CN300－16.67/537/537-2型汽轮机本体结构介绍
1 概述
本机是上汽引进美国西屋公司技术生产的新型机组，是亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽反动式汽轮机，具有较高的效率和安全可靠性。采用积木块式设计思想，在保留西屋公司的技术特点如反动式叶片、整锻转子、多层汽缸、数字电液调节的基础上，又对该机组进行了改进，如采用控制涡流型设计、动叶自带围带成圈连接等，使机组整体的可靠性、经济性有很大的提高。
2 机组主要技术规范
汽轮机型号：CN300－16.67/537/537-2型
汽轮机型式：亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、反动、抽汽凝汽式
通流级数：36级
高压通流Ⅰ+12
中压通流9
低压通流2X7
末级叶片高度：900mm
回热系统级数：8级（3高+4低+1除氧）
主要参数见下表
3 主机结构
3.1汽缸
本汽轮机汽缸由高、中压缸和低压缸两部分组成。高、中压部分合缸，且为双层缸，高压部分和中压部分按汽流方向反向布置。低压缸为三层缸，双分流式，有两个排汽口，蒸汽从中间进入向两侧对称流动。
一、高、中压汽缸
高、中压部分外缸采用合缸方案，内缸则分为独立的高压内缸和中压内缸。高、中压部分压力级组反向布置，高压部分的调节级与压力级组也是反向布置，以减少总的轴向推力。
1、高、中压外缸
高压部分主蒸汽由分别位于上、下缸的各三根主蒸汽导管引人，一段抽汽管、至中压平衡活塞汽封二段的连通管由上缸引出，高压缸排汽管则由下缸引出。中压进汽则由中压部分下缸的两根进汽管引人，三段抽汽管亦由下缸引出，中压缸排汽则由上部经中低压连通管排至低压缸。
外缸由下缸中分面前后伸出的四个猫爪，分别搭在前轴承箱和与低压缸下半焊在一体的#2轴承箱上。猫爪采用悬挂式结构，即下猫爪支撑，将下猫爪位置提高，使猫爪承力面正好与汽缸中分面在同一水平面上。
高压外缸两端有“H”形定中心梁，通过它与前轴承箱及#2轴承箱相连，在高、中压缸热膨胀时起推拉作用，保证高、中压汽缸与轴承箱的相对位置的不变，使汽缸与轴中心不变。
2、高、中压内缸
高压内缸内依次安装有高压进汽平衡活塞持环、喷咀室、高压静叶持环。缸内有一级冲动式调节级和与之反向布置的十二级反动式压力级。
中压内缸内部依次安装有中压平衡活塞持环及中压#1静叶持环（持前五级）。
高、中压内缸分别支撑在外缸的水平中分面上，前、后轴封汽封体及中压#2静叶持环（持后四级）、高压排汽侧平衡持环也支撑在外缸上。
3、喷嘴室及喷嘴组
主蒸汽从锅炉经两根主蒸汽管分别进入配置在高、中压外缸两侧平台上的两个主汽门－调门装置，调门后的蒸汽由六根挠性导汽管分别导入设置在高压内缸内的六个喷嘴室中。六个喷嘴室沿汽缸圆周均匀布置，使内缸的受热有很大的对称性。喷嘴室为单独制造，使主蒸汽只作用于喷嘴室，内缸承受的是调节级后的汽压和汽温，可使汽轮机因变负荷运行时温度变化引起的热应力减小到最低限度。
配汽方式如下图：
4、高、中压进汽套管
进汽套管是一个双层套管，外套管与外缸焊接在一起，避免了漏汽。内套管插入喷嘴蒸汽室入口管内，见下图
5、蒸汽冷却
本机组高、中压缸采用双层缸，并在高、中压内、外缸夹层引入冷却蒸汽，以降低外缸的温度及其所承受的压力。高压内、外缸夹层冷却蒸汽来自高压平衡活塞汽封的漏汽。这股汽流通过夹层后，一部分与高压缸排汽汇合，另一部分则通过上部的连通管进入中压平衡活塞汽封中段。
由于喷嘴室及喷嘴组承受主蒸汽高温高压，因此，利用调节级做功后的蒸汽，经调节级叶轮平衡孔引至喷嘴组冷却孔，用来冷却喷嘴组，而调节级来的大流量的蒸汽反向流过喷嘴室外壁对其他进行冷却，从冷却孔流出的蒸汽进入第一压力级前汽室。通过冷却后，金属温度的降低使其强度寿命延长一倍以上。详见下图：
二、低压汽缸
本机低压缸的设计，考虑到在额定工况下进汽温度为334.3 ℃，而排汽温度为34.3 ℃，两者的温差为300 ℃，是整机中温差最大的部分，为了改善汽缸的膨胀，故采用三层缸结构，一个外缸，两层内缸。进汽口与排汽口之间的温差由三层缸分配，庞大的外缸处于低温状态，膨胀较小。
低压通流部分分段安装在#1、2内缸中，对称反向各有七级。
#1内缸中，采用了静叶持环结构。调阀端静叶持环内装有两级隔板，它后面有五段抽汽口，其他三级采用隔板套结构；电机端静叶持环上装有四级隔板，它后面有六段抽汽口，第五级直接安装于隔板套中。两端第五级后有七段抽汽口。
#2内缸中的六、七级处于低温段，其内外温差不大，直接在内缸的凸缘部分开出隔板槽装入隔板。两端第六级后的下缸出有八段抽汽口。
低压排汽缸有两只，前后对称，做成径向扩压式，可使排汽的速度能转化为压力能，减少排汽损失，提高机组效率。排汽缸内设有导流板及喷水降温装置。
排汽缸下部与凝汽器相连，并采用不锈钢波形节弹性连接，去掉了凝汽器支撑弹簧以减少汽缸与凝汽器相对膨胀产生的热应力。
三、大气阀
大气阀装于汽轮机低压缸两端内汽缸端盖上，其用途是当低压缸的内压超过其最大设计安全压力时，自动进行危急排汽。动作压力为0.034－0.048MPa。
3.2转子
汽轮机转子主要由主轴、叶轮、动叶片、联轴器等构成。转子按主轴与其它部分之间的组合方式，分为套装、整锻、焊接、组合等四大类。本机因高、中压转子长期在高温下运行，故采用整锻转子，而低压转子工作在蒸汽的低压区，其蒸汽容积流量大，低压转子直径大，末叶片较长，套装转子已不能适应其强度要求，故也采用整锻转子。
一、高、中压转子
高压转子与中压转子是一根合金钢锻件加工而成，材料为30CrlMoV，在调阀端有一短轴用螺栓与之连接。短轴上依次有危急遮断器、主油泵叶轮、测速齿轮、推力盘。
高、中压转子上依次有#1轴承轴颈、高压缸前汽封、高压排汽侧平衡活塞、高压通流部分十二个反动式压力级动叶片、调节级叶片、高压进汽侧平衡活塞、中压平衡活塞、中压通流部分九个反动式压力级动叶片、高中压缸后汽封、#2轴承轴颈及联轴器。
转子的通流部分布置如下：
高压调节级与高压压力级反向布置，而高压压力级与中压压力级也是反向布置。高压单列调节级布置在转子中部，蒸汽在调节级做功后转180度依次通过高压侧十二个压力级做功。中压通流部分亦是由转子中间进汽，流向发电机端九个压力级。
因高、中压压力级均采用反动式动叶片，为避免轴向推力过大，故采用鼓式转子，即各压力级均无叶轮，动叶直接安装在转子上开出的叶片槽中。
由于高、中压压力级均为反动式，故转子上的轴向推力较大，为平衡高、中压转子的轴向推力，除了在通流部分布置上采用高、中压反向布置，调节级叶轮上开有斜孔外，转子上还设有三个平衡活塞。
平衡活塞就是将轴封套直径加大，在转子上形成带齿形轴封的较大凸肩，蒸汽由凸肩齿形间隙的一端流向另一端时，因节流而产生压降，由于凸肩两侧所承受的压力不同，于是产生与转子通流部分固有推力相反的轴向附加力并与之平衡。高压进汽区域内转子上加工有高、中压平衡活塞，高压通流部分的轴向推力由这两级平衡活塞加以平衡，再加上高压排汽平衡活塞的作用，轴向推力最后只剩下一个较小的正向推力指向发电机端，保证额定负荷下转子不漂移，运行稳定。
转子上设有三个动平衡加重面，分别在高压排汽侧平衡活塞调阀端面，中压排汽端面及中压平衡活塞高压端面，设有工艺孔，供现场不揭缸加装平衡螺塞。
二、低压转子
低压转子由于直径大，所受离心力剧增，故采用合金钢整锻转子转子以进汽中心线为准，两侧对称布置各七级。由于转子采用对分式，其轴向推力基本上自相平衡，而无需采用其他措施。见下图：
三、转子联轴器
汽轮机高、中压转子和低压转子及低压转子和发电机转子之间均用刚性联轴器连接，传递扭矩和轴向力。采用刚性联轴器的两转子径向和轴向上都没有相对位移，有利于保持转子中心不变，但容易传递振动，所以对安装精度要求很高。
发电机转子和低压转子之间装有盘车大齿轮。
3.3汽门
汽轮机的启动、停机和功率的变化，是通过汽门的开大或关小来改变进入汽轮机的蒸汽流量和蒸汽参数，或同时改变蒸汽流量和蒸汽参数来达到的。这种汽门称为调速汽门。当机组运行时，机组出现异常现象，需要紧急停机时，除了关闭调速汽门外，另外还设置有可以快速切断新汽汽源，保护设备安全的汽门，即为自动主汽门。
当汽轮机甩负荷时，要求高压调速汽门迅速关小，保证转子飞升最大转速不超过危急遮断器动作转速，但是中间再热器和中间再热管道中的热惯性仍会使转子超速，所以必须在中压缸进口处装有中压调速汽门，在甩负荷时，与高压调门同时关小，维持机组的空载运行。中压调门除了上述作用外，在机组负荷小于35%后也要随负荷改变开度，起调节作用。其目的是维持再热器和旁路系统中有个恒定的压力，保护再热器不被过烧。
高压主汽调节联合阀壳是一个整体合金钢铸件，机组装有两个高压主汽调节联合阀，分别位于高中压缸两侧，每个主汽调节联合阀包括一个水平安装的主汽阀和三个相同的垂直安装的调节阀。
再热主汽调节联合阀壳是合金钢铸件，机组装有两个再热主汽调节联合阀，分别位于高中压缸两侧（位于高压主汽调节联合阀之前），每个再热主汽调节联合阀包括一个摇板式主汽阀和一个调节阀。
5.1 汽缸的绝对膨胀
汽轮机滑销系统由横销、纵销等组成。
横销的作用是保证汽缸在横向的正确膨胀，并限制汽缸的纵向移动以确定汽缸的轴向位置，保证汽缸在运行中受热膨胀时中心位置不会发生变化；纵销的作用是保证汽缸的纵向正确膨胀，并限制汽缸横向移动以确定汽缸的横向位置。
高、中压缸的横销是设置在前、后两对猫爪下面，能随汽缸因轴向的膨胀推动轴承箱向前或向后移动。高、中压缸下部的“H”形梁不仅保证了汽缸与轴承箱的相对位置，而且也随着汽缸膨胀推动轴承箱的移动。
纵销中心线与横销中心线的交点形成整个汽缸的膨胀死点，在汽缸膨胀时，该点始终保持不动，汽缸只能以此点向前、后、左、右膨胀。
整个机组以死点为中心，通过高压缸带动前轴承箱作轴向自由膨胀。前轴承箱的位置即表示高、中、低压缸向前膨胀值之和。汽缸对基础的膨胀值称为绝对膨胀值。
5.2 转子对汽缸的相对膨胀
当汽轮机启动、停机或负荷变化时，汽缸和转子都会产生受热膨胀或冷却收缩，由于转子的受热表面积比汽缸小，且转子质量比相对的汽缸小，蒸汽对转子的传热比对汽缸快得多，因此转子和汽缸
存在膨胀差，而这差值是指转子相对汽缸而言，故称为相对膨胀差。
在机组启动加热时，转子的膨胀大于汽缸膨胀，产生正胀差，而机组停机冷却时，转子冷却较快，其收缩亦比汽缸快，产生负胀差。推力轴承的位置就是转子相对汽缸膨胀的死点。
汽轮机滑销系统见下图：
6. 轴承及盘车装置
6.1 轴承
汽轮机采用的轴承有径向支持轴承和推力轴承两种。径向轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力，并确定转子的径向位置，以保证通流部分正确的径向间隙。推力轴承承受蒸汽作用在转子上的轴向推力，并确定转子的轴向位置，以保证通流部分正确的轴向间隙。
6.1.1 径向支持轴承
本机组共有六个径向支持轴承，高中压转子、低压转子和发电机转子各有两个径向支持轴承。结构形式为：#1和#2轴承为四瓦块可倾瓦式，#3轴承为三瓦块可倾瓦式，#4 、#5、#6轴承为圆筒式。
可倾瓦支持轴承又称活支多瓦轴承，一般由3－5块能在支点上自由倾斜的弧形瓦块组成。瓦块在工作时可以随着转速或载荷及轴承温度的不同而自由摆动，在轴颈四周形成多油楔。若忽视瓦块的惯性，支点的摩擦阻力及油膜的剪切摩擦阻力的影响每个瓦块作用到轴颈上的油膜作用力总是通过轴颈中心的，故不易产生使轴颈涡动的失稳力，并且其减振性能好，承载能力较大，摩擦功耗小，能承受各个方面的径向载荷。
6.2.2 轴向推力轴承
本机组为反动式汽轮机，蒸汽在各级中产生的轴向推力较大。通流部分采用高、中压部分反向流动和低压部分双流外，还在转子结构上采用了平衡
活塞，从而大大减小了轴向推力，仅剩余一个不大的轴向推力，由推力轴承承担，以保持运行中转子轴向位置相对的稳定性。推力轴承安装于前轴承箱内，是能够在几块瓦块间自动平均分配载荷的均载式推力轴承。推力轴承两侧各安装六块瓦块，转子的推力通过推力盘传递到瓦块上，两侧瓦块面积相同以承受正、反任一方向的推力。
轴承结构见下图：支持轴承
推力轴承
6.2 盘车
在汽轮机启动冲转前或停机后，使转子以一定转速连续地转动，以保证转子均匀受热或冷却的装置称为盘车装置。启动前盘动转子，可以用来检查汽轮机是否具备运行条件，如动静部分是否存在摩擦，大轴弯曲度是否正常等。
对盘车装置的要求是：既能盘动转子，又能在汽轮机转子转速高于盘车转速自动脱开，停止转动。
本机盘车装置是通过低压转子和发电机转子之间的联轴器上的传动齿轮（即盘车大齿轮），传递盘车转矩，使转子转动。采用低速盘车，盘车转速为3转/分。