汽輪機結構及安裝 - 動設備交流區(qū) - 海川在線-海川化工論壇化工技術交流社區(qū) - Po...

做最美自己 2011-05-08

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汽輪機包括汽輪機本體、調節(jié)保安裝置及輔助設備三大部分。
一、蒸汽輪機本體
蒸汽輪機本體包括：靜體（固定部分）--汽缸、噴嘴、隔板、汽封等；轉子（轉動部分）--軸、葉輪、葉片等；軸承（支承部分）--徑向軸承和止推軸承。
1、汽缸
汽缸本身是水平剖分為上下部分，上下缸又各分有前后缸。前缸因溫度高用鑄鋼制造，后缸溫度低用鑄鐵制造。
汽輪機組在起動或停機、增減負荷時，缸體溫度均會上升或下降，會產生熱脹和冷縮現象。由于溫差變化，熱膨脹幅度可由幾毫米至十幾毫米。但與汽缸連接的臺板溫度變化很小，為保證汽缸與轉子的相對位置，在汽缸作為臺板間裝有適當間隙的滑銷系統(tǒng)，其作用是：
a、保證汽缸和轉子的中心一致，避免因機體膨脹造成中心變化，引起機組振動或動、靜之間的摩擦；
b、保證汽缸能自由膨脹，以免發(fā)生過大應力而引起變形；
c、使靜子和轉子軸向與徑向間隙符合要求。
根據滑銷的構造，安裝位置和不同的作用，滑銷可分為：
a、橫銷(圖7-1)：其作用是允許汽缸在橫向能自由膨脹，一般裝在低壓缸排氣室的橫向中心線上或排氣室的尾部，左、右各裝一個。
            圖7-1 縱橫銷
b、縱銷(圖7-1)：其作用是允許汽缸沿縱向中心能自由膨脹，限制汽缸縱向中心的橫向移動。縱銷中心線與橫銷中心線的交點稱為“死點”汽缸膨脹時這點始終保持不動?？v銷安裝在后軸承座、前軸承座的底部。
c、立銷(圖7-2)：其作用是保證汽缸在垂直方向能自由膨脹，并與縱銷共同保持機組的縱向中心不變。立銷安裝在低壓汽缸排氣室尾部與臺板之間、高壓汽缸的前端與前軸承座之間以及雙缸汽輪機的低壓汽缸前端和高壓汽缸端與中心軸承座之間。所有的立銷均在機組的縱向中心線上。
                     圖7-2  立銷
d、貓爪橫銷(圖7-3)：其作用是保證汽缸能橫向膨脹，同時隨著汽缸在軸向的膨脹和收縮，推動軸承座向前或向后移動，以保持轉子與汽缸的軸向相對位置。貓爪橫銷安裝在前軸承座及雙氣缸汽輪機中間軸承座的水平結合面上。貓爪橫銷和立銷共同保持汽缸的中心和軸承座的中心一致。
                     圖7-3 貓爪橫銷
e、角銷(圖7-4)：裝在前部軸承座及雙缸汽輪機中間軸承座底部的左右兩側，以代替連接軸承座與臺板的螺栓，但允許軸承座縱向移動。


圖5-7-5  斜銷                         圖7-4  角銷
f、斜銷(圖7-5)：它是一種輔助滑銷，起縱銷和橫銷的雙重導向作用。裝在排汽室前部左右兩側撐腳與臺板之間。
前軸承箱座落在前座架上，前座架由地腳螺栓固定在基礎上，前軸承箱與前座架之間有縱向鍵導向允許前軸承箱沿前座架沿縱向滑動。前汽缸靠貓爪與緊固在前軸承箱上的滑塊連接，前汽缸與前軸承箱之間有垂直鍵定位保證兩者縱向中心一致。后汽缸座落在后座架上，后座架由地腳螺栓固定在基礎上，后汽缸導板保證后汽缸與縱向中心一致。
就每臺汽輪機的滑銷系統(tǒng)而言，都有一個點，不管汽輪機的汽缸怎么前后左右膨脹，這個點的相對位置都不變，這個點叫汽缸膨脹的死點。為保證汽缸能向前、后、左、右自由膨脹，為此各滑銷與其槽的配合上，要求有一定的間隙，并且在精密加工之后，由鉗工精心配制，滑動面要求光潔，無銹斑及毛刺，滑銷系統(tǒng)發(fā)生故障，會妨礙機組的正常膨脹，嚴重時會引起機組的振動，甚至使機組無法正常運行。
2、噴嘴組和隔板
在沖動式汽輪機中，蒸汽熱能轉變?yōu)閯幽艿倪^程是在噴嘴中發(fā)生的。蒸汽流過變截面的噴嘴汽道之后，體積膨脹，壓力降低，流速增加，然后按一定的噴射角度進入動葉片中做功。
汽輪機汽缸中的隔板是由隔板外緣、噴嘴、隔板體構成的圓形板狀組合件，汽缸內的一級隔板與其后的一級葉輪組成一個壓力級。隔板分為上下兩個半圓，在中分面上有定位鍵，以保證上下隔板組成一體。
在汽輪機中，通常將裝在調節(jié)汽室上的噴嘴組合體簡稱為噴嘴組，它是由噴嘴組外緣、噴嘴及噴嘴組內緣所組成。
汽輪機隔板按制造方法來分，可分為鑄造隔板、焊接隔板、組合隔板三種。
3、汽封
汽輪機高壓端軸封稱為高壓軸封，在單缸汽輪機中又稱為前軸封。低壓端軸封稱為低壓軸封，在單缸汽輪機中又稱為后軸封。裝在隔板汽封槽中的汽封稱為隔板汽封。另外裝在隔板上與圍帶配合防止漏汽的又稱為圍帶汽封。不論是軸封還是隔板汽封、圍帶汽封，其構造及外形均大同小異，阻汽原理一致，統(tǒng)稱為汽封。
（1）汽封的作用
汽輪機汽缸兩端軸孔處與轉軸間有一定間隙，這樣在工作時，汽缸內進汽端將發(fā)生高壓蒸汽大量泄露。再看排汽端，一般凝汽式汽輪機的排汽壓力在0.02公斤/厘米2(絕對)左右,即排汽端處于高真空狀態(tài),大氣中的空氣將沿后軸孔大量漏入排汽管和凝汽器，就會破壞汽輪機的真空。因此，為了減少高壓端的向外漏汽和排汽端往里漏空氣，要求在汽缸兩端軸孔處配備汽封裝置（又稱軸封）。
（2）汽封的結構
目前廣泛采用的是高低齒型的梳齒結構，如圖7-6所示
軸封片直接在軸封環(huán)上車出，或將軸封片壓緊在軸封環(huán)的槽道里，軸封環(huán)一般由四個或六個弧段組成。齒尖最薄處厚度為0.1毫米。有彈簧片壓住軸封環(huán)，使其緊貼隔板或汽封體，彈簧片的作用是箍緊軸封環(huán)，當軸封片與主軸相碰時，可自動退讓，防止軸封受損。當壓差較小時，可以不用高低齒，而用平齒。為了減少漏汽，要求軸封間隙盡量小，但為了保證機組的安全運行，要求軸封不發(fā)生碰擦現象，所以軸封間隙有一定的要求。

         1-彈簧片 2-軸封套 3-軸封環(huán)    4-軸
               圖7-6  高低齒型軸封
除了汽輪機兩端有軸封外，每一級隔板軸孔也需要安裝汽封片，以減少級間漏汽。隔板汽封的結構與軸端汽封相同，只是壓差較小，所需要汽封片數目較少而已。此外，有的汽輪機葉片上也設有汽封裝置。
（3）汽封環(huán)和汽封片的材料
高溫工作區(qū)汽封環(huán)用鉻不銹鋼1Cr13，或鉻鉬釩不銹鋼Cr11MoV，汽封片用鉻鎳鈦不銹鋼1Cr18Ni9Ti。低溫工作區(qū)汽封環(huán)用錫青銅，汽封片用鉛黃銅。
（4）端部軸封系統(tǒng)
為了確保汽輪機的安全工作，合理地利用端部軸封的漏汽，提高汽輪機的經濟性。汽輪機端部軸封都有一套專門的軸封管路系統(tǒng)。
高壓端雖裝有軸封，但仍不能避免蒸汽經過軸封向外漏，為了盡量減少這一損失，把高壓端軸封分成若干段，每端之間留一定的空室，將這些空間的漏汽合理地引至不同的地方加以利用，以提高汽輪機的經濟性。小型汽輪機的高壓漏汽經管道可引至低壓端軸封內作為密封用汽，其余少量漏汽再經幾道軸封片，由信號管排至大氣。運行人員可通過觀察信號管的冒汽情況來判斷端部軸封工作的好壞。
低壓端為了防止空氣經軸封片漏入汽缸，必須引用壓力稍高于大氣壓力的蒸汽來封住軸封通道。這部分蒸汽是由高壓端軸封引來的，在軸封室中一部分經部分軸封片后流如低壓汽缸中，另一部分則沿軸封間隙外流，最后經信號管排至大氣。
汽輪機正常工作時，高壓端軸封漏汽除引入低壓端軸封外，多余的部分可以經管道引入凝汽器。汽輪機起動和停機時，高壓端軸封沒有蒸汽，則應引用經過節(jié)流降壓的新蒸汽同時送入高、低壓端軸封中去。
4、轉子
汽輪機所有轉動部件的組合體稱為轉子。它主要包括：主軸、葉輪、葉片等部件(圖7-7)。
汽輪機轉子除了受高溫高壓蒸汽的作用外，更主要的是由于它在高速下工作，受離心力的作用，還必須考慮振動的問題。我國國產機組主要采用的轉子形式：（1）套裝式轉子；（2）整鍛式轉子；（3）組合轉子；（4）焊接式轉子。國產中小型、中等參數以下的機組的轉子都采用套裝式結構。
套裝式葉輪在套裝前葉輪內孔應比軸徑小0.05～0.15%，套裝時將葉輪內孔周緣加熱，直至葉輪內孔比軸徑大0.10～0.20毫米，或控制紅套溫度250～270℃，將葉輪紅套在軸上，待葉輪冷卻后內孔對軸就產生了很大的壓緊力，保證葉輪高速旋轉時的安全可靠。套裝式葉輪的優(yōu)點是加工制造方便，但是它在高溫條件下工作時，葉輪與主軸之間容易發(fā)生松動，所以高溫機組的轉子常用整鍛式結構。
1、葉輪的結構
葉輪的結構分為三個部分：
① 輪緣部分　是安裝葉片的部分，具有與葉根結構相配合的形狀。
② 輪轂部分　通過它葉輪紅套在軸上。
③ 輪體部分　是把輪緣與輪轂聯(lián)成一體的中間部分。由于速度很高，
④ 它的受力與變形主要取決于葉輪本身旋轉時產生的離心力，以等強度的型式為好，但是制造困難。一般常用錐形。材料低壓時用４５鋼，中壓用35CrMoA或34CrMoA.一般輪體上還鉆有七個平衡孔，這是為了減少葉輪前后壓差所造成的作用在轉子上的軸向推力。
2、葉片的結構與固定　　
葉片由葉根、工作部分和頂部組成。
葉根　用來將葉片固定在葉輪上，葉根與葉輪的連接應牢固可靠，而且要保證葉片在任何運行條件下都不會松動，同時葉根的結構應在滿足強度的條件下盡量簡單，使制造、安裝方便，并使葉輪緣的軸向尺寸為最小。常用的葉根有：T型、菌型葉根、叉形葉根、樅樹型葉根。
工作部分　蒸汽從這里通過，將動能轉化為機械功，工作部分是葉片的主要部分。葉片的凹入部分稱為葉面，凸出部分稱為葉背，一般汽輪機的葉片型線沿葉高是相同的，當葉高很長時，而葉高與直徑之比大于１／１０時，則用扭曲葉片。
葉頂  一般做成鉚釘狀，上面有套裝圍帶，它加強了葉片強度又減少了漏汽。圍帶有以下幾種形式：
①鉚接圍帶：圍帶由扁鋼制成，然后用鉚接法固定在葉片的頂部。
②整體圍帶：圍帶與葉片同為一整體，在加工葉片時一起銑出，待葉片組裝后，再將圍帶焊在一起。
③彈性拱型圍帶：它是將彈簧鋼片彎成拱型，用鉚釘固定在葉片頂部，采用互圈環(huán)狀聯(lián)接。
當葉片很長時，還裝有拉金，將葉片聯(lián)接成葉片組，以增強葉片強度并改善葉片的振動特性。拉金通常做成棒狀或管狀，在一級葉片中一般有1~2圈拉金，最多不超過3圈，用拉金連接的方法有，分組聯(lián)接、整圈連接及組間聯(lián)接。
葉片的安裝有以下幾種：
① 周向埋入法：將葉片從圓周方向依次嵌裝在葉輪輪緣的相應槽內，最后一個葉片（末葉）封住缺口再用鉚釘鉚死，T型葉根和菌型葉根均采用此法。
② 軸向埋入法：將葉片從軸向單個裝入葉輪輪緣的相應槽內。樅樹型葉根常采用此法安裝。
③ 徑向跨裝法：將葉片的叉型葉根徑向插入葉輪輪緣的叉形槽內，然后用鉚釘固定。此法僅適用于叉型葉根的安裝。
5、軸承
目前大多數汽輪機都采用滑動軸承。汽輪機除了有徑向軸承外，還有止推軸承。因為，汽輪機在工作時，轉子上產生一個由高壓端推向低壓端的軸向推力。因此，通常在轉子前端設有推力軸承，以承受軸向推力，并對保持通流部分的軸向間隙起了定位作用。目前我國國產機組的前軸承大多數都采用徑向推力聯(lián)合軸承。

第五節(jié)  調速控制系統(tǒng)
在煉油化工行業(yè)中，汽輪機大多用作原動機驅動壓縮機、機泵等，為了節(jié)約能源，汽輪機的效率都是根據在一定轉速下進行設計。當轉速變化很大時，會使汽輪機嚴重地偏離設計工況，使效率降低。為此需要將汽輪機穩(wěn)定在一定轉速，汽輪機控制調速系統(tǒng)的目的是為了滿足這個要求。它根據汽輪機的轉矩和轉速相應變化的關系，利用轉速變化作為訊號來進行調節(jié)。當轉速有一個很小的變化時，調速系統(tǒng)能自動地改變汽輪機的進汽量，使汽輪機的功率和負荷相適應，從而使轉速不發(fā)生很大的變化。汽輪機的調速控制系統(tǒng)由起動裝置、安全裝置、保安裝置、調速器、監(jiān)視裝置組成。
一、起動裝置
起動裝置的作用是打開速關閥，起動裝置由危急保安裝置來的壓力油，作為起動油進入起動裝置，隨著操縱桿的移動，滑閥也隨之移動，依次接通起動油壓和速關油壓，將速關閥打開。
二、安全裝置--速關閥
速關閥是水平安裝在汽輪機汽缸的進汽管路上，由閥體、濾網和油缸等部分組成（圖7-8）。速關閥是新蒸汽管網和汽輪機之間的主要關閉機構，在運行中當出現事故時，它能在最短時間內切斷進入汽輪機的蒸汽。
閥體部分：       圖7-8 速關閥結構圖
新蒸汽經過蒸汽濾網閥錐，在這個閥錐中裝有一只卸荷錐，由于它的面積相對閥錐要小得多，所以在速關閥開啟時能夠減少提升力。在卸荷閥開啟后，閥錐后的壓差減小，容易被開啟。閥套中的