汽輪機主要零部件的結(jié)構(gòu)與作用

一、基礎(chǔ)與機座

基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)。其型式根據(jù)機組的結(jié)構(gòu)特點及大小而定?；A(chǔ)主要承受著汽輪機、凝汽器、工作機（及冷卻器）等的重量，此外還承受著由于機組的轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量不平衡所引起的離心力。機座（臺板）是用來支承機組并使其牢固地固定在基礎(chǔ)上的部件。小型機組采用整塊式臺板，是用鑄鐵澆鑄的空心結(jié)構(gòu)。臺板與基礎(chǔ)之間置有墊鐵，汽缸找平后，擰緊地腳螺栓，然后在空心臺板內(nèi)灌入混凝土，使臺板牢固地固定在基礎(chǔ)上。連接臺板與基礎(chǔ)的地腳螺栓一般有雙頭螺栓和帶鉤式螺栓兩種型式。

二、汽缸

1．汽缸的作用及受力 

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，保證蒸汽在汽輪機內(nèi)完成其能量轉(zhuǎn)換過程。汽缸內(nèi)部裝有噴咀室、噴咀、隔板套、隔板和汽封等零部件，汽缸外部裝有調(diào)節(jié)汽閥及進汽、排汽和回熱抽汽管路。

汽缸的受力情況比較復雜，而且隨著汽輪機的運行工況改變而變化，為了掌握正確地運行方式，保證機組的安全，必須了解汽缸在工作時的受力情況。汽缸在工作時承受的作用力主要有：

（1）汽缸內(nèi)外的壓力差，使汽缸壁承受一定的作用力。

（2）隔板和噴咀作用在汽缸上的力，這是由隔板前后的壓力差及汽流流過噴咀時的反作用所引起的。

（3）汽缸本身和安裝在汽缸上零部件的重量。

（4）軸承座與汽缸鑄成一體或軸承座螺栓連接下汽缸的機組，汽缸還承受著轉(zhuǎn)子的重量及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的不平衡力。

（5）進排汽管道作用在汽缸上的力。

（6）汽輪機在運行中，汽缸各部分存在著溫度差引起的熱應(yīng)力。因此，在考慮汽缸結(jié)構(gòu)時，必須保證汽缸有足夠的強度和剛度，保證各部分受熱時自由膨脹，根據(jù)汽流壓力、溫度和容積的變化要求通流部分有比較大地流通特性；在滿足強度和剛度的情況下，盡量減薄汽缸和法蘭壁的厚度，力求汽缸形狀簡單、對稱。在汽輪機運行時，必須合理地控制汽缸的溫度變化速度，以避免汽缸產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力和熱變形及由此引起的汽缸結(jié)合面不嚴密或汽缸裂紋。

2．汽缸的結(jié)構(gòu) 

根據(jù)機組的功率不同，汽輪機有單缸和多缸結(jié)構(gòu)。我國生產(chǎn)的功率 10 萬千瓦以下的汽輪機多采用單缸結(jié)構(gòu)。汽缸從高壓向低壓方向看，大體呈圓筒形或園錐形。為了便于加工、安裝及檢修，汽缸一般做成水平剖分式，即分為上、下汽缸，水平結(jié)合面通常用法蘭螺栓連接。

3．汽缸的支承及滑銷系統(tǒng)

1）氣缸是支撐在臺板上，臺板通過墊鐵用地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上。汽缸的支承方式一般有兩種：一種是氣缸通過軸承座支撐;另一種是通過其外伸的撐腳直接放置在臺板上。

汽缸與軸承座的連接方式有：

（1）汽缸與軸承座作成一體。

（2）汽缸與軸承座采用半法蘭連接。

（3）汽缸與軸承座采用貓爪連接。這種方式能保證汽缸自由膨脹和不會使軸承座溫度升高過多，因此得到廣泛應(yīng)用。

2）滑銷系統(tǒng)汽輪機在啟動、停機和運行中，汽缸溫度變化很大，隨著汽缸各部溫度的變化，各部件將產(chǎn)生膨脹和收縮。為了保證汽輪機自由地膨脹，并保持汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致，均裝有滑銷系統(tǒng)。

根據(jù)滑銷的構(gòu)造、安裝位置和作用不同可分為：

（1）縱銷：其作用是允許汽缸沿縱向中心線自由膨脹，限制汽缸向中心線的橫向移動。

（2）橫銷：其作用是允許汽缸在橫向能自由膨脹。一般裝在低壓缸排汽室的橫向中心線上。

（3）立銷：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。

（4）貓爪橫銷：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(zhuǎn)子和汽缸的軸向相對位置。貓爪橫銷和立銷共同保持汽缸中心與軸承座中心的一致。

三、噴咀及隔板

1、噴咀組

汽輪機第一級的噴咀通常由若干個噴咀組成噴咀組固定在單獨設(shè)置的噴咀室上，第二級以后的各級噴咀裝在隔板上。第一級噴咀分成數(shù)目不同的弧段，直接受各調(diào)速汽門的控制，用它來調(diào)整汽輪機進汽量的多少，因此，第一級噴咀又稱調(diào)節(jié)級噴咀。

2、隔板

隔板是用來固定噴咀汽片，并將整個汽缸內(nèi)間隔成若干個汽室，隔板在汽缸殼體內(nèi)與汽缸殼體或內(nèi)機殼組成氣道，即形成擴壓器、彎 道及回流器。隔板由隔板體、噴咀汽片和隔板外緣等部分組成。隔板通過外緣直接安裝在汽缸或隔板套內(nèi)專門的凹槽中，為了檢修方便，隔板沿水平分剖為上、下兩半。

四、汽封

汽輪機通汽部分的動、靜機件之間，為了避免碰磨，必須留有一定的間隙。而間隙的存在又要導致漏汽，使汽輪機的效率降低。為解決這一矛盾，在汽輪機動、靜機件的有關(guān)部位設(shè)有密封裝置，通常稱為汽封。汽封的結(jié)構(gòu)形式一般用迷宮汽封。? 宮汽封由若干個依次排列的環(huán)形密封齒組成，與軸形成一系列節(jié)流間隙和膨脹空腔，對通過的汽體產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而起密封作用。

五、軸承

1、分類

根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類，每一類軸承按其所能承受的載荷方向的不同，又可分為支持軸承（承受徑向載荷）、止推軸承（承受軸向載荷）和支持止推軸承（同時承受徑向載荷和軸向載荷）等?；瑒虞S承按其摩擦狀態(tài)可分為非流體滑動軸承（干摩擦和半干摩擦）和流體潤滑軸承（流體摩擦），按照獲得流體摩擦狀態(tài)的方法不同，流體潤滑軸承又分為動壓軸承和靜壓軸承兩種。動壓軸承就是依靠本身軸頸（或止推盤）的回轉(zhuǎn)，把潤滑油帶人軸（或止推盤）與軸承之間，建立起油壓而把軸支撐起來（或承受轉(zhuǎn)子的軸向推力）的軸承。靜壓軸承就是用泵向軸與軸承之間輸入壓力油，把軸支撐起來的軸承。

對于工業(yè)透平機械（汽輪機、離心壓縮機），從承受載荷的角度來說，常用的是支持軸承和止推軸承兩類。支持軸承的作用是承受轉(zhuǎn)子重量和其他附加徑向力，保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中心與汽缸中心一致，并在一定的轉(zhuǎn)速下正常運行。止推軸承的作用是承受轉(zhuǎn)子的軸向力，限制轉(zhuǎn)于的軸向竄動，保持轉(zhuǎn)子在汽缸中的軸向位置。從軸承的工作原理角度來說，普遍采用動壓軸承。

汽輪機、離心壓縮機轉(zhuǎn)速很高，它們的支持軸承線速度一般在 50m/s 以上，止推軸承線速度一般在 80m/s 以上，均屬于高速滑動軸承，所以對軸承的要求是安全可靠、運行穩(wěn)定、抗振性好、使用壽命長，尤其突出的是要求高度可靠。與其他軸承相比，動壓軸承能夠更好地滿足這些要求。

2、動壓軸承的工作原理

動壓軸承在運行過程中，軸承與軸頸之間會形成一層薄薄的油膜，這層油膜可以使軸浮起來。對于止推軸承，在止推軸承和瓦塊之間形成楔狀間隙，止推盤旋轉(zhuǎn)，由于潤滑油有一定的黏性，止推盤把油帶進這個間隙中，進油口大，出油口小，便在油楔中形成油模壓力，承受轉(zhuǎn)子的軸向推力。同樣，在徑向軸承運行過程中，由于軸頸不停地回轉(zhuǎn)，軸頸便把潤滑油帶人軸頸與軸承之間，從而形成了一層薄薄的油膜。由于軸頸與軸承中心并不同心，而是有一個偏心，這種楔形油膜可使沉重的軸浮起來。 概括來說，動壓軸承為了獲得液體潤滑，在結(jié)構(gòu)上必須滿足有楔形間隙的要求，使進油口大與出油口小。軸承油膜的形成以及產(chǎn)生油膜壓力的大小受軸的轉(zhuǎn)速、潤滑油的黏度、軸承間隙和軸承承受的負荷等因素的影響。一般來說，軸的轉(zhuǎn)速越高，油的黏度越大，被帶進的油就越多，油膜壓力就越大．承受的載荷也就越大．但是，油的黏度過大，會使油分布不均勻，增加摩擦損失，不能保持良好的潤滑效果。軸承間隙過大，對油膜形成不利，并增加油的消耗量；軸承間隙過小，又會使油量不足，不能滿足軸冷卻的要求。一定的軸承結(jié)構(gòu)，在一定的轉(zhuǎn)速下，只能承受相當?shù)呢摵桑绻摵蛇^大，油膜形成會很困難，當超過軸承的承載能力時，軸瓦就會被燒壞。

3、常用的徑向軸承

在工業(yè)汽輪機上常用的徑向軸承有圓瓦軸承、橢圓瓦軸承、多油楔固定軸承和可傾瓦軸承，并且以可傾瓦軸承使用為至多。圓瓦軸承的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但高速穩(wěn)定性差，只能用于中、小型和低速汽輪機中。橢圓瓦軸承同圓瓦軸承相比，其優(yōu)點一是運行中形成上、下兩個油膜，垂直方向穩(wěn)定性好，二是油量大，軸承散熱性好；缺點是功耗稍大，多應(yīng)用于中型、軸承比壓較高的汽輪機。多油楔固定軸承的優(yōu)點是軸承的各方向抗振性均好、軸承溫升低、不易發(fā)生油膜振蕩，多用于高速工業(yè)汽輪機?？蓛A瓦軸承與上述軸承相比，其優(yōu)點是每一塊瓦均能自由擺動，在任何情況下都能形成佳油楔，高速穩(wěn)定性好，不易發(fā)生油膜振蕩（旋轉(zhuǎn)的軸頸在滑動軸承中，帶動潤滑油高速流動，在一定條件下高速油流反過來激勵軸頸，產(chǎn)生一種強烈的自激振動現(xiàn)象）問題。多應(yīng)用于高速輕載工業(yè)汽輪機。近年來在高速透平機械上主要采用了可傾瓦軸承?？蓛A瓦軸承主要由軸承殼、兩側(cè)油封和可以自由擺動的瓦塊構(gòu)成。這種軸承由三個或更多個瓦塊所組成，一般是五塊瓦。軸瓦可以擺動。

圖3－1－19 所示是五塊瓦的可傾瓦軸承。

沿軸頸的周圍均勻分布五個瓦塊，各自可以繞自身的一個支點擺動。在軸頸的正下方有一個瓦塊，以便停機時支撐軸頸及冷態(tài)時用于找正。瓦塊與軸頸有正常軸承間隙量，一般取相對間隙的1．2220‰。每塊瓦的外徑都小于軸承殼體的內(nèi)徑。瓦背圓弧與殼體孔是線接觸，它相當于一個支點。當機組轉(zhuǎn)速、負荷等運行條件變化時，瓦塊能在殼體的支撐面上自由地擺動，自動調(diào)節(jié)瓦塊位置，形成佳潤滑油楔。為了防止軸瓦隨軸頸沿圓周方向一起轉(zhuǎn)動，每個瓦塊上都用一個裝在殼體上并與軸瓦松配的銷釘或螺釘來定位，圖3－1－19 中的定位銷在瓦塊中間，也有不在中間的，進油道至定位銷的距離比出口邊至定位銷的距離大。為了防止軸瓦沿軸向和徑向竄動，把瓦塊裝在殼體內(nèi)的T 形槽中。瓦塊澆注有巴氏合金，巴氏合金厚度為0．8～2．5mm。為了保證巴氏合金與瓦塊緊密貼合，在瓦塊上預(yù)制出溝槽。軸承殼體上下水平剖分，安裝在軸承座內(nèi)，并用螺栓和定位銷釘 定位以保證對中，為了防止軸承殼體轉(zhuǎn)動，裝有一個徑向定位銷釘。一般情況下，軸承殼體外徑緊配在軸承座內(nèi)。也可以把軸承的外殼做成凸球面，裝在軸承座的凹球面的支承上與其相吻合，從而軸孔殼體可以自動調(diào)位，以適應(yīng)軸的彎曲和軸頸不對中時所產(chǎn)生的偏斜。軸承的進油口數(shù)各不一樣，有的軸承只有一個進油孔，有的軸承采用瓦塊與瓦塊間都有進油孔，但總是布置在不破壞油膜的地方。潤滑油沿軸向排出去。在軸承兩端的殼體上有一個凹槽相通的排油孔，潤滑油集中到凹槽中，經(jīng)過排油孔流回油箱，也有的從上方排油孔排出?？蓛A瓦軸承與其他軸承相比，其特點是由多塊瓦組成，每一瓦塊可以擺動，因而使可傾瓦軸承在任何情況下有利于形成佳油膜，不易產(chǎn)生油膜振蕩。 

4、常用的止推軸承

在工業(yè)汽輪機上常用的止推軸承有米楔爾止推軸承和金斯伯雷止推軸承，這些軸承的共同特點是有多個活動的止推瓦塊，在瓦塊后有承力點，止推瓦塊可以繞支點擺動，以形成佳狀態(tài)的潤滑油膜。米楔爾止推軸承止推塊同基環(huán)直接接觸，是單層的；金斯伯雷止推軸承是止推塊下還有上、下水準塊，然后才是基環(huán)，是三層結(jié)構(gòu)。

分別如圖3－l－20 和圖3－1－21 所示。

米楔爾止推軸承的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸小；缺點是當瓦塊厚度稍有差別或軸承基環(huán)同止推盤平行度有誤差時，每瓦塊間負荷不能調(diào)節(jié)，會造成部分瓦塊過載。米楔爾軸承主要包括軸向剖分的上下軸承殼體以及兩個瓦環(huán)。若干塊可傾瓦組成一個瓦環(huán)，瓦環(huán)直接通過止推軸承殼體和村環(huán)，將透平轉(zhuǎn)子的軸向推力傳給軸承殼體?？蓛A瓦塊與轉(zhuǎn)子止推盤接觸的一面材有巴氏合金，其厚度應(yīng)小于汽輪機動、靜部分間的軸向間隙，目的是一旦巴氏合金熔化后，止推盤尚有鋼圈支撐著，短時間內(nèi)不致引起汽輪機內(nèi)動、靜部分碰傷，一般巴氏合金厚度為1～1．5mm。向旋轉(zhuǎn)方向傾斜，這樣，通過轉(zhuǎn)子止推盤和可傾瓦表面的相對運動，止推盤和可傾瓦之間便形成油楔。由于可傾瓦這種布置方式，可出現(xiàn)佳的潤滑間隙。通過安裝徑向圓銷防止了可傾瓦向切線方向移動。止推軸承包括兩個相同的、對稱安裝的可傾瓦環(huán)，分別承受兩個軸向方向的推力，一個作主推力軸承用，它應(yīng)迎著轉(zhuǎn)子的軸向推力方向，一個作副推力軸承用，它承受由于啟動或甩負荷時可能出現(xiàn)的反向軸向推力。

金斯伯雷止推軸承的優(yōu)點是瓦塊間載荷分布均勻，調(diào)節(jié)靈活，能自動補償轉(zhuǎn)子不對中、偏斜；缺點是結(jié)構(gòu)復雜，需要軸向安裝尺寸較長。金斯伯雷止推軸承的結(jié)構(gòu)中，止推瓦塊下墊有上水準塊，下水準塊和基環(huán)。它們之間用球面支點接觸，保證止推瓦塊，水準塊可以自由擺動，使載荷分布均勻 。

六、轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子的組成及作用：汽輪機中所有轉(zhuǎn)動部件的組合體稱作轉(zhuǎn)子。包括：主軸、軸封、平衡轂、轉(zhuǎn)轂、動葉片、止推盤、危急保安器、聯(lián)軸器總承、測量盤等。

1、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)基本上有三種型：   

1）套裝轉(zhuǎn)子：

套裝轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如圖 6—4。這種轉(zhuǎn)子是將主軸及葉輪分別加工制造，然后將葉輪熱套（過盈配合）在主軸上。主軸加工成階梯形，中間直徑大、兩端直徑小，這樣不僅有利于減少轉(zhuǎn)子的撓度，而且便于葉輪的套裝和定位，套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點是葉輪和主軸可以單獨制造，故鍛件小，加工方便，節(jié)省材料，容易保證質(zhì)量、轉(zhuǎn)子部分零件損壞后也容易拆換。其缺點是輪孔處應(yīng)力較大，轉(zhuǎn)子的剛性較差，特別是在高溫下，金屬的里面蠕變?nèi)菀资谷~輪與主軸套裝產(chǎn)生松動現(xiàn)象。因此，它適用于工作溫度小于400℃轉(zhuǎn)速較低的中、低壓汽輪機。

圖 6－4  套裝轉(zhuǎn)子

1－油封   2－汽封環(huán)（平衡轂）  3－軸   4－葉片  5－葉輪

2）整鍛轉(zhuǎn)子

這種轉(zhuǎn)子的葉輪和主軸及其它主要零部件是用整體毛坯加工制成。主軸的中心通常鉆有中心孔。其作用是用來檢查整鍛轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，減輕轉(zhuǎn)子的重量。整鍛轉(zhuǎn)子的優(yōu)點是：葉輪與主軸作成整體，因此不會產(chǎn)生松動，能適應(yīng)高溫工作和快速啟動的要求；裝配零件少，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性較大。其缺點是：要求有生產(chǎn)大型鍛件的專用設(shè)備，工藝、質(zhì)量檢驗比較復雜、轉(zhuǎn)子上零件損壞更換困難，甚至造成整個轉(zhuǎn)子報廢。汽輪機的高溫轉(zhuǎn)子均采用整鍛轉(zhuǎn)子。

3）組合轉(zhuǎn)子

組合轉(zhuǎn)子是在同一轉(zhuǎn)子上，高壓部分采用整鍛結(jié)構(gòu)，中、低壓部分采用套裝結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)兼顧了整鍛轉(zhuǎn)子和套裝轉(zhuǎn)子的優(yōu)點，因此，廣泛用于高、中等功率的汽輪機上。

2、葉輪結(jié)構(gòu)

葉輪一般由輪緣、輪體和輪轂三部分組成。輪緣用來固定葉片，其結(jié)構(gòu)根據(jù)葉片受力情況及葉根形狀確定，大多數(shù)輪緣具有比輪體大的截面。輪轂是將葉輪套在主軸上的配合部分，故只有套裝轉(zhuǎn)子才有，其結(jié)構(gòu)取決于葉輪在主軸上的套裝方式。輪體是輪緣與輪轂連接的部分，其斷面根據(jù)受力情況確定。輪體斷面型線有等厚度葉輪、錐形葉輪、雙曲線葉輪等。為了減少葉輪前的壓力差，通常在葉輪的輪體上開有平衡孔。

七、葉片

1、葉片是汽輪機重要的零件之一

這是因為：

1）葉片的結(jié)構(gòu)型線對汽輪機效率有直接影響；

2）葉片的工作?件 惡劣，受力情況復雜，故其事故較高、數(shù)量較大、加工量大。因此，要求葉片具有良好的流動特性，足夠的強度及滿意的轉(zhuǎn)動特性，合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性能。

2、葉片的類型與結(jié)構(gòu)

葉片的類型很多，按工作原理可分為沖動式和反動式兩大類，按葉片的截面形狀還可分為等截面和變截面（扭曲）葉片，按制造工藝可分為銑制、軋制、模鍛等類型。葉片由葉型、葉根和葉頂三部分組成。

圖6—7 所示為軋制葉片和銑制葉片的結(jié)構(gòu)。

（1）葉型部分 

葉型部分是工作部分，相鄰葉片的葉型部分組成蒸汽的流道。

（2）葉根部分

葉片通過葉根固定在葉輪上，葉根與葉輪的連接應(yīng)該牢固可靠，而且應(yīng)保證葉片在任何運行條件下不會松動。葉根有T 型、菌型、叉型、樅樹型等。

（3）葉頂部分 

汽輪機的葉頂部分通常裝有圍帶，它將若干個葉片聯(lián)成葉片組。

來源：網(wǎng)絡(luò)

（版權(quán)歸原作者或機構(gòu)所有）