1、超臨界1000MW汽輪機本體結構分析摘 要進入21世紀來，我們所面臨的能源問題日益緊張，加之我們對工業產業經濟性的追求，常規火力發電廠的發展面臨重大的能源和環境等問題，而且常規火電廠的效率低、污染大及自動化程度低，都制約常規火電機組的發展。這就要求我們發展更為高效、節能、環保、經濟性高的高參數、大容量的火電機組超超臨界火電機組。本設計的意義在于通過學習和分析國內三大廠家典型的超超臨界1000MW汽輪機的本體結構，更多地了解國內外先進的汽輪機技術，為將來從事汽輪機運行和檢修工作奠定一定的理論基礎。關鍵字：超超臨界、1000MW、汽輪機、本體結構、哈爾濱汽輪機廠如需圖紙，QQ目 錄1 概述21.1

2、 超超臨界1000MW汽輪機的發展簡史31.2 超超臨界1000MW機組的優勢42 哈爾濱汽輪機廠超超臨界1000MW汽輪機本體結構分析52.1 概述52.2 汽輪機的進汽部分72.3 汽輪機轉子112.4 動（靜）葉片142.5 汽缸及滑銷系統152.6 隔板和隔板套182.7 汽封192.8 軸承192.9 盤車裝置213 國內典型超超臨界1000MW汽輪機主要技術特點比較213.1 東方汽輪機超超臨界1000MW汽輪機簡介213.2 上海汽輪機廠超超臨界1000MW汽輪機簡介223.3 三大廠家超超臨界1000MW汽輪機的比較23總 結25參考文獻26 1 概述能源是社會發展的物質基礎，

3、環境是人類維護自身生存和發展的前提。由于煤炭在一次能源結構中的主導地位，決定了電力生產中以煤電為主的格局。根據我國能源資源的特點，煤炭在一次能源生產與消費中的比例會長期保持在75左右的水平上，而且這一比重在將來的幾十年內不會有根本性的變化。在中國電力工業中，自1990年以來，火電機組裝機容量保持在75左右。火電機組的發電量占總發電量的80以上，其中燃煤電站占總發電量的76。目前，我國發電消耗的煤炭約占煤炭總產量的40以上，且這一比例還會逐年上升。由于我國電力工業總體污染嚴重是目前我國火電廠中存在的兩大突出問題，并成為制約我國電力工業乃至整個國民經濟發展的重要因素。因此，在能源日趨緊張、環境日益

4、惡化的情況下，為節約能源和減輕環境污染，必須發展潔凈煤發電技術，即：循環流化床(CFBC)、增壓流化床聯合循環(PFBC-CC)、整體煤氣化聯合循環(Icy以及超臨界(Sc)與超超臨界技術(USC)。發展超臨界機組是提高我國能源利用率現實可行的選擇，其發電凈效率為45左右，與IGCC(整體煤氣化聯合循環發電)和PFBC-CC(增壓流化床燃氣蒸汽聯合循環發電)相當；并且超臨界機組具有良好的負荷調節特性，在部分負荷下依舊能保持較高的效率，基建投資、發電成本也成本也較IGCC和PFBC-CC優越，是21世紀初電力工業的主力機組。結合我國的能源資源狀況和電力技術發展的實際水平等具體因素，認為當前積極發

5、展作為潔凈煤發電技術之一的超臨界火電技術很有必要。超超臨界是20世界90年代提出來的一個工程產品的商業性概念，不同國家，對超超臨界的定義不完全相同。日本最早提出超超臨界機組為蒸汽壓力大于24.2MPa，溫度大于593；而丹麥等國家認為壓力大于27.5MPa。目前國際上普遍認為在常規超臨界參數的基礎上壓力和溫度再提升一個檔次，也就是工作壓力超過24.2MPa或者主/再汽溫都超過566，都屬于超超臨界機組的范疇。隨著我國電力需求的持續增加以及設計、制造、安裝等方面整體能力的提高，我國已經建設了一批百萬等級的超臨界機組和超超臨界機組，如浙江玉環電廠、外高橋三電廠、山東鄒縣電廠、江蘇泰州電廠等百萬等級

6、機組的電廠。本設計較詳細地分析了哈爾濱汽輪機廠超超臨界1000MW汽輪機本體結構，并對國內三大廠家典型的超超臨界1000MW汽輪機本體結構及其它們的主要技術特點進行了對比，更多地了解1000MW汽輪機機組的新技術和新特點，為我們今后從事汽輪機的運行和檢修工作具有一定的指導意義。1.1 超超臨界1000MW汽輪機的發展簡史1.1.1 國外超超臨界機組的發展超超臨界技術的發展至今以有近50的歷史了，其發展過程經歷了20世紀50年代的起始階段、80年代的優化及新技術發展階段和90年代的技術成熟階段。20世紀90年代以來，由于環保及節約能源的需要，超超臨界機組又進入了新一輪的發展時期。美國是發展超臨界

7、機組最早的國家，從20世界50至70年代起，以美國GE和西屋公司為核心的發電機組制造企業就開始了超臨界機組的生產，當時的起點就是超超臨界參數，1956年325MW超超臨界機組的進汽壓力位34.5MPa，進汽溫度達到了649.。該機組目前仍在運行，是目前世界上運行時間最長的超超臨界機組。日本發展超超臨界機組是采用引進美國和歐洲的技術，并進行第二次開發創新，現已躍居世界發展超超臨界技術的先進國家行列。日本450MW以上機組均采用超臨界或超超臨界技術，站總裝機容量的百分之六十多。進入20世紀90年代以來，隨著新技術和耐高溫材料的出現，歐洲和日本燃煤發電工業進入了一個采用更高參數的發展階段，火電廠投運

8、機組的汽溫達到600.目前，超超臨界參數的蒸汽輪機電站已經在主要工業化國家趨于成熟，并獲得廣泛應用，日本等各國正著手更高參數的超超臨界機組全面的研究。1.1.2 我國超超臨界機組的發展過程國內的超超臨界機組是在常規超臨界機組的基礎上發展的。2002年9月，國家“863”計劃“超超臨界燃煤發電技術”以及依托工程華能玉環電廠開始啟動。為了論證我國自主開發大型超超臨界機組的技術方案，國內很多研究機構開展了超超臨界火電機組技術開發可行性研究工作。綜合分析了國外各大公司在發展超超臨界技術中解決的設計研究技術關鍵技術，研究了超超臨界火電機組當前的技術水平和發展趨勢，對超超臨界火電機組的研制和關鍵技術和我國

9、發展超超臨界技術的基礎和條件進行了分析。并提出我國研發的超超臨界機組選型25至28MPa/600.的參數、一次中間再熱方式、600MW至1000MW的容量較適合。為此，國內各大動力制造企業相繼引進了國外成熟的超超臨界技術，目前均以具備百萬千萬等級超超臨界機組的生產制造能力。其中東方汽輪機廠、上海汽輪機廠、哈爾汽輪機廠分別引進日立、西門子、日本東芝公司的超超臨界汽輪機制造技術。目前，他們生產的超超臨界機組已經在國內多個電廠投入商業化運行，見表1-1.超超臨界機組也已經成為今后火力發電機組建設的重點之一。表1-1 中國超超臨界機組投產情況我國已投運的17臺1000MW超超臨界機組情況電廠容量（MW

10、）蒸汽參數（MPa/）制造廠家投運時間玉環 #1100027.56/605/603上汽2006.11.28玉環 #2100027.56/605/603上汽2006.12玉環 #3100027.56/605/603上汽2007.11玉環 #4100027.56/605/603上汽2007.11鄒縣 #7100026.25/605/603東汽2006.12.4鄒縣 #8100026.25/605/603東汽2007.1泰州 #1100026.15/605/603哈汽2007.12泰州 #2100026.15/605/603哈汽2008.3外高橋#7100028.0/605/603上汽2008.3外

11、高橋#8100028.0/605/603上汽2008.6北侖港#6100027.56/605/603上汽2008.12北侖港#7100027.56/605/603上汽2009.6.2海門 #1103626.25/605/603東汽2009.6.14寧海 #5100029.3/605/603上汽2009.9寧海 #6100029.3/605/603上汽2009.9.21北疆 #1100028.0/605/603上汽2009.9.24海門 #2103626.25/605/603東汽2009.9.271.2 超超臨界1000MW機組的優勢超超臨界機組由于參數較高，因此效率高是其最顯著的特點，效率的他

12、高又使得有害物質的排放量相對減少，燃料的運輸成本相對降低，同時由于超超臨界機組往往伴隨大容量1000MW，這又具有單容量造價低、定員少、易于進行煙氣凈化等一系列優勢。隨著材料技術、制造工藝和自動控制技術的不斷提高，超超臨界機組的安全性、可靠性、靈活性自動化程度都達到了心得高度。目前世界上超超臨界機組的最高熱效率達到了47%。一般認為參數為24.1MPa/538/538機組比參數為17.1MPa/538/538的亞臨界機組效率提高2.0%至2.5%，參數為31MPa/566/566機組比17.1MPa/538/538的亞臨界機組提高效率4.0%至6.0%超超臨界機組的溫度參數一般會有580/58

13、0、580/600、600/600等檔次，如果機組進行二次再熱，效率還會進一步提高，根據玫瑰GE公司的測算，不同溫度檔次以及二次再熱的機組效率如表1-2所示。表1-2 蒸汽參數對機組效率的影響一次再熱機組蒸汽初溫/再熱蒸汽溫度（）580/580580/600600/600機組效率（%）44.9445.1145.33二次再熱機組蒸汽初溫/一次再熱溫度/二次再熱溫度（）580/580/580580/590/600600/600/600機組效率（%）45.5145.6745.9火力發電的發電成本主要取決于電站的投資和燃料的價格，由于超超臨界機組的參數較高，其主蒸汽和賊熱蒸汽的管道、閥門和相關部件的材

14、料投資很高，因此，超超臨界機組在發電成本上的主要取決于材料與燃料的價格比。隨著材料技術的不斷提高和世界能源的日益緊張，超超臨濟機組的優勢越來越得到體現。由于超超臨界機組的高效率，發電煤耗低于300g/(kWh),比同容量的亞臨界機組每度電少耗煤進20g左右，因此大大有利于對環境的污染排放，有利于人類的身體健康和自然界的生態環境。一臺1000MW的超超臨界機組與常規機組每年少排放100多百萬立方米的二氧化碳氣體。2 哈爾濱汽輪機廠超超臨界1000MW本體結構分析2.1 概述2.1.1 哈爾濱汽輪機廠超超臨界1000MW汽輪機整體介紹哈爾濱汽輪機廠有限責任公司與日本東芝公司共同研制。機組為一次中間

15、再熱、四缸、四排汽（雙流低壓缸）單軸、帶有48英寸末級葉片的1000MW超超臨界沖動凝汽式汽輪機，哈汽型號為“CCLN1000-25/600/600”，東芝型號為“TC4F-48”。汽輪機應用的設計和結構特征，在很多相近蒸汽參數和相近功率的機組上得到驗證。汽輪機縱剖面和外形圖如2-1,2-2所示。2-1 哈汽N1000-25/600/600汽輪機縱剖面圖2-2 哈汽N1000-25/600/600汽輪機外形圖2.1.2 哈爾濱汽輪機廠CCLN000-25/600/600型汽輪機技術規范 表2-1 哈爾濱汽輪機廠CCLN000-25/600/600型汽輪機技術規范編號項目單位數據1機組型式超超臨

16、界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、凝汽式2汽輪機型號CCLN1000-25/600/6003THA工況MW10004額定主蒸汽壓力MPa（a）255額定主蒸汽溫度6006額定再熱蒸汽進口溫度6007主蒸汽額定進汽量t/h27408額定排汽壓力MPa（a）0.00499配汽方式噴嘴調節10額定轉速r/min3000旋轉方向（從汽輪機端向發電機端看）逆時針11給水回熱級數（高加除氧低加）8 (3+1+4)12低壓末級葉片長度mm1219.2 13通流級數48高壓缸級II+9中壓缸級27低壓缸級4614低壓缸末級葉片數據低壓缸末級葉片長度mm1219.2低壓缸末級葉片環形面積m211.8715機

17、組外型尺寸（長、寬、高）m4010.17.516啟動方式高中壓聯合啟動17變壓運行負荷范圍309018汽輪機本體重量t1,4822.2 汽輪機的進汽部分主蒸汽經主汽閥進入主汽調節閥，然后由高壓導汽管進入高壓缸的蒸汽通過雙流調節級，流向調端通過沖動式壓力級，做功后由高壓排汽口排入再熱器。再熱后的蒸汽通過再熱主汽調節聯合閥流回到汽輪機雙分流的中壓缸。通過沖動式中壓壓力級做功后由中低壓連通管流入兩個雙流的低壓缸。蒸汽在通過沖動式低壓級后，向下排到冷凝器。2.2.1 高壓進汽部分2.2.1.1 布置方式哈汽N1000-25/600/600汽輪機有4個主汽閥和4個主汽調節閥，閥門都采用立式結構，4個主汽

18、閥的出口與4個主汽調節閥的進口對接焊成一個整體，用吊架支撐，布置在前軸承箱前方的運行層之下。如圖2-3所示。圖2-3 哈汽N1000-25/600/600汽輪機高壓主汽閥，調節閥布置2.1.1.2 高壓主汽閥和調節汽閥機組為了減小流動損失，在主汽閥前的蒸汽管道上不再裝設電動主汽閥及其他閥門，因此主汽閥就是汽輪機進汽的總閥門。主汽閥打開，汽輪機就有了汽源，有了驅動力；主汽閥關閉，汽輪機就被切斷了汽源，失去了驅動力。汽輪機正常運行時，主汽閥全開；汽輪機停機時，主汽閥關閉。主汽閥的主要功能就是，運行中當汽輪機的任一遮斷型保護裝置動作時，主汽閥應能快速關閉，實現停機。主汽閥的關閉速度主要由其控制系統的

19、性能所決定，哈汽CCLN1000-25/600/600要求主汽閥完成關閉動作的時間小于0.2S。圖2-5 哈汽N1000-25/600/600汽輪機高壓主汽閥和調節閥結構示意圖哈汽N1000-25/600/600汽輪機高壓主汽閥與高壓調節汽閥為一體式結構，由耐熱合金鋼鑄件同時制成，如圖2-5所示。主要包括閥殼、閥座、閥碟(閥碟內裝有預啟閥)、閥桿、閥桿套筒、閥蓋、蒸汽濾網等部件。2.1.1.3 噴嘴蒸汽室大型汽輪機高壓缸的進氣端一般設立單獨的兩個噴嘴汽室，因而第一噴嘴就不能像其他壓力級那樣裝設在隔板或者靜葉環上，而是直接固定在噴嘴室上。采用這樣的結構主要考慮的因素是：將汽缸與最高參數的蒸汽像接

20、觸的部分限制在最小的范圍內，可以使汽輪機轉子以及除進汽室第一級噴嘴以外的缸體等靜止部件僅與壓降后的蒸汽相接處，降低汽缸的整體機械應力，有利于汽輪機的安全，并使得汽缸的結構簡單，缸體較薄，提高了幾組對工況的適應性。另外，由于整體噴嘴汽室的結構降低了軸端漏汽，可以簡化軸端汽封的結構，提高了幾組的整體效率。哈汽N1000-25/600/600汽輪機噴嘴室為雙流壓力級單流結構。高壓第一級采用雙流式結構，如圖2-6所示。高壓第二級以后的壓力級用單流結構。采用雙流第一級的優點是每只動葉片所承擔的負荷減少了一半，噴嘴室和動葉片的應力有所減少，對于大功率超超臨界汽輪機可以使用現有實際運行經驗的動葉片。缺點是葉

21、片數目增加、造價高、軸承跨度增大。采用雙流噴嘴室結構，從前軸封測噴嘴根部流出的小部分蒸汽，經噴嘴室與轉子之間的腔室流入另外一側的噴嘴后主流，流經噴嘴室和高壓轉子。隨著轉子的轉動，由于主流的吸收作用，腔室中的蒸汽流出，使得轉子和噴嘴室得到冷卻。圖2-6 雙流噴嘴示意圖2.2.2 中壓進汽部分2.2.2.1 布置方式由鍋爐來的再熱蒸汽管道至運行層下方后分成兩根汽管，分別進入布置在中壓缸中部左右兩側的再熱主汽調節聯合閥，從再熱主汽調節聯合閥出來經短管自中壓缸下半中部的左下方和右下方進入中壓缸。這種布置方式的有點時左右兩側進汽的溫度均勻，再熱主汽調節聯合閥后至中壓缸進汽室之間的容積較小，事故情況下再熱

22、主汽調節聯合閥快速關閉后不致引起機組超速。2.1.2.2 再熱主汽調節聯合閥再熱主汽閥與再熱主汽調節閥組合成一體就稱為再熱主汽調節聯合閥，簡稱再熱閥。再熱主汽閥屬保護裝置，它不參與負荷調節，其閥門位置只有全開和全關兩個位置。再熱主汽調節閥只在蒸汽旁路系統投入的情況下，調節中壓缸的進汽量，高負荷下旁路系統關閉時，再熱主汽調節閥處于全開狀態不參與調節，以避免節流損失。圖2-7 哈汽N1000-25/600/600汽輪機再熱主汽調節聯合閥圖2-7是哈汽N1000-25/600/600汽輪機再熱主汽調節聯合閥的結構示意圖。中壓主汽閥與高壓調節汽閥公用一個殼體，為立式結構，其上部為再熱主汽調節閥，下部為

23、再熱主汽閥，兩閥合用一個殼體和同一腔室、同一閥座，而且兩者的閥碟呈上、下串聯布置。兩閥各自配有執行機構，一個位于再熱閥側面的油動機和彈簧操縱座通過杠桿控制再熱調節閥的開啟或關閉；而位于再熱閥下部的另一個油動機和彈簧操縱座則控制再熱主汽閥的開啟或關閉。2.2.3 汽輪機通流部分的固體顆粒侵蝕（SPE）及防護措施2.2.3.1 固體顆粒侵蝕汽輪機尤其是超臨界壓力汽輪機，通流部分高、中壓級的噴嘴、動葉片及主蒸汽閥、旁路閥經常會發生固體顆粒侵蝕( Solid Particle Erosion 簡稱SPE，也稱硬質顆粒侵蝕) 是一種發生在鍋爐啟動或者長期低負荷運行情況下，鍋爐過、再熱器及主蒸汽管道內剝落

24、下來的氧化垢層，這些堅硬的固體顆粒隨蒸汽一起進入汽輪機，侵蝕通流部分的噴嘴、動葉片。固體顆粒的侵蝕導致汽輪機通流效率降低，功率下降，檢修周期縮短，維修費用上升。2.2.3.2 固體顆粒侵蝕的防范措施解決沖蝕最合理的辦法是消除固體顆粒源。從鍋爐方面通常采用定期清洗鍋爐管道，在粒子進入管道之前用濾網和旁通閥將粒子去除等辦法可以減少進入汽輪機的粒子數目。但是此舉還是不能完全消除顆粒源，這就要求在汽機發的結構和運行上采取必要的措施。在超超臨界汽輪機結構設計上的防治措施包括：（1）改進調節級噴嘴端壁面的幾何形狀，噴嘴采用子午面型線，既可以減少二次損失，也能起到減少固體顆粒侵蝕的效果。（2）沖動級噴嘴出口

25、氣流速度比反動級高，沖動級靜葉出口和動葉受到的固體顆粒侵蝕比反動級嚴重。盡可能的把沖動式葉片的使用局限在調節級，其余高中壓級采用反動式葉片。（3）采用傾斜噴嘴可減少撞擊在噴嘴出口表面上的固體顆粒數量，并使得撞擊速度降低，撞出角減小，使第一級噴嘴出汽邊固體顆粒侵蝕的損傷率減小。（4）調節級和再熱第一級噴嘴和動葉的設計，應選取蠕變強度高和耐固體顆粒侵蝕能力強的高溫葉片材料。（5）調節級和再熱第一級的噴嘴和動葉采用防固體顆粒侵蝕的保護鍍層或者涂層。目前表面涂層技術主要有表面等離子噴涂工藝和擴散滲層工藝。超臨界壓力汽輪機的高壓級和中間再熱的前幾級的噴嘴及動葉片采用表面硬化處理方法能大大提高其耐固體顆粒

26、侵蝕的性能。電廠運行經驗證明噴嘴采用硼化物擴散滲層及動葉片采用碳化鉻等離子涂層是預防汽輪機通道SPE損傷的有效方法，能延長噴嘴、動葉片的使用壽命并能長時間保持機組的較高的可靠性和效率，大大降低機組的維修成本。2.2.3.3 哈汽1000MW汽輪機采取的防固粒腐蝕措施哈汽N1000-25/600/600汽輪機中，中壓第1級靜葉的腐蝕是由于動葉片反彈回來的固體顆粒沖擊產生的，主要在靜葉片的出汽邊背弧損害較大。因此，中壓第1級的靜葉片采用涂陶瓷材料的方法防止腐蝕。高壓噴嘴的腐蝕在出汽邊的內弧損害較大，因此高壓噴嘴采用滲硼的方法防止腐蝕，涂層后的厚度為0.2mm-0.3mm，硬度為1000Hv。2.3

27、 汽輪機轉子轉子是汽輪機轉動部分的總稱，它擔負著把噴嘴葉柵出來的蒸汽的轉動能轉變為推動軸選裝的機械功及傳遞功率的重任，是汽輪機最重要的部件。2.3.1 轉子的結構汽輪機的轉子可以分為輪式轉子和鼓式轉子兩種基本類型。輪式轉子裝有安裝動葉片的輪，鼓式轉子則沒有葉輪，動葉直接裝在轉鼓上。通常沖動式汽輪機采用輪式轉子；反動式汽輪機為了減小轉子上的軸向推力，采用鼓式轉子。（1）輪式轉子按轉子的制造工藝，汽輪機轉子可分為套裝轉子、整段轉子、焊接轉子和組合轉子。一臺機組采用何種類型的轉子，由轉子所處的溫度條件及各國的鍛冶技術來確定。套裝轉子套裝轉子的葉輪與主軸分別加工制造，然后熱套在軸上。這種轉子加工方便，

28、材料利用合理，葉輪及主軸鍛件尺寸小，質量容易保證。但它不宜在高溫條件下工作，否則會因為高溫蠕變變化過大的端差使葉輪與主軸的過盈消失，發生松動。所以套裝轉子只適用于中亞汽輪機和高壓以上汽輪機的低壓部分。整段轉子整段轉子有輪式和鼓式兩種結構，后者多用于反動式汽輪機。整段轉子的葉輪、軸封套和聯軸節等部件與主軸是由一整鍛件車削而成，五熱套部件，這解決了高溫下葉輪與主軸連接可能松動的問題，因此，整段轉子常用于大型汽輪機的高、中亞轉子。整段轉子的優點是：結構緊湊，裝配零件少，可縮短汽輪機的軸向尺寸；沒有套裝的零件，對啟動和變工況的適應性較強，適于在高溫條件下運行；轉子剛性較好。缺點是：工藝要求高，加工周期

29、長，大鍛件質量難以保證；且質檢比較復雜，又不利于材料的合理使用。現代大型汽輪機，由于末級葉片長度的增加，套裝葉輪的輕度已不能滿足要求，所以某些機組的低壓轉子也開始采用整段結構。整段轉子通常鉆有一直徑為100mm左右的中心孔，目的是去點鍛件中心的雜志及輸送部分，以防止缺陷擴展，同時便于借助潛望鏡等儀器檢查轉子內部缺陷，組合式轉子組合式轉子是有整段和套裝兩部分組合而成，他是對高溫區域工作的級采用葉輪與主軸整體鍛造的結構，二對在低溫區域工作的級采用葉輪套裝結構。這樣，既保證了高溫區域各級葉輪工作的可靠性，有避免采用過大尺寸的鍛件及節約耐高溫的金屬材料，降低制造成本。國產高參數大容量汽輪機的中亞轉子多

30、采用這種結構。焊接轉子焊接轉子有鼓式和輪式兩種結構形式。焊接轉子具有整段轉子的許多優點，如葉輪不存在松動問題；葉輪五輪轂，結構緊湊；葉輪無中心孔，強度高。此外還具有質量較輕，剛度大，不需要大型整體鍛件，葉輪與端軸的鍛件尺寸小質量容易保證等優點。但是焊接轉子要求材料的克焊接性好，焊接工藝及檢驗方法要求高，隨著冶金和焊接技術的不斷法杖，焊接轉子的應用將黑日益廣泛。國產300MW汽輪機的抵押轉子采用了焊接轉子（2）鼓式轉子國產引進型300MW、600MW反動式汽輪機采用鼓式轉子。各反動級動葉直接裝在轉子上開出的葉片槽中，其高中壓壓力級反向布置，同時轉子上還設有高、中、低三個平衡活塞，以平衡軸向推力。

31、2.3.2 1000MW汽輪機轉子的特點大型汽輪機機組的轉子廣泛采用整段轉子。葉輪和主軸是一體鍛造出來的，所以，不存在鍵槽應力腐蝕開裂和套裝件的松弛等問題，比套裝轉子具有明顯的優越性。大型汽輪機轉子廣泛采用無中心孔的整段轉子。過去生產的大型汽輪機轉子多數是有中心孔的。開中心孔的目的主要是為了除去中心材質最薄弱的部分，同時也便于探傷檢查。但轉子開中心孔也帶來不少弊端。中心孔的存在使得孔面的離心應力增加一倍以上，工作應力的上升還使得工作在高溫區域轉子的材料蠕變損傷速度加快。隨著煉鋼、鍛造、熱處理以及探傷技術水平的提高，無中心孔的整段轉子結構得到了廣泛的應用。國外很多電廠采用了無中心孔的結構。歸結起

32、來無中心孔整段轉子有如下優點：工作應力低；安全性能好；有利于使用更長的葉片；可以改善機組的啟動性能，縮短啟動時間；造價便宜等。2.3.3 哈汽1000MW轉子結構哈汽N1000-25/600/600超超臨界汽輪機為沖動式，采用轉輪式轉子。其軸系由一個但流程反向布置的高壓轉子、一個分流式中壓轉子和兩個分流式低壓轉子組成。所有轉子均為無中心孔整段轉子，轉子與轉子之間的連接采用剛性聯軸器，轉子采用獨立的雙軸承支撐。高壓轉子跨距為5810mm，中亞轉子跨距為5750mm，低壓轉子跨距為7500mm。轉子葉輪處揩油平衡孔，以減小轉子的軸向推力。高壓轉子采用具有良好的耐高溫和抗疲勞強度的12Cr合金鋼制成

33、，并進行加工而形成軸、葉輪、推力盤和聯軸器法蘭。高壓分流式調節級噴嘴后的腔室體內，發電機端的腔體設計壓力要比前軸承箱端的腔室壓力略在高。這樣調節級出口的蒸汽，可以從電端向調端流動，防止高溫蒸汽在轉子和噴嘴室之間的腔室內停滯，并且可以冷卻轉子表面和噴嘴室高溫進汽部分，高壓轉子冷卻結構如圖2-8所示。圖2-8 哈汽N1000-25/600/600汽輪機高壓轉子冷卻結構中壓轉子是具有良好的耐高溫和抗疲勞強度的12Cr鍛造而成，為分流是對稱是結構，并進行加工而成軸、葉輪、聯軸器法蘭。為了降低轉子高溫區域的熱應力，中亞進汽部分設計了合理的冷卻結構對高溫區域進行冷卻。中壓轉子的冷卻結構圖如2-9所示。圖2

34、-9 哈汽N1000-25/600/600汽輪機中壓轉子冷卻結構分流式中壓第一級隔板采用的特殊的結構形式，是中壓進汽與中壓轉子隔開。同時在汽輪機運行時，抽取適量的高壓調節級后經過節流的蒸汽與第一段抽汽混合后，引入中壓第一級隔板與葉輪組成的封閉空間內轉子表面進行冷卻。低壓轉子為雙分流合金鋼整段轉子，由具有良好的抵抗低溫脆性轉變性能的Ni-Cr-Mo-V鋼是新鍛件加工而成。在低壓轉子的中部和前后各有一個動平衡面。2.3.4 轉子聯軸器聯軸器是轉子與轉子之間的連接部件。汽輪機各轉子之間以及汽輪機低壓轉子與發電機轉子之間均要用聯軸器把它們連接起來，以傳遞做工扭矩和軸向推力。聯軸器又稱靠背輪，分為剛性、

35、半撓性和撓性三種。哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機組的軸系的高、中壓轉子、兩根低壓轉子、發電機轉子全部采用剛性聯軸器。剛性聯軸器的特點是：結構簡單，軸向尺寸短，工作可靠；可以傳遞較大的扭矩和軸向力、徑向力等。因此，大功率汽輪發電機組基本都采用剛性聯軸器。2.3.5 轉子的臨界轉速表2-2 哈汽廠1000MW汽機組轉子的臨界轉速軸段名稱一階臨界轉速（r/min）(設計值)二階臨界轉速（r/min）(設計值)軸系軸段軸系軸段高壓轉子2038222335603810中壓轉子183718684063低壓轉子1345169225282530低壓轉子132716922600發電機轉子850

36、24002.4 動（靜）葉片葉片按用途可分為動葉片（葉片）和靜葉片（靜葉柵）片兩種。動葉片安裝在轉子葉輪（沖動式汽輪機）或轉鼓（反動式汽輪機）上，接受靜葉柵射出的高速氣流，把蒸汽的動能轉換成軸旋轉的機械能，使轉子旋轉。靜葉片安裝在隔板或靜葉環上，蒸汽的壓力和溫度降低，流速增加，將熱能轉換為動能。2.4.1 葉片的結構葉片的工作條件很復雜，除因告訴旋轉和氣流作用而承受較高的靜應力和動應力外， 因其分別處在過熱蒸汽區、兩相過渡區和濕蒸汽區內工作而承受高溫、高壓、腐蝕和沖蝕作用，因此它的結構，材料和加工、裝配質量對汽輪機的安全經濟運行有幾大的影響。所以在設計、制造葉片時，既要考慮到有足夠的強度和剛度

37、，又要有良好的型線，以提高汽輪機的效率。對于在高溫區域工作的葉片，應考慮材料的蠕變問題；對于在濕蒸汽區域工作的葉片，應考慮材料受濕蒸汽沖蝕的問題。任何一只葉片的斷裂都有可能造成嚴重后果。實踐表明，汽輪機發生的事故以葉片部分的為最多，所以必須給予足夠的重視。葉片一般由葉根、工作部分（葉身、葉型）、葉頂連接件（圍帶）或拉筋組成。葉根部分葉片是通過葉根與葉輪或者輪轂相連接的。葉根的作用是將動葉嵌固在葉輪輪緣或轉鼓的溝槽里，在氣流力的作用下不至于從溝槽里甩出來。葉根的結構形式有T形、外包T形、雙T形、菌形、叉形、樅樹形等，其適用范圍和裝配要求各不相同。葉型部分指葉片的工作部分。葉片工作部分的橫截面形狀

38、稱為葉型。葉型的軸線稱為型線。相鄰葉片的葉型部分構成蒸汽流動的通道，它要求具有良好的空氣動力特性的型線，以減少氣流的能量損失，提高機組的內效率。同時還要滿足架構強度、剛度和加工工藝的要求。按照工作原理的不同，汽輪機的級分為沖動級和反動級兩大類。沖動級動葉片的進、出口壓差不大，級的反動度較小，蒸汽在動葉柵流通截面積稍呈減縮形；反動級動葉片的進、出口壓差不小，級的反動度較大，蒸汽在動葉柵中的膨脹程度和導葉柵差不多，動葉柵流通橫截面與倒葉頁柵的幾何形狀相似。按照葉片的截面形狀和截面面積沿葉高是否變化，可以吧葉片分為等截面葉片、變截面葉片和扭曲葉片。等截面葉片的葉型形狀和截面面積額沿葉高是不變的，也成

39、為直葉片；變截面葉片的葉型截面面積沿葉高按一定的規律變化，各截面面積不相等；若葉片不同高度各橫截面逐漸扭轉一定角度，且各截面面積不相等，稱為扭曲葉片。為了使動葉片之間組成良好的通道，保證氣流沿外緣周界上的良好流動性，降低漏氣損失，提高級的效率，通常葉片的葉頂上都裝設有圍帶，將動葉連成葉片組。這樣提高了葉片葉柵的剛度，降低了葉片中的彎曲應力，改善其頻率特性；在扭曲葉片加裝圍帶后，能限制動葉片外緣部分在蒸汽作用力下發生扭轉。葉頂的結構各有不同，整體圍帶結構，鉚接圍帶架構。拉筋一般是一根6到12mm的金屬絲或金屬管，穿在葉身的拉筋孔中。拉筋也葉片之間可以是焊接的，也可以是不焊接的。拉筋處在氣流通道中

40、間，影響級內氣流流動，同時，拉筋孔削弱了葉片的剛度，所以在滿足振動和強度要求的情況下，有的長葉片可以設計成不裝設拉筋和圍帶的自由葉片。2.4.2 哈汽1000MW汽輪機葉片特點分析固粒腐蝕的防護（1）改進葉型。通過葉型氣動設計提高噴嘴抗沖蝕性能的主要途徑是減少固體顆粒的碰撞速度和碰撞角度，使得碰撞角度避開材料的高沖蝕區。（2）表面強化技術（3）防固體顆粒腐蝕措施48末級葉片48葉片采用圓弧樅樹形葉根，并以拉筋凸耳及套筒連接，提高了葉列的頻率，從而提高了葉片壽命。48葉片的參數如表2-3所示。表2-3 48葉片設計參數葉高1219.2mm葉頂圓周速度678m/s環形面積11.87葉根形式圓弧樅樹

41、形根經1879.2mm材料15Cr鋼低壓末級排出蒸汽的全部動能將損失掉（余速損失），與環形面積的平方成反比因此，開發具有更大環形面積和高性能的動葉是提高汽輪機性能效率的有限手段。此外，48末級葉片通過減薄葉型厚度，同時實現了減輕重量和提高空氣動力學性能等目標。葉片的材料也有很好的耐腐蝕和耐侵蝕性。末級葉片去濕技術靜葉片采用性能良好的前“掠式”空心結構。葉片的吸力面及壓力面設有疏水縫隙，外環的內表面、內環的外便面均與空心靜葉相接配并與冷凝器相連接，基本處于真空狀態。末級產生的水滴由疏水縫隙收集，通過空心靜葉片、空心內環、空心外環及在中分面出設計的連接管，最后由下半的疏水管流入冷凝器。2.5 汽缸

42、及滑銷系統2.5.1 汽缸汽缸是汽輪機的外殼，是汽輪機最重要的部件之一，也是汽輪機中重量大，形狀和受力狀態復雜的一個部件。汽缸的作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，形成封閉的汽室完成蒸汽的能量轉換過程；在其內部支承固定著噴嘴組、隔板和隔板套（反動式汽輪機為靜葉環和靜葉持環）、汽封等靜止部件。汽缸外部還連接有進汽、排汽、回惹熱抽汽及疏水等管道，以及與低壓缸相連接的支撐座架等。蒸汽在汽輪機內流動做功后蒸汽參數下降，汽缸的高中壓部分承受蒸汽的內壓力，低壓部分有一部分缸體需承受外部的大氣壓。汽缸應具有足夠的強度和剛度，以承受工作時汽缸內外的壓力差、蒸汽流出靜葉時對靜止部分的反作用力和各種連接管道熱狀態

43、時對氣缸的作用力。同時，能承受各零件的自重和管道的安裝拉力，以及沿氣缸軸向、徑向溫度分布不均而引起的熱應力。特別是在快速啟動、停機和工況變化時，將引起很大的溫度變化，會在汽缸和法蘭中產成很大的熱應力和熱變形。不同機組的汽缸有不同的結構特點，它受機組容量、進汽參數、排汽參數、是否中間再熱和制造廠家的制造方法等影響。根據進汽參數不同，可分為高壓缸、中壓缸和低壓缸；按每個汽缸的內部層次可分為單層缸、雙層缸和三層缸；按蒸汽的流動方向分為順向布置、反向布置和對稱分流布置；按汽缸的形狀可分為圓筒形、圓錐形和階梯圓筒形或球形等。2.5.2哈汽1000MW汽缸結構哈汽1000MW超超臨界汽輪機高壓缸為單流式、

44、雙層缸結構，包括一個分流式調節級和九個壓力級，壓力級采用全三維設計。中壓缸為分流/式、雙層缸結構，每個流向包括全三維設計的七個壓力級。兩個分流是低壓缸，每個流向包括六個壓力級。2.5.2.1 高壓缸圖2- 10 哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機高壓缸剖面圖哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機高壓缸為單流雙層結構，高壓缸縱剖面如圖2-10所示。高壓缸共有10級，在內缸的前端布置有雙流沖動式調節級噴嘴蒸汽室，噴嘴室外緣兩側的凹槽鑲嵌在內缸內壁的凸肩上，9個沖動式壓力級的隔板分別裝入內缸的9個環形凹槽中。2.5.2.2 中壓缸哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪

45、機中壓缸為雙層、分流結構，中壓缸縱剖面如圖2- 11所示。對于中壓缸來說，雖然進汽壓力已經降低，但溫度依然是最高的。采用雙層缸結構主要是為了減小外缸的工作溫度，節約耐高溫材料及控制外缸的膨脹量，同時也方便布置環形進汽室。采用分流形式是為了降低中壓缸末級葉片的高度。中壓外缸為整體結構，內缸分一個1內缸和兩個2內缸，1內缸布置了中壓電、調端的前4個壓力級，2內缸布置了后3個壓力級。圖2- 11 哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機中壓缸剖面圖2.5.2.3 低壓缸哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機兩個組低壓缸結構相同，均為雙層、分流、落地式結構，低壓缸縱剖面如圖2-12所

46、示。采用雙層汽缸，將通流部分全部置于內缸中，使體積較小的內缸承受溫度變化，而體積龐大的外缸只與排汽接觸，處于低溫狀態，其膨脹變形小。雙層結構還有利于排汽實現徑向擴壓，排汽從內缸出來后就是寬敞的外缸排汽室，經導流裝置就很容易在排汽室中徑向流動擴壓，既減小了排汽壓力損失，又能縮短低壓缸的軸向尺寸。采用分流形式主要是為了減小末級葉片的高度。機組末級蒸汽的容量流量特別大，設置了兩個低壓缸，對低壓蒸汽進行了四分流，結果末級動葉片還需1219.2mm。圖2- 12 哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機低壓缸剖面圖2.5.3 滑銷系統汽輪機在啟動、運行和停機中，汽缸的溫度變化很大。為了使汽缸能自

47、由地膨脹或收縮，并保持汽缸、軸承箱和基礎臺板三者之間的中心不變，汽輪機都設有一套完整的滑銷系統，包括：縱銷、橫銷、立銷及角銷。縱銷。縱銷多安裝在軸承箱的底部與臺板之間，某些大機組的低壓缸機腳與臺板之間也裝有縱銷(低壓缸與軸承箱分離式除外)，所有的縱銷均安裝在汽輪機的縱向中心線上。引導汽缸和軸承箱在臺板上沿軸向滑動并在橫向定位。橫銷。作用是引導汽缸沿橫向膨脹，并對汽缸軸向定位。高、中壓缸的橫銷因裝在貓爪下，因此又稱為貓爪橫銷。本機共設有4對貓爪橫銷，貓爪橫銷不僅進到高、中壓缸橫向膨脹，還起著確定高、中壓缸與其相鄰的軸承箱之間軸向相對位置的作用，以及汽缸膨脹或收縮時推、拉軸承箱的作用。立銷。立銷與

48、縱銷同處于機組的縱向中心線上，這些立銷引導各汽缸沿垂直方向膨脹，并與縱銷一起共同保持臺板、軸承箱和汽缸三者之間的縱向中心一致。角銷。角銷也稱壓板，一般對在臺板上滑動的軸承箱都設有角銷，角銷安裝在軸承箱底部左、右兩側臺板凸緣的外側，每一側凸緣前、后都要安裝。高壓缸、中壓缸膨脹1#低壓缸膨脹2#低壓缸膨脹膨脹死點膨脹死點膨脹死點轉子膨脹死點1#低壓缸2#低壓缸中壓缸高壓缸推力軸承轉子膨脹圖2-13 哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機滑銷系統圖哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機滑銷系統共設有三個縱向絕對膨脹死點，如圖2-13所示，分別位于1低壓缸的后排汽室、2低壓缸的前排

49、汽室和3號軸承箱底部橫銷中心線與縱銷中心線的交點。汽缸以此為基點，1低壓缸和2低壓缸分別向機頭和發電機方向膨脹；高、中壓缸連同前、中軸承箱一起向機頭方向膨脹。高、中、低壓內缸各自以它們的縱向相對膨脹死點為基點，向前、后自由膨脹。轉子的相對膨脹死點位于設置在高壓轉子后端的推力盤上，以此為基點高壓轉子向機頭方向膨脹，中壓轉子和低壓轉子向發電機方向膨脹。 2.6 隔板和隔板套隔板的作用是把汽缸的內部空間分成若干個蒸汽參數不同的腔室，汽輪機從第二級以后的各級噴嘴葉柵都安裝在隔板上。蒸汽通過隔板葉柵，降壓、降溫增速，完成熱能向動能的轉換。因此，隔板在工作時候，隔板前后要承擔很大的壓差，要求隔板具有一定的

50、剛度和強度。由于發動級的動葉柵反動度大，葉柵前后的壓差大，為了減小軸向推力，固不采用葉輪節后，其靜葉柵做成隔板式結構，內外圓半徑差減小。反動式汽輪機的隔板也稱為靜葉持環。對應的隔板套也稱環套。隔板由隔板提、噴嘴葉柵和隔板外緣組成。持環有外環、靜葉柵和內環組成，均為水平中分面就夠，隔板通常分為兩類：焊接隔板和鑄造隔板。由于焊接隔板由較高的強度和剛度，較好的汽密性，適用于高溫度環境。因此，高參數、大容量的機組均采用焊接隔板，2.6.1 哈汽1000MW汽輪機的隔板哈汽CCLN1000-25/600/600汽輪機共用48級隔板，其中高壓II+9，中壓是27，低壓是46，全部為焊接隔板。2.6.1.1

51、 高中壓隔板高中壓隔板均為焊接隔板，由隔板外環、內外圍帶、噴嘴和隔板提組成。噴嘴有許多單個靜葉片加工而成，噴嘴組嵌在具有葉型孔槽的內外圍帶上，并焊成環形葉柵，然后再將它與隔板外環、隔板體焊接成整體，在隔板外環上帶有高低齒式徑向密封。2.6.1.2 低壓隔板低壓隔板的結構情況基本與高、中壓隔板相同，但隔板汽封采用平齒，所對應的轉子部分為光滑表面。末兩級隔板外環上設有去濕槽，以降低該兩級蒸汽的適度，減輕水珠對葉片的沖蝕和濕汽損失。2.7 汽封汽輪機在運行時，轉子處于高速旋轉狀態，而靜止部分如汽缸、隔板等固定不動，因此轉子與固定部分即動靜之間要留有適當的間隙，以免仙湖碰撞摩擦；然后間隙兩側的壓差存在

52、會導致漏氣。級內間隙的漏氣會使做功的蒸汽量減少，降低汽輪機的內效率；軸端汽缸間隙漏氣，不僅降低效率，而且影響汽輪機的安全運行。因此，為了減少汽輪機內動靜間隙蒸汽的泄露和低壓部分空氣的漏入，汽輪機各間隙部分都需加裝密封裝置，成為汽封；汽封只能減少漏氣量，而在軸端動靜間隙處，除加裝汽封外，還要設置軸封系統，防止蒸汽漏出汽缸和空氣漏入汽缸。目前汽輪機動靜間隙處的密封裝置普遍采用迷宮式汽封，它有以下幾種結構形式：梳齒形、J 形、樅樹形。它的汽封片很薄，萬一轉子與汽封齒發生摩擦，轉子幾乎未被加熱，汽封齒的尖端已被摩擦掉，此因可適當減少汽封間隙。汽封裝置根據安裝位置不同，密封方式不同，采用型式也不盡相同，

53、可分為葉柵汽封、隔板汽封、軸端汽封等。通常將葉柵和隔板汽封統稱為通流部分汽封。轉子穿過汽缸兩端處的汽封稱為軸端汽封，簡稱軸封，用以防止蒸汽漏出和空氣漏入汽缸。軸封分為高壓軸封和低壓軸封。高壓軸封主要用來防止蒸汽泄漏出汽缸而造成能量損失及惡化運行環境，低壓軸封用來防止空氣漏入汽缸使凝結器的真空降低而減小蒸汽的做工能力。隔板內圓和轉子軸頸之間的汽封稱為隔板汽封，用來阻止蒸汽經隔板內圓繞過噴嘴到隔板后而造成的能量損失。通流部分汽封包括葉片頂部和葉片根部的汽封，用來阻止動葉頂部和根部處的漏氣。哈汽1000MW汽輪機高、中壓缸、低壓缸A各級采用高低齒結構，低壓缸B各級采用平齒汽封，上隔板兩側汽封塊用銷釘

54、鉚死在隔板內。隔板汽封有適當的退讓間隙，當轉子與汽缸有少許碰觸時，也不會致使轉子受到損傷。高、中、低壓缸的軸封均為迷宮式軸封，但高、中壓缸軸封采用高低齒型式，低壓缸軸封采用斜齒型式。2.8 軸承軸承是汽輪機的一個重要組成部件，分為徑向支持軸承和推理軸承兩種類型，他們用來承受轉子的全部質量并且確定轉子在汽缸中的正確位置。徑向支持軸承用來承擔轉子的質量和旋轉的不平衡力，并確定轉子的徑向位置，以確保轉子旋轉中心與汽缸中心的一致，從而保證轉子與汽缸、汽封、各版等靜止部件的徑向間隙。銳利軸承承受蒸汽作用在轉子上的軸向推力，并確定轉子的軸向位置，以保證同流部分動靜間的軸向間隙，因此，推理軸承被看成是轉子的

55、定位點。2.8.1 軸承工作原理汽輪機是高速旋轉機械，轉子的質量和軸向力都很大，軸承不僅起著轉子的徑向和軸向定位作用，而且還要承受轉子的徑向和軸向載荷，同時在轉子與靜子的承載面之間建立起潤滑隔離油膜，防止動、靜部件直接接觸，并帶走摩擦產生的熱量。圖 2-14 軸承動壓油膜及油楔的形成原理 由流體潤滑原理可知，在兩個具有相對運動的表面之間形成動壓油膜必須具備三個條件：（1）在兩個相對滑動表面之間必須具有楔形間隙；（2）兩個滑動表面必須具有一定的相對速度并承受載荷；（3）流體必須具有一定的黏度和充足的油量。2.8.2 軸承的結構支持軸承又稱徑向軸承或主軸承，主要形式有圓筒行軸承、橢圓形軸承、多油楔軸承及可傾瓦軸承等。（1） 圓筒軸承圓筒形支持軸承的軸瓦是由上、下兩半組成的，他們用螺栓連接起來。下瓦支持在三塊墊塊上，墊塊用螺釘與軸瓦固定在一起，中間的墊片是用來為軸瓦找中心的，增減它厚度就可以調整軸瓦的徑向位置。上瓦頂部的墊塊和墊片則用來調整軸瓦和軸承蓋之間的緊力。這種形式軸承具有較高穩定性和可靠性。（2） 橢