汽輪機(jī)部件和系統(tǒng)

摘 要：汽輪機(jī)主要由固定在內(nèi)部的葉片和在外圍攜帶運(yùn)動(dòng)葉片的轉(zhuǎn)子組成。轉(zhuǎn)子安裝在套管內(nèi)攜帶運(yùn)動(dòng)葉片，在固定葉片的行之間穿插。這樣，通過(guò)渦輪的蒸汽通過(guò)通過(guò)固定的葉片來(lái)引導(dǎo)蒸汽，以特定角度進(jìn)入動(dòng)葉片。外殼和轉(zhuǎn)子都必須構(gòu)最大程度地減少破壞性熱應(yīng)力，并且移動(dòng)葉片必須牢固地安裝到轉(zhuǎn)子上， 承受高離心力。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；汽缸；轉(zhuǎn)子；葉片；密封；軸承；潤(rùn)滑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.057

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸由軸承承載，并與發(fā)電機(jī)相連。軸承必須適當(dāng)?shù)貙?duì)齊，以適應(yīng)軸因自然重力的彎曲。在熱瞬變過(guò)程中，還必須留有一定空隙允許轉(zhuǎn)子和套管之間的差異膨脹。兩者膨脹，而不擾亂對(duì)中，同時(shí)允許轉(zhuǎn)子更快地?cái)U(kuò)張，并達(dá)到比套管更大的程度。軸承需要潤(rùn)滑。多泵傳動(dòng)采用替代電源，確保在所有操作環(huán)境下都有足夠的潤(rùn)滑。

如果轉(zhuǎn)子的軸通過(guò)套管的端口，則需要密封以防止蒸汽泄漏。在套管內(nèi)，還需要密封以防止蒸汽在葉片周圍泄漏。而不是經(jīng)過(guò)它們。渦輪密封是迷宮式密封，在固定部件和旋轉(zhuǎn)部件之間沒(méi)有機(jī)械接觸。因此，泄漏并不是真正消除的，而僅僅是控制為最小量。

1 渦輪缸配置

大型渦輪機(jī)由幾個(gè)汽缸組成，結(jié)合在一起驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)電機(jī)。典型的機(jī)組可能有一個(gè)高壓汽缸，一個(gè)中壓汽缸和兩個(gè)或三個(gè)低壓缸。蒸汽膨脹到大氣下壓力時(shí)，蒸汽的體積會(huì)不斷增加。

通過(guò)再加熱改善蒸汽質(zhì)量，并提取部分膨脹蒸汽用于給水加熱。蒸汽條件，特別是溫度，受到材料性能限制，而壓力往往由蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)決定。

渦輪設(shè)計(jì)的控制參數(shù)一般是相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的，大多數(shù)制造商在相當(dāng)狹窄的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)他們的渦輪機(jī)。但在這些限度內(nèi)仍提供葉片設(shè)計(jì)的范圍，如沖動(dòng)或反應(yīng)式，以及適應(yīng)高溫和壓力專門的機(jī)械解決方案。

渦輪汽缸必須承受蒸汽的壓力，因此它們具有堅(jiān)固的厚壁設(shè)計(jì)。它們還受到高溫蒸汽的影響，對(duì)于厚壁組件，是不令人滿意的。剛性構(gòu)件內(nèi)部的溫度梯度在材料中產(chǎn)生了很高的應(yīng)力，當(dāng)與壓力引起的機(jī)械應(yīng)力耦合時(shí)，會(huì)導(dǎo)致材料破壞。

此外，必須考慮到各組成部分的全面擴(kuò)大。另外，在加熱和冷卻過(guò)程中，溫度梯度變得特別不利，因?yàn)檩^大的部分比小的部分需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)改變溫度。

為了承受壓力，需要厚壁，但為了將熱應(yīng)力降到最低，不應(yīng)突然改變厚度或不對(duì)稱布置。這不可避免地導(dǎo)致設(shè)計(jì)承重部件要用圓滑輪廓。同時(shí)，組件均勻加熱，以避免差異膨脹和不適當(dāng)?shù)臒釕?yīng)力。

這需要部分均勻的厚度和套管內(nèi)循環(huán)蒸汽的參數(shù)，如圖1所示，以促進(jìn)均勻的溫度變化，特別是在啟動(dòng)裝置，蒸汽進(jìn)出汽缸也必須是協(xié)調(diào)的，需特殊噴嘴和加強(qiáng)外壁。進(jìn)入的蒸汽的溫度高于通常存在于氣缸中的溫度， 適當(dāng)?shù)陌才乓钥紤]到在這些地區(qū)的熱應(yīng)力和有差異膨脹。

為了裝配和拆卸渦輪機(jī)進(jìn)行維護(hù)，必須以某種方式將機(jī)殼分開(kāi)。接頭通常是水平的，這樣上半部就可以被移除，留下下半部和旋轉(zhuǎn)部件的位一半，如圖1所示。這種接頭必須承受套管的壓力，法蘭特別厚和堅(jiān)固。這些法蘭在加熱和冷卻套管時(shí)，可能變形。

2 套管設(shè)計(jì)

各種設(shè)計(jì)利用獨(dú)特性以適應(yīng)相互矛盾的情況，如厚壁用于低壓應(yīng)力和薄墻用于低熱應(yīng)力。圖2顯示了一個(gè)布朗波維設(shè)計(jì)的單流動(dòng)高壓渦輪。很明顯，有兩個(gè)殼體，一個(gè)內(nèi)殼和一個(gè)外殼。

這是現(xiàn)在大型汽輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)做法，因?yàn)閴毫σ鸬膽?yīng)力在兩個(gè)殼體之間分配，導(dǎo)致減少壁厚。排氣在兩個(gè)外殼之間的環(huán)形空間循環(huán)，以促進(jìn)均勻加熱和最小化溫度梯度。

一個(gè)特點(diǎn)是提供收縮環(huán)，以保持兩半的內(nèi)套管在一起。這就避免了重型法蘭和螺栓的需要，并促進(jìn)了均勻加熱。裝配期間收縮環(huán)提前加熱，擬合和握緊兩半的套管牢固地冷卻。外殼有傳統(tǒng)的法蘭和螺栓。一旦投入使用，內(nèi)缸和轉(zhuǎn)子必須作為一個(gè)單位拆下收縮環(huán)，以維護(hù)轉(zhuǎn)子。

另一個(gè)獨(dú)特的套管設(shè)計(jì)如圖3所示。這是由Kraftwerk聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，也克服了在高壓缸中需要一個(gè)非常重的法蘭的需要。從外形上看，高壓渦輪機(jī)的整個(gè)外殼形狀像一個(gè)桶。在裝配過(guò)程中，內(nèi)套管從端口滑入，并在末端安裝一個(gè)大的螺紋塞。內(nèi)殼是垂直分開(kāi)，用長(zhǎng)螺栓連接在一起，通過(guò)套管壁，而不是通過(guò)凸出法蘭。熱的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的雙層外殼相同?？邓固剡@些桶筒的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但一旦使用，整個(gè)缸必須拆除，以提取內(nèi)套管，才能拿到轉(zhuǎn)子。

3 結(jié)論

綜上所述，這兩種設(shè)備都有雙套管，排氣在套管之間的環(huán)形空間中循環(huán)，就像高壓渦輪機(jī)的情況一樣。此外，這些渦輪機(jī)還提供部分膨脹蒸汽用于給水加熱。這種蒸汽的通道顯然是圍繞著內(nèi)部外殼的環(huán)形空間。蒸汽通過(guò)溝槽進(jìn)入這些通道。在內(nèi)部套管中，通過(guò)管道在渦輪的上方或下方排出。在這些渦輪機(jī)中，內(nèi)部和外部的外殼水平地分開(kāi)，安裝有法蘭和螺栓。在雙流渦輪機(jī)中，由蒸汽流量產(chǎn)生的軸向推力是平衡的。在低壓渦輪機(jī)中，溫度和壓力相對(duì)較低，而且外殼不像高壓汽缸那樣堅(jiān)固。建筑主要是裝配式的。有一個(gè)內(nèi)套管，支持固定的葉片和環(huán)形通道，通過(guò)這些通道提取蒸汽進(jìn)行給水加熱。

作者簡(jiǎn)介：修業(yè)（1991-），男，吉林長(zhǎng)春人，本科，學(xué)士，初級(jí)工程師，研究方向：汽輪機(jī)輔機(jī)。