汽輪機及其銷釘組合轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及汽輪機技術(shù)領(lǐng)域，具體而言設(shè)及汽輪機及其銷釘組合轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽輪機是火力發(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) 換機械設(shè)備，起著把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機械能并最終帶動發(fā)電機W將機械能轉(zhuǎn)化為電能的 作用。汽輪機的工作原理為:鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓過熱蒸汽進入汽輪機后，在汽輪機的每一 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 轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機長期工作，從而將機械能轉(zhuǎn)換成巨大的電能。汽輪機也可稱為蒸 汽透平。
[0003] 目前，汽輪機根據(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 與反動式汽輪機。沖動式汽輪機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)的汽輪機大多數(shù)為沖動式汽輪機。例如，IOOMW 至200MW功率等級的汽輪機通常采用超高壓沖動式結(jié)構(gòu)，其進汽初參數(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IOOMW至200MW功率等級的超高壓沖動式汽輪機設(shè)計中，一般采用雙缸、雙 轉(zhuǎn)子、多排汽結(jié)構(gòu)，運主要由該功率等級汽輪機的進汽初參數(shù)為超高壓決定的。對于超高壓 汽輪機來說，若要達到IOOMW至200MW的輸出功率，必須有相應(yīng)的蒸汽流量與出口背壓匹配。 汽輪機根據(jù)進汽排汽參數(shù)進行相關(guān)熱力、氣動、通流、結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時考慮到汽輪機材料強 度、制造工藝、氣動性能，國內(nèi)外汽輪機廠家對該功率等級汽輪機一般均采用雙轉(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)蒸汽在汽輪機內(nèi)的工作壓力等級，汽輪機設(shè)置有多個獨立的汽缸，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低壓缸的多個低壓排汽口排出。
[0006] 汽輪機轉(zhuǎn)子是汽輪機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、精密機械加工工藝、質(zhì)量檢測手段等均有著非常嚴格的技術(shù)要求。汽輪機 轉(zhuǎn)子的制造加工過程一直是汽輪機產(chǎn)品制造加工體系中的重中之重。現(xiàn)有的超高壓進汽參 數(shù)汽輪機所具有的多轉(zhuǎn)子、多缸、多排汽特點造成了其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機組總長度等外形尺 寸過大、重量較大、制造成本較高等缺點。
[0007] 針對上述IOOM至200MW功率等級的超高壓沖動式汽輪機的缺點和不足，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（W下簡稱單軸單 缸汽輪機)并投入運行。運種新型汽輪機的最主要技術(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 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)子貫穿汽輪機的高壓缸和中低 壓缸，全部動葉片都安裝在運同一根轉(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W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，長期 高負荷、高轉(zhuǎn)速地安全運轉(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] 汽輪機整鍛轉(zhuǎn)子的鍛造毛巧設(shè)計制造周期通常在六個月W上。相比于多轉(zhuǎn)子、多 缸、多排汽結(jié)構(gòu)的汽輪機中分段制造的轉(zhuǎn)子而言，整鍛轉(zhuǎn)子設(shè)計難度大幅度上升，鍛造毛巧 制造加工工藝難度進一步加大，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說是整鍛轉(zhuǎn)子的最大工藝難點。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 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進行轉(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 組的高、中、低壓轉(zhuǎn)子制造加工總成本的=倍W上。另外，高質(zhì)量的整鍛轉(zhuǎn)子主要依靠從國 外進口，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。運一類整鍛轉(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，汽輪機用 轉(zhuǎn)子鍛件已經(jīng)成為汽輪機發(fā)展的障礙之一，制約著國內(nèi)汽輪機制造行業(yè)的進步。因此，需要 研究一種新型的單缸汽輪機用轉(zhuǎn)子，W解決上述運些問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0010] 本實用新型旨在提供一種新型的汽輪機銷釘組合轉(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] 本實用新型還提供了一種采用上述改進的銷釘組合轉(zhuǎn)子的汽輪機。
[0012] 根據(jù)本實用新型的一個方案，汽輪機銷釘組合轉(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)。
[0013] 運樣，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W先對運兩 段分別進行加工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)不可彌補的缺陷，僅需要更換運一段而 無需將整個轉(zhuǎn)子報廢。
[0014] 在一個實施例中，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W及位于高溫段和 低溫段其中另一個上的第=凸部，所述第=凸部W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。運樣，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。
[0015] 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 =凸部位于高溫段上，所述高溫段還具有位于所述第=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=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=凸部和第四凸部沿銷釘組合轉(zhuǎn)子的徑 向交錯設(shè)置。運樣可W使高溫段和低溫段更好的配合。
[0016] 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) 進所述第一凸部、第二凸部、第=凸部W及第四凸部的第一銷釘，第二銷釘結(jié)構(gòu)包括穿設(shè)進 第一凸部、第二凸部W及第=凸部并與第四凸部徑向間隔開的第二銷釘。運樣可W提高銷 釘連接結(jié)構(gòu)的連接強度，受力更加均衡。
[0017] 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屯、孔的 環(huán)狀結(jié)構(gòu)的弧形部段；W及鎖定件，其固定至第一銷釘和/或第二銷釘?shù)乃霭惭b孔W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W鎖定/止擋所述 銷釘。運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。
[0018] 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)。運樣可W最大限度減少連接螺栓所承受的剪切應(yīng)力，保證轉(zhuǎn)子安全運轉(zhuǎn)。
[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對中結(jié)構(gòu)，包括過盈配 合的周向止擋和周向凹槽。運樣可W保證轉(zhuǎn)子的兩段在連接過程中精準的對中性，提高轉(zhuǎn) 子的成品質(zhì)量。
[0020] 優(yōu)選地，所述高溫段和低溫段由不同材料制成。運樣轉(zhuǎn)子可W同時滿足高溫段的 高溫性能和低溫段的高強度性能。
[0021] 根據(jù)本實用新型的另一個方案，汽輪機包括單個汽缸W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銷釘 組合轉(zhuǎn)子。運種汽輪機結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占地面積小，且運行可靠，同時制造工藝難度和制造 成本大幅度降低。
【附圖說明】
[0022] 圖1示出了根據(jù)本實用新型的實施例的汽輪機的示意圖；
[0023] 圖2示出了根據(jù)本實用新型的實施例的銷釘組合轉(zhuǎn)子的示意圖；
[0024] 圖3示出了根據(jù)圖2的A處放大圖；
[0025] 圖4示出了根據(jù)圖3的B處放大圖；
[0026] 圖5示出了軸向凹凸的配合結(jié)構(gòu)中各過盈配合直徑的示意圖；
[0027] 圖6示出了圖帥沿C-C線截取的剖視圖；
[0028] 圖7示出了圖帥沿D-D線截取的剖視圖；