【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(lèi)的限制。 圖 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁(yè) 共 53 頁(yè) 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) 。 3） 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)?，F(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。 （ 1）剛性聯(lián)軸器： 這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸?。还ぷ鞑恍枰獫?rùn)滑，沒(méi)有噪聲；但是傳遞振動(dòng)和軸向位移，對(duì)中性要求高。 （ 2）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 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。 4）靜葉片 隔板用于固定靜葉片，并將汽缸分成若干個(gè)汽室。 5） 動(dòng)葉片 動(dòng)葉處安裝在轉(zhuǎn)子葉輪或轉(zhuǎn)鼓上，接受?chē)娮烊~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)，可很好的減小長(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)行條件下陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁(yè) 共 53 頁(yè) 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(shù)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(kāi)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。 6)汽封 轉(zhuǎn)子和靜體的間的間隙會(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(chēng)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(jī) 軸承 軸承是汽輪機(jī)一個(gè)重要的組成部分，分為徑向支持軸承和推力軸承兩種類(lèi)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。 多有楔軸承（三油楔、四油楔）：輕載、耗功大，高速小機(jī) 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(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 汽輪機(jī)種類(lèi) 汽輪機(jī)種類(lèi)很多，并有不同的分類(lèi)方法。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 9 頁(yè) 共 53 頁(yè) 1） 按結(jié)構(gòu) 有單級(jí)汽輪機(jī)和多級(jí)汽輪機(jī)；各級(jí)裝在一個(gè)汽缸內(nèi)的單缸汽輪機(jī)，和各級(jí)分裝在幾個(gè)汽缸內(nèi)的多缸汽輪機(jī)；各級(jí)裝在一根軸上的單軸汽輪機(jī)，和各級(jí)裝在兩根平行軸上的雙軸汽輪機(jī)等。 2） 按工作原理 有蒸汽主要在各級(jí)噴嘴 (或靜葉 )中膨脹的沖動(dòng)式汽輪機(jī)；蒸汽在靜葉和動(dòng)葉中都膨脹的反動(dòng)式汽輪機(jī)；以及蒸汽在噴嘴中膨脹后的動(dòng)能在幾列動(dòng)葉上加以利用的速度級(jí)汽輪機(jī)。 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(jī)等類(lèi)型。凝汽式汽輪機(jī)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(jī)；供熱式汽輪機(jī)既提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他機(jī)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(jī)的排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機(jī)；抽汽式汽輪機(jī)是能從中間級(jí)抽出蒸汽供熱的汽輪機(jī)；飽和蒸汽輪機(jī)是以飽和狀態(tài)的蒸汽作為新蒸汽的汽輪機(jī)。 4） 按用途 可分為為電站汽輪機(jī)、工業(yè)汽輪機(jī)、船用汽輪機(jī)等。 5） 按汽缸數(shù)目 可分為單缸汽輪機(jī)、雙缸汽輪機(jī)和多缸汽輪機(jī)。 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(jìn)行分類(lèi)。 汽輪機(jī) 優(yōu)點(diǎn) 與往復(fù)式蒸汽機(jī)相比，汽輪機(jī)中的蒸汽流動(dòng)是連續(xù)的、高速的，單位面積中能通過(guò)的流量大，因而能發(fā)出較大的功率。大功率汽輪機(jī)可以采用較高的蒸汽壓力和溫度，故熱效率較高。 19世紀(jì)以來(lái)，汽輪機(jī)的發(fā)展就是在不斷提高安全可靠性、耐用性和保證運(yùn)行方便的基礎(chǔ)上，增大單機(jī)功率和提高裝置的熱經(jīng)濟(jì)性。 發(fā)展前景 汽輪機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了電力工業(yè)的發(fā)展，到 20世紀(jì)初，電站汽輪機(jī)單機(jī)功率已達(dá) 10 兆瓦。隨著電力應(yīng)用的日益廣泛，美國(guó)紐約等大城市的電站尖峰負(fù)荷在 20陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁(yè) 共 53 頁(yè) 年代已接近 1000 兆瓦，如果單機(jī)功率只有 10 兆瓦，則需要裝機(jī)近百臺(tái)，因此 20年代時(shí)單機(jī)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(jī)。 此后的經(jīng)濟(jì)衰退和第二次世界大戰(zhàn)期間爆發(fā)，使汽輪機(jī)單機(jī)功率的增大處于停頓狀態(tài)。 50 年代，隨著戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求突飛猛進(jìn)，單機(jī)功率又開(kāi)始不斷增大，陸續(xù)出現(xiàn)了 325～ 600 兆瓦的大型汽輪機(jī)； 60 年代制成了 1000 兆瓦汽輪機(jī)； 70 年代，制成了 1300兆瓦汽輪機(jī)?，F(xiàn)在許多國(guó)家常用的單機(jī)功 率為 300～ 600兆瓦。 汽輪機(jī)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各部門(mén)中都有廣泛的應(yīng)用。汽輪機(jī)種類(lèi)很多，并有不同的分類(lèi)方法。 汽輪機(jī)的蒸汽從進(jìn)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(jí)葉片高度必須逐級(jí)加長(zhǎng)。大功率凝汽式汽輪機(jī)所需的排汽面積很大，末級(jí)葉片須做得很長(zhǎng)。 汽輪機(jī)裝置的熱經(jīng)濟(jì)性用汽輪機(jī)熱耗率或熱效率表示。汽輪機(jī)熱耗率是每輸出單位機(jī)械功所消耗的蒸汽熱量，熱效率是輸出機(jī)械功與所耗蒸汽熱量之比。對(duì)于整個(gè)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(dú)汽輪機(jī)的熱耗率高，電站熱效率比單獨(dú)汽輪機(jī)的 熱效率低。 一座汽輪發(fā)電機(jī)總功率為 1000 兆瓦的電站，每年約需耗用標(biāo)準(zhǔn)煤 230 萬(wàn)噸。如果熱效率絕對(duì)值能提高 1%，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 6 萬(wàn)噸。因此，汽輪機(jī)裝置的熱效率一直受到重視。為了提高汽輪機(jī)熱效率，除了不斷改進(jìn)汽輪機(jī)本身的效率，包括改進(jìn)各級(jí)葉片的葉型設(shè)計(jì) (以減少流動(dòng)損失 )和降低閥門(mén)及進(jìn)排汽管損失以外，還可從熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)采取措施。 根據(jù)熱力學(xué)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(jī)所用新蒸汽壓力和溫度都較低，熱效率低于 20%。隨著單機(jī)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(jìn)，蒸汽溫度逐步提高到 535℃ ，壓力也提高到 6～ 兆帕，個(gè)別的已達(dá) 16 兆帕，熱效率達(dá) 30%以上。 50年代初，已有采用新蒸汽溫度為 600℃ 的汽輪機(jī)。以后又有新蒸汽溫度為 650℃ 的汽輪機(jī)。 現(xiàn)代大型汽輪機(jī)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(gè)壓力等級(jí)，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(jī)的熱效率約為 40%。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 11 頁(yè) 共 53 頁(yè) 另外，汽輪機(jī)的排汽壓力越低，蒸汽循環(huán)的熱效率就越高。不過(guò)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(shè)備（通常稱(chēng)為真空泵），如果采用過(guò)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(shè)備，較長(zhǎng)的末級(jí)葉片，但同時(shí)真空太低又會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)汽缸（低壓缸）的蒸汽流速加快，使汽輪機(jī)汽缸（低壓缸）差脹加劇，危及汽輪機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。凝汽式汽輪機(jī)常用的排汽壓力為 5~10 千帕（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是 101325 帕斯卡）。船用汽輪機(jī)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(jī)熱效率的措施還有，采用回?zé)嵫h(huán)、采用再熱循環(huán)、采用供熱式汽輪機(jī)等。提高汽輪機(jī)的熱效率，對(duì)節(jié)約能源有著重大的意義。 大型汽輪機(jī)組的研制是汽輪機(jī)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向，這其中研制更長(zhǎng)的末級(jí)葉片，是進(jìn)一步發(fā)展大型汽輪機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵；研究提高熱效率是汽輪機(jī)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(jī)組，推廣供熱汽輪機(jī)的應(yīng)用則是這方面發(fā)展的重要趨勢(shì)。 現(xiàn)代核電站汽輪機(jī)的數(shù)量正在快速增加，因此研究適用于不同反應(yīng)堆型的、性能良好的汽輪機(jī)具有特別重 要的意義。 全世界利用地?zé)岬钠啓C(jī)的裝機(jī)容量， 1983 年已有 3190 兆瓦，不過(guò)對(duì)熔巖等深層更高溫度地?zé)豳Y源的利用尚待探索；利用太陽(yáng)能的汽輪機(jī)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(jī)尚待繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)研究。 另外，在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行過(guò)程中，采用新的理論和技術(shù)，以改善汽輪機(jī)的性能，也是未來(lái)汽輪機(jī)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。例如：氣體動(dòng)力學(xué)方面的三維流動(dòng)理論，濕蒸汽雙相流動(dòng)理論；強(qiáng)度方面的有限元法和斷裂力學(xué)分析；振動(dòng)方面的快速傅里葉轉(zhuǎn)換、模態(tài)分析和激光技術(shù)；設(shè)計(jì)、制造工藝、試驗(yàn)測(cè)量和運(yùn)行 監(jiān)測(cè)等方面的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)；壽命監(jiān)控方面的超聲檢查和耗損計(jì)算。此外，還將研制氟利昂等新工質(zhì)的應(yīng)用，以及新結(jié)構(gòu)、新工藝和新材料等。 目前發(fā)展瓶頸主要在材料上，材料問(wèn)題解決了，單片的功率就可以更 大。 汽輪機(jī)常見(jiàn)問(wèn)題 在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，汽輪機(jī)滲漏和汽缸變形是最為常見(jiàn)的設(shè)備問(wèn)題，汽缸結(jié)合面的嚴(yán)密性直接影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，檢修研刮汽缸的結(jié)合面，使其達(dá)到嚴(yán)密，是汽缸檢修的重要工作，在處理結(jié)合面漏汽的過(guò)程中，要仔細(xì)分析形成陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 12 頁(yè) 共 53 頁(yè) 的原因，根據(jù)變形的程度和間隙的大小，可以綜合的運(yùn)用各種方法，以達(dá)到結(jié)合面嚴(yán)密的要求。 汽輪機(jī)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(guò)時(shí)效處理，就是要存放一些時(shí)間，使汽缸在住鑄造過(guò)程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力完全消除。如果時(shí)效時(shí)間短，那么加工好的汽缸在以后的運(yùn)行中還會(huì)變形，這就是為什么 有的汽缸在第一次泄漏處理后還會(huì)在以后的運(yùn)行中還有漏汽發(fā)生。因?yàn)槠走€在不斷的變形。 2） 汽缸在運(yùn)行時(shí)受力的情況很復(fù)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(shí)對(duì)靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對(duì)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(fù)荷增減過(guò)快，特別是快速的啟動(dòng)、停機(jī)和工況變化時(shí)溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機(jī)檢修時(shí)打開(kāi)保溫層過(guò)早等，在汽缸中和發(fā)蘭上產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形。 4） 汽缸在機(jī)械加工的過(guò)程中或經(jīng) 過(guò)補(bǔ)焊后產(chǎn)生了應(yīng)力，但沒(méi)有對(duì)汽缸進(jìn)行回火處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應(yīng)力，在運(yùn)行中產(chǎn)生永久的變形。 5） 在安裝或檢修的過(guò)程中，由于檢修工藝和檢修技術(shù)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(yùn)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(guò)多或是型號(hào)不對(duì)；汽缸密封劑內(nèi)若有堅(jiān)硬的雜質(zhì)顆粒就會(huì)使密封面難以緊密的結(jié)合。 VIF900 高溫汽缸密封劑是最新汽輪機(jī)汽缸密封材料，高、中、低壓缸可通用，避免了型號(hào)選擇不當(dāng)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(jié)合面的嚴(yán)密性主要靠螺栓的緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)組的起?；蚴窃鰷p負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和高溫會(huì)造成螺栓的應(yīng)力松弛，如果應(yīng)力不足，螺栓的預(yù)緊力就會(huì)逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質(zhì)不好，螺栓在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行當(dāng)中，在熱應(yīng)力和汽缸膨脹力的作用下被拉長(zhǎng)，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會(huì)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(shí)是從中間向兩邊同時(shí)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(huì)把變形最陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)