定州600MW 汽輪機結構及檢修

1、第一部分 汽缸及靜止部分第一節(jié) 我國電站 600MW 機組的情況簡介從 20 世紀 6090 年代的 30 年間 , 電站汽輪機產(chǎn)品在單機功率和蒸汽初參數(shù)上都沒有重大的突破, 只是在產(chǎn)品的可靠性、機動性、控制水平和經(jīng)濟性等方面有所進展。為了進一步降低機組單位功率的重量, 提高機組的內(nèi)效率, 有的制造廠正在研制更高參數(shù)的大型機組。如日本川越電站 70OMW 燃用天然氣的超臨界壓力機組, 其初參數(shù)壓力為 31.6MPa 、溫度為 566/566 , 汽輪機的設計熱耗為 7461K/(KWh), 汽輪機組熱循環(huán)效率為 48.26% 。我國最大的汽輪機制造廠哈爾濱汽輪機廠, 生產(chǎn)的 60OMW 機組,

2、 其設計熱耗為7829kJ/(KWh), 接近世界最先進水平。該廠已投運的合金鋼長葉片為 100Omm, 己研制的鐵合金葉片系列有 700 、 1000 、 1200mm；正在設計制造的單機功率有 800 、 100OMW 。各國電站汽輪機組典型產(chǎn)品的經(jīng)濟技術水平如表 0-1 所列。我國電站自 20 世紀 80 年代以來開始裝備 60OMW 等級的汽輪發(fā)電機組, 這些機組的基本特點參見表0-2。圖 0-4 為哈爾濱第三電廠 60OMW 汽輪機的總體結構圖。從表 0-1 和表 0-2 中可以看出 , 國內(nèi)外 60OMW 等級汽輪機組的總體結構狀態(tài)和主要的技術經(jīng)濟指標。在通流部分的結構方面 , 沖

3、動式和反動式的優(yōu)點得到了很好的應用； 蒸汽參數(shù)多采用以亞臨界壓力 1619MPa 、溫度 530566 的參數(shù) , 且以 16.616.7MPa 、 540 最為普遍 , 而采用超臨界壓力的蒸汽壓力約為 24MPa 、溫度 536566 。對于汽輪機組的熱耗, 亞臨界壓力機組約為 7790800OKJ/(KWh) GE 公司的 60OMW 調(diào)峰機組熱耗為 8441KJ/(KWh), 超臨界壓力機紐約為 7650791OKJ/(kwh) 。汽輪機末級葉片長度對機組的功率和效率有明顯的影響。目前用于 300Or/min 的 60OMW 等級機組的合金鋼末級葉片長度約為 7871072mm 己研制成

4、功的鐵合金葉片長度 有 700 、 900 、 1000 、 1200 、 130Omm, 長度為 150Omm 的鐵合金葉片正在研制之中。我國早 期安裝的 60OMW 等級汽輪機組的末級葉片長度為 85090Omm, 近期安裝的機組末級葉片長度為 10001072mm 。在汽輪機組的總體結構方面 ,60OMW 等級機組多數(shù)采用四缸四排汽的形式 , 即高壓缸、中壓缸 ( 單流程、雙流程均有采用 )、兩個雙流程低壓缸。也有采用高、中壓缸合缸的結構, 構成三缸四排汽的總體結構, 其好處是使機組更加緊湊。但由于合缸高中壓缸尺寸較大, 熱慣性大, 有可能造成調(diào)峰性能較差。這種結構形式的中壓缸級數(shù)較少

5、, 有可能限制中壓缸效率的提高。60OMW 等級機組的高、中、低壓缸采用雙層 ( 內(nèi)、外 ) 缸形式。高、中壓缸由鑄造制成 , 低壓缸多數(shù)為焊接結構。絕大多數(shù)制造廠的汽缸采用帶法蘭的水平中分面。由ABB 公司制造的上海石洞口二電廠超臨界壓力 60OMW 機組, 其高壓內(nèi)缸的中分面沒有法蘭, 而是用 7 只鋼套環(huán)將內(nèi)缸上、下半緊箍成一個圓筒體, 且內(nèi)缸中分面與水平面成 50º夾角?，F(xiàn)代 60OMW 等級汽輪機汽缸采用窄法蘭, 不設法蘭螺栓加熱裝置, 運行、檢修較為方便。采用雙層缸結構, 汽缸壁可以較薄, 有利于降低啟動、停機過程的熱應力。60OMW 等級機組的汽輪機轉子, 絕大多數(shù)制造

6、廠采用整鍛轉子或焊接轉子, 只有俄羅斯和日本的三菱公司還有套裝轉子。現(xiàn)在制造的整鍛轉子大多數(shù)沒有中心孔。汽輪機轉子的支承方式, 有采用兩根轉子四個軸承和兩根轉子三個軸承兩種基本形式 ( 即四支承和三支承 )。中國、俄羅斯、美國的 GE 公司和 WH 公司、法國 Alsthorn 、英國 GEC 公司、日本等多數(shù)采用每根轉子由兩個軸承支承。瑞士的 ABB 公司和德國的 KWU 公司在兩根轉子中間只用一個軸承, 組成單支點軸系。支持軸承的形式 , 中國的哈爾濱汽輪機廠和上海汽輪機廠、美國的 GE 公司和 WH 公 司、日本的三菱和東芝公司 , 對承受負荷不很重的軸承 ( 如高中壓轉子和第一根低壓轉

7、子 ), 采用可傾瓦軸承 , 對承受負荷很重的軸承 ( 如第二根低壓轉子和發(fā)電機轉子 ), 則采用圓筒 形軸承, 軸系的穩(wěn)定性較好。中國的東方汽輪機廠、俄羅斯、日本的日立公司, 對負荷不很重的軸承, 采用可傾瓦軸承, 對承受負荷很重的軸承, 采用橢圓形軸承, 瑞士的 ABB 公司采用類似于橢圓形軸承的改良型袋式軸承。汽輪發(fā)電機軸系的盤車 , 多數(shù)采用低速盤車方式。在重載軸承處 , 有用頂軸油設施和不用頂軸油設施兩種形式。為了提高大型汽輪機組的經(jīng)濟性和可靠性 , 各制造廠正在對大型汽輪機從參數(shù)、單機功率、控制水平、安全設施等方面進行不懈的努力。美國的西屋公司正在研制 800MW 、 31.OMP

8、a 、 593/566/566 的超臨界壓力兩次再熱 汽輪機組。在煤、水耗量不變的條件下 , 效率和功率各提高 10%, 廠用電降低 4%, 在整個機組壽命期內(nèi)估計可節(jié)約1.4 億美元。俄羅斯正在研制 23.5MPa 、 585/585 和 31.5MPa 、 650/570 的 800100OMW 和200OMW 的電站汽輪機。瑞士正在研制 160OMW 、 26.OMPa 、 538/552/565 兩次再熱汽輪機。這些努力的主要目的是提高機組的經(jīng)濟性和可靠性。如西歐、俄羅斯和日本各公司都制定了電站汽輪機的可靠性指標: 可用率不得低于 0.97, 大修間隔不得小于 4 年, 無事故累計運行

9、時間不得少于 500Oh, 使用壽命不得少于30 年。俄羅斯國家標準規(guī)定超臨界壓力參數(shù)汽輪機組的熱耗率,30OMW 機組為 7725KJ/(KWh),50080OMW 機組為7641KJ/ (kwh) 。目前各國公司正在積極采取措施來達到或超過上述指標。采用燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站是提高電站熱效率的另一重要途徑。如浙江鎮(zhèn)海30OMW 的燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站, 采用了兩臺 10OMW 等級燃氣輪機和一臺 10OMW 等級的汽輪機, 電站的熱效率達到 47.8% 。第二節(jié) 汽缸的結構和熱膨脹一、汽缸的作用汽缸是汽輪機的外殼, 其作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開 , 形成封閉的汽室, 保證蒸汽在汽

10、輪機內(nèi)部完成能量轉換過程。汽缸內(nèi)安裝著噴嘴室、隔板、隔板套等零部件； 汽缸外連接著進汽、排汽、抽汽等管道。汽缸質(zhì)量大、形狀復雜并且在高溫高壓下工作, 除了承受內(nèi)外壓差以及汽缸本身和裝在其中的各零部件的重力等靜載荷外, 還要承受隔板和噴嘴作用在汽缸上的力, 以及進汽管道作用在汽缸上的力和由于沿汽缸軸向、徑向溫度分布不均勻 ( 尤其在啟動、停機和變工況時 ) 而引起的熱應力。汽缸運行中的熱應力對高參數(shù)、大功率汽輪機的影響更為突出。因此, 在考慮汽缸結構時, 除了要保證足夠的強度、剛度和保證各部分受熱時自由膨脹以及通流部分有較好的流動性能外, 還應考慮在滿足強度和剛度的要求下, 盡量減薄汽缸壁和連接

11、法蘭的厚度, 并力求使汽缸形狀簡單、對稱, 以減小熱應力。為了節(jié)省高級耐熱合金鋼 , 還應使高溫高壓部分限制在盡可能小的范圍內(nèi)。 同時還要保持靜止部分同轉動部分處于同心狀態(tài), 并保持合理的間隙。另外, 在汽輪機運行時, 必須合理控制汽缸溫度的變化速度和溫差, 以避免汽缸產(chǎn)生過大的熱應力和熱變形, 及由此而引起的汽缸結合面不嚴密或汽缸裂紋。二、汽缸的結構 1. 總體結構為了加工制造及安裝檢修方便, 汽缸多做成水平對分形式, 即分為上、下汽缸 , 水平結合面用法蘭螺栓連接, 且上、下汽缸的水平中分面都經(jīng)過精加工 , 以防止結合面漏汽。同時為了合理利用材料 , 還常以一個或兩個垂直結合面而分為高壓、

12、中壓、低壓等幾段。和水平結合面一樣, 垂直結合面亦通過法蘭、螺栓連接, 所不同的是, 垂直結合面通常在制造廠一次裝配完畢就不再拆卸了, 有的還在垂直結合面的內(nèi)圓加以密封焊。汽缸自高壓端向低壓端看 , 大體上呈圓筒形或近似圓錐形。如圖 2-22 所示為高壓單缸凝汽式汽輪機汽缸外形圖。該汽缸除有水平中分面外, 還有兩個垂直結合面, 將汽缸分為高、中、低壓三段。前部有四個和汽缸焊在一起的蒸汽室, 分別與四根進汽管相連, 下部留有各級抽汽管口, 尾部則是與凝汽器相連接的排汽管口。汽缸的高、中壓段一般采用合金鋼或碳鋼鑄造結構 , 低壓段可根據(jù)容量和結構要求, 采用鑄造結構或由簡單鑄件、型鋼及鋼板焊接的焊

13、接結構。 一般汽輪機的汽缸數(shù)目是隨機組容量的增大而增加的 ,600MW 機組一般采用四個汽缸。2. 高、中壓缸通常初參數(shù)不超過 8.83MPa 、 535 , 容量在 100 MW 以下的中、小功率汽輪機, 都采用單層汽缸結構。隨著初參數(shù)的不斷提高, 汽缸內(nèi)外壓差不斷增大 , 為保證中分面的汽密性 , 連接螺栓必須有很大的預緊力 , 因而螺栓尺寸加大。與此相應 , 法蘭、汽缸壁都很厚 , 導致啟動、停機和工況變化時 , 汽缸壁和法蘭、法蘭和螺栓之間將因溫差過大而產(chǎn)生很大的熱應力 , 甚至使汽缸變形、螺栓拉斷。為此, 近代高參數(shù)大容量汽輪機的高壓缸多采用雙層缸結構。有的機組甚至將高、中壓缸和低壓

14、缸全做成雙層缸。例如 600MW 機組的高、中、低壓缸均采用雙層缸結構； 有的機組低壓缸甚至采用三層缸結構。高、中壓缸采用雙層缸結構的優(yōu)點是 :(1) 把原單層缸承受的巨大蒸汽壓力分攤給內(nèi)外兩層缸, 減少了每層缸的壓差與溫差, 缸壁和法蘭可以相應減薄 , 在機組啟停及變工況時 , 其熱應力也相應減小, 因此有利于縮短啟動時間和提高負荷的適應性。(2) 內(nèi)缸主要承受高溫及部分蒸汽壓力作用 , 且其尺寸小 , 故可做得較薄 , 則所耗用的貴重耐熱金屬材料相對減少。 而外缸因設計有蒸汽內(nèi)部冷卻 , 運行溫度較低 , 故可用較便宜的合金鋼制造 , 節(jié)約優(yōu)質(zhì)貴重合金材料。(3) 外缸的內(nèi)、外壓差比單層汽

15、缸時降低了許多 , 因此減少了漏汽的可能 , 汽缸結合面的嚴密性能夠得到保障。但雙層缸結構的缺點是, 增加了安裝和檢修的工作量。雙層缸結構的汽缸通常在內(nèi)外缸夾層里引入一股中等壓力的蒸汽流。當機組正常運行時, 由于內(nèi)缸溫度很高, 其熱量源源不斷地輻射到外缸 , 有使外缸超溫的趨勢 , 這時夾層汽流對外缸起冷卻作用。當機組冷態(tài)啟動時 , 為使內(nèi)外缸盡可能迅速同步加熱 , 以減小動、靜脹差和熱應力 , 縮短啟動時間 , 此時夾層汽流即對汽缸起加熱作用。圖 2-23 為某大功率汽輪機高壓內(nèi)、外缸示意圖。內(nèi)缸工作溫度較高 , 采用綜合性能較好的珠光體熱強鋼 ZG15CrMoV, 能在 570 下長期工作

16、。而由于夾層 I 區(qū)一直受到一號汽封套和噴嘴室進汽短管中漏汽的冷卻 , 區(qū)一直受到高壓缸第九級后引出的一部分蒸汽的冷卻 , 外缸工作溫度較低 , 可以采用不含釩的熱強鋼 ZG2OCrMo, 能在 500下長期工作。 同時又由于 I、 區(qū)的溫度與通流部分中相應位置的汽流溫度相差不大 , 還保證了每層汽缸的內(nèi)、外溫差及轉子和汽缸的脹差不致過大。為了減少內(nèi)缸對外缸的輻射熱量 , 降低外缸溫度 , 還可以在夾層中間加裝遮熱板 , 大約可使外缸溫度降低 30 左右。在外缸材料工作溫度許可的條件下 , 考慮到加工 , 特別是安裝、檢修的方便性以及減少運行中的噪聲 ,也可以不裝遮熱板。圖 2-24 是又一種

17、雙層結構的高壓缸 , 它多用于我國引進的大功率汽輪機上 ( 法國 GEM300 MW 汽輪機和 ABB 公司生產(chǎn)的 600MW 超臨界汽輪機的高壓缸均采用這種結構 )。其內(nèi)缸是圓筒形汽缸 , 由兩個基本上對稱的無法蘭半圓形汽缸組成 , 用七道熱套緊配的環(huán)形緊圈箍緊密封。 因內(nèi)隔熱板的存在 , 可將內(nèi)缸與緊圈間的溫差保持在一定范圍內(nèi), 因而可控制緊圈的伸量, 以保證足夠的緊力。這種結構的采用取消了法蘭, 大大減小了啟動、停機及負荷變動時汽缸壁的熱應力, 縮短了機組的啟停時間, 改善了機組的負荷適應性。然而, 無水平中分面, 這種圓筒形在汽缸安裝、檢修時較為困難, 特別是動靜間隙的調(diào)整, 檢測很不

18、方便。3. 進汽部分進汽部分指調(diào)節(jié)汽閥后蒸汽進入汽缸第一級噴嘴這段區(qū)域, 它包括調(diào)節(jié)汽閥至噴嘴室的主蒸汽 ( 或再熱蒸汽 ) 導管、導管與汽缸的連接部分和噴嘴室。它是汽缸中承受蒸汽壓力和溫度最高的部分。隨著汽輪機單機功率的增加, 進汽參數(shù)的提高, 除采用多缸及雙層汽缸外, 對進汽部分的結構也提出了新的要求。首先表現(xiàn)在調(diào)節(jié)閥的布置上。進汽參數(shù)在 8.83MPa 、 535 及以下的中、小功率汽輪機, 調(diào)節(jié)閥均直接裝在汽缸上, 更高參數(shù)的大功率汽輪機, 為減小熱應力, 對汽缸受熱均勻性及形狀對稱性要求越來越高 ,這就要求噴嘴室沿圓周均勻分布, 而且汽缸上下都要有進汽管和調(diào)節(jié)閥。由于調(diào)節(jié)閥布置在汽缸

19、下部會給機組布置、安裝、檢修帶來困難,因此需要把調(diào)節(jié)閥與汽缸分離單獨布置。另外, 大功率汽輪機進汽管和再熱管道多為雙路布置, 需要兩個主汽閥。這樣就可以把兩個主汽閥分置于汽缸兩側 , 并且分別和調(diào)節(jié) 閥合用一個殼體 , 每個主汽閥控制兩個或多個調(diào)節(jié)閥 ( 國產(chǎn) 135 、 300、600MW 汽輪機都采用這種結構)。圖 2-25 以國產(chǎn) 600 MW 汽輪機為例 , 說明了高參數(shù)、大功率汽輪機高壓進汽管及調(diào)節(jié)閥的布置情況 , 其中 I 、號調(diào)節(jié)閥與 1 號主汽閥裝在一個殼體內(nèi)、號調(diào)節(jié)閥與 2 號主汽閥裝在一個殼體內(nèi) , 分別置于高壓缸兩側的運轉平臺上 , 再用四根進汽導管把調(diào)節(jié)閥和內(nèi)外缸聯(lián)系在

20、一起。為了補償進汽導管和汽缸的熱膨脹, 導管都做成具有較大撓性的彎曲形狀 , 并呈星形 ( 徑向 ) 布置。它具有能使汽缸形狀簡化、對稱 , 避免高溫蒸汽直接與汽缸接觸 , 便于安裝檢修等優(yōu)點。但是由于調(diào)節(jié)閥后這段進汽導管的存在, 增加了有害蒸汽容積, 從而降低了機組調(diào)節(jié)的靈敏性, 增加了甩負荷時動態(tài)升速過大的危險 , 對調(diào)節(jié)機構提出了更高的要求。因此 , 應盡量使調(diào)節(jié)閥靠近汽缸 , 以減小調(diào)節(jié)閥后的蒸汽空間。4. 排汽缸單缸汽輪機的低壓段以及多缸汽輪機的低壓缸 , 統(tǒng)稱汽輪機的排汽缸。現(xiàn)代大功率凝汽式汽輪機, 由于容積流量很大, 因而排汽缸尺 寸很大, 排汽口數(shù)目往往不止一個。由于排汽缸內(nèi)承

21、受的蒸汽壓力、溫度都比較低 , 它的強度一般沒有什么問題。但是為充分利用排汽余速、減小流動損失, 要求排汽缸有合理導流形狀, 以及防止因剛度不足而產(chǎn)生變形等成了考慮的主要問題, 如圖 2-26 所示是一大功率汽輪機的排汽缸, 為防止因剛度不足而產(chǎn)生變形 , 把它設計成雙層缸結構。有些大功率汽輪機除將汽輪機后軸承座和發(fā)電機前軸承座落地布置外, 還將低壓缸兩端的外汽封體固定在相應的軸承座外殼上, 汽封與排汽缸之間采用整圈的波形彈性管連接, 以避免由于汽缸變形而影響轉子與汽封片間的徑向間隙。5. 法蘭和連接螺栓汽缸內(nèi)部承受很大的蒸汽壓力 , 因此水平結合面的密封是一個非常重要的問題。高參數(shù)汽輪機汽缸

22、所承受的壓力很高 ( 特別是高壓缸 ), 要保證水平結合面的汽密性, 就必須采用很厚的法蘭和排列很緊密、尺寸很大的連接螺栓。通常要求螺栓中心距不超過螺孔直徑的 1.51.7倍。 為了減少高壓缸法蘭承受的彎應力和螺栓承受的拉應力, 并減小法蘭內(nèi)、外溫差, 又將法蘭螺栓內(nèi)移, 使螺栓中心線盡量靠近汽缸壁中心線。同時為了裝卸方便, 還將螺帽加高, 采用套筒螺帽。考慮到法蘭和螺栓總是處在高溫下工作, 它必須具有足夠的強度和緊力, 為了克服由于材料的蠕變使螺栓的壓緊力逐漸小于初始預緊力的應力松弛現(xiàn)象, 保證兩次大修期間螺栓的實際壓緊力一直能滿足法蘭的汽密性要求, 必須使螺栓具有足夠的預緊力 ( 初應力

23、)。為此， 高參數(shù)汽輪機高溫部分的連接螺栓都采用熱緊方式。圖 2-27 上螺栓的中心孔( 孔的直徑一般在 2Omm 左右 ) 就是為了擰緊螺栓時加熱用的, 可采用電加熱或汽加熱等方法。通過測量螺帽的轉角或測量螺栓的絕對伸長來控制熱緊量, 以達到所需要的預緊力 。由于高壓缸法蘭厚而寬, 啟動時它的溫度低于汽缸內(nèi)壁溫度, 而連接螺栓的溫度又將低于法蘭的溫度, 從而使法蘭比螺栓膨脹得快, 汽缸又比法蘭膨脹得快。 這將在法蘭和螺栓中產(chǎn)生很大的熱應力。嚴重時, 會使法蘭面產(chǎn)生塑性變形或拉斷螺栓。另外, 法蘭內(nèi)外溫差也會造成水平結合面的翹曲和汽缸裂紋。因此, 為了減少啟動、變工況時汽缸、法蘭以及連接螺栓之

24、間的溫差, 縮短啟動時間, 可采用法蘭螺栓加熱裝置, 在汽輪機啟動時, 對法蘭和螺栓補充加熱。有的汽輪機在法蘭和螺栓之間加入銅粉、鋁粉之類的金屬粉末, 來增強法蘭與螺栓之間的傳熱。還可以采用埋頭螺栓代替雙頭螺栓, 如圖 2-28 所示。這種螺栓由于旋入部分傳熱快, 可減小法蘭與螺栓之間的溫差, 但是它增加了在汽缸內(nèi)加工螺紋這個工序, 同時由于螺栓短了, 不利于減小螺栓中的彎曲應力。雙層缸結構的汽輪機, 外缸比內(nèi)缸受熱慢, 其法蘭螺栓受熱更慢 , 致使汽缸的熱膨脹受到牽制, 形成過大的脹差 (轉子與靜止部分的膨脹差 ), 降低機組的啟、停速度。為此, 大多數(shù)雙層缸結構的汽輪機 , 如國產(chǎn) 50、

25、 125、 200 MW 和部分 300、600MW 汽輪機, 高、中壓內(nèi)、外缸均設有法蘭螺栓加熱裝置, 它們的結構大體相仿。 如鄒縣發(fā)電廠600MW 汽輪機本體由日本日立公司和四川東方汽輪機廠合作生產(chǎn) , 高、中壓內(nèi)、外缸均設有法蘭螺栓加熱裝置。東方汽輪機廠生產(chǎn)的600 MW 汽輪機汽缸采用高中壓缸合缸、雙層缸結構。為降低高溫部位中分面法蘭螺栓的工作溫度, 在高中壓外缸和高壓內(nèi)缸進汽口處設置了法蘭螺栓冷卻系統(tǒng)。 如圖 2-29 所示, 做功后的低溫蒸汽經(jīng)內(nèi)外缸間隙進入外缸 17 號螺栓, 至 31 號螺栓處排汽；低溫蒸汽直接進入內(nèi)缸 71 號螺栓 , 至 81 號螺栓排汽。而在機組啟動時,

26、蒸汽則按上述系統(tǒng)對螺栓和法蘭進行加熱, 從而提高了機組快速啟動的靈活性。當然也有的機組在設計時采用減薄法蘭厚度, 并使螺栓盡量向汽缸中心靠的做法, 而不設法螺栓加熱裝置, 如哈爾濱汽輪機制造廠引進美國西屋電氣公司技術制造的600MW 凝汽式汽輪機就不設法蘭螺栓加熱裝置。 三、600MW 機組汽缸的特點大容量機組由于采用的蒸汽參數(shù)高, 為了解決汽缸的機械強度和熱應力問題, 大部分采用多層結構。 四種 600 MW 機組的高、中壓缸 , 全部采用雙層結構。西屋的低壓缸甚至采用三層結構,其目的主要是為了解決軸向溫度梯度太大的問題。 ABB 的 600MW 機組的高壓缸內(nèi)缸結構與其他機組不同。它采用了

27、無中分面法蘭, 中分面呈 50º 斜置, 軸向不同位置用七只紅套環(huán)箍緊, 以代替中分面的大螺栓, 僅在高壓進汽部分的圓筒形部位加了四只螺栓, 作為輔助拉緊密封用。這樣, 免去了較厚的中分面法蘭 , 汽缸近于圓筒形, 使熱應力降低。內(nèi)缸最大直徑小于1300。直徑小 , 壁厚薄, 熱應力低, 這種結構具有與圓筒形內(nèi)缸 ( 無中分面 ) 相近的優(yōu)點, 且裝配工藝簡單。據(jù)介紹 , 紅套環(huán)的制造裝配比原用大螺栓要簡單而節(jié)省。紅套環(huán)過盈量適當控制后, 使大修周期可為 34 年。 420以上的高溫條件下工作的紅套環(huán), 運行 15 萬 h 后需更新備件。四種 600MW 機組中, 有三種機組的中壓缸

28、為對稱分流式 , 唯有 G/A 的機組中壓缸為單流式, 但其與高壓缸的汽流方向相反, 以平衡軸向推力。四種 600 MW 機組的中壓缸均為雙層結構 , 外缸前后用上缸貓爪擱置于前后軸承座上, 內(nèi)缸也用前、后各兩個貓爪 ( 擱腳 ) 擱置于外缸, 內(nèi)缸的膨脹點均在進汽中心線上 , 其中 G/A 機組的中壓內(nèi)缸因膨脹死點的橫銷設計強度不當, 曾于機組安裝階段進行了補強。四種機組的低壓缸均為雙層 ( 西屋機組為三層 ) 結構且均為焊接式, 低壓軸承除 ABB 機組為落地式軸承外, 其余機組均為坐落在低壓缸兩端的洼窩內(nèi)。采用這種結構方式, 低壓缸的剛性對軸系中心的影響很大。 G/A 機組的低壓缸, 在

29、安裝階段曾發(fā)現(xiàn)低壓缸剛性存在嚴重問題, 而于兩個低壓缸的各端部加焊厚度適當?shù)匿摪暹M行了補強。四、600 MW 機組進汽部分的特點1.哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的引進型 600MW 汽輪機組的進汽部分主蒸汽由兩根主蒸汽管從運行層下部進入置于該機兩側的兩個高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥, 由兩側各兩個調(diào)節(jié)閥流出, 經(jīng)過四根高壓導汽管對稱地進入高壓缸噴嘴室。高壓缸上、下半各兩個噴嘴室支承在內(nèi)缸水平結合面附近, 并且在軸向由三個與內(nèi)缸緊密配合的凸臺定位, 高壓缸進汽采用帶有彈性密封環(huán)的鐘罩形套管結構, 如圖 2-30 所示。這種支持和密封系統(tǒng)使每個部件都能自由地膨脹和收縮, 并且密封性及對中性好, 應力小, 熱負荷適應性

30、好。再熱后的蒸汽由熱段再熱管送至機組兩側的中壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥 , 再經(jīng)四根中壓導汽管從中壓缸中部進入雙流程的中壓缸。中壓缸兩端上部設有兩根蒸汽連通管, 分別與兩個低壓缸進汽口連接。圖 2-31 、圖 2-32 分別是該機組的高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥、中壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥的外形圖。 2. 鄒縣電廠 600MW( 東方汽輪機制造廠引進日立公司技術生產(chǎn) ) 汽輪機組的進汽部分該機組的進汽部分比較典型。主蒸汽經(jīng)位于汽輪機運行層下部的兩個主汽閥和四個調(diào)節(jié)汽閥 , 由四根高壓導汽管從高、中壓缸的高壓部分上下各兩根進入高壓缸。兩個主汽閥的出口與四個調(diào)節(jié)汽閥的進口對接焊成一體 , 四個調(diào)節(jié)汽閥合用一個殼體 , 如圖

31、2-33 所示。這些閥門由吊架支撐, 布置于汽輪機 1 號軸承箱前下方的運行層之下。四根高壓導汽管的一端與高壓調(diào)節(jié)閥出口焊接, 另一端則采用法蘭、螺栓與高壓缸上四根進汽短管的垂直法蘭相連接。高壓缸上的四根進汽短管以其鐘罩型結構與高壓外缸焊接在一起。它們與噴嘴室進汽短管的連接方式和圖 2-30 的結構形式基本相同。高壓缸共有四個噴嘴室 ( 噴嘴組 ), 它們對稱布置于高壓缸上下汽缸上, 使得汽缸的受熱比較均勻。再熱后的蒸汽由熱段再熱管經(jīng)過位于高、中壓缸中部兩側的中壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥, 進入高、 中壓缸的中壓部分。中壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥的進口與熱段再熱蒸汽管道連接, 出口通向中壓缸下部的進汽口, 這種布

32、置方式能盡量縮短中壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥至中壓缸之間的管道長度 , 即減少管道蒸汽容積、避免閥門快關后汽輪機的超速。中壓缸的排汽經(jīng)一根中、低壓缸蒸汽連通管, 依次從低壓缸中部進入雙流程的兩個低壓缸。該進汽部分布置方式的優(yōu)點是顯而易見的, 它在注意滿足性能的前提下, 做到了結構緊湊, 整齊美觀, 汽輪機運行顯得寬闊、暢通。3. 石洞口二電廠超臨界壓力60OMW 汽輪機組的進汽該機組有兩只高壓主汽閥, 呈臥式對稱地布置于高壓缸兩側。每只高壓主汽閥與兩只高壓調(diào)節(jié)閥組合在一起, 成為一個組合件, 對應上汽缸噴嘴組的調(diào)節(jié)閥為臥式布置； 對應下汽缸噴嘴組的調(diào)節(jié)閥為立式布置。 立式布置的調(diào)節(jié)閥用一根 U 型導汽管

33、與汽缸連接。 由于呈懸臂式布置 , 因此在每只高壓主汽閥殼體上有兩只承重的彈簧支架 , 來承受主汽閥的懸臂重力和部分管道重力, 并保證冷態(tài)、熱態(tài)位移的需要。兩只中壓聯(lián)合汽閥對稱地布置于中壓缸兩側, 也有彈簧支架支撐 , 便于膨脹和收縮。雙流的中壓缸由兩端頂部的兩根中、低壓缸蒸汽連通管與兩個雙流的低壓缸連接。五、汽缸的支承汽缸的支承要平穩(wěn), 因其自重而產(chǎn)生的撓度應與轉子的撓度近似相等, 同時要保證汽缸受熱后能自由膨脹, 而其動、靜部分同心狀態(tài)不變或變動很小。 汽缸的支承定位包括外缸在軸承座和基礎臺板 ( 座架、機架等 ) 上的支承定位, 內(nèi)缸在外缸中的支承定位, 以及滑銷系統(tǒng)的布置等。汽缸的支承

34、汽缸支承在基礎臺板上, 基礎臺板又用底角螺栓固定在基礎上。汽缸的支撐方法一般有兩種: 一種是汽缸通過貓爪支承在軸承座上, 通過軸承座放置在臺板上； 另一種是用外伸的撐角螺栓直接放置在臺板上。1. 貓爪支承(1) 下缸貓爪支承。下汽缸水平法蘭前后延伸的貓爪稱下缸貓爪 , 又稱工作貓爪 ( 支承貓爪 )。在高壓缸的下缸前后各有兩只貓爪 , 分別支承在高壓缸前后的軸承座上。下缸貓爪支承又可分非中分面支承和中分面支承兩種。1) 非中分面貓爪支承。這種貓爪支承的承力面與汽缸水平中分面不在一個平面內(nèi) , 見圖 2-34。 其結構簡單, 安裝檢修方便, 但當汽缸受熱使貓爪因溫度升高而產(chǎn)生膨脹時, 導致汽缸中

35、分面抬高 , 偏離轉子的中心線, 這樣將使動、靜部分的徑向間隙改變, 嚴重時會因動、靜部分摩擦太大而造成事故。所以這種貓爪只用于溫度不高的中、低參數(shù)機組的高壓缸支承。對于高參數(shù)大容量機組, 因其汽封間隙小, 而貓爪厚度大, 受熱后使汽缸中心上抬的影響大, 需采用其他支承方式。2) 中分面貓爪支承。 高參數(shù)大容量機組的高壓缸支撐在軸承上可采用中分面支承方式, 即汽缸法蘭中分面 ( 中心線 ) 與支承面一致。下汽缸中分面貓爪支承方式是將下缸貓爪位置抬高 , 使貓爪承力面正好與汽缸中分面在同一水平面上 , 如圖 2-35 所示。這樣 , 當汽缸溫度變化時 , 貓爪熱膨脹不會影響汽缸的中心線。但這種結

36、構因貓爪抬高使下汽缸的加工復雜化口國產(chǎn)引進型 300、 600 MW 機組高中壓缸下汽缸就是采用此種下缸貓爪中分面支承。其高壓外缸是由四只貓爪支承 , 四只貓爪與下半缸一起整體鑄出 , 位于下汽缸水平法蘭上部。貓爪擱置在前后軸承座上, 并與其連接面保持在水平中分面。此結構在機組運行過程中, 能使汽缸的中心與轉子的中心保持一致, 它還可降低螺栓受力, 以及改善汽缸中分面漏汽狀況。每個貓爪與軸承座之間都用雙頭螺栓連 , 以防止汽缸與軸承座之間產(chǎn)生脫空。螺母與貓爪之間留有適當?shù)呐蛎涢g隙, 貓爪下部有墊塊, 墊塊上部平面可由油槽 打入高溫潤滑脂 , 以保證貓爪可自由膨脹。(2) 上缸貓爪支承。上缸的貓

37、爪支承稱作上缸貓爪支承 , 它采用中分面支承方式, 如圖 2-36 所示。 上缸法蘭延伸的貓爪 ( 也稱工作貓爪 ) 作為承力面支承在軸承座上, 其承力面與汽缸水平中分面在同一平面內(nèi)。貓爪受熱膨脹時, 汽缸中心仍與轉子中心保持一致。下缸靠水平法蘭的螺栓吊在上缸上, 使螺栓受力增加。此種支承安裝時比較麻煩, 下缸必須有安裝貓爪, 即圖中下缸貓爪。它只在安裝時起支持下缸的作用。其下邊的安裝墊鐵用來調(diào)整汽缸洼窩中心, 安裝好后緊固螺栓, 安裝貓爪不再起支承作用, 就不再受力, 安裝墊鐵即可抽走, 留待檢修時再用。上缸貓爪支承在工作墊鐵上, 承擔汽缸重力。運行時安裝貓爪通過橫銷推動軸承座作軸向移動,

38、并在橫向起熱膨脹的導向作用。水冷墊鐵固定在軸承座上并通有冷卻水, 以不斷地帶走由貓爪傳來的熱量, 防止支承面的高度因受熱而發(fā)生改變。同時, 也使軸承的溫度不至于過高。 國產(chǎn) 125MW、300 MW 和部分 600MW 機組都采用這種支承方式。內(nèi)缸也采用類似貓爪支承方式，利用其法蘭外伸的支持搭耳支承在外缸上。亦有下缸貓爪支承和上缸貓爪支承兩種方式，如圖 2-37所示。上海汽輪機廠生產(chǎn)的國產(chǎn)300MW機組的高、中壓缸的支承就是如此。它的內(nèi)下缸通過法蘭螺栓吊裝在內(nèi)上缸上，內(nèi)上缸的法蘭中分面支承在外下缸的法蘭中分面上, 外下缸又由外缸螺栓吊裝在外上缸上, 而外上缸是通過前后貓爪支承在軸承座上的。這種

39、結構在汽缸受到膨脹后, 其洼窩中心仍與轉子中心保持一致。2. 臺板支承低壓外缸由于外形尺寸較大, 一般都采用下缸伸出的搭腳直接支承在基礎臺板上, 如圖 2-38 所示。雖然它的支承面比汽缸中分面低 , 但因其溫度低, 膨脹不明顯, 所以影響不大。但需注意, 汽輪機在空載或低負荷運行時排汽溫度不能過高, 否則將使排汽缸過熱, 影響轉子和汽缸的同心度或轉子的中心線, 所以要設置排汽缸噴水裝置來限制排汽溫度。 噴水裝置布置在低壓缸的導流板上, 國產(chǎn) 300、600 MW 機組規(guī)定, 排汽溫度高于 80 時投入噴水裝置。 圖 2-39 上的噴水管沿著末級葉根呈圓周形布置。 噴水管上鉆有兩排噴水孔, 將

40、由進水管引人的凝結水噴向排汽缸內(nèi)部空間, 使排汽溫度降低。上海汽輪機廠生產(chǎn)的國產(chǎn)優(yōu)化引進型 300、600MW 機組低壓外缸采用臺板支承方式, 臺板固定在基礎上, 搭腳與臺板之間的位置靠鍵來定位。低壓外缸的支承面比中分面低 980mm, 由于低壓缸與前后軸承座做成一體, 軸承座直接支承在基礎臺板上, 低壓缸的靜、動部分間隙在設計時考慮較大, 所以采用這種低于中分面的支承方式, 對動靜間隙并不產(chǎn)生影響。第 三 節(jié) 國產(chǎn)引進型600MW汽輪機的靜葉環(huán)和靜葉持環(huán)反動式汽輪機采用鼓式轉子，動葉直接安裝在轉鼓上，靜葉環(huán)裝載靜葉持環(huán)上，再把靜葉持環(huán)裝在汽缸內(nèi)壁上。1.高中壓缸的靜葉環(huán)和靜葉持環(huán)國產(chǎn)引進型6

41、00MW 汽輪機的壓力級均為反動級, 圖 2-51 為該機組高壓通流部分示意圖。本機的高中壓缸靜葉片由方鋼加工而成, 具有偏置的根部和整體圍帶, 各葉根和圍帶在沿靜葉片組的外圓和內(nèi)圓焊接在一起, 構成相似隔板形狀的靜葉環(huán)有人稱為葉片隔板。這種隔板形狀的靜葉環(huán), 在平中分面處對分成兩半, 當其上下兩半部分嵌入前葉持環(huán)的直槽后 , 在直槽側面的凹槽中打入一系列 L 型縮緊片, 使之固定。各上半部分再用制動螺釘固定在上靜葉持環(huán) ( 也稱為葉片隔板套 ), 此螺釘位于水平中分面的左側 ( 當向發(fā)電機看時 )。為減少蒸汽流經(jīng)靜葉環(huán)時的漏汽量, 在高壓靜葉環(huán)的內(nèi)圓上嵌入 3 排汽封片, 中壓靜葉環(huán)的內(nèi)圓上

42、開有汽封槽。高壓缸所有的靜葉環(huán)分別支承在兩個靜葉持環(huán)中, 而靜葉持環(huán)固定在高壓內(nèi)缸上。中壓缸的靜葉環(huán)也支承在靜葉持環(huán)中, 而靜葉持環(huán)固定在中壓內(nèi)缸上。2. 低壓缸靜葉環(huán)和靜葉持環(huán)國產(chǎn)引進型 600MW 汽輪機的低壓缸靜葉環(huán) , 其結構形式基本上與高中壓缸的靜葉環(huán)相似, 也采用焊接形式。低壓缸是對分式布置 , 靜葉環(huán)也分為上下兩半部分, 分別固定在靜葉持環(huán)或直接固定在汽缸上, 方式基本與高中壓缸相同。圖 2-52所示為低壓缸靜葉持環(huán)分布圖。第 二 部 分 轉 子一、轉子的結構 汽輪機轉子可分為輪式轉子和鼓式轉子兩種基本類型。輪式轉子裝有安裝動葉片的葉輪, 鼓式轉子則沒有葉輪 (或有葉輪但其徑向尺

43、寸很小), 動葉片直接裝在轉鼓上。通常沖動式汽輪機采用輪式轉子；反動式汽輪機為了減小轉子上的軸向推力,采用鼓式轉子。( 一 ) 輪式轉子按制造工藝, 輪式轉子可分為套裝式、整鍛式、組合式和焊接式四種形式。一臺機組采用何種類型轉子, 由轉子所處的溫度條件及各國的鍛冶技術來確定。1. 套裝轉子套裝轉子的結構如圖 2-10 所示, 套裝轉子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件是分別加工后, 熱套在階梯型主軸上的。各部件與主軸之間采用過盈配合, 以防止葉輪等因離心力及溫差作用引起松動, 并用鍵傳遞力矩。中、低壓汽輪機的轉子和高壓汽輪機的低壓轉子常采用套裝結構。套裝轉子在高溫條件下, 葉輪內(nèi)孔直徑將因材料的蠕變

44、而逐漸增大 , 最后導致裝配過盈量消失, 使葉輪與主軸之間產(chǎn)生松動, 從而使葉輪中心偏離軸的中心, 造成轉子質(zhì)量不平衡, 產(chǎn)生劇烈振動, 且快速啟動適應性差。因此, 套裝轉子不宜作為高溫高壓汽輪機的高壓轉子。此套裝轉子只用于中壓汽輪機轉子或高壓汽輪機的低壓轉子。2. 整鍛轉子整鍛轉子的葉輪、軸封套和聯(lián)軸節(jié)等部件與主軸是由一整鍛件車削而成, 無熱套部件, 這解決了高溫下葉輪與主軸連接可能松動的問題 , 因此整鍛轉子常用作大型汽輪機的高、中壓轉子, 如圖 2-11 所示。整鍛轉子的優(yōu)點是: 結構緊湊, 裝配零件少,可縮短汽輪機軸向尺寸；沒有套裝的零件, 對啟動和變工況的適應性較強, 適于在高溫條件

45、下運行；轉子剛性較好。缺點是鍛件大, 工藝要求高, 加工周期長, 大鍛件質(zhì)量難以保證。且檢驗比較復雜, 又不利于材料的合理使用?，F(xiàn)代大型汽輪機, 由于末級葉片長度的增加, 套裝葉輪的強度已不能滿足要求, 所以某些機組的低壓轉子也開始采用整鍛結構。美國西屋公司的系列機組 ( 包括國產(chǎn)引進型 300 MW 和600MW 機組, 日本三菱公司生產(chǎn)的 350MW 機組 ),BBC 公司的系列機組, 法國阿爾斯通和大西洋公司生產(chǎn)的 300、 330 、 360MW 機組, 美國 GE 公司生產(chǎn)的 350MW 機組和英國 GEC 公司生產(chǎn)的 350MW 機組的高、中、低壓轉子全都采用整鍛轉子。整鍛轉子通常

46、鉆有一直徑為 100 m 左右的中心孔, 目的是去掉鍛件中心的雜質(zhì)及疏松部分, 以防止缺陷擴展, 同時也便于借助潛望鏡等儀器檢查轉子內(nèi)部缺陷。隨著金屬冶煉和鍛造水平的提高, 國外已有些大的整鍛轉子不再打中心孔, 我國日照電廠引進西門子 350MW 機組采用的就是實心轉子。3. 組合轉子組合轉子由整鍛結構和套裝結構組合而成, 如圖 2-12 所示。它兼有前面兩種轉子的優(yōu)點 ,國產(chǎn)高參數(shù)大容量汽輪機的中壓轉子多采用這種結構。4. 焊接轉子汽輪機的低壓轉子直徑大, 特別是大功率汽輪機的低壓轉子質(zhì)量大, 葉輪承受很大的離心力。當采用套裝結構時, 葉輪內(nèi)孔在運行中將發(fā)生較大的彈性形變, 因而需要設計較大

47、的裝配過盈量, 但這樣又引起很大的裝配應力。若采用整鍛轉子, 則因鍛件尺寸太大, 質(zhì)量難以保證。為此采用分段鍛造, 焊接組合的焊接轉子。它主要由若干個葉輪與端軸拼合焊接而成, 如圖 2-13 所示。焊接轉子質(zhì)量輕, 鍛件小, 結構緊湊, 承載能力高。與尺寸相同、帶有中心孔的整鍛轉子相比, 焊接轉子強度高, 剛性好, 質(zhì)量減輕 20% 25% 。由于焊接轉子工作可靠性取決于焊接質(zhì)量, 故要求焊接工藝高, 材料焊接性能好。 因此, 這種轉子的應用受到焊接工藝及檢驗方法和材料種類的限制, 隨著焊接技術的不斷發(fā)展, 它的應用將日益廣泛。我國生產(chǎn)的 125 、300MW 汽輪機以及引進的 法國 300

48、MW 汽輪機的低壓轉子均采用焊接結構。此外, 反動式汽輪機因為沒有葉輪也常用此類轉子 ,如瑞士制造的 1300 MW 雙軸反動式汽輪機的高、中、低壓轉子均為焊接轉子。( 二 ) 鼓式轉子國產(chǎn)引進型 300和 600 MW 汽輪機為反動式汽輪機, 其轉子采用的是鼓式轉子。圖 2-14 所示為國產(chǎn)引進型 300 MW 機組的高、中壓轉子 ,由 3OCrMoV 合金鋼整鍛而成, 各反動級動葉片直接裝在轉子上開出的葉片槽中。其高中壓壓力級反向布置, 同時轉子上還設有高、中、低壓三個平衡活塞 , 以平衡軸向推力。低壓轉子由 3OCCr2Ni4MoV 合金鋼整鍛而成, 中部為轉鼓型結構, 末級和次末級為整

49、鍛葉輪結構 , 轉子開有 190.5mm 的中心孔 , 如圖 2-15 所示。二、 600MW 機組轉子的特點 1. 整鍛轉子大型汽輪機組的轉子廣泛采用整鍛轉子。整鍛轉子的葉輪和主軸是成一體鍛造出來的, 所以, 不存在鍵槽應力腐蝕開裂和套裝件的松弛等問題 , 比套裝轉子具有明顯的優(yōu)越性。整鍛轉子的應用主要取決于鋼廠的冶煉水平和鋼錠的質(zhì)量。通過鋼包精煉、真空注錠和多種重熔工藝 , 使鍛件芯部夾雜物含量和偏析程度大大降低。隨著鼓風冷卻和噴水冷卻工藝的日益完善, 轉子熱處理后的性能得到提高, 不同部位性能差異減少, 而且組織均勻, 晶粒細小, 為轉子高靈敏度超聲波探傷創(chuàng)造了條件。同時, 也能得到較低

50、的脆性轉變溫度 (FATT ), 從而保證了整鍛轉子良好的機械性能和啟動運行的靈活性。西屋的600MW 機組的高、中、低 A 低 B 轉子均采用整鍛轉子, 而且均具有100 mm的中心孔。各個轉子上按軸向位置的不間, 其運行中各段所受應力狀況也不同, 在探傷時按各處不同的應力狀況 ( 預先計算好的 ) 采用不同的靈敏度進行探測。為了降低中壓轉子進汽部位高應力區(qū)的蠕變損傷, 在中壓轉子的中段和第一級葉片根部, 采用高壓缸的排汽進行冷卻。該蒸汽參數(shù)為 3.65MPa 、 313.4 流量為 30.53t/h 。冷卻后的蒸汽, 進入中壓缸第一級動葉的工作通道。東芝 和 G/A 機組的中壓高溫區(qū)也采取了與西屋相類似的冷卻措施。高壓轉子的汽流通道為單流式 , 中、低 A 、低 B 的汽流通道均為對