一、汽轮机本体简介
ND(Z)89/84/06 型汽轮机为驱动锅炉汽动给水泵用变转速凝汽式汽轮机。汽轮机转子由单列调节级和 5 个压力级组成,本汽轮机是单缸、冲动、单流、纯凝汽式、外切换,是变参数、变转速、变功率和能采用多种汽源的汽轮机。在主机高负荷正常运行时,本汽轮机是利用主机第四段抽汽作为工作汽源(下称低压蒸汽)。
由于低压蒸汽的参数随着主机负荷的降低而降低,在正常运行时,主机负荷下降低压蒸汽也满足汽动给水泵耗功的需要,而当主机出现事故工况(如停机不停炉,四段抽汽压力异常等),低压蒸汽不能满足汽动给水泵耗功的需要时, 在本汽轮机中还设置一套能自动控制的独立的外切换机构,能采用主机高压缸排汽(即主机二段抽汽再热器冷段)作为本汽轮机备用的工作汽源(下称高压蒸汽),且在主机异常运行时能自动切换至主机高排再热冷段投入运行,以满足各相应工况运行的要求,故称之为外切换。
当低压汽源足以满足小机驱动给水泵耗功要求时,小机又自动切换至低压汽源进汽。为了适应锅炉起动的需要,本汽轮机还允许在低压主汽门前通入辅助蒸汽,作为启动汽源,让辅助蒸汽通过低压配汽机构来控制本汽轮机起动,甚至允许采用辅助蒸汽替代高压蒸汽作为本汽轮机备用的工作汽源。这种多汽源的供汽方式,使本汽轮机具有比较灵活的起动、运行方式。蒸汽在汽轮机中做完功后,排汽由后汽缸的排汽口排入自带凝汽器。
汽轮机静止部分绝对死点位于后汽缸的排汽口中心,所以静止部分在受热之后自死点向前膨胀。 静止部分与转动部分的相对死点为推力盘并置于前轴承座内,所以转子受热以后向后膨胀。 由于静止部分和转动部分以各自的死点向两相反方向膨胀,而使转子后端的联轴器能保持最小的轴向移动。
本汽轮机的阀门主要有超高压主汽阀及调节汽阀组件、高压主汽阀及调节汽阀组件以及中压主汽阀及调节汽阀组件,各阀门分别装于超高压缸、高压缸以及中压缸两侧。超高压主汽阀及调节汽阀组件通过大螺母与汽缸相连接,其余阀门则通过法兰螺栓与相应的汽缸连接。
1.5轴承与轴承座
本汽轮机的汽缸属组合式汽缸,其结构简单。汽缸沿水平法兰分为上、下两半缸。汽缸又垂直中分为前、后两部分,前部分汽缸称前汽缸,后部分汽缸称后汽缸。前、后汽缸间的垂直中分面法兰用螺栓相接,上、下缸各用两只骑缝圆柱销定位,检修中不需拆开。前汽缸采用铬钼铸钢件制造,蒸汽室与前汽缸上半铸为一体,低压喷嘴室共 8个,第 1~6 喷嘴室完全位于前汽缸上半,其中第 1、 2 喷嘴室为联通腔室,最外端的第 7、 8 喷嘴室从前汽缸上半经水平中分面进入前汽缸下半,喷嘴室在中分面处有密封圈防止蒸汽泄漏;低压调节汽阀第 1~8 阀碟置于同一横梁上,装在低压蒸汽室内。
汽轮机的第 1~4 级隔板置放在前汽缸内, 前汽封各档腔室的壳体与前汽缸铸为一体。前汽缸下半前部通过半圆法兰与前轴承座用螺栓相接,并用三只骑缝销定位和支承在前轴承座上。后汽缸为碳素结构钢焊接结构, 第 5 级隔板位于后汽缸内。后汽缸的后汽封各档腔室的壳体与后汽缸焊为一体;后轴承座内置有后径向轴承、联轴器等。后轴承座上盖两侧的 45°方向上装有接近式(振动)传感器。后轴承座下半布置有供后轴承所需润滑油的进、回油接口。后汽缸通过其下半两侧的座架支承于后座架上,支承面与汽缸中分面距离较近,因而后汽缸在垂直方向上受热膨胀时对水平中心的影响很小。
汽缸的绝对死点位于后汽缸下半的排汽口中心线与后汽缸下半的两侧支承面的中心线交点处。汽缸纵向是通过与固定在基础上的后座架和后汽缸下半的两侧支承面间,位于中心处的左右两横向圆柱销定位,并能保证后汽缸受热后横向向两侧自由膨胀。横向中心定位是通过后汽缸下半与固定在基础上的后汽缸导板和前轴承座与固定在基础上的前座架之间的纵向键定位,能保证汽缸与相接的前轴承座一起轴向自由膨胀。
为适应本汽轮机采用不同参数的蒸汽,高转速运行的情况,转子体采用符合SQB44.05 技术标准的高强度合金钢整锻加工制造,该钢种具有较低的脆性临界转变温度,能适应负荷急剧变化和快速起动,转子体采用无中心孔结构。转子体上共有六只叶轮盘,顺汽流方向依次为单列调节级,第 1 至第 5 压力级叶轮。
各级叶轮均装有动叶片,轴的前端装有盘车大齿轮、减速箱联轴器汽机侧辐轮和径向推力联合轴承,推力盘由转子体整体加工而成。轴的后端装有后径向轴承和联轴器的汽机侧辐轮等,总长 3620mm,总重 5750kg。转子是靠前后二个径向轴承支承的,其前后轴承中心间距 2800mm,前后轴颈部分直径均为φ 200mm。汽轮机转子(包括动叶片、盘车大齿轮、减速箱联轴器汽机侧辐轮和联轴器的汽机侧辐轮等)的临界转速计算值:
转子除第 4、第 5 级叶轮外其余各级叶轮均有平衡孔,平衡各级叶轮的前后压差,减少轴向推力,转子前端设有平衡活塞汽封,以进一步平衡推力。
为减少转子两轴端和级间的漏汽损失,提高机组效率,转子的前、后汽封段采用蜂窝汽封。通流内每级隔板均设置隔板汽封,第 1 级、第 2 级的隔板汽封采用高低齿结构,第 3 至第 5级的隔板汽封则采用平齿结构。
本汽轮机是变转速汽轮机,正常运行的转速调速范围是 2800~6000 注 2r/min,所以转子上的动叶片全部采用不调频叶片。叶片的材料选用具有较高的热强性、良好的减振性和抗腐蚀性能的马氏体型耐热不锈钢及沉淀硬化型不锈钢制造。装配在转子体上的所有动叶片中, 调节级动叶片采用采用三叉三销叶根, 第 1 级动叶片采用 T 型叶根,第 2~5 级动叶片采用枞树型叶根, 第 2 级动叶片采用周向销定位;第3~5 级动叶片采用叶根底部安装撑条的方式轴向定位。调节级、第 1 级和第 2 级叶片为整体围带、 等截面直叶片; 第 3、 第 4 和第 5 级叶片为整圈自锁、 变截面扭叶片, 达到自锁效果的最低转速是 2800r/min。 第 5 级(即末级)叶片的叶身高度为 500mm,其节径为φ 1340mm, 顶部直径φ 1856mm, 为提高抗水滴冲蚀性能, 在围带顶部起, 在进汽侧上部采用激光处理方法硬化进汽边。为减少级间漏汽损失,提高本汽轮机效率,调节级、第 1 级的叶片叶顶与叶根处均有径向汽封, 第 2~第 5 级叶顶处有径向汽封。
蒸汽由蒸汽室,通过喷嘴区域进入汽轮机。喷嘴区域分为 8 组,按低压调节汽阀开启顺序喷嘴只数排列为 18(第 1、 2 腔室为联通腔室)-6-6-7-7-11-11。喷嘴采用马氏体型不锈铸钢熔模精铸制造,喷嘴与内、外环焊成一体, 其中第 1~6 组喷嘴位于汽缸上半,第 7、 8 组喷嘴位于前汽缸下半, 均采用螺栓与前汽缸的喷嘴室连接。
本汽轮机共有五级隔板,第一级隔板制成直通道,第二、 三、 四、五级隔板制成斜通道,以组成光滑匀称的汽流通道,减少流动阻力损失,提高效率。为适应变参数、急剧的负荷变化和快速起动,第一~四级的各压力级隔板采用自带冠焊接式喷嘴隔板; 第五级隔板为汽叶直接安放在隔板外环与内环之间焊接而成。
每级隔板在汽缸的水平中分面处分成上、下二半。下半隔板在中分面处左右各有一只悬挂销,通过调整各级隔板 Z 型悬挂销下的垫片厚度使隔板中心与转子中心相吻合,由于隔板定位是遵循中分面支承原则,因此在运行时能最大限度地保持静子与转子中心的一致性,从而提高汽轮机的热效率及安全性能; 各级隔板底部和汽缸之间有一纵向键,籍此隔板周向定位和防止隔板的转动。各级隔板顶部附近置有一径向限位涨销,防止汽轮机在运行中上半隔板向上抬起。
上半隔板与下半隔板的中分面经过精密加工,并在左右两侧边装有径向密封键,使其具有良好的密封性,以阻止蒸汽从中分面处泄漏。每级隔板在中分面处均有一只骑缝圆销,以保证上、下半隔板良好对中。各级隔板直接安装在前、 后汽缸内壁的隔板槽中,靠隔板两侧的压差,能够使隔板出汽边一侧紧贴在汽缸上的隔板槽一侧面,保持密闭不漏汽,而在隔板的外圆与汽缸的隔板槽底留有足够的径向间隙,以供隔板安装时调整和隔板受热膨胀,而隔板体与转子之间,装有隔板汽封,减少其级间的漏汽损失。
第五级隔板外环的前侧面布置有去水环,通流级间开有一圈的疏水孔,在隔板的最低位置将水滴导流入后汽缸。减少水滴进入末级叶轮而引起对末级叶片的水蚀侵害。上半隔板二侧用压板固定在上半汽缸上,这样在上半汽缸起吊时,上半隔板就同时吊出。
本汽轮机的前汽封、后汽封均为蜂窝式。隔板汽封第 1、第 2 级隔板汽封为高低齿式,而其余各级隔板汽封为平齿式。前汽封每圈汽封环分成6 块,每块汽封环背弧处均有一“桥式”弹簧片作弹性支承,在运行中汽封环如与汽轮机转子相碰时,汽封环具有退让作用。
每段汽封环采用二付螺钉压块的结构,嵌入汽封体的 T 形槽内,并通过修正压块调整汽封环和轴的径向间隙,汽封体下半中分面两侧置有悬挂销通过调整悬挂销下的垫片厚度使汽封体的中心与转子中心相吻合,由于汽封体是中分面支托,因此在运转时能最大限度地保持汽封与转动部分中心的一致性从而保证汽轮机的热效率。
后汽封和隔板汽封的每圈汽封环分成 6 块,每块汽封环背弧处有一板弹簧片,作弹性支承。由汽封环外圆处的“┓”型小钩嵌入汽封体或隔板体上,并通过拂去齿尖或修正小钩内径来调整汽封环和轴的径向间隙。前、后汽封环的轴向位置,通过调整各汽封体与汽缸间的垫片来满足安装要求。