汽輪機(jī)及其螺栓組合轉(zhuǎn)子、組合轉(zhuǎn)子的組裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言設(shè)及汽輪機(jī)及其螺栓組合轉(zhuǎn)子、組合轉(zhuǎn)子 的組裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽輪機(jī)是火力發(fā)電行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備之一，屬于W水蒸汽為介質(zhì)的復(fù)雜能源轉(zhuǎn) 換機(jī)械設(shè)備，起著把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并最終帶動(dòng)發(fā)電機(jī)W將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的 作用。汽輪機(jī)的工作原理為：鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，在汽輪機(jī)的每一 級(jí)動(dòng)靜葉片之間產(chǎn)生熱能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，通過(guò)逐級(jí)膨脹作功，高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期工作，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成巨大的電能。汽輪機(jī)也可稱為蒸 汽透平。
[0003] 目前，汽輪機(jī)根據(jù)蒸汽氣流在透平動(dòng)靜葉片級(jí)間的工作特性可分為沖動(dòng)式汽輪機(jī) 與反動(dòng)式汽輪機(jī)。沖動(dòng)式汽輪機(jī)中的蒸汽氣流在動(dòng)葉間只改變方向，主要在靜葉間膨脹加 速，透平的級(jí)反力度小?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的汽輪機(jī)大多數(shù)為沖動(dòng)式汽輪機(jī)。例如，100MW 至200MW功率等級(jí)的汽輪機(jī)通常采用超高壓沖動(dòng)式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)汽初參數(shù)最佳取值范圍為： 壓力 12. 7Mpa至 13. 7Mpa、溫度 530°C至 560°C。
[0004] 現(xiàn)有的100麗至200麗功率等級(jí)的超高壓沖動(dòng)式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中，一般采用雙缸、雙 轉(zhuǎn)子、多排汽結(jié)構(gòu)，運(yùn)主要由該功率等級(jí)汽輪機(jī)的進(jìn)汽初參數(shù)為超高壓決定的。對(duì)于超高壓 汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)，若要達(dá)到1〇〇麗至200麗的輸出功率，必須有相應(yīng)的蒸汽流量與出口背壓匹 配。汽輪機(jī)根據(jù)進(jìn)汽排汽參數(shù)進(jìn)行相關(guān)熱力、氣動(dòng)、通流、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)考慮到汽輪機(jī)材 料強(qiáng)度、制造工藝、氣動(dòng)性能，國(guó)內(nèi)外汽輪機(jī)廠家對(duì)該功率等級(jí)汽輪機(jī)一般均采用雙轉(zhuǎn)子、 雙缸、多排汽結(jié)構(gòu)，主要是雙轉(zhuǎn)子、雙缸、雙排汽結(jié)構(gòu)。
[0005] 根據(jù)蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的工作壓力等級(jí)，汽輪機(jī)設(shè)置有多個(gè)獨(dú)立的汽缸，例如高壓 缸、中壓缸和低壓缸。每個(gè)汽缸內(nèi)設(shè)有一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)子或聯(lián)合轉(zhuǎn)子，多個(gè)轉(zhuǎn)子之間通過(guò)聯(lián)軸 器連接在一起。蒸汽作功后的排汽從汽輪機(jī)低壓缸的多個(gè)低壓排汽口排出。
[0006] 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)組的最重要零部件之一，對(duì)轉(zhuǎn)子材料品質(zhì)、冶煉工藝、鍛造工 藝、熱處理工藝、精密機(jī)械加工工藝、質(zhì)量檢測(cè)手段等均有著非常嚴(yán)格的技術(shù)要求。汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子的制造加工過(guò)程一直是汽輪機(jī)產(chǎn)品制造加工體系中的重中之重?，F(xiàn)有的超高壓進(jìn)汽參 數(shù)汽輪機(jī)所具有的多轉(zhuǎn)子、多缸、多排汽特點(diǎn)造成了其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)組總長(zhǎng)度等外形尺 寸過(guò)大、重量較大、制造成本較高等缺點(diǎn)。 陽(yáng)007] 針對(duì)上述100M至200MW功率等級(jí)的超高壓沖動(dòng)式汽輪機(jī)的缺點(diǎn)和不足，人們研發(fā) 出一種新型的單軸單缸單排汽超高壓中間再熱雙抽汽沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)（W下簡(jiǎn)稱單軸 單缸汽輪機(jī)）并投入運(yùn)行。運(yùn)種新型汽輪機(jī)的最主要技術(shù)特征之一就是僅具有一根完整的 轉(zhuǎn)子，也叫整體鍛造轉(zhuǎn)子，簡(jiǎn)稱整鍛轉(zhuǎn)子。整鍛轉(zhuǎn)子是由一整根特殊高合金耐熱轉(zhuǎn)子鋼鍛造 毛巧加工而成。該整鍛轉(zhuǎn)子只有前后兩端有軸承支承，整根轉(zhuǎn)子貫穿汽輪機(jī)的高壓缸和中 低壓缸，全部動(dòng)葉片都安裝在運(yùn)同一根轉(zhuǎn)子上。也就是說(shuō)整鍛轉(zhuǎn)子要在高溫高壓、中溫中 壓、再熱后的高溫中壓w及低溫低壓各種工作環(huán)境下，同時(shí)經(jīng)受住各種工作環(huán)境的考驗(yàn)，長(zhǎng) 期高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速地安全運(yùn)轉(zhuǎn)。上述一系列不利因素，對(duì)整鍛轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)制造加工過(guò)程，提 出了更高的技術(shù)要求。
[0008] 汽輪機(jī)整鍛轉(zhuǎn)子的鍛造毛巧設(shè)計(jì)制造周期通常在六個(gè)月W上。相比于多轉(zhuǎn)子、多 缸、多排汽結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)中分段制造的轉(zhuǎn)子而言，整鍛轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)難度大幅度上升，鍛造毛巧 制造加工工藝難度進(jìn)一步加大，且在制造加工的任何一個(gè)環(huán)節(jié)或者整鍛轉(zhuǎn)子的任何一個(gè)部 位出現(xiàn)問(wèn)題，都有可能導(dǎo)致整根轉(zhuǎn)子報(bào)廢，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤。鍛造毛巧制造加 工工藝中最為關(guān)鍵的整體差溫?zé)崽幚砉に嚟h(huán)節(jié)可W說(shuō)是整鍛轉(zhuǎn)子的最大工藝難點(diǎn)。所謂 整體差溫?zé)崽幚恚侵覆捎媚撤N特殊材質(zhì)成分、采用特殊冶煉鍛造工藝制造的整體轉(zhuǎn)子鋼 毛巧，在轉(zhuǎn)子高溫段和轉(zhuǎn)子低溫段分別采用不同的特殊熱處理工藝同爐同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)子的整 體熱處理，其難度之大，技術(shù)要求之高使得在世界范圍內(nèi)成熟掌握此類技術(shù)的生產(chǎn)廠商屈 指可數(shù)，質(zhì)量達(dá)頂極的不過(guò)一二。相應(yīng)地，整鍛轉(zhuǎn)子的制造成本也大幅度提高。根據(jù)粗略估 算，單軸單缸汽輪機(jī)組的單根整鍛轉(zhuǎn)子的綜合制造加工成本約為普通多軸多缸多排汽汽輪 機(jī)組的高、中、低壓轉(zhuǎn)子制造加工總成本的Ξ倍W上。另外，高質(zhì)量的整鍛轉(zhuǎn)子主要依靠從 國(guó)外進(jìn)口，而且技術(shù)領(lǐng)先產(chǎn)品優(yōu)良的供貨廠商，全世界僅有一兩家可選，可見(jiàn)其制造加工技 術(shù)難度之高。運(yùn)一類整鍛轉(zhuǎn)子的完全國(guó)產(chǎn)化，還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走，還有相當(dāng)多的技術(shù)難點(diǎn) 需要克服。
[0009] 由此可W看出，由于當(dāng)前世界范圍內(nèi)大型鍛件資源不足、制造成本高昂，汽輪機(jī)用 轉(zhuǎn)子鍛件已經(jīng)成為汽輪機(jī)發(fā)展的障礙之一，制約著國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)制造行業(yè)的進(jìn)步。因此，需要 研究一種新型的單缸汽輪機(jī)用轉(zhuǎn)子，W解決上述運(yùn)些問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明旨在提供一種新型的汽輪機(jī)螺栓組合轉(zhuǎn)子，其具有簡(jiǎn)單緊湊牢固的結(jié)構(gòu)， 并降低了制造工藝難度和制造成本、提高成品率。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種采用上述改進(jìn)的螺栓組合轉(zhuǎn)子的汽輪機(jī)。
[0012] 本發(fā)明另外還提供了一種上述改進(jìn)的螺栓組合轉(zhuǎn)子的組裝方法。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，提供一種汽輪機(jī)螺栓組合轉(zhuǎn)子，包括高溫段、低溫段 W及設(shè)置在高溫段和低溫段外周上的多個(gè)葉輪，所述高溫段靠近低溫段的連接端部設(shè)有包 括沿所述螺栓組合轉(zhuǎn)子周向布置的多個(gè)第一螺栓孔的第一法蘭，所述低溫段靠近高溫段的 連接端部設(shè)有包括對(duì)應(yīng)的多個(gè)第二螺栓孔的第二法蘭，該汽輪機(jī)螺栓組合轉(zhuǎn)子還包括螺栓 連接結(jié)構(gòu)，其安裝至對(duì)應(yīng)的第一螺栓孔和第二螺栓孔并將所述高溫段和低溫段牢固地連接 在一起。
[0014] 運(yùn)樣，轉(zhuǎn)子被分成通過(guò)螺栓和法蘭相連接的兩段，可W先對(duì)運(yùn)兩段分別進(jìn)行加工 W滿足高溫段和低溫段的不同要求后再牢固連接在一起，降低加工工藝難度、提高產(chǎn)品成 品率并降低成本。一旦其中一段出現(xiàn)不可彌補(bǔ)的缺陷，僅需要更換運(yùn)一段而無(wú)需將整個(gè)轉(zhuǎn) 子報(bào)廢。
[0015] 進(jìn)一步地，所述螺栓連接結(jié)構(gòu)包括穿設(shè)進(jìn)相對(duì)應(yīng)的第一螺栓孔和第二螺栓孔的連 接螺栓W及分別安裝至所述連接螺栓兩端的兩個(gè)鎖緊螺母。運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)高溫段和低溫段簡(jiǎn)單 可靠的連接。
[0016] 進(jìn)一步地，所述第一法蘭與所述高溫段的相鄰的葉輪之間形成第一軸向間隔，所 述第二法蘭與所述低溫段的相鄰的葉輪之間形成第二軸向間隔，所述兩個(gè)鎖緊螺母分別位 于所述第一和第二軸向間隔中。運(yùn)樣將法蘭與葉輪分開(kāi)并由法蘭承受螺栓力而葉輪不受影 響W確保轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行，同時(shí)便于將鎖緊螺母安裝在連接螺栓上。
[0017] 優(yōu)選地，所述高溫段和/或所述低溫段的鄰近所述第一法蘭和/或第二法蘭的葉 輪具有與第一螺栓孔和第二螺栓孔大致對(duì)準(zhǔn)的通孔，所述連接螺栓的面向所述通孔的端部 具有供預(yù)緊裝置操作的預(yù)緊安裝部。運(yùn)樣，預(yù)緊裝置錯(cuò)開(kāi)法蘭與葉輪之間的軸向間隔而安 裝在與法蘭相鄰的兩片葉輪之間，避免法蘭與相鄰葉輪之間的軸向間隔過(guò)大，使轉(zhuǎn)子軸向 結(jié)構(gòu)緊湊。
[0018] 優(yōu)選地，所述預(yù)緊安裝部包括形成在所述連接螺栓的端部處的內(nèi)螺紋孔。運(yùn)樣便 于與預(yù)緊裝置相連接。
[0019] 進(jìn)一步地，所述高溫段與所述低溫段的連接端部之間形成有凹凸配合的扭矩傳遞 結(jié)構(gòu)。運(yùn)樣可W最大限度減少連接螺栓所承受的剪切應(yīng)力，保證轉(zhuǎn)子安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0020] 優(yōu)選地，所述扭矩傳遞結(jié)構(gòu)包括一體形成在所述高溫段的連接端部上的鍵W及一 體形成在所述低溫段的連接端部上并與所述鍵相對(duì)應(yīng)的鍵槽。運(yùn)種凹凸配合的鍵槽結(jié)構(gòu)可 有效承擔(dān)大部分扭矩，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于加工和裝配。
[0021] 進(jìn)一步地，所述高溫段與所述低溫段相連接的端部之間形成有對(duì)中結(jié)構(gòu)，它包括 相匹配的周向止擋和周向凹槽。運(yùn)樣可W保證轉(zhuǎn)子的兩段在連接過(guò)程中精準(zhǔn)的對(duì)中性，提 高轉(zhuǎn)子的成品質(zhì)量。
[0022] 進(jìn)一步地，所述高溫段和所述低溫段由不同材料制成。運(yùn)樣轉(zhuǎn)子可W同時(shí)滿足高 溫段的高溫性能和低溫段的高強(qiáng)度性能。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種汽輪機(jī)，包括單個(gè)汽缸W及穿設(shè)在所述單個(gè) 汽缸中的單個(gè)轉(zhuǎn)子，所述單個(gè)汽缸包括相連接的高壓缸體和中低壓缸體，所述單個(gè)轉(zhuǎn)子為 前述的汽輪機(jī)螺栓組合轉(zhuǎn)子。運(yùn)種汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、占地面積小，且運(yùn)行安全可靠，同 時(shí)制造工藝難度和制造成本大幅度降低。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種汽輪機(jī)螺栓組合轉(zhuǎn)子的組裝方法，包括W下 具體實(shí)施步驟：提供高溫段或其半精加工毛巧，所述高溫段或其半精加工毛巧的連接端部 設(shè)有包括沿汽輪機(jī)組合轉(zhuǎn)子周向布置的多個(gè)第一螺栓孔的第一法蘭，且該連接端面上設(shè)有 鍵；提供