汽輪機轉(zhuǎn)子葉片及聯(lián)軸器介紹

汽輪機轉(zhuǎn)子、葉片及聯(lián)軸器介紹1、轉(zhuǎn)子和葉片概述汽輪機是高速旋轉(zhuǎn)的機械，轉(zhuǎn)子在高溫高壓的環(huán)境下工作，轉(zhuǎn)子的任何缺陷都會影響機組的安全經(jīng)濟運行。轉(zhuǎn)子除了在動葉通道完成能量轉(zhuǎn)換、主軸傳遞扭矩外，還要承受很大的離心力、各部件的溫差引起的熱應(yīng)力，以及由于振動產(chǎn)生的動應(yīng)力，因此，轉(zhuǎn)子必須用性能優(yōu)良、高強度、高韌性的金屬制造。為了提高通流部分的能量轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)子、靜子部件間保持較小的間隙，要求轉(zhuǎn)子部件加工精密，調(diào)整、安裝精細準(zhǔn)確。本汽輪機在制造過程中，轉(zhuǎn)子各項跳動指標(biāo)均能控制在0.03mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)子動葉片裝配采用先進的計算機電子力矩秤進行葉片重力矩的測量和分配，成品轉(zhuǎn)子進行高速和超速動平衡，確保輪系的不平衡量小于0.006mm。動葉片是汽輪機中最重要的零件之一，主要表現(xiàn)在：1、它作為蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械能的主要作功部件，其結(jié)構(gòu)型線、工作狀態(tài)將直接對能量轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生影響；2、數(shù)量最多，加工工作量相當(dāng)大；3、它是汽輪機中承受應(yīng)力最高的零件，又必須在相當(dāng)惡劣的工作條件下工作，事故率很高。因此，葉片的結(jié)構(gòu)、性能不僅涉及到設(shè)計制造，而且和汽輪機的經(jīng)濟性及運轉(zhuǎn)的安全可靠性關(guān)系密切。圖2-7動葉片在汽輪機的位置及結(jié)構(gòu)示意圖汽輪機的動葉片一般有三部分組成：一是通過橫銷緊固在轉(zhuǎn)子的葉根，二是將蒸汽動能轉(zhuǎn)化成機械能的葉高部分，三是引導(dǎo)蒸汽流動、并在葉輪外徑設(shè)置的護罩，即圍帶部分。圖2-7為動葉片在汽輪機的安裝位置以及動葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。汽輪機葉片由于運行條件和作用不同，分為不同的類型。葉片按其截面是否沿葉高變化，可將葉片分為等截面葉片、變截面葉片和扭曲葉片。一般情況下，高中壓轉(zhuǎn)子的的葉片采用等截面葉片，而低壓轉(zhuǎn)子后幾級毫無例外的采用變截面扭曲葉片1）本汽輪機的轉(zhuǎn)子的主要特點本汽輪機轉(zhuǎn)子分為高中壓轉(zhuǎn)子、低壓A轉(zhuǎn)子和低壓B轉(zhuǎn)子，通過剛性聯(lián)軸器聯(lián)接。各轉(zhuǎn)子各自支撐在2個軸承上，整個軸系通過位于2號軸承座內(nèi)的推力軸承定位。圖2-8為我公司高中壓轉(zhuǎn)子示意圖。高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子均為整鍛無中心孔轉(zhuǎn)子，在相同熱應(yīng)力的條件下，增大了轉(zhuǎn)子的循環(huán)壽命，降低了制造成本。高中壓轉(zhuǎn)子為30Cr1Mo1V鍛鋼，低壓A、B轉(zhuǎn)子為30Cr2Ni4MoV鍛鋼。為了保證汽輪機轉(zhuǎn)子無瑕疵，精確校平衡和具有高性能，轉(zhuǎn)子鍛件的坯件經(jīng)過真空澆注。轉(zhuǎn)子本體經(jīng)過加工后，其本身帶有葉輪、軸承軸頸、聯(lián)軸節(jié)法蘭和推力盤。轉(zhuǎn)子金屬材料脆性轉(zhuǎn)變溫度（FATT）的數(shù)值為：高中壓轉(zhuǎn)子100°C，低壓轉(zhuǎn)子-40°C。在高中壓轉(zhuǎn)子、低A轉(zhuǎn)子的前后軸封和葉輪之間的軸上，均有汽封城墻式方齒，與軸封及隔板汽封的高低齒組成迷宮式汽封（或稱高低齒梳齒汽封）；低B轉(zhuǎn)子與軸封及隔板汽封的平齒組成平齒汽封。為了進行機組大修后的動平衡工作，在每根轉(zhuǎn)子上均設(shè)有在現(xiàn)場不揭缸情況下，進行動平衡調(diào)整加重物的裝置，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計避開工作轉(zhuǎn)速15%和-15%。轉(zhuǎn)子相對推力軸承的位置設(shè)有標(biāo)記，能在線監(jiān)視軸向位移的大小，并裝設(shè)有推力軸承磨損監(jiān)視裝置。在發(fā)電機上設(shè)有轉(zhuǎn)子接地裝置，在軸承箱設(shè)有靜止部件接地裝置，防止發(fā)電機產(chǎn)生的軸電流、軸電壓對汽輪機轉(zhuǎn)子及軸承的損傷。2）本汽輪機動葉片的主要特點本汽輪機軸系通流部分由42個結(jié)構(gòu)級組成，其中高壓部分8級（包括1個調(diào)節(jié)級），中壓部分為單流6級，兩個雙流低壓缸共2x2x7級，高壓缸動葉采用邊界層抽吸技術(shù)，在菌形葉根中間體上有抽吸孔。動葉采用型損、攻角損失更小的高負荷葉型（HV）。葉片中部自帶凸臺拉筋，頂部有翼型自帶圍帶，凸臺和圍帶間均不焊接。裝配時，相鄰葉片的圍帶及拉筋凸臺側(cè)面彼此配準(zhǔn)并留一定間隙，圍帶處采用聯(lián)結(jié)件用鉚接方式聯(lián)結(jié)相鄰葉片。運行時，由于葉片離心力產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形而使葉片的拉筋凸臺間相互靠緊，連成一個整體。圍帶與拉筋的這種連接方式可以較大幅度的增大阻尼系數(shù)，因而可以有效地防止葉片產(chǎn)生共振，提高了長葉片的安全性。3）高中壓轉(zhuǎn)子及葉片本汽輪機的轉(zhuǎn)子由于采用輪盤式結(jié)構(gòu)，無中心孔，啟動過程中熱應(yīng)力相對較小，同時高中壓合缸使得汽缸及轉(zhuǎn)子溫度基本上同步升高，保證了機組的順利膨脹。同時啟動過程中采用先進的復(fù)合配汽方式，降低了啟動過程中熱應(yīng)力的產(chǎn)生，保證了機組具有快速、安全、靈活、經(jīng)濟的啟動性能。轉(zhuǎn)子可以在不揭缸的情況下，可利用汽缸端部設(shè)置的專用手孔，在高中壓轉(zhuǎn)子排汽口側(cè)的軸凸肩上，裝設(shè)或調(diào)整其重塊的位置或重量。也可以在高中壓轉(zhuǎn)子中壓側(cè)末級葉輪，高壓側(cè)調(diào)節(jié)級前轉(zhuǎn)子燕尾槽內(nèi)以及高中壓轉(zhuǎn)子高壓側(cè)排汽口轉(zhuǎn)子燕尾槽內(nèi)加裝平衡塊圖2-8沖動式汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子示意圖I、第8級動葉片2、第7級動葉3、第6級動葉4、第5級動葉5、第4級動葉6、第3級動葉7、第2級動葉8、第1級動葉9、第9級動葉10、第10級動葉II、第11級動葉12、第12級動葉13、第13級動葉14、第14級動葉16、22平衡重塊15、平衡螺塞17、塞銷18、19、圍帶20、鑲件21、轉(zhuǎn)子為了保證強度，減小振動，調(diào)節(jié)級葉片采用大寬度、雙倒T型葉根、兩層圍帶結(jié)構(gòu)。高壓缸其余葉片采用外包菌型葉根，中壓各級采用軸向裝入式樅樹形葉根，高中壓缸葉片材料采用高強度的Cr-Mo-Nb-V及Cr-Mo-W-V不銹鋼材料。圖2-8是東方汽輪機廠引進日立技術(shù)制造的三缸四排汽汽輪機的高中壓轉(zhuǎn)子示意圖。圖2-9為我公司高中壓轉(zhuǎn)子外形圖。圖2-9汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子4）低壓轉(zhuǎn)子及葉片低壓缸第1至5級為外包菌型葉根，次末級為5叉型葉根，末級為7叉型葉根，全部采用圍帶成組。低壓末級采用雙層圍帶，外層自帶，內(nèi)層通過鉚釘與外層連接。低壓缸第1至5級動葉為12%Cr不銹鋼，次末級葉片采用2Cr11NiMo1V不銹鋼，末級動葉片用Cr-Ni-Mo-V不銹鋼，第16,17級鎖口葉片采用鈦合金材料制造。圖2—10為本汽輪機的低壓缸轉(zhuǎn)子的示意圖。1、轉(zhuǎn)子2、第19級動葉3、第18級動葉4、第17級動葉5、第16級動葉6、第15級動葉7、第14級動葉8、第13級動葉9、10、平衡重塊11、塞銷12、整圈式圍帶13、圍帶14、拉筋末級長葉片采用叉形葉根，其特點是具有相當(dāng)高的強度以抵抗葉片的離心力和蒸汽沖擊的彎應(yīng)力，由于末級葉片線速度很高，又工作在濕蒸汽區(qū)，葉片進汽側(cè)上部鑲焊司鈦立合金片以防水擊。2、聯(lián)軸器聯(lián)軸器是將汽輪機各個轉(zhuǎn)子及發(fā)電機轉(zhuǎn)子聯(lián)成一體，用以傳遞扭矩及軸向推力的重要部件。主要有剛性、半撓性、撓性聯(lián)軸器三類。大型發(fā)電機組一般采用剛性聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，連接剛度大，傳遞力矩大。另外，剛性聯(lián)軸器連接的軸系只需要一個推力軸承平衡推力，簡化了軸系的支承定位，縮短了軸系長度。但此種聯(lián)軸器連接的軸系需要高精度的軸系對中，否則；各個轉(zhuǎn)子相互影響較大，容易引起軸系振動。本汽輪發(fā)電機組軸系的高中壓轉(zhuǎn)子、兩根低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子全部采用剛性連接，每根轉(zhuǎn)子分別有兩個軸承支承。軸系的四根轉(zhuǎn)子的聯(lián)軸器基本上都是相同的，聯(lián)軸器的兩個法蘭面分別與各自的轉(zhuǎn)子鍛成一整體，聯(lián)軸器的兩個法蘭面有配合螺栓緊固并保證兩轉(zhuǎn)子同心。根據(jù)轉(zhuǎn)子對中的需要，在聯(lián)軸器法蘭面之間設(shè)置有調(diào)整墊片用于調(diào)整汽輪機的軸向通流間隙。汽輪機轉(zhuǎn)子的扭矩是通過螺栓承受剪切力傳遞的。本汽輪機組在低壓A轉(zhuǎn)子和低壓B轉(zhuǎn)子之間、高中壓轉(zhuǎn)子和低壓A轉(zhuǎn)子之間設(shè)置調(diào)整墊片，其余轉(zhuǎn)子之間不設(shè)調(diào)整墊片。3、轉(zhuǎn)子膨脹汽輪機轉(zhuǎn)子的膨脹死點的確定：轉(zhuǎn)子是采用剛性連接的，軸向位移可以傳遞，軸向推力是有推力軸承承擔(dān)，該軸承允許的位移是很小的，因而，推力軸承工作面就是轉(zhuǎn)子和汽缸的相對死點，當(dāng)機組的動靜部分相對位置調(diào)整完成后，轉(zhuǎn)子的軸向推力就由推力軸承承擔(dān)，轉(zhuǎn)子膨脹時，以該死點為基準(zhǔn)向前、向后膨脹，距離該點的位置越遠，其相對位移越大。高中壓轉(zhuǎn)子向機頭方向膨脹，而低壓轉(zhuǎn)子則向發(fā)電機方向膨脹。本汽輪機的轉(zhuǎn)子死點在2號軸承箱內(nèi)，轉(zhuǎn)子以此為死點向前后兩側(cè)膨脹軸系相關(guān)技術(shù)參數(shù)匯總①轉(zhuǎn)子基本參數(shù)表表2—1轉(zhuǎn)子基本參數(shù)表高中壓轉(zhuǎn)了A低壓轉(zhuǎn)了B低壓轉(zhuǎn)了發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了長度mm8265.58800876213063轉(zhuǎn)了?質(zhì)量kg27635646436650868849支承內(nèi)跨距mm0006000600010061轉(zhuǎn)動慣量kgXm2309622625228139777②轉(zhuǎn)子在自重情況下各段靜撓度計算結(jié)果表2—2轉(zhuǎn)子在自重情況下各段靜撓度計算結(jié)果（單位：mm）

轉(zhuǎn)子位置靜撓度高中壓轉(zhuǎn)子高壓第8級中心0.13高壓蒸汽進汽中心0.23中壓第5級中心0.12A低壓轉(zhuǎn)子汽機側(cè)第7級中心0.10低壓蒸汽進汽中心0.17電機側(cè)第7級中心0.11B低壓轉(zhuǎn)子汽機側(cè)第7級中心0.09低壓蒸汽進汽中心0.17電機側(cè)第7級中心0.11③各軸承在工作狀態(tài)下的負荷分配結(jié)果表2-3各軸承在工作狀態(tài)下的負荷分配結(jié)果（單位：kN）軸承號12345678支反力107.58164.43303.83330.11318.249333.98352.31322.88④軸承靜特性計算結(jié)果表2-4軸承靜特性計算結(jié)果軸承號1號2號3號4號5號6號設(shè)計比壓PmMPa1.111.411.751.881.881.98溫升AT°C9.810.214.414.614.614.5流量QL/min219315605.6602.9602.9665.4功耗WkW60.990.6252.3254.2254.2279.2失穩(wěn)轉(zhuǎn)速Nstr/min>4000>4000>4000>4000>4000>4000⑤臨界轉(zhuǎn)速計算結(jié)果表2—5臨界轉(zhuǎn)速計算結(jié)果（單位：r/min）階次1階2階3階4階5階6階

單跨高中壓轉(zhuǎn)子16504778>5000A低壓轉(zhuǎn)于16704178>5000B低壓轉(zhuǎn)子16974266>5000電機轉(zhuǎn)子9332665>5000軸系臨界轉(zhuǎn)速98416921724174326463835對應(yīng)振型電機一階高中壓一階A低壓一階B低壓一階電機二階A低壓二階⑥轉(zhuǎn)子軸頸處不平衡響應(yīng)計算值表2—6轉(zhuǎn)子軸頸處不平衡響應(yīng)計算值（轉(zhuǎn)速：3000r/min振動值：〃m）軸頸號1號2號3號4號5號6號7號8號響應(yīng)值1816212325232724⑦各軸承冷、熱態(tài)標(biāo)高及載荷數(shù)據(jù)表2—7各軸承冷、熱態(tài)標(biāo)高及載荷數(shù)據(jù)標(biāo)高軸承載荷軸承比壓冷態(tài)mm熱態(tài)mm冷態(tài)KN熱態(tài)KN冷態(tài)MPa熱態(tài)MPa1號0.470.92119.99107.581.381.232號-0.440.0176.87164.430.701.503號0-0.30415.95303.832.421.774號0-0.30297.66330.111.731.925號0-0.30306.25318.251.781.856號0-0.30386.75333.982.311.997號-0.18-0.18299.77352.311.481.738號3.873.87330.13322.881.801.76⑧單個軸承標(biāo)高升高1/100mm時引起負荷的變化數(shù)據(jù)表2—8單個軸承標(biāo)高升高1/100mm時引起負荷的變化數(shù)據(jù)（單位：N）各軸承負荷變化量1號2號3號4號5號6號7號8號

1號84.3-343.2298.1-45.16.9-0.9002號-343.21894.6-1957.4467.7-70.69.8-1.903號298.1-1957.42282.0-997.3425.6-60.89.8-0.94號-45.1467.7-997.32086.8-1898.6456.0-73.53.95號6.9-70.6425.6-1898.62174.1-1090.5477.5-24.56號-0.99.8-60.8456.0-1090.52629.1-2200.6256.97號0-1.99.8-73.6477.6-2200.62080.9-293.28號00-0.93.9-24.5256.9-293.256.9⑨軸系扭振固有頻率計算結(jié)果表2-9軸系扭振固有頻率計算結(jié)果（單位：Hz）階數(shù)1234扭振頻率13.324.929.9113.2⑩軸系扭振晌應(yīng)計算結(jié)果表2-10軸系扭振晌應(yīng)（扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力）計算結(jié)果位置正常最大工況機端二相短路機端三相短路扭矩Nm應(yīng)力MPa扭矩Nm應(yīng)力MPa扭矩Nm應(yīng)力MPa高中壓前軸頸處0.000E00.001.885E30.172.082E30.19高中壓后軸頸處1.105E669.871.221E674.711.399E688.50A低壓前軸頸處1.105E650.051.244E656.371.427E666.93A低壓后軸頸處1.629E673.824.427E6200.593.987E61