處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應力，在運行中產(chǎn)生永久的變形。 5） 在安裝或檢修的過程中，由于檢修工藝和檢修技術的原因，使內(nèi)缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適，運行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使汽缸變形。 6） 使用的汽缸密封劑質(zhì)量不好、雜質(zhì)過多或是型號不對；汽缸密封劑內(nèi)若有堅硬的雜質(zhì)顆粒就會使密封面難以緊密的結合。 VIF900 高溫汽缸密封劑是最新汽輪機汽缸密封材料，高、中、低壓缸可通用，避免了型號選擇不當而造成的汽缸泄漏。 7） 汽缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質(zhì)不合格。汽缸結合面的嚴密性主要靠螺栓的緊力來實現(xiàn)的。機組的起停或是增減負荷時產(chǎn)生的熱應力和高溫會造成螺栓的應力松弛，如果應力不足，螺栓的預緊力就會逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質(zhì)不好，螺栓在長時間的運行當中，在熱應力和汽缸膨脹力的作用下被拉長，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會不足，使汽缸發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。 8） 汽缸螺栓緊固的順序不正確。一般的汽缸螺栓在緊固時是從中間向兩邊同時緊固，也就是從垂弧最大處或是受力變形最大的地方緊固，這樣就會把變形最陜西理工學院畢業(yè)設計