汽輪機(jī)汽缸鑄件

汽輪機(jī)汽缸是汽輪機(jī)的外殼。

汽缸的作用主要是將汽輪機(jī)的通流部分(噴嘴、隔板、轉(zhuǎn)子等)與大氣隔開(kāi)，保證蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)完成做功過(guò)程。此外，它還支承汽輪機(jī)的某些靜止部件(隔板、噴嘴室、汽封套等)，承受它們的重量，還要承受由于沿汽缸軸向、徑向溫度分布不均而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

汽輪機(jī)的汽缸一般制成水平對(duì)分式，即分上汽缸和下汽缸。為合理利用鋼材，中小型汽輪機(jī)汽缸常以一個(gè)或兩個(gè)垂直結(jié)合面分為高壓段、中壓段和低壓段。大功率的 汽輪機(jī)根據(jù)工作特點(diǎn)分別設(shè)置高壓缸、中壓缸和低壓缸。高壓高溫采用雙層汽缸結(jié)構(gòu)后，汽缸分內(nèi)缸和外缸。汽輪機(jī)末級(jí)葉片以后將蒸汽排入凝汽器，這部分汽缸稱 排汽缸。

1 導(dǎo)讀

汽缸是為了將通流部分構(gòu)成一個(gè)密封壓力容器，以與外界大氣隔絕。汽缸內(nèi)安裝著隔板、隔板套（持環(huán)）及許多其它靜止部件。為了簡(jiǎn)化汽缸的結(jié)構(gòu)，汽缸內(nèi)設(shè)置隔板套（持環(huán)），利于設(shè)置抽汽腔室。汽缸通常分高壓、中壓、和低壓汽缸。

6MW~135MW汽輪機(jī)，一般將高中低壓汽缸綜合成一體，以減小機(jī)組長(zhǎng)度。但低壓缸與高中壓部分單獨(dú)制造，在垂直結(jié)合面用螺栓進(jìn)行拼缸。

700MW以上的汽輪機(jī)，為了提高單缸功率，簡(jiǎn)化進(jìn)汽結(jié)構(gòu)，高、中、低壓缸分別獨(dú)立。

大功率汽輪機(jī)都設(shè)計(jì)成多缸結(jié)構(gòu)。如原國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組為四缸結(jié)構(gòu)（高壓缸、中壓缸、低壓缸A與B），國(guó)產(chǎn)引進(jìn)型300MW機(jī)組為兩缸結(jié)構(gòu)（高中壓合缸與低壓缸）；

國(guó)產(chǎn)亞臨界600MW機(jī)組為四缸結(jié)構(gòu)，即由高壓缸、中壓缸、低壓缸A與B組成；國(guó)產(chǎn)超臨界600MW機(jī)組為三缸結(jié)構(gòu)，即由高中壓合缸、低壓缸A與B組成；超超臨界600MW機(jī)組為兩缸結(jié)構(gòu)，即由高中壓合缸、低壓缸組成。100萬(wàn)超超臨界為四缸結(jié)構(gòu)，即高壓缸、中壓缸、低壓A與B組成。

2 汽缸的功能

2.1 基本要求

汽缸的受力要求：

1，承受本身和裝在其內(nèi)部零部件的重量

2，承受內(nèi)外壓差的作用力

3，承受沿汽缸軸向和徑向溫度分布不均勻而產(chǎn)生的熱應(yīng)力

4，承受隔板前后壓差的作用力和蒸汽通過(guò)噴嘴時(shí)的反作用力

2.2 高中壓汽缸設(shè)計(jì)要求

由于高中壓汽缸承受著巨大的內(nèi)外壓差、溫度梯度、汽缸本身及其內(nèi)部靜止部件的重量，并承擔(dān)著外部管道接口的推力和推力矩，所以高中壓汽缸設(shè)計(jì)的基本要求為：

(1）汽缸形狀力求簡(jiǎn)單，回轉(zhuǎn)體對(duì)稱、壁厚均勻，在滿足強(qiáng)度、剛度裕度要求的前提下，盡量減薄汽缸厚度。

(2）汽缸高溫高壓區(qū)域，盡量避免包含過(guò)多的低參數(shù)區(qū)段，以合理使用貴金屬材料，要考慮具有合理的冷熱工藝性。

(3)汽缸的支承方式應(yīng)考慮熱態(tài)下保證對(duì)中要求，并能保證汽缸脹縮可靠。

(4）與汽缸連接的進(jìn)汽管、噴嘴室等必須具有良好的汽密性及足夠的彈性補(bǔ)償能力，減少高溫部分的熱變形傳遞到缸體上。

(5）要注意與制造設(shè)備的能力相適應(yīng)，同時(shí)要保證汽缸順利安裝、揭缸以及運(yùn)輸。

2.3 低壓缸的設(shè)計(jì)要求

由于低壓外缸要承受巨大的真空載荷，所以低壓外缸設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意剛度在冷熱態(tài)的變化，而低壓內(nèi)缸的對(duì)中、支承與低壓外缸盡量減少聯(lián)系或相互影響?？傮w而言，低壓缸的設(shè)計(jì)基本要求：

(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，滿足剛度要求。

(2) 合理分段。低壓外缸的分部件設(shè)計(jì)，在保證剛度的前提下，要充分考慮選擇合理的、方便工藝與運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。

(3) 設(shè)置排大氣閥及一定量的人孔門。

(4) 合理的支承方式及與其它部件的連接方式。

(5) 合理的排汽渦殼設(shè)計(jì)，以利于減小排汽總壓損失，合理回收余速損失，提高整機(jī)效率。

3 汽缸的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 單層汽缸

單層汽缸多用于中、低參數(shù)汽輪機(jī)組。我廠生產(chǎn)的給水泵小機(jī)，熱電聯(lián)供抽汽機(jī)組等均采用單層缸結(jié)構(gòu)。單層汽缸可分為兩種結(jié)構(gòu)：①蒸汽室與汽缸鑄造成一體②蒸汽室與汽缸分開(kāi)鑄造

3.2 雙層汽缸

隨著汽輪機(jī)初參數(shù)、以及機(jī)組容量的不斷提高，為滿足汽缸的強(qiáng)度和密封要求，汽缸壁和水平法蘭尺寸必須相應(yīng)增大。汽輪機(jī)啟動(dòng)和變工況運(yùn)行時(shí)，汽缸和法蘭內(nèi)外壁產(chǎn)生很大的溫差，由此產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，為此雙層缸結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。其分為內(nèi)、外兩層缸，其間的夾層與內(nèi)缸的排汽或某中間級(jí)相通，則內(nèi)外缸分別承受一部分壓差與溫差。

雙層汽缸的優(yōu)點(diǎn)：

⑴合理的分配缸內(nèi)外承受的壓差。汽缸壁和法蘭厚度減少了。

⑵合理的區(qū)分溫度區(qū)域

雙層缸的優(yōu)勢(shì)是把高溫蒸汽限制在噴嘴以后的內(nèi)缸內(nèi)，外缸則容納的蒸汽溫度往往很低，合理的區(qū)分溫度區(qū)域，減少變工況運(yùn)行時(shí)的溫度差，也就減少了熱應(yīng)力，提高機(jī)組內(nèi)在部套的使用壽命。加快了快速起停的速率。（起停時(shí)，汽缸冷卻和加熱都可加快，減少汽缸壁厚增加帶來(lái)的汽缸溫差應(yīng)力，縮短開(kāi)機(jī)時(shí)間）

⑶合理的選擇材質(zhì)。

內(nèi)缸其所處高溫區(qū)域，可選取相應(yīng)較好的材料，外缸相對(duì)而言可選用相應(yīng)的一般材質(zhì)即可以滿足設(shè)計(jì)要求。

⑷合理的組織缸口布置

汽輪廠生產(chǎn)的300mw，還有國(guó)產(chǎn)135mw機(jī)組采用的是外缸+持環(huán)結(jié)構(gòu)，分壓理念與雙層缸結(jié)構(gòu)相似。

3.3 筒形缸

其采用雙層缸結(jié)構(gòu)，內(nèi)缸有垂直中分面用螺栓，緊固。外缸為筒形，端部設(shè)有端蓋。

筒型汽缸的優(yōu)點(diǎn)：

?圓筒形汽缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，蒸汽和溫度變化時(shí)，熱應(yīng)力較小，能夠明顯提高機(jī)組的啟動(dòng)速度。

?由于外缸無(wú)水平中分面，解決了汽缸熱變形，和法蘭翹曲漏氣的現(xiàn)象。

?由于外缸無(wú)水平中分面法蘭和螺栓連接，其可以應(yīng)用于更高的初參數(shù)中。

筒形缸的裝配檢修方法如下

3.4 高中壓合缸

優(yōu)點(diǎn)：

⑴它的結(jié)構(gòu)緊湊．節(jié)省跨距，有效地縮短了汽輪機(jī)的長(zhǎng)度。

⑵進(jìn)汽部分在汽缸中部，高、中壓級(jí)反向布置，可平衡軸向推力

⑶高溫部分集中在汽缸中段，兩端軸承離高位區(qū)較遠(yuǎn)熱影響較小

⑷內(nèi)外缸夾層用蒸汽冷卻。兩端汽封漏氣也較分缸結(jié)構(gòu)少。

缺點(diǎn)：

⑴合缸后結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)靜部分的差脹計(jì)算復(fù)雜。

⑵轉(zhuǎn)子跨局增大從而要求提高轉(zhuǎn)子剛度。

⑶汽缸自身的剛度，也因跨局的增加而降低，設(shè)計(jì)都應(yīng)充分考慮

⑷尤其是高、中壓進(jìn)汽管均集中布置于汽缸中部，使得鑄件更為復(fù)雜，這也是限制它在大功率機(jī)組上應(yīng)用的原因之一，目前最大的高、中壓合缸機(jī)組為600MW左右。

因其結(jié)節(jié)省跨局，降低成本。國(guó)產(chǎn)125MW~600MW等級(jí)機(jī)組高、中壓外缸廣泛采用高中壓合缸結(jié)構(gòu)。

3.5 低壓缸

①鑄造結(jié)構(gòu)

缸的尾部設(shè)置軸承座，鑄造汽缸的軸承座與汽缸整體鑄出

②焊接結(jié)構(gòu)

一般應(yīng)用于中等功率等級(jí)的汽輪機(jī)上。它重量較輕?？梢苑奖愕牟捎酶鞣N型材加強(qiáng)汽缸的剛度。排汽溫度不宜超過(guò)80℃，缸內(nèi)設(shè)有噴水降溫裝置。

4 其他

4.1 汽缸的支撐方式

a.上貓爪支承

①中小功率汽輪機(jī)采用此種支撐方式。

②中分面螺栓承載下缸及其它部件重量。

③安裝支承與運(yùn)行支承不一致

b.下貓爪支撐

①大功率機(jī)組廣泛采用此種支撐方式。

②安裝支承與運(yùn)行支承一致。

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4.2 低壓缸的噴水裝置噴水裝置

設(shè)置原因：

汽輪機(jī)啟動(dòng)、空負(fù)荷及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于蒸汽流量小，不能帶走鼓風(fēng)摩擦所產(chǎn)生的熱量，使排汽缸溫度升高、汽缸變形，引起機(jī)組振動(dòng)或發(fā)生事故。

工作過(guò)程：

噴水管沿著末級(jí)葉根布置在下半圓周上，其上鉆有兩排噴水孔，將水順著汽流呈一定的傾斜角噴入排汽缸空間，起降溫作用。（溫度高于80℃自動(dòng)投入，或機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)600r/min投入，帶15%負(fù)荷后自動(dòng)停止）

汽輪機(jī)汽缸及熱膨脹

一、汽缸的用途和構(gòu)造

1、作用：

a、將汽輪機(jī)的通流部分與大氣隔開(kāi)，保證蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)完成其做工過(guò)程。

b、承受汽輪機(jī)目些靜止部件的重量（隔板、噴嘴、汽封套等）

2、構(gòu)造：中小型汽輪機(jī)采用單層缸，呈圓筒結(jié)構(gòu)，具有水平中分面，分成上、下缸，用螺栓連接：汽缸為減少優(yōu)質(zhì)材料的消耗，還將汽缸分為高、低壓缸。高壓缸內(nèi)蒸汽壓力、溫度較高，使用較好的鑄鋼，低壓缸內(nèi)的壓力、溫度相對(duì)較低，用一般鑄鋼制造，高低壓缸之間用螺絲連接并加以密封焊。汽缸水平面的嚴(yán)密性要求嚴(yán)格，結(jié)合面處用0.05mm的塞尺不能塞入。上汽缸的高壓端設(shè)有進(jìn)氣室，下缸設(shè)有抽氣口、疏水口，上下缸均車有放置隔板用的隔板槽，汽缸兩端中心孔處車有放置汽封套的凹槽。

二、汽缸受力分析

1、由于汽缸內(nèi)外的壓力差，是汽缸壁上承受一定的作用力

2、隔板和噴嘴加于汽缸的力

3、汽缸及汽缸上固定部件的重量

4、軸承座與汽缸鑄為一體或軸承座與螺栓連接下汽缸的機(jī)組，轉(zhuǎn)子的重量和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)是得不平衡力

5、小型機(jī)組的主氣門、新蒸汽管道與汽缸連接，對(duì)汽缸蓋的作用力

6、汽缸在運(yùn)行中存在溫度差引起的熱應(yīng)力

三、汽缸所承受的熱應(yīng)力

1、當(dāng)負(fù)荷變化，機(jī)組各級(jí)溫度、壓力都要變化，于是汽缸沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生溫度差，使汽缸材料的熱應(yīng)力增大

2、由于汽缸內(nèi)外的溫度差，造成汽缸壁上的熱應(yīng)力

3、由于汽機(jī)高壓端采用部分進(jìn)氣，使汽缸壁沿橫斷面方向的溫度不同，從而造成材料內(nèi)部的熱應(yīng)力

4、啟動(dòng)、停機(jī)，上下汽缸存在溫差，形成汽缸沿橫斷面方向的熱應(yīng)力和熱變形

5、汽機(jī)的熱應(yīng)力和熱變形，在負(fù)荷劇烈波動(dòng)時(shí)最大，也最危險(xiǎn)，如迅速停機(jī)、急速啟動(dòng)、暖機(jī)不良等

四、汽缸的熱膨脹及滑銷系統(tǒng)

1、汽缸膨脹不合理的進(jìn)行，造成問(wèn)題

a、汽缸熱應(yīng)力過(guò)大，引起汽缸變形和裂紋，造成汽輪機(jī)振動(dòng)加劇，汽缸漏氣，

嚴(yán)重時(shí)使汽缸無(wú)法工作

b、汽缸內(nèi)軸向和徑向間隙改變，有時(shí)會(huì)造成汽封和動(dòng)、靜葉碰撞的嚴(yán)重事故

2、為滿足運(yùn)行要求，汽缸的熱膨脹應(yīng)滿足以下

a、溫度變化，汽缸和轉(zhuǎn)子的中心必須始終保持一致，不能引起振動(dòng)和動(dòng)靜部件的摩擦

b、溫度變化，不會(huì)引起汽缸、軸承座等有關(guān)部件的變形、裂紋

c、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和靜止部分的軸向間隙合乎要求，保證運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)。

為滿足以上要求，所以設(shè)置了滑銷系統(tǒng)

橫銷：引導(dǎo)汽缸沿橫向膨脹

縱銷：引導(dǎo)汽缸沿軸向膨脹并推動(dòng)前軸承座軸向移動(dòng)，并保持軸承座與汽缸中心線一致

立銷：引導(dǎo)汽缸沿垂直向膨脹，并保持汽缸和軸承中心一致

懸臂橫銷（貓爪）：保證汽缸在橫向方向自由而正確的膨脹，同時(shí)隨著汽缸在軸向的膨脹和收縮推動(dòng)前軸承座前后移動(dòng)，保持轉(zhuǎn)子與汽缸的軸向相對(duì)位移

角銷：代替連接前軸承箱與基礎(chǔ)臺(tái)版的螺絲，它還有和縱銷相同的作用

斜銷：一種輔助滑銷，能起縱向和橫向的雙重作用

死點(diǎn)：位于橫銷與縱銷中心線的交叉點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)在機(jī)組運(yùn)行中是始終不動(dòng)的，所以稱為死點(diǎn)。

五、怎樣在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)汽缸變形

1、汽缸變形，可能造成汽缸水平或垂直接合面不嚴(yán)密而漏氣，多發(fā)生在高、低壓端軸封附近，有時(shí)因蒸汽漏入軸承而破壞潤(rùn)滑

2、低壓缸變形嚴(yán)重，空氣會(huì)漏入凝結(jié)器破壞真空

3、汽缸變形嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成軸封的磨損和氣缸內(nèi)動(dòng)、靜部分的碰撞，并是震動(dòng)加大

六、造成汽缸變形的原因

1、運(yùn)行中，汽缸溫度長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)材料允許的溫度

2、汽缸隔板與汽缸壁間隙過(guò)小，使隔板膨脹時(shí)抵住汽缸壁

3、汽缸外部的保溫不好或部分脫落，造成汽缸各部溫度偏差過(guò)大

4、滑銷系統(tǒng)卡澀，不能保證機(jī)組正常膨脹

七、怎樣發(fā)現(xiàn)汽缸裂紋

汽缸出現(xiàn)裂紋時(shí)，首先是汽缸保溫材料局部潮濕、滲水，然后是逐漸漏氣，低壓缸裂紋會(huì)漏入空氣，破壞真空

八、汽缸裂紋的原因

1、汽缸材料質(zhì)量不好

2、機(jī)組運(yùn)行方式不合理，如暖及不良開(kāi)機(jī)，負(fù)荷劇烈波動(dòng)，汽機(jī)長(zhǎng)受水擊、排氣溫度過(guò)高、汽缸突然遇冷

3、汽輪機(jī)長(zhǎng)時(shí)間劇烈震動(dòng)

4、轉(zhuǎn)動(dòng)部件損傷后，強(qiáng)力沖擊汽缸

九、運(yùn)行中怎樣預(yù)防汽缸裂紋和變形

1、根據(jù)汽缸材料和特點(diǎn)，科學(xué)的制定其工作最高點(diǎn)，運(yùn)行中嚴(yán)格注意，不允許長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)此溫度

2、盡量防止汽輪機(jī)運(yùn)行方式劇烈變化

3、定期監(jiān)視汽缸各處的熱膨脹值

4、保持滑銷的清潔

5、監(jiān)視汽缸接合面有無(wú)漏氣、滲水現(xiàn)象

6、保持汽缸保溫的完好

7、注意機(jī)組各處的振動(dòng)和異音，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析處理