气缸附件铸造(一文读懂汽轮机的汽缸)

Posted 2023-05-30

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汽缸是为了将通流部分构成一个密封压力容器，以与外界大气隔绝。汽缸内安装着隔板、隔板套（持环）及许多其它静止部件。为了简化汽缸的结构，汽缸内设置隔板套（持环），利于设置抽汽腔室。汽缸通常分高压、中压、和低压汽缸。

6MW~135MW汽轮机，一般将高中低压汽缸综合成一体，以减小机组长度。但低压缸与高中压部分单独制造，在垂直结合面用螺栓进行拼缸。

700MW以上的汽轮机，为了提高单缸功率，简化进汽结构，高、中、低压缸分别独立。

大功率汽轮机都设计成多缸结构。如原国产300MW机组为四缸结构（高压缸、中压缸、低压缸A与B），国产引进型300MW机组为两缸结构（高中压合缸与低压缸）；

国产亚临界600MW机组为四缸结构，即由高压缸、中压缸、低压缸A与B组成；国产超临界600MW机组为三缸结构，即由高中压合缸、低压缸A与B组成；超超临界600MW机组为两缸结构，即由高中压合缸、低压缸组成。100万超超临界为四缸结构，即高压缸、中压缸、低压A与B组成。

2 汽缸的功能

2.1 基本要求

汽缸的受力要求：

1，承受本身和装在其内部零部件的重量

2，承受内外压差的作用力

3，承受沿汽缸轴向和径向温度分布不均匀而产生的热应力

4，承受隔板前后压差的作用力和蒸汽通过喷嘴时的反作用力

2.2 高中压汽缸设计要求

由于高中压汽缸承受着巨大的内外压差、温度梯度、汽缸本身及其内部静止部件的重量，并承担着外部管道接口的推力和推力矩，所以高中压汽缸设计的基本要求为：

(1）汽缸形状力求简单，回转体对称、壁厚均匀，在满足强度、刚度裕度要求的前提下，尽量减薄汽缸厚度。

(2）汽缸高温高压区域，尽量避免包含过多的低参数区段，以合理使用贵金属材料，要考虑具有合理的冷热工艺性。

(3)汽缸的支承方式应考虑热态下保证对中要求，并能保证汽缸胀缩可靠。

(4）与汽缸连接的进汽管、喷嘴室等必须具有良好的汽密性及足够的弹性补偿能力，减少高温部分的热变形传递到缸体上。

(5）要注意与制造设备的能力相适应，同时要保证汽缸顺利安装、揭缸以及运输。

2.3 低压缸的设计要求

由于低压外缸要承受巨大的真空载荷，所以低压外缸设计时要特别注意刚度在冷热态的变化，而低压内缸的对中、支承与低压外缸尽量减少联系或相互影响。总体而言，低压缸的设计基本要求：

(1) 结构简单，满足刚度要求。

(2) 合理分段。低压外缸的分部件设计，在保证刚度的前提下，要充分考虑选择合理的、方便工艺与运输的结构形式。

(3) 设置排大气阀及一定量的人孔门。

(4) 合理的支承方式及与其它部件的连接方式。

(5) 合理的排汽涡壳设计，以利于减小排汽总压损失，合理回收余速损失，提高整机效率。

3 汽缸的分类及结构特点

3.1 单层汽缸

单层汽缸多用于中、低参数汽轮机组。我厂生产的给水泵小机，热电联供抽汽机组等均采用单层缸结构。单层汽缸可分为两种结构：①蒸汽室与汽缸铸造成一体②蒸汽室与汽缸分开铸造

3.2 双层汽缸

随着汽轮机初参数、以及机组容量的不断提高，为满足汽缸的强度和密封要求，汽缸壁和水平法兰尺寸必须相应增大。汽轮机启动和变工况运行时，汽缸和法兰内外壁产生很大的温差，由此产生较大的热应力，为此双层缸结构应运而生。其分为内、外两层缸，其间的夹层与内缸的排汽或某中间级相通，则内外缸分别承受一部分压差与温差。

双层汽缸的优点：

⑴合理的分配缸内外承受的压差。汽缸壁和法兰厚度减少了。

⑵合理的区分温度区域

双层缸的优势是把高温蒸汽限制在喷嘴以后的内缸内，外缸则容纳的蒸汽温度往往很低，合理的区分温度区域，减少变工况运行时的温度差，也就减少了热应力，提高机组内在部套的使用寿命。加快了快速起停的速率。（起停时，汽缸冷却和加热都可加快，减少汽缸壁厚增加带来的汽缸温差应力，缩短开机时间）

⑶合理的选择材质。

内缸其所处高温区域，可选取相应较好的材料，外缸相对而言可选用相应的一般材质即可以满足设计要求。

⑷合理的组织缸口布置

汽轮厂生产的300mw，还有国产135mw机组采用的是外缸+持环结构，分压理念与双层缸结构相似。

3.3 筒形缸

其采用双层缸结构，内缸有垂直中分面用螺栓，紧固。外缸为筒形，端部设有端盖。

筒型汽缸的优点：

Ø 圆筒形汽缸结构简单，结构基本对称，蒸汽和温度变化时，热应力较小，能够明显提高机组的启动速度。

Ø 由于外缸无水平中分面，解决了汽缸热变形，和法兰翘曲漏气的现象。

Ø 由于外缸无水平中分面法兰和螺栓连接，其可以应用于更高的初参数中。

筒形缸的装配检修方法如下

3.4 高中压合缸

优点：

⑴它的结构紧凑．节省跨距，有效地缩短了汽轮机的长度。

⑵进汽部分在汽缸中部，高、中压级反向布置，可平衡轴向推力

⑶高温部分集中在汽缸中段，两端轴承离高位区较远热影响较小

⑷内外缸夹层用蒸汽冷却。两端汽封漏气也较分缸结构少。

缺点：

⑴合缸后结构复杂，动静部分的差胀计算复杂。

⑵转子跨局增大从而要求提高转子刚度。

⑶汽缸自身的刚度，也因跨局的增加而降低，设计都应充分考虑

⑷尤其是高、中压进汽管均集中布置于汽缸中部，使得铸件更为复杂，这也是限制它在大功率机组上应用的原因之一，目前最大的高、中压合缸机组为600MW左右。

因其结节省跨局，降低成本。国产125MW~600MW等级机组高、中压外缸广泛采用高中压合缸结构。

3.5 低压缸

①铸造结构

缸的尾部设置轴承座，铸造汽缸的轴承座与汽缸整体铸出

②焊接结构

一般应用于中等功率等级的汽轮机上。它重量较轻。可以方便的采用各种型材加强汽缸的刚度。排汽温度不宜超过80℃，缸内设有喷水降温装置。

4 其他

4.1 汽缸的支撑方式

a.上猫爪支承

①中小功率汽轮机采用此种支撑方式。

②中分面螺栓承载下缸及其它部件重量。

③安装支承与运行支承不一致

b.下猫爪支撑

①大功率机组广泛采用此种支撑方式。

②安装支承与运行支承一致。

4.2 低压缸的喷水装置喷水装置

设置原因：

汽轮机启动、空负荷及低负荷运行时，由于蒸汽流量小，不能带走鼓风摩擦所产生的热量，使排汽缸温度升高、汽缸变形，引起机组振动或发生事故。

工作过程：

喷水管沿着末级叶根布置在下半圆周上，其上钻有两排喷水孔，将水顺着汽流呈一定的倾斜角喷入排汽缸空间，起降温作用。（温度高于80℃自动投入，或机组转速达600r/min投入，带15%负荷后自动停止）