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汽缸的结构
发布时间:2010/6/15  阅读次数:1422  字体大小: 【】 【】【
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汽缸的结构
    (一).汽缸结构特点
    汽缸是汽轮机中形状和结构最复杂的部件,其内壁上车有一圈圈用
以安装隔板、隔板套和汽封体的环行槽道,外壁上有许多管接头用以与进
汽管、抽汽管、排汽管和疏水管等管道连结,前端进汽室,中间有抽汽室
和抽汽口,后端有排汽室。
    根据机组的功率不同,汽缸有单缸和多缸结构。目前我国生产的功
率为10万千瓦以下的汽轮机多采用单缸结构;功率为10万千瓦以上的汽轮
机多采用多缸结构;功率为10万千瓦的汽轮机采用单缸和双杠结构。高中
压部分汽缸均为铸造结构,低压排汽缸除功率较小的机组采用铸铁结构外
,大功率机组采用钢板焊接结构或小铸件和钢板焊接的组合结构。
    汽缸从高压向低压方向看,大体成圆筒形或圆锥形。为了便于加工
、安装和检修,汽缸一般做成水平对分式,即分为上、下汽缸,水平结合
面通常用法兰螺栓连接。为了合理利用材料和便于加工,汽缸常按缸内压
力高低沿轴分为几段,垂直结合面亦采用法兰螺栓连接。
    下图为一台中压凝汽式汽轮机的汽缸外形,该汽缸具有水平中分面
和一个高、低段的垂直结合面,结合面均为法兰螺栓联接,其高、低
压汽缸均为铸造结构。
    (二).高压缸
    高压缸承受着高压、高温蒸汽的作用,在高压缸的前端还设置有进
汽部分,因此更应力求其形状简单、对称、避免法兰过宽。通常蒸汽参数
不超过90个绝对大气压、535摄氏度,功率为10万千瓦及以下的汽轮机,
高压缸均采用单层缸结构;功率大于10万千瓦的汽轮机采用双层缸结构。
下图为CEM300MKW汽轮机高压缸:
1--外缸,2--内缸,3--紧圈,4--转子,5--静叶,6--动叶,7--启动探针
    (a).进汽部分
    高压缸前部从调节阀到调节级喷嘴这段区域称为汽轮机的进汽部分
,它包括调节汽阀的汽室和喷嘴室,是汽缸中承受压力、温度最高的部分
。下面先介绍单层缸进汽机构:
不同单层缸进汽结构比较
图形
名称
整体结构
螺栓连接结构
焊接结构
适用于
低压汽缸
中压汽缸
高压汽缸
特点
制造加工工作量小
,热应力较大,材料利用不合理
简化了汽缸形状、减小了工作时
的热应力、合理利用了材料
同螺栓连接结构
说明
1--调节汽阀汽室;2--汽缸;3--喷嘴室
    双层缸结构的进汽部分更复杂。
    右图为某双层高压缸进
起部分结构图:
    高压缸进汽短管与外缸用法兰连接;中压缸的进汽管与内缸用大螺
母连接或焊接,进汽短管和喷嘴室采用活动连接;中压缸的进汽短管则直
接插在内缸的进汽室入口中,也采用活动连接;双层低压缸的进汽部分比
较简单。
    (b).法兰及螺栓
    对于中低参数汽轮机,汽缸中分面采用法兰和螺栓连接,没有什么
困难和特殊问题;但对于高参数汽轮机的高压缸,用法兰和螺栓连接,情
况就不一样了。 由于汽缸内压力很高,要保证中分面的汽密性是非常困
难的。此时必须采用很厚的法兰和排列非常密的螺栓,螺栓的中心距t大
约是螺栓直径的1.5~1.7倍。这样密的螺栓排列是一般的螺栓结构所不能
达到的,必须采用特殊的螺栓结构。为了便于拧紧螺帽,必须将螺帽加高
,六角形变小。这种螺帽称为罩盖螺帽或套筒螺帽。
    法兰螺栓有两种形式,如下图所示:
    一种是埋头螺栓,见图(a)
。这种螺栓腰部直径小于螺栓部分
直径,弹性较好,可以减小由于应
力集中而引起的断裂危险。另一种
是双头螺栓,见图(b)。这种螺栓
比埋头螺栓长,其弹性更好。

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    对于高压汽缸来说,为了减少法兰承受的弯曲应力以及螺栓承受的
拉应力,应该使螺栓中心线愈靠近汽缸壁中心线愈好。法兰螺栓内移有
两种方法:一种是将法兰做成高窄波形法兰, 如上图(a)所示;另一
种方法是将穿螺栓部位的汽缸刮出一凹进平面,如上图(b)所示。

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    高压缸由于法兰很厚大,在启动时它的温度低于汽缸内壁的温度,
而螺栓的温度又低于法兰的温度。这样,在法兰和螺栓中将由于温差热
膨胀不一致而产生很大的热应力和附加的拉应力。严重时甚至会将螺栓
拉断,法兰面也会压坏。此外,由于汽缸温度高于法兰,汽缸上下部分
温度高,热膨胀大;而左右靠近法兰部分温度低,热膨胀小,因而汽缸
变形成椭圆形,如上图所示。
    为了减少启动,变工况时汽缸,法兰,螺栓间的温差以及由温差产生
的热应力,同时也为了缩短机组启动时间,通常可以采用以下几种措施:
    1)采用法兰、螺栓加热装置。启动时,通入低温的蒸汽对法兰和螺
栓进行预热。
    2)用埋头螺栓代替穿通式双头螺栓,由于旋入法兰的部分传热快,
可减少法兰和螺栓的温差。
    3)在法兰与螺栓之间加入导热材料(如铜粉、铝粉),但增加了安装
和检修的工作量。
    4)在螺帽与法兰面之间加一段套筒,这样一方面增加了螺栓的弹性
,同时也加长了螺杆。
    (三).排汽缸
下图为低压排汽缸:
    将汽轮机末级动叶片排出的蒸汽导入凝汽器的部分称为排汽缸。排
汽缸是在真空状态下工作,尺寸很大,考虑其结构时,主要应保证它有足
够的刚性,并具有良好的流动特性以回收排汽动能。
    常见的排汽缸有以下几种形式:
名称
图形
特点
铸造结构
    结构简单、制造工作量小、
刚性好、排汽缸流动特性较差、
排汽动能回收较差。因此这种结
构适用于中、小功率的汽轮机。
组合结构
    重量轻、排汽缸流动特性较
好、能较多的回收排汽动能,刚性
较差,排汽缸变形后要影响汽轮机
转子的中心位置。
与轴承
座分开
的双层
结构
    重量轻、排汽缸流动特性较
好、能较多的回收排汽动能,排汽
缸变形后不会影响汽轮机转子的中
心位置。但是结构复杂。
与轴承
座做成
一体的
双层缸
结构
    刚性较好、安装时要考虑汽
缸变形后对转子中心的影响、刚才
消耗量较大。这种结构适用于大功
率双排汽,排汽缸与凝汽器采用挠
性连接的汽轮机。
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