上汽300MW汽机培训教材.doc
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1、1第一篇第一篇 汽轮机本体结构及运行汽轮机本体结构及运行第一章第一章 汽轮机本体结构汽轮机本体结构第一节第一节 本体结构概述本体结构概述我公司 300MW 机组汽轮机是上海汽轮机有限公司生产的引进型、亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、高、中压合缸、抽汽凝汽式汽轮机。该汽轮机本体由转动和静止两大部分构成。转动部分包括动叶栅、叶轮、主轴、联轴器及紧固件,静止部分包括汽缸、喷嘴室、隔板套(静叶持环) 、汽封、轴承、轴承座、滑销系统机座及有关紧固件。本机通流部分由高、中、低三部分组成,高压汽缸内有一个部分进汽调节的冲动级和11 个反动式压力级,中压汽缸内有 9 个反动式压力级,低压部分分为两分流
2、式,每一分流由 7 个反动式压力级组成,全机共 35 级。高压蒸汽经主汽阀、调节汽阀,然后由高压上缸三个和下缸三个进汽套管连接到高压缸的喷嘴室,蒸汽在高压缸内做完功,通过高压外下缸的一个排汽口流到锅炉再热器,从再热器通过两个再热主汽阀、调节汽阀从中压缸下部进入中压缸的进汽室,蒸汽流经中压叶片,通过连通管到低压缸,再由低压叶片通道的中央,分别流向两端的排汽口。本机高、中、低压缸均设有抽汽口,共有 8 级,抽汽口的分布见下表。对本机的各动、静部件,将在本章中分别介绍。抽汽号级后抽汽抽汽口数抽汽口尺寸(mm)1(高压缸)712191972(高压缸)1112192073(中压缸)1613273064(
3、中压缸)2015114895(低压缸)2215104906(低压缸)2415104907(低压缸)2525104908(低压缸)2645104902第二节第二节 技术规范及主要性能技术规范及主要性能一、技术规范一、技术规范型号: C300-16.67/0.8/538/538型式:亚临界,一次中间再热,单轴,双缸双排汽,高、中压合缸,抽汽凝汽式额定功率: 300MW额定转速: 3000r/min额定蒸汽流量: 907t/h主蒸汽额定压力: 16.67Mpa主蒸汽额定温度: 538再热蒸汽额定压力: 3.137Mpa再热蒸汽额定温度: 538额定排汽压力: 0.00539Mpa额定给水温度: 27
4、3额定冷却水温度: 20回热级数: 3 级高压加热+1 级除氧加热+4 级低压加热给水泵驱动方式: 小汽轮机驱动低压末级叶片长: 905mm净热耗率: 7892kj/kw.h(额定工况下)临界转速: 高中压转子 一阶:1732r/min;二阶:4000r/min低压转子 一阶:1583r/min;二阶:4000r/min振动值: 工作转速下轴颈振动值0.075mm;过临界时轴颈振动最大允许值 0.2mm。轴振: 正常:0.076mm,报警:0.125mm,脱扣:0.25mm。二、主要性能二、主要性能1、厂用抽汽量四段为 82t/h,五段为 35t/h。2、额定功率工况:汽轮机主汽门前压力、温度
5、、再热汽门前温度和汽机背压均为额定值,回热系统正常投运,补给水率为零,发电机效率为 98.7%时,发电机出线端发出额定功率的工况,为本机组的额定功率工况,也是本机组的保证工况。3、夏季工况:汽轮机背压为 0.0118MPa、主汽门、再热汽门前蒸汽参数为额定值,回3热系统正常投运,补给水率为 3%时,机组能连续运行,并发出额定功率,此时为夏季工况。4、最大保证功率工况(TMCR):当汽轮机主汽门前的流量同夏季额定功率工况的流量、压力、温度、再热汽门前蒸汽温度和背压为额定值,回热系统正常投运,补给水率为零时,机组能连续运行,并发出最大功率 320MW,此工况称最大连续功率工况。5、VWO 工况:汽
6、轮机能在调节阀全开(VWO) ,其它条件同第 4 条时,汽轮机的进汽量为 1025t/h。该工况为锅炉最大连续运行蒸发量(B-MCR)工况。6、高加切除工况:汽轮机主汽门前压力、温度、再热汽门前温度和背压为额定值,三级高加全部切除时的工况,此时汽轮机仍可连续发出额定功率 300MW。7、额定抽汽工况:调整抽汽压力 0.8-0.2Mpa,抽汽温度 330350,抽汽流量 165 t/h,回水至凝汽器,其他条件同第 2 条时,可发出功率 272.9MW。8、冬季最大抽汽工况:抽汽流量 200 t/h,回水至凝汽器,其他条件同第 7 条时,可发出功率 278.2MW。第三节第三节 静止部分的结构及作
7、用静止部分的结构及作用一、高、中压缸一、高、中压缸高中压部分为合并双层缸结构,其内外缸均为合金钢铸造而成,沿水平中分面分为上缸和下缸,上、下缸是用双头大螺栓连接。高压缸喷嘴室进口焊接在内缸上。进汽套管用滑动接头连接到各个喷嘴室,使由于温度变化引起的变形的可能性减低到最小。号平衡活塞环、高压叶片持环和将高压缸进口与中压缸进口分开的平衡活塞环,以及中低压缸的第一反动叶片环在水平结合处受内缸所支承,并在顶部和底部用定位销引导,第二中压叶片持环、内汽封环和号平衡活塞环都以同样的方式支承在外缸上。本机采用高中压部分合并,级组反向布置,如图 1-1 所示。这种布置的优点是高温部分集中在汽缸中部,加上又采用
8、双层缸结构使汽缸热应力较小。高中压缸的两端分别是高压缸排汽和中压缸排汽,压力温度均较低,因此两端汽封漏汽较小,轴承受汽封温度的影响也较小。另外,增加了平衡活塞,轴向推力也较易平衡,推力轴承的负荷较小,推力轴承的尺寸变小有利于轴承座的布置,而且采用高中压合缸形式更可缩短主轴的长度,减少轴承数。机组采用双层缸结构,其作用是把单层缸受到的巨大蒸汽总压力分摊给内外两层汽缸,从而使每层汽缸的壁厚和法兰尺寸都大大减小,这样内缸主要承受高温,而蒸汽的高压由4内外缸共同承担。并且内缸尺寸较小,所以内缸壁可以较薄,从而减少耗用贵重的耐5热合金材料。在正常运行时,内外缸之间有蒸汽流动使外缸得到冷却,温度较低,故外
9、缸可以采用一般的合金钢材料制成;而且在启动过程中,内外缸夹层中蒸汽可使汽缸迅速加热,有利于缩短启动时间。在双层缸中,内缸和外缸的应力要比单层小得多。内外缸夹层中流动的冷却蒸汽来自高压轴封的排汽,这股汽流在夹层中起冷却作用后,一部分汇入高压排汽,另一部分经连通管至中压部分进行冷却。二、低压缸二、低压缸如图 1-2,低压缸由一个外缸和两层内缸组成,在进汽口与凝汽器之间的较大温差,在这三层之间得到合理分配,使低压缸外壳温度分布均匀,不产生翘曲和热变形而影响动静部分的间隙。低压外缸和内缸均由焊接的上缸和下缸组成,外缸垂直分为两部分,并各在水平中分面上形成上缸和下缸。安装时垂直结合面永久焊接,因而缸盖可
10、作为一整体对待。在第一层内缸中为简化结构,有利于热膨胀,采用了静叶持环。在发电机端静叶持环上装有四级静叶,调速端持环中装有二级静叶。在第一层内缸中,在圆周的凸缘部分持环的凹槽相互配合,并由固定销使持环定位,以保持正确位置。在第一层内缸的低压部分,在内缸凸缘部分直接开有静叶槽,发电机端有一级静叶,调速端装有三级静叶。第二层内缸中温度已较低,内外温差也不大,因此把二级静叶直接安装在第二层内缸的静叶槽中,而不再采用静叶持环结构。在第二层内缸、低压外缸与低压进汽管之间采用2 26顶部密封环结构,这样只有第二层内缸承受低压进汽的高温,而且还有利于吸收中低压联通管的膨胀。第二层内缸和低压外缸之间形成排汽空
11、间,有利于排汽做成径向扩压式,可使排汽缸出口静压高于进口静压。在这种情况下,当出口静压(即凝汽器压力)给定时,排汽缸进口静压(即末级动叶后压力)就可以低一些,从而使汽轮机的整机焓降值增大,这与排汽管的损失引起理想焓降减小的现象正好相反,它将使汽轮机的热效率提高。三、进汽部分三、进汽部分随着机组参数、容量的提高,对汽缸形状的对称性及受热的均匀性要求也越来越高。这就要求喷嘴室必须沿汽缸圆周均匀布置,汽缸上下都有进汽管,若调节汽门仍布置在汽缸上则很不合适。本机组采用了与汽缸分开结构的蒸汽室,主要原因如下:1、进汽部分温度很高,而汽缸温度相比之下则较低,如果蒸汽室与汽缸连成一体,由于形状复杂,温度分布
12、极不均匀,势必产生很大的应力,甚至出现裂纹。2、进汽部分承受的压力、温度很高,一般采用比汽缸更好的材料制造,所以采用分开结构较为合适。3、高压缸采用双层结构,这就不可能把进汽部分与外、内缸合为一整体。发电机端调速器端TV1TV2GV 53调节阀调节阀开启顺序号物理位置编号7(一)高压进汽部分如上页图所示,为本机组蒸汽柜,喷嘴组,调速汽门排列图。新蒸汽经分布在机组高压缸两侧的两只主汽门后,进入各有 3 只调速汽门的蒸汽柜,蒸汽流经 6 只调速汽门分别控制的 6 组喷嘴进入汽缸。阀体和汽缸之间用较长的、具有弹性的并按大半径弯成的管道连接,以避免结合部分受到过大的应力,在应力允许的范围内,尽可能地缩
13、短了连接管道,以减小新蒸汽的储存容积,避免机组在甩负荷时超速过大。喷嘴室的作用是从进口管道通入蒸汽并支承喷嘴部件,高压缸喷嘴室入口是与内缸焊接在一起的,并在径向和周围方向有导向键定位。这种结构使喷嘴室沿汽缸周围对称布置,汽缸受热均匀,可减小热应力,而且高温高压蒸汽只作用在喷嘴室,汽缸受到的只是调节级后降低了的参数蒸汽。同时喷嘴室在受热后圆周方向和径向均可自由膨胀,这既不影响喷嘴室和汽缸的对中,也消除了喷嘴室对汽缸的附加热应力。由于本机采用双层缸结构,进入喷嘴室的蒸汽要经过外缸、内缸才到汽室。内外缸具有相对膨胀,进汽管既不能同时固定在内外缸上,又不允许大量高温高压蒸汽外泄,这就要求外缸上的进汽管
14、和内缸中喷嘴之间的连接既要保证结合处的严密性,又要保证它们之间能自由膨胀。为此,本机的高压进汽管与外缸焊接,而与喷嘴室则采用连接短管和压力密封环间接连接。(二)中压进汽部分再热主汽门和再热调节汽门组成联合汽门,分布在汽轮机两侧各一个,再热调节阀的出口与中压进汽喷嘴之间也采用滑动连接,这两个位置均在下缸底部。(三)中低压连通管及供热抽汽管路中低压连通管的作用是在最小的压损下将蒸汽从中压排汽口引入低压缸。通过在每个衔接的短管中装入一组由许多叶片组成的导流叶片环,使汽流平稳地改变方向来达到这个目的。为了吸收其轴向热膨胀,连通管上装有三组铰接型膨胀节,膨胀节由不同数目的弹性膜板构成,其数目按必须吸收的
15、热膨胀量确定。本机组采用在中低压连通管上打孔抽汽方式,由中低压连通管水平段加装三通引出一根 72020 的抽汽管对外供热。第四节第四节 转动部分的结构及作用转动部分的结构及作用汽轮机的转动部分总称为转子。本机转子共两根,即高、中压转子和低压转子,它们把蒸汽经过喷嘴产生的动能转变为汽轮机轴的旋转机械能。8一、高、中压转子一、高、中压转子高中压转子采用整锻转子结构,其强度高、刚性大,叶轮和轴是一个整体,解决了高温下叶轮和轴可能松动的问题,便于快速启动。在转子中心处开有贯穿转子全长的中心孔,用来去除转子锻压时集中在轴心的夹杂物和金相疏松部分,以保证转子强度,同时也便于探伤,以检查转子质量,也减轻了转
16、子重量。为防止油、汽等杂质进入中心孔而影响转子平衡,在其两端用中心孔塞将其堵严。在该转子调阀端还有高中压缸前汽封、1 号轴承、推力盘、主油泵、危急保安器等小轴,后端有高中汽封,2 号轴承以及联轴器。高中压转子通流部第一级为冲动式单列调节级,叶轮为整锻式,叶片直接安装在上面,并开有轴向斜孔,该孔起冷却和平衡轴向推力作用,其汽流流向朝发电机端。高压部分十一个压力级反向布置,即气流方向朝调阀端,中压通流部分九个压力级汽流流向朝发电机端。因高中压部分的压力级均为反动式,为避免轴向推力过大,故采用鼓式转子,各压力叶片直接装入转子上开出的叶片槽中。蒸汽在通流部分膨胀做功时,除了对转子作用一切向力产生扭矩外
17、,还产生由高压端指向低压端的轴向力,即轴向推力,对于轴向推力,除了靠推力轴承支承外,本机还采用了高压级组和中压级组反向布置,并设置了三个平衡活塞,以平衡高中压转子的轴向推力。所谓平衡活塞就是加大了直径的汽封体,在转子上形成明显的凸肩,由于凸肩两侧所承受的蒸汽压力不同,产生与高中压转子推力方向相反的轴向推力,用以平衡高中压转子的轴向推力。在高压缸进汽区域内,转子被加工成一个两级平衡活塞,高压通流部分的轴向力将由这两级平衡活塞加以平衡,高压缸排汽侧设有低压平衡活塞,用以平衡中压通流部分的轴向推力。由于高中压转子采用整锻结构,随着转子整体直径的增大,其离心力和同一变工况速度下的应力也相应增大。在高温
18、条件下,受离心力作用而产生的金属蠕变速度以及在离心力和应力共同作用下产生的金属微观缺陷也有所增长。因此,该机组在主蒸汽进口和再热蒸汽进口的高温区段的转子采用低温蒸汽进行冷却,以减小金属蠕变变形和降低启动工况的热应力。主蒸汽经调节级膨胀做功后,压力和温度均有明显降低,这种较低温度的蒸汽利用抽吸作用,通过调节叶轮中的斜孔流过转子高温区表面,将对高温区段转子产生冷却作用,冷却后的蒸汽和主汽汇流后再通过高压级段的通流部分。再热蒸汽进口区域转子冷却利用来自高压平衡活塞密封后冷却了的蒸汽,在自动压差作用下流过中压平衡活塞密封环,在中压平衡活塞密封环和转子之间通过。其中一部分在中压第一段动静间与主蒸汽汇合,
19、另一部分通过中压第一级动叶根部的通道进入第二级。这样中压第二级的转子表面完全被冷却蒸汽覆盖,使转子不与高温蒸汽接触,转子温度将9比进口再热蒸汽温度蒸汽低得多,起到良好的冷却效果。二、低压转子二、低压转子本机低压转子采用整锻式转子。其两端各有七个压力级,为对向分流式结构,因此其轴向推力能基本上自行平衡。其两端有低压汽封和联轴器。联轴器与转子锻为一体,低压转子也开有中心孔贯穿转子全长。三、联轴器三、联轴器本机高中压转子与低压转子的连接以及低压转子与发电机转子的连接均为刚性连接。刚性联轴器结构简单,工作可靠,可以传递很大的扭矩。连接刚性强,而且不允许被连接的转子之间产生相对轴向和径向位移,所以除传递
20、扭矩外,还可传递轴向和径向力。采用刚性联轴器的转子可以共用一止推轴承,但其缺点是被连接的转子的振动相互传递,彼此影响,一旦发生振动,查明原因比较困难。为减小转动时的鼓风损失,联轴器各联接螺栓都埋在深坑中,并装有挡风遮盖板。联轴器、中间垫片或盘车齿轮,各端面均有凹凸配合,起着定中心的作用。四、叶片四、叶片叶片按其用途可分为动叶片和静叶片两种。本机动叶片装在转子轮毂上,接受喷嘴叶栅射出的高速汽流,把蒸汽的动能转换为机械能,使转子旋转。静叶片装在隔板或汽缸上,在反动式汽轮机中,起喷嘴作用;在速度级中,作导向叶片,引导蒸汽进入下一列动叶片。本机共有 35 级,除调节级为单列冲动级外,其余均为反动级。其
21、静叶片全为等截面叶片,动叶片除低压末三级是扭转叶片外,其余均为等截面叶片,叶根全部是枞树型。1、单列调节级叶片该级叶片为等截面不调频叶片,其采用枞树型叶根,安装在转子外缘与叶根形状一致的槽内。转子轮毂外缘有一圈半圆槽,各叶片的叶身底面也有一与转子上半圆槽相对应的半圆槽,当叶片转入到轮槽的位置时与轮毂上半圆槽形成一圆孔,此孔配入制动销,将叶片锁紧在转子上,当叶片一个接一个装入时,将前一叶片锁于转子上的制动销,就由后一叶片的无孔端叶身挡住,最后一只叶片装入时并不锁住,仅用围带铆接在一组的中间。叶片采用整体围带,形成了一个汽流的封闭通道,为了减低振动应力,这些叶片还用附加围带连接成组,围带装在叶片端
22、部的铆钉头上,用打铆所有的铆钉头来固定住。2、高压反动级叶片1)静叶片静叶片是由型材加工而成,为等截面叶片,其具有偏置的根部和整体围带。根部和围10带在沿叶片组的内径和外圆焊接在一起,形成叶片隔板。2)动叶片动叶片为等截面叶片。叶根为枞树型与转子装配,叶顶用斜围带分组连接起来。3、中压部分叶片中压部分动、静叶片均为等截面叶片,叶根也为枞树型,动叶用斜围带连接成组。4、低压部分叶片低压部分每侧前 4 级采用等截面叶片,系不调频叶片,而后 3 级为扭曲叶片,系调频叶片,低压部分两端 15 级用斜围带分段将动叶片连接成组,第 6 级为自由叶片,第 7 级由两根拉筋将叶片连接成组,其进口边焊有防止水蚀
23、的硬质合金。所有动叶片均采用枞树型叶根。第五节第五节 轴承的结构及作用轴承的结构及作用汽轮机采用的轴承有径向支持轴承和推力轴承两种。径向支持轴承用来承担转子重量和旋转时的不平衡力,并确定转子的径向位置,以保证转子旋转中心与汽缸中心一致,从而保证了转子与汽缸汽封、隔板等静止部件的径向间隙。推力轴承承受蒸汽作用在转子上的不平衡轴向推力,并确定转子的轴向位置,以保证通流部分动静间正确的轴向间隙。一、推力轴承一、推力轴承本机推力轴承安置在第一号径向轴承外侧轴承座内,为自位式推力轴承,它能自动地把载荷均匀地分布在各瓦块上,避免了所有瓦块都要有一准确的相同厚度的必要性。推力盘和汽轮机轴制成一体,在其两侧各
24、安装有 6 块推力瓦,这些瓦块支承于调整块上。调整块装配在制成两半的支承环内,并用自位定位销支持,通过调整块的摆动使各瓦块的表面载荷均匀。在推力盘轴线与轴承座内孔轴线不完全平行时,通过各调整块的位移,推力瓦块的载荷也能均匀分布。支撑环装在推力轴承套中,通过支撑环键来防止支撑环和推力轴承的相对移动。推力轴承套在水平处对分,上下两半用螺栓和销子固定,防止推力轴承套在轴承座中转动。该轴承还设有定位机构,用以调整推力轴承套的轴向位置,使汽轮机转子在汽缸内获得正确位置,防止动静部分摩擦。 该推力轴承应用油膜原理。轴承始终浸在压力油中,油直接从主机润滑油管路供给。在排油管路上设有节流孔螺栓,以控制排油量,
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