300MW汽轮机本体结构及运行

第一篇汽轮机本体结构及运行

第一章汽轮机本体结构

第一节本体结构概述

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）71φ219×197

2（高压缸）111φ219×207

3（中压缸）161φ327×306

4（中压缸）201φ511×489

5（低压缸）221φ510×490

6（低压缸）241φ510×490

7（低压缸）252φ510×490

8（低压缸）264φ510×490

第二节技术规范及主要性能

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：273℃

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

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、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

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330～350℃，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200t/h，回水至凝汽器，其他条件同第7条时，可发出功率278.2MW。

第三节静止部分的结构及作用

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。

Ⅰ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Ⅱ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

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

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。

2

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

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。

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φ720×20的抽汽管对外供热。

第四节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。

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，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，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

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

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

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1～5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的硬质合金。所有动叶片均采用枞树型叶根。

第五节轴承的结构及作用

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

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，保证轴承内充满润滑油，并使润滑油具有一定的流量。

二、径向轴承

本机共有四个径向支持轴承，高、中压转子和低压转子各两个。高、中压部分两轴承采用四块可倾瓦块结构，其特点是：可避免油膜振荡，运转中具有良好的稳定性，可倾瓦之上瓦块出油侧外圆沉孔处装有减振弹簧将瓦块紧压于轴颈上，运转时可防止上瓦摆动。

1、高中压缸前轴承

高中压缸前轴承为自位式可倾瓦轴承。用于由于温度改变而又同时要求保持良好对中性的场合，以适应转子倾角的变化。由于喷嘴的调节，调速汽门的相应开启，蒸汽进入不同的喷嘴弧段，通过调节级后而做功，这时作用在高中压轴承的负载大小和方向是变化的，可提供优良的稳定性，并能良好的消除轴颈振动。

该轴承由四个按照同一个公差直径钻孔的的巴氏合金钢瓦块组成。每个瓦块被支承在轴承环上，通过调整垫块便有一个准确的位置，还可以使瓦块与轴颈表面对中，像内衬套一样，嵌入瓦块中心，随着调整快的圆形转动。当转子因自重而挠曲时，轴瓦随之倾斜，以保持轴颈中心线与轴承中心线平行，所以称为自位式。

轴承体制成两半，并在水平中分面用销定位，各瓦块都装在轴承体内，并以球面垫块来支承和定位，垫块球面与位于各瓦快中心的垫片接触，这样，可允许轴承转动时与转子自动对中。

轴承润滑油来自主机润滑油母管，通过轴承体的下半，然后轴向进入轴承体两端的环形通道，再从环形通道穿过六只钻孔进入轴承瓦块，其中两只在垂直中心线的顶部，在水平中心线的两侧各两只。润滑油也通过垂直中心线底部的单个钻孔供给轴承，润滑油沿轴颈分布并在两端流出。由挡油环来防止从轴承两端大量漏油。润滑油通过油封环下半和挡油板上的通道返回轴承座。限位销用来防止油封环的转动，。挡板和用来防止外挡油环功能受影响而从轴承座或沿转子轴漏出过量的润滑油。

2、高中压缸后轴承

高中压缸后轴承为可倾瓦轴承，其由孔径镗到一定公差的四块浇有巴氏合金的钢制瓦块制成，各瓦块均支承在轴承体内，并由自位垫块定位，自位垫块除决定各瓦块的位置外，尚可嵌入瓦块中心的内垫片作为自位垫块球形面的支点，来调整瓦块和轴颈表面。自位垫块的平面端则与磨成要求厚度的外垫片紧贴，以维持适当的轴承间隙。

轴承体制成两半，并在水平中分面用销定位，安装在加工于轴承座下半和轴承盖内孔上的槽内，这条槽确定轴承的轴向位置。销则定周向位置。

轴承通过在轴承座下半的多管块由润滑油系统来的油润滑。油由挠性管引到轴承体，然后通过位于水平和垂直中心线的4个开孔进入轴承瓦块，油沿着各瓦块间的轴颈表面分布并从两端排出，挡油环和油板防止从轴承两端大量漏油，挡油环做成两半并固定在轴承体上，油通过钻在挡油环上的一些油孔和挡油板上的通道返回轴承座。用限位销防止挡油环转动。

3、低压缸轴承

低压缸轴承为三垫块径向轴承，它包括一个浇有巴氏合金的铸钢轴承体，其具备润滑和对轴承中心位置径向调整的措施。轴承体水平地分开，在装配时用两只定位销来确保上、下轴承体准确对中。

轴承由三块钢制垫块和支承在轴承座的球面内孔中，垫块的外表面加工到比轴承座内孔略小一些的半径，在各垫块和轴承体之间用垫片来垂直和水平移动轴承，使转子在汽缸内准确的定位。略低于水平中分面配装在轴承体内的限位销伸到轴承座的一条槽内，用来防止轴承的转动。

油通过轴承座与垫块中央的通孔进入轴承，油从孔穿过导入上半轴承体的储油区，储油区没有扩展到轴承两端，它中止于离切割在每一端部的环形槽不远处，一部分油可从这些环形槽通过下半轴承体的几个回油孔回入轴承座。润滑油穿过截面的通道供到轴承各端部区域。

第六节汽封的结构与作用

汽轮机运转时，转子高速旋转，静子固定，因此转子和静子之间应留有适当的间隙以免相互摩擦，然而间隙的存在就要导致漏汽（气），这样不仅会降低机组效率，还会影响机组安全运行，为此在机组内有关部位设置了各种汽封。它既保证了动静部分有适当间隙又防止动静部分间漏汽或空气从轴端漏入汽缸真空部分，按其安装位置的不同可分为通流部分汽封，隔板汽封和轴端汽封，下面就本机情况，分别介绍。

一、通流部分汽封

在汽轮机的通流部分，由于动叶顶部与汽缸壁面（或静叶持环）之间存在间隙，必然有蒸汽泄漏，为了减小蒸汽损失，装有通流部分汽封。通流部分汽封包括动叶围带处的径向汽封、轴向汽封和动叶根部的轴向汽封。

本机组在各级围带顶部设有汽封（又称围带汽封）以防止蒸汽绕过顶部漏到级后，使动叶做功减少。

1、为减少调节级叶片围带顶部漏汽，在喷嘴板上安装一个汽封环，为防止其叶根漏汽，又在喷嘴板上装了三个汽封环，汽封环由八块扇形汽封块组成，汽封块被装配在喷嘴板上，在轮槽内，并用定位销定位，汽封块背部，喷嘴板轮槽内装有弹簧片，以保证汽封块在密封位置。

2、高压叶片顶部装有围带汽封，汽封环分别由八块扇形汽封块组成，汽封块配到高压静叶持环上的轮槽内并用定位销定位，在汽封块与静叶持环装有弹簧以保证密封，汽封

环上有三片齿，这种弹簧退让汽封，可保持转子和叶片围带间较小的径向间隙，如发生摩擦，弹簧将产生挠曲，使汽封齿磨损较小。

3、中压部分动叶顶部围带汽封在结构形式与高压相同，只是汽封环有五个齿。

4、低压部分每侧前五级动叶均有围带，也为弹簧退让式汽封，末2级叶顶无围带，叶顶是自由的顶部尖薄，起着汽封的作用，也防止动静部分摩擦。

二、隔板汽封

因隔板前后存在着较大的压力差，而隔板与主轴间又存在间隙，因此，必定有一部分蒸汽从隔板前通过间隙漏到隔板与叶轮之间的汽室里，由于这部分蒸汽不通过喷嘴，同时还会恶化蒸汽主流的流动状态，因此形成了隔板漏汽损失，故设有隔板汽封。

本机高中压隔板汽封，采用梳齿形，汽封环也是由八个扇形汽封块组成，装在隔板内圆的汽封槽中，并有定位销，在隔板汽封槽和汽封块背弧间也装有弹簧片。转子上有高低汽封槽，与汽封齿共同组成汽封间隙。

三、平衡活塞汽封

为减少汽轮机汽缸内的蒸汽泄漏并在平衡活塞两侧形成压差，在高、中、低压平衡活塞处均装有汽封，平衡活塞体均制成两半支承在内缸上。

平衡活塞汽封均采用高低齿汽封，由于压降较大，齿数较多，故做成若干个汽封环，它们分别嵌装在平衡活塞持环的环形槽中，汽封环也是由八个扇形汽封块组成，并设有制动销，以防止旋转和拆吊平衡活塞时脱落，汽封块呈T字型根部。在各汽封环弧段，靠近进汽侧开有矩形压力蒸汽供应槽，在蒸汽压力作用下，使汽封环紧紧地压在轮槽上，呈密封状态。为防止蒸汽通过汽封环T型根部处泄漏，压力蒸汽供应槽必须迎向蒸汽汽流方向。

汽封环采用弹性支承，每个汽封环均用螺钉固定在弧段上的带状弹簧压住，螺钉头下留有足够的间隙，允许弹簧片压缩，装配时冲铆每个螺钉以防松脱。

四、轴端汽封

由于汽缸内与外界大气压力不等，就必然会使缸内蒸汽或缸外空气沿主轴与汽缸之间径向间隙漏出或漏入，造成工质损失，恶化运行环境，并加热轴颈或使蒸汽进入轴承室，引起油质恶化，漏入空气又破坏真空，从而增大抽气负荷，这些将降低机组效率，为此在转子穿过汽缸两端处都装有汽封，这种汽封称轴端汽封简称轴封。高压轴封用来防止蒸汽漏出汽缸，低压轴封用来防止空气漏入汽缸。本机组轴封分为高、中压缸两端和低压缸两端汽封。

1、高、中压缸调阀端汽封，是由高压缸调阀端端部内汽封和端部外汽封组成，内汽封体上装有两个汽封环，形成轴封的第一段，各环由八块扇形汽封块组成，而在外汽封体

上装有第二个汽封环形成轴封的第二段和第三段，外汽封环由4个扇形汽封块组成，这样调阀端分成三段构成X、Y两个腔室，密封蒸汽通过汽封体下半两个接口送到或送出X腔室，漏汽由Y腔室通过汽封壳体上半的两个接口通道轴封加热器，轴加风机在Y腔室中维持一低真空以防止蒸汽通过此腔室漏到缸外。

在内汽封环的每弧段上均开有供压槽，以使汽封环能依靠蒸汽的作用力而径向就位。

该端轴封为曲径迷宫式汽封，它与转子上的台阶形汽封槽形成高、低交叉排列的很小的运行间隙，以防止汽流直线通过汽封间隙。

汽封壳体与汽缸间设有4个可允许汽封体径向膨胀的键，以保持汽封片和汽轮机转子的相对位置。

2、高、中压缸电机端轴封，是由中压端部内汽封和高中压缸端部外汽封组成，也是分成三段，构成X、Y两个腔室，内外汽封体各装有2个汽封环。

3、低压缸两端轴封的布置和结构均对称相同，每端由四个汽封环组成三段，构成X、Y两个腔室，漏汽从Y腔室通过汽封体下半的接口通道轴封加热器，以维持该腔室有一定负压，密封汽也是通过下半一个接口被送到X腔室，第一段由两个汽封环组成，第二、三段均由一个汽封环组成，每个汽封环有8个汽封块，因低压缸侧压力较低，故采用了平齿结构汽封，除最外一道汽封环外，在其他各汽封环弧段均设有供压槽，每个汽封环也是用带状的弹簧压紧。

第七节汽缸的支承及滑销系统

一、汽缸的支承

为保证汽缸受热后能按要求自由膨胀，以及动静部分对中不变或变动甚微，汽缸支承定位是机组设计中一个重要问题，随着机组容量的增大，转子、汽缸等部件重量增加，再热系统采用等，管系作用在汽缸上的力更为复杂，因此，保证汽轮机受热或冷却过程中汽缸膨胀、收缩能均匀特别重要。

1、高、中压缸的支承

高、中压外缸是由四个与下缸端部铸成一体的猫爪所支承，这样使支承尽可能靠近排汽端的水平中心线。在排汽端，这些猫爪支承在键上，此键装在猫爪和低压下缸的轴承座之间，在推力端，汽缸猫爪也同样支承在装在它们和前轴承座之间的键上，在键上猫爪可自由滑动。其采用了中分面支承，支承面和汽缸水平面在同一水平上，这样汽缸温度变化时，可保证动静部分的对中不受影响。

高、中压内缸均采用猫爪支承的方式，水平中心面处支承在外缸上，内缸顶部和底部

通过销钉与外缸连接定位，保证了汽缸随温度变化能自由膨胀和收缩。

2、低压缸支承

低压缸由连续底脚所支承，底脚与外缸下部制成一体并在下缸周围，支承在预埋于基础中的座板上。其位置由底脚与座板之间的四个键来保持，也就是俗称的滑销。

低压内缸支承在外缸上。

二.滑销系统

汽轮机在启动、停机和运行时，由于汽缸的温度变化较大而引起膨胀或收缩，为了保证汽缸能自由膨胀并能保持汽缸与转子中心一致，避免膨胀不均产生不必要的应力及振动，因而设置滑销系统。

3

如上图1-3，本机高中压缸横销设置在前后猫爪的下面，在猫爪上设有压板，猫爪

和横销之间以及猫爪和压板之间均留有一定间隙，允许高中压缸在横向能自由膨胀，另外，猫爪横销还能随汽缸在轴向膨胀和收缩推动轴承座向前或向后移动，以保持转子与汽缸的相对位置。在高中压缸前后端各有一H形定中心梁，分别通过螺栓和定位销与外缸前后轴承座相连，其保证了汽缸相对于轴承的正确轴向和横向位置。与低压缸一体的轴承座固定了高中压外缸相对于低压缸的轴向位置。

在低压缸两侧的横向中心线上各设置一纵销，允许低压缸轴向自由膨胀，确定低压缸

的横向位置，保证低压缸中心位置不发生变化。在低压缸前后两端各设置一横销，允许低压缸横向的自由膨胀，以确定低压缸轴向位置。低压缸纵销中心线与横销中心线的交点即为膨胀的死点，从这点开始，汽缸可在基础台板上自由膨胀。

在前轴承座下设有一纵销，其位于前轴承座及台板间的轴向中心线上，允许前轴承座轴向自由膨胀，限制其横向移动，因此整个机组以死点为中心，通过高中压缸带动前轴承座向前膨胀，前轴承座的位移表示高中压缸和低压缸向前膨胀之和，称为绝对膨胀。

三、转子对汽缸的相对膨胀

当汽轮机启动加热或停机冷却及负荷变化时，汽缸和转子都会产生热膨胀或冷收缩，由于转子的受热面积比汽缸大，且转子质量比汽缸小，蒸汽对转子的传热比汽缸快得多，因此转子和汽缸之间存在着膨胀差，这个膨胀差是转子相对于汽缸而言的，故称为相对膨胀差，简称差胀。

在机组启动加热时，转子膨胀大于汽缸，其相对膨胀差称为正差胀，而当汽轮机冷却时，转子冷却较快，其收缩也比汽缸块，产生负差胀，负差胀也会发生在有法兰螺栓加热装置的汽轮机，当加热装置投入时，其汽缸膨胀可能比转子膨胀得快。

本机组的推力轴承作为转子相对于汽缸的膨胀死点，布置在前箱内，因此在机组加热过程中，转子向发电机方向膨胀，而汽缸死点在低压缸纵销和横销中心线的交点上，因此，高中压缸向调阀端膨胀。在高压部分，由于转子向后膨胀，与汽流流动方向相反，因而高压静叶持环随汽缸向前膨胀，这样相对膨胀为负差胀，应注意差胀值小于高压部分各级轴向间隙值，在中压部分，中压静叶持环随汽缸向调阀端膨胀，而转子向发电机端膨胀，与汽流方向一致，产生正差胀，转子和汽缸全使各级静叶和动叶之间轴向间隙增大，而是本级动叶与下级静叶之间轴向间隙减小，为此，差胀量应由后者决定。

第八节盘车装置的结构及作用

一、盘车装置作用及结构

在汽轮机启动冲转前和停机后，使转子以一定的转速连续转动，以保证转子均匀受热和冷却的装置为盘车装置，对盘车装置要求既能盘动转子，又能在汽轮机转子转速高于盘车转速时能自动脱开，停止转动。

本机组采用电动机械传动盘车装置，安装于低压缸电机端的轴承座上。电动机带动各大小齿轮啮合，传递盘车扭矩，以2.51r/min速度来转动转子。

盘车装置主要由电动机、用来减速的大小齿轮传动系统及小齿轮与盘车大齿轮相啮合

和退出所必须的连杆机构和操纵杆组成。

电动机带动主动链轮旋转，通过链条、从动链轮、蜗杆、涡轮、涡轮轴小齿轮以及惰轮来转动减速齿轮，减速齿轮用键与主齿轮轴相连，主齿轮轴跟减速小齿轮相啮合，减速小齿轮又与盘车大齿轮相啮合。

小齿轮轴和齿轮的衬套为含聚氟乙稀的多孔性青铜，它不需要润滑。蜗杆衬套和蜗杆上的推力面通过管路籍以主轴承系统供压力油润滑，蜗杆和涡轮应始终在油位下啮合。

小齿轮可在齿轮轴上转动，齿轮轴装在和两块杠杆板上，而杠杠板又以齿轮轴为支轴转动。这些杠杆的内端用适当的连杆机构与操纵杆相连接。因此，将操纵杆移到“投入（IN）”位置时小齿轮与盘车大齿轮啮合。将操纵杆移到“退出（OUT）”位置时，小齿轮退出啮合。由于旋转方向以及小齿轮相对杠杆板转动点位置的缘故，只要小齿轮在盘车大齿轮上施加力矩，其转矩总会使它保持啮合状态。两只挡块限制了小齿轮相盘车大齿轮的位移，这样就限制了轮齿能啮入的深度。当汽轮机转子的转速增加到足以驱动回转设备时，大齿轮所施加的转矩能使盘车机构脱开。

二、盘车装置的自动啮合与脱开

1、在汽轮机停机时自动啮合

将控制开关转到“自动”位置，当转子转速降到大约600r/min时，自动顺序电路将起作用，从而对盘车装置提供充足的润滑油。在转子停转时，“零转速指示器”的压力开关闭合，接通供气阀电源并向气动啮合缸提供压缩空气。

随着啮合用压缩空气通入，气动啮合缸将使回转设备操纵杆移动，直至小齿轮和盘车大齿轮啮合为止。此时，操纵杆将停止移动，然而，气动啮合缸将继续移动并压缩弹性连杆的弹簧，这将使开关动作，启动回转设备马达。如果小齿轮没有完全啮合，那么它将滑过一个轮齿而啮合。

啮合之后，转子将在盘车转速下旋转，并将打开零转速指示器的压力开关而关掉啮合用压缩空气。此时，机组已准备好作持续的盘车运行。

2、在汽轮机启动时自动脱开

随着汽轮机升速超过盘车转速时，小齿轮将自动脱开。

当操纵杆移向脱开位置时，将关闭开关并提供脱开用压缩空气以保证完全脱开。当操纵杆到达完全脱开位置时，限位开关将关掉回转设备马达和脱开用压缩气。在速度升到大约600r/min之后，自动顺序将不起作用，使回转设备停止运行并停掉回转设备润滑油，结束整个盘车运行。

第二章汽轮机的运行

第一节汽轮机的启动

一、启动的概念

汽轮机的启动是指转子由静止（或盘车）状态升速到额定转速，并将负荷逐步增加到额定负荷的过程。汽轮机的启动过程，也就是蒸汽向金属部件传递热量的复杂热交换过程。在这个过程中，汽轮机各金属部件将受到高温蒸汽的加热，从室温及大气压力的状态过渡到额定温度和压力的状态。制定合理的启动方式，就是研究汽轮机合理的加热方式，使启动过程中能保证机组的安全、经济，并力求缩短汽轮机的启动时间。

理想的启动方式，就是在启动中使机组各部金属温差、转子与汽缸的相对膨胀差都在允许范围内，以减少金属的热应力和热变形，提高启动水平。在不发生异常振动，不引起磨擦和不严重影响机组寿命的条件下，尽量缩短总的启动时间，从而制定出在启动过程中各阶段汽轮机零部件所允许的最大温升速度，然后通过调整蒸汽参数或蒸汽流量的方式来准确保持温升速度，以保证安全、经济快速启动。

二、机组启动必须具备的条件

l、机组各部分安装完毕、齐全、准确、联接牢固，无松动和泄漏，各运转部件动作灵活、无卡涩，内部清洁，符合要求。

2、机组安装完毕或运行机组投运前，油系统必须按要求进行冲洗，验收合格，调节保安系统用油油质合格。

3、各部套经单独试验，动作灵活，并有合格的安装试验记录。

4、机组所有仪器、仪表、测点齐全，安装接线正确，性能稳定，标志明显。

5、机组所有管道保温良好，保温层不得有开裂、油浸等现象存在，保温层与基础等固定件间应留有足够的膨胀间隙。

三、汽轮机禁止启动的范围条件

1、机组任一保护装置失灵或试验不合格。

2、汽轮机调速系统不能维持机组空转运行，机组甩负荷后不能控制转速而使危急保安器动作。

3、高中压主汽门、调速汽门、抽汽逆止门、高排逆止门中任一卡涩不能关闭严密。

4、汽轮机、发电机转动部分有明显的磨擦声。

5、汽轮机转子弯曲指示晃动值超过原始值0．02mmc

6、高中压汽缸内壁上、下温差大于50℃。

7、危急保安器动作不正常。

8、主要热工仪表不能投入或失灵，如转速表、轴向位移表、差胀表、主要的汽缸金属温差表，调速及润滑油压表、冷油器出口温度表、轴承回油温度表、主蒸汽压力温度表、凝汽器真空表、汽缸膨胀表、振动表等。

9、调速油泵、交、直流润滑油泵、顶轴油泵、盘车装置工作不正常。

10、油箱油质化验不合格。

11、润滑油温低于25℃或排油温度高于75℃。

12、油箱油位低于最低报警油位。

13、主要调节控制系统（除氧器水位，压力自动调节，开路系统保护及自动调节，给水泵转速控制等）失灵。

14、高、低压差胀超过限值。

15、发电机空冷系统不正常。

16、汽轮机本体及蒸汽管道保温不全；

四、汽轮机组启动的基本要求

汽轮机的启动过程，其机械状态和热力状态都发生很大的生化。从热力学的观点看，汽轮机的启动过程实质就是对汽轮机各部件的加热过程，在完成加热过程的同时，也完成了机械状态的转变。机组的整个启动过程包括启动前的准备，冲转前的操作，汽轮机的冲转、升速、暖机及并网后接带负荷等几个阶段。

对于机组启动的基本要求是：和锅炉电气配合，在保证设备安全的基础上，尽快地使机组带上负荷，以减少启动能耗，并增加机组在电网内的机动性。对汽轮机本体来说，所谓保证安全，就是在启动过程中使机组各部分热应力、热变形、转子与汽缸的胀差以及机组振动等维持在允许的范围以内，尽快地把机组的金属温度均匀地升高到正常工作时的温度，并使整个启动过程不会对汽轮机寿命产生明显影响。实践证明，热应力、热变形、胀差和振动四个问题，经常成为影响正常启动的主要问题。

l、热应力

机组的启动过程是一个加热过程，热应力是由于部件或相互有关的部件之间受热后因温差而产生的应力。产生较大热应力的地方往往是那些笨重厚大或形状不规则的地方，以及温度变化剧烈或受热不均匀的地方。例如，汽缸进汽处及调节级处，汽缸法兰和螺栓、轴封套等，转子上的调节级和中压缸第一级及高压轴封区域的大轴等。热应力与温差有关，过大的热应力会产生塑性变形，甚至产生裂纹，为了防止出现过高的热应力，应该限制汽缸和法兰在宽度上的温差在允许的范围内。有时也用温升速度或温降速度作为限制热应力的指标。为监视金属材料的热应力，一般在汽缸上容易出现危险的地方装设一些温度测点，以便在启动或负荷变化时监视温度的变化。如主汽门和调节汽门的阀体以及汽缸及法兰处（调节级及中压缸第一级汽室处、沿缸壁、法兰不同深度的测点）。对汽轮机转子来说，在启动过程中，除热应力外，还有不可忽视的离心应力的影响。离心应力是拉应力，对热应力中的拉应力的控制应留有充分的余地。

热应力主要取决于汽轮机负荷或转速的变化速度及进汽温度的变化速度，因此，在启动时应密切注意它们的变化将其控制在允许范围内。

2、热膨胀及转子、汽缸的胀差

汽轮机在启动过程中，汽缸和转子同样受到汽缸内汽流的冲刷而进行传热。由于转子和汽缸的结构不一样，它们与蒸汽之间的传热系数也不同，传热量也不相同。并且转子较容易膨胀而汽缸的膨胀还要受到进汽管道、台板磨擦等影响，所以汽缸和转子的膨胀量不相等。这样，就会改变汽轮机内部隔板与叶轮之间的轴向间隙，使汽轮机动静之间有可能产生磨擦。

3、热变形

汽轮机启动过程中，汽缸和转子在轴向和径向都会产生温差，除产生热应力、热膨胀外，还会产生热变形。有严重危险的热变形主要有上、下汽缸温差引起的热变形以及汽缸

法兰内外壁温差引起的热变形等。

汽缸上、下温差将引起汽缸变形。一般上缸温度高于下缸温度，由于上缸的热膨胀量大于下缸，使汽缸发生中间向上拱起的热翘曲变形，俗称猫拱背。这种变形使下汽缸底部径向动静间隙减少甚至消失，引起动静磨擦。还会因汽缸猫拱背后隔板偏离正常时所在的垂直位置而使轴向间隙发生变化。上下汽缸最大温差通常出现在调节级处，而径向的动静间隙最小处也正好在调节级处，为此规定高、中压汽缸内壁上、下温差小于50℃。

启动时法兰温度过低不但影响汽缸膨胀，而且由于径向刚度不同，使汽缸横截面发生变形。法兰内壁温度高于外壁时，法兰内壁膨胀大于外壁膨胀，法兰在水平面处产生热变形,其结果使汽缸中间段横截面变为立椭圆，汽缸前后两端的横截面变为横椭圆，变形的结果使汽缸中间级两侧的径向间隙变小，前后两端上下的径向间隙变小。

法兰内外壁温差会引起法兰在垂直方向上的变形。当法兰内壁温度高于外壁太多时，法兰内壁热压应力超过其屈服极限，使金属产生塑性变形，内外温差正常后法兰就发生永久性张口，使运行中法兰结合面漏汽。这种变形严重时也会导致法兰螺栓损坏。

为了防止汽缸变形引起的事故，在启动过程中，应严格控制蒸汽温度及其变化率。

4、振动

汽轮机启动时的异常振动是机械状态和热力状态变动的结果。机组的振动值，一般用轴承振动或轴颈振动的振幅大小来衡量。启动过程中对振动的测量和分析，可以说明许多问题，需要有专入负责。我国1980年电力工业技术管理法规规定3000r／min汽轮机的轴承振动以0.05mm为合格标准，还规定新装机组轴承振动值不宜大于0.03mm。国内对轴颈振动尚未有成熟的规定。

引起机组异常振动的原因很多，启动时应该严密监视大轴弯曲不超过现定值，且各阶段的暖机要充分，并注意监视油膜自激振荡的发生。

以上所述机组启动过程中的热应力、热变形、热膨胀和振动等主要安全问题，大多和汽轮机主要部件上的温差有关。而温差又主要取决于温升率，为此在汽轮机启动过程中，应设法严格控制蒸汽流量及温度变化率，使汽机金属件的热应力、热变形、胀差等都控制在规定范围以内。

五、汽轮机启动方式

汽轮机的启动方式可分为以下四类：

l、根据启动过程中采用的新蒸汽参数不同，可分为额定参数启动和滑参数启动两种。

额定参数启动时，从冲转直至机组带额定负荷，自动主汽门前的蒸汽参数（压力和温度）始终保持额定值。采用这种启动方式时，冲转的蒸汽经过调节阀的节流而产生节流损失，经济性差；调节级后蒸汽温度变化剧烈，零部件受到较大的热冲击；以及冲动流量小，各部分加热不均匀等。因而大型汽轮机不采用这种启动方式。

滑参数启动时，自动主汽门前的蒸汽参数（压力和温度）随机组转速或负荷的变化而升高。采用喷嘴凋节的汽轮机，定速后调节汽门保持全开位置。由于这种启动方式经济性好，零部件加热均匀等优点，所以在现代大型机组启动中，得到广泛应用。滑参数启动根据冲转前主汽门前的压力大小又可分为压力法滑参数启动和真空法滑参数启动。

压力法滑参数启动指冲转时主汽门前蒸汽具有一定的压力和湿度，当采用调速汽门控制时，在冲转升速过程中逐渐开大调速汽门，利用调速汽门控制转速，当汽轮机达到额定转速时，调速汽门就全开。当采用主汽门控制时，冲转前全开高压调门、中压主汽门、中压调速汽门，逐渐开启高压主汽门升速。当转速升至2900r/min时，进行阀切换，高压主汽门全开，用高压调门控制升速至3000r/min，并网、带负荷。