汽輪機(jī)及其銷釘組合轉(zhuǎn)子、組合轉(zhuǎn)子的組裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及汽輪機(jī)及其銷釘組合轉(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，屬于以水蒸汽為介質(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)械能并最終帶動發(fā)電機(jī)以將機(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)生的高溫高壓過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，在汽輪機(jī)的每一 級動靜葉片之間產(chǎn)生熱能和動能的轉(zhuǎn)換，通過逐級膨脹作功，高速流動的蒸汽推動汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)長期工作，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)蒸汽氣流在透平動靜葉片級間的工作特性可分為沖動式汽輪機(jī) 與反動式汽輪機(jī)。沖動式汽輪機(jī)中的蒸汽氣流在動葉間只改變方向，主要在靜葉間膨脹加 速，透平的級反力度小?，F(xiàn)階段國內(nèi)設(shè)計生產(chǎn)的汽輪機(jī)大多數(shù)為沖動式汽輪機(jī)。例如，IOOMff 至200MW功率等級的汽輪機(jī)通常采用超高壓沖動式結(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麗功率等級的超高壓沖動式汽輪機(jī)設(shè)計中，一般采用雙缸、雙 轉(zhuǎn)子、多排汽結(jié)構(gòu)，這主要由該功率等級汽輪機(jī)的進(jìn)汽初參數(shù)為超高壓決定的。對于超高壓 汽輪機(jī)來說，若要達(dá)到KKMff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、通流、結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時考慮到汽輪機(jī)材 料強(qiáng)度、制造工藝、氣動性能，國內(nèi)外汽輪機(jī)廠家對該功率等級汽輪機(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，汽輪機(jī)設(shè)置有多個獨(dú)立的汽缸，例如高壓 缸、中壓缸和低壓缸。每個汽缸內(nèi)設(shè)有一個獨(dú)立的轉(zhuǎn)子或聯(lián)合轉(zhuǎn)子，多個轉(zhuǎn)子之間通過聯(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)子的制造加工過程一直是汽輪機(jī)產(chǎn)品制造加工體系中的重中之重。現(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)組總長度等外形尺 寸過大、重量較大、制造成本較高等缺點(diǎn)。
[0007] 針對上述100M至200MW功率等級的超高壓沖動式汽輪機(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凝汽式汽輪機(jī)（以下簡稱單軸 單缸汽輪機(jī)）并投入運(yùn)行。這種新型汽輪機(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 毛坯加工而成。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，全部動葉片都安裝在這同一根轉(zhuǎn)子上。也就是說整鍛轉(zhuǎn)子要在高溫高壓、中溫中 壓、再熱后的高溫中壓以及低溫低壓各種工作環(huán)境下，同時經(jīng)受住各種工作環(huán)境的考驗(yàn)，長 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，對整鍛轉(zhuǎn)子的設(shè)計制造加工過程，提 出了更高的技術(shù)要求。
[0008] 汽輪機(jī)整鍛轉(zhuǎn)子的鍛造毛坯設(shè)計制造周期通常在六個月以上。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)計難度大幅度上升，鍛造毛坯 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環(huán)節(jié)或者整鍛轉(zhuǎn)子的任何一個部 位出現(xiàn)問題，都有可能導(dǎo)致整根轉(zhuǎn)子報廢，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤。鍛造毛坯制造加 工工藝中最為關(guān)鍵的整體差溫?zé)崽幚砉に嚟h(huán)節(jié)可以說是整鍛轉(zhuǎn)子的最大工藝難點(diǎn)。所謂 整體差溫?zé)崽幚?，是指采用某種特殊材質(zhì)成分、采用特殊冶煉鍛造工藝制造的整體轉(zhuǎn)子鋼 毛坯，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三倍以上。另外，高質(zhì)量的整鍛轉(zhuǎn)子主要依靠從 國外進(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，可見其制造加工技 術(shù)難度之高。這一類整鍛轉(zhuǎn)子的完全國產(chǎn)化，還有相當(dāng)長的路要走，還有相當(dāng)多的技術(shù)難點(diǎn) 需要克服。
[0009] 由此可以看出，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，以解決上述這些問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明旨在提供一種新型的汽輪機(jī)銷釘組合轉(zhuǎn)子，其具有簡單緊湊牢固的結(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)的銷釘組合轉(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)的銷釘組合轉(zhuǎn)子的組裝方法。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個方案，汽輪機(jī)銷釘組合轉(zhuǎn)子包括高溫段、低溫段以及設(shè)置在高 溫段和低溫段外周上的多個葉輪，所述高溫段和低溫段的連接端部具有軸向凹凸的配合結(jié) 構(gòu)，所述軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)具有沿徑向設(shè)置的多個銷釘孔，所述銷釘組合轉(zhuǎn)子還包括安 裝至所述銷釘孔、用于將所述軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)固定在一起的多個銷釘連接結(jié)構(gòu)。
[0014] 這樣，轉(zhuǎn)子被分成通過銷釘和軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)相連接的兩段，可以先對這兩 段分別進(jìn)行加工以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，僅需要更換這一段而 無需將整個轉(zhuǎn)子報廢。
[0015] 在一個實(shí)施例中，所述軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)包括位于高溫段和低溫段其中一個上 的第一凸部、第二凸部、位于所述第一凸部與所述第二凸部之間的凹部以及位于高溫段和 低溫段其中另一個上的第三凸部，所述第三凸部以與所述第一凸部和第二凸部過盈配合的 方式被容置在所述凹部中。這樣，低溫段和高溫段配合更加緊密，避免轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中兩段 之間發(fā)生徑向竄動，延長轉(zhuǎn)子的使用壽命。
[0016] 優(yōu)選地，呈凸環(huán)狀的所述第一凸部和第二凸部位于所述低溫段上，呈凸環(huán)狀的第 三凸部位于高溫段上，所述高溫段還具有位于所述第三凸部徑向內(nèi)側(cè)的呈凸環(huán)或圓形凸臺 狀的第四凸部，所述第三凸部和第四凸部之間限定出過盈配合容納所述第二凸部的凹槽， 所述低溫段的第一凸部和第二凸部與高溫段的第三凸部和第四凸部沿銷釘組合轉(zhuǎn)子的徑 向交錯設(shè)置。這樣可以使高溫段和低溫段更好的配合。
[0017] 優(yōu)選地，所述多個銷釘連接結(jié)構(gòu)包括沿銷釘組合轉(zhuǎn)子周向均布的第一銷釘結(jié)構(gòu)和 第二銷釘結(jié)構(gòu)，第一銷釘結(jié)構(gòu)和第二銷釘結(jié)構(gòu)交錯設(shè)置，其中所述第一銷釘結(jié)構(gòu)包括穿設(shè) 進(jìn)所述第一凸部、第二凸部、第三凸部以及第四凸部的第一銷釘，第二銷釘結(jié)構(gòu)包括穿設(shè)進(jìn) 第一凸部、第二凸部以及第三凸部并與第四凸部徑向間隔開的第二銷釘。這樣可以提高銷 釘連接結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度，受力更加均衡。
[0018] 優(yōu)選地，第一銷釘和/或第二銷釘?shù)捻敳啃纬捎邪惭b孔，所述銷釘連接結(jié)構(gòu)還包 括：位于所述第一銷釘和/或第二銷釘頂部上的徑向定位件，包括多個能組成具有中心孔 的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的弧形部段；以及鎖定件，其固定至第一銷釘和/或第二銷釘?shù)乃霭惭b孔以 將所述多個弧形部段組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)徑向推抵在所述軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)中以鎖定/止 擋所述銷釘。這樣避免了銷釘在銷釘組合轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中從轉(zhuǎn)子中脫出。
[0019] 優(yōu)選地，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)。這樣可以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，所述高溫段與所述低溫段的連接端部之間形成有對中結(jié)構(gòu)，包括過盈配 合的周向止擋和周向凹槽。這樣可以保證轉(zhuǎn)子的兩段在連接過程中精準(zhǔn)的對中性，提高轉(zhuǎn) 子的成品質(zhì)量。
[0021] 優(yōu)選地，所述高溫段和低溫段由不同材料制成。這樣轉(zhuǎn)子可以同時滿足高溫段的 高溫性能和低溫段的高強(qiáng)度性能。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，汽輪機(jī)包括單個汽缸以及穿設(shè)在單個汽缸中的單個轉(zhuǎn) 子，單個汽缸包括相連接的高壓缸體和中低壓缸體，單個轉(zhuǎn)子即為前述的汽輪機(jī)銷釘組合 轉(zhuǎn)子。這種汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占地面積小，且運(yùn)行可靠，同時制造工藝難度和制造成本 大幅度降低。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，汽輪機(jī)銷釘組合轉(zhuǎn)子的組裝方法包括以下具體實(shí)施步 驟：提供銷釘組合轉(zhuǎn)子的高溫段和低溫段，所述高溫段和低溫段的連接端部具有軸向凹凸 的配合結(jié)構(gòu)；加熱低溫段；將高溫段和低溫段的軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)相接合，從而當(dāng)恢復(fù) 至常溫后，軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)之間形成過盈配合；在所述軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)上加工出 沿徑向設(shè)置的多個銷釘孔；提供包括銷釘?shù)匿N釘連接結(jié)構(gòu)；對銷釘進(jìn)行冷凍處理；將冷凍 處理后的銷釘穿進(jìn)加工好的軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)的銷釘孔中，從而當(dāng)恢復(fù)至常溫后，銷釘 與銷釘孔形成過盈配合；依次裝入徑向定位件和鎖定件，并進(jìn)行沖鉚加點(diǎn)焊防松脫。該方法 簡單可行易操作，并且牢固可靠。
【附圖說明】
[0024] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的汽輪機(jī)的示意圖；
[0025] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的銷釘組合