汽缸及其熱膨脹

1、汽缸及其熱膨脹一、汽缸的作用和構(gòu)造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，保證蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)完成其作功過程。汽缸通常制成具有水平中心分面，上半叫上汽缸，又稱大蓋，下半叫下汽缸。它們之間有法蘭，用螺栓聯(lián)接在一起。法蘭接合面要求很高，必須保證嚴(yán)密不漏汽。為了減少優(yōu)質(zhì)材料的消耗，還將汽缸分為高、低壓兩半，高壓汽缸由于其中的蒸汽壓力、溫度都較高，故使用較好的鑄鋼制造，低壓汽缸一般用鑄鐵制造。高低壓汽缸之間，有一垂直接

2、合面，用螺栓聯(lián)接在一起。汽缸所用的材料主要決定于蒸汽的溫度，普通鑄鐵只適用于25℃以下；當(dāng)蒸汽溫度在250～300℃左右時(shí)，則可采用鑄鋼或經(jīng)過一定熱處理的優(yōu)質(zhì)鑄鐵；蒸汽溫度在300～400℃時(shí)，必須使用鑄鋼；當(dāng)溫度達(dá)到400～500℃時(shí)，應(yīng)使用合金鋼。二、汽缸的受力分析（1）由于汽缸內(nèi)外的壓力差，使汽缸壁上承受一定的作用力。高壓缸中蒸汽壓力高于大氣壓。汽缸壁受著向外的張力；低壓缸中蒸汽壓力低于大氣壓，汽缸壁受著向內(nèi)的壓縮力。由于汽輪機(jī)負(fù)

3、荷變化時(shí)各級的壓力發(fā)生變化，所以汽缸壁的受力情況也發(fā)生變化。（2）隔板和噴嘴加于汽缸的力。這是由于隔板兩側(cè)的壓力差及汽流流過噴嘴時(shí)對其產(chǎn)生的反作用力所引起的。這個(gè)力也隨著負(fù)荷的變化而變化。（3）汽缸及汽缸上各固定部件的重量。（4）軸承座與汽缸鑄成一體或軸承用螺栓聯(lián)接在下汽缸上的機(jī)組，轉(zhuǎn)子的重量和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)的不平衡力也要加到汽缸上。（5）小型機(jī)組的主汽門、新蒸汽管與汽缸聯(lián)接，這些部件對汽缸蓋也有作用力。（6）汽缸在運(yùn)行中存在溫度差而引起的

4、熱應(yīng)力。汽缸的熱應(yīng)力和熱變形（汽缸各處受熱后的變形）在負(fù)荷劇烈變動時(shí)（如迅速停機(jī)、急速啟動和暖機(jī)不良的情況下啟動）最大，也最危險(xiǎn)。所以，汽輪機(jī)的運(yùn)行方式、方法一定要根據(jù)機(jī)組各部分的受熱情況來確定。三、汽缸的熱膨脹及滑銷系統(tǒng)汽輪機(jī)在啟動、停機(jī)和負(fù)荷改變時(shí)，汽缸各部分的溫度要發(fā)生很大的變化。隨著溫度變化，汽缸要發(fā)生相應(yīng)脹縮，如果汽缸脹縮不能合理地進(jìn)行，將會造成以下問題：（1）汽缸金屬熱應(yīng)力過大，以致引起汽缸變形和裂紋，造成汽輪機(jī)振動加劇，汽

5、缸漏汽，嚴(yán)重時(shí)使汽缸無法工作；（2）汽缸內(nèi)軸向或徑向間隙改變，有時(shí)會造成汽封和動、靜葉的摩碰等嚴(yán)重故障。為了滿足運(yùn)行要求，汽缸的熱膨脹應(yīng)滿足以下要求：a溫度變化時(shí)，汽缸和轉(zhuǎn)子的中心必須始終保持一致，不能因此引起振動和動、靜部件的摩擦；b溫度變化時(shí)，不會引起汽缸、軸承座等有關(guān)部件的變形、破裂；（3）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)行的安全和經(jīng)濟(jì)。為了滿足上述要求，在汽缸、軸承座和機(jī)座間設(shè)置有滑銷系統(tǒng)?；N系統(tǒng)中包括有引導(dǎo)汽缸

6、沿橫向膨脹的橫銷；引導(dǎo)汽缸沿軸向膨脹并推動前軸承座軸向移動時(shí)，保持軸承座與汽缸中心線一致的縱銷；引導(dǎo)汽缸沿垂直方向膨脹，并保持汽缸和軸承中心一致的立銷。圖3－14示出了國產(chǎn)N6－35－1型國產(chǎn)汽輪機(jī)的滑銷系統(tǒng)。該機(jī)組高壓缸用半圓法蘭與前軸承座連接，通過它把汽缸部分重量加在前軸承座上。低壓缸通過兩側(cè)的機(jī)腳支承在兩側(cè)機(jī)座上。在高壓缸的半圓法蘭上設(shè)有一個(gè)垂直的圓柱銷和二個(gè)水平的圓柱銷；在低壓組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可在滑銷接觸面上定期加入油脂。四、汽缸

7、在運(yùn)行中應(yīng)注意的問題汽缸的變形和裂紋是汽缸運(yùn)行中可能發(fā)生的主要問題。雖然這種問題不常見，但若一旦發(fā)生將要造成嚴(yán)重后果因此不可輕視。為預(yù)防上述情況發(fā)生，現(xiàn)將其發(fā)生的原因及運(yùn)行中的注意事項(xiàng)分析如下：1、怎樣在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)汽缸變形（1）汽缸變形時(shí)，可能造成汽缸水平或垂直接合面不嚴(yán)密而漏汽。這種漏氣多發(fā)生在高、低壓端軸封附近。有時(shí)因蒸汽漏入軸承中而使?jié)櫥杆偈艿狡茐?。?）低壓缸變形可能造成空氣漏入凝汽器，使真空遭受破壞。（3）汽缸變形嚴(yán)重時(shí)，會

8、造成軸封的磨損和汽缸內(nèi)動、靜部分的碰撞，并使機(jī)組的振動加大。2、造成汽缸變形的原因(1)運(yùn)行時(shí)，汽缸溫度長時(shí)間超過材料允許溫度。(2)汽缸隔板與汽缸內(nèi)壁的徑向間隙過小，使隔板膨脹時(shí)頂住汽缸。(3)汽缸外部的保溫材料不好或部分脫落，造成汽缸各部溫度偏差過大，或在冬季汽輪機(jī)車間打開了一面窗戶使冷風(fēng)吹到汽缸一側(cè)。(4)滑銷卡澀，不能保證汽缸的正常膨脹。3、怎樣發(fā)現(xiàn)汽缸裂紋汽缸出現(xiàn)裂紋后，往往首先使汽缸保溫材料局部潮濕、滲水，然后逐漸漏汽；低壓

9、汽缸出現(xiàn)裂紋會漏入空氣，使真空下降。4、汽缸產(chǎn)生裂紋的原因(1)汽缸材料質(zhì)量不好，尤其是老、舊汽輪機(jī)的鑄鐵材料因蠕脹而裂開。(2)汽輪機(jī)運(yùn)行方式不合理，如在暖機(jī)不良的情況下開機(jī)；負(fù)荷經(jīng)常劇烈變動；汽輪機(jī)常受水沖擊；排汽溫度過高時(shí)，汽缸突然受冷（如循環(huán)水泵停止工作導(dǎo)致真空過低排汽溫度較高時(shí)，突然又投入循環(huán)水泵）。(3)汽輪機(jī)長期劇烈地振動。(4）轉(zhuǎn)動部件損傷后，強(qiáng)力地沖擊汽缸。鑒于以上種種造成汽缸損傷的原因，所以在汽輪機(jī)運(yùn)行中應(yīng)注意以下幾