汽轮机及其销钉组合转子、组合转子的组装方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽轮机技术领域，具体而言涉及汽轮机及其销钉组合转子、组合转子 的组装方法。
【背景技术】
[0002] 汽轮机是火力发电行业的主要生产设备之一，属于以水蒸汽为介质的复杂能源转 换机械设备，起着把蒸汽的热能转化为机械能并最终带动发电机以将机械能转化为电能的 作用。汽轮机的工作原理为：锅炉产生的高温高压过热蒸汽进入汽轮机后，在汽轮机的每一 级动静叶片之间产生热能和动能的转换，通过逐级膨胀作功，高速流动的蒸汽推动汽轮机 转子高速旋转，带动发电机长期工作，从而将机械能转换成巨大的电能。汽轮机也可称为蒸 汽透平。
[0003]目前，汽轮机根据蒸汽气流在透平动静叶片级间的工作特性可分为冲动式汽轮机 与反动式汽轮机。冲动式汽轮机中的蒸汽气流在动叶间只改变方向，主要在静叶间膨胀加 速，透平的级反力度小。现阶段国内设计生产的汽轮机大多数为冲动式汽轮机。例如，IOOMff 至200MW功率等级的汽轮机通常采用超高压冲动式结构，其进汽初参数最佳取值范围为： 压力 12. 7Mpa 至 13. 7Mpa、温度 530°C至 560°C。
[0004] 现有的100丽至200丽功率等级的超高压冲动式汽轮机设计中，一般采用双缸、双 转子、多排汽结构，这主要由该功率等级汽轮机的进汽初参数为超高压决定的。对于超高压 汽轮机来说，若要达到KKMff至200丽的输出功率，必须有相应的蒸汽流量与出口背压匹 配。汽轮机根据进汽排汽参数进行相关热力、气动、通流、结构设计。同时考虑到汽轮机材 料强度、制造工艺、气动性能，国内外汽轮机厂家对该功率等级汽轮机一般均采用双转子、 双缸、多排汽结构，主要是双转子、双缸、双排汽结构。
[0005] 根据蒸汽在汽轮机内的工作压力等级，汽轮机设置有多个独立的汽缸，例如高压 缸、中压缸和低压缸。每个汽缸内设有一个独立的转子或联合转子，多个转子之间通过联轴 器连接在一起。蒸汽作功后的排汽从汽轮机低压缸的多个低压排汽口排出。
[0006] 汽轮机转子是汽轮机组的最重要零部件之一，对转子材料品质、冶炼工艺、锻造工 艺、热处理工艺、精密机械加工工艺、质量检测手段等均有着非常严格的技术要求。汽轮机 转子的制造加工过程一直是汽轮机产品制造加工体系中的重中之重。现有的超高压进汽参 数汽轮机所具有的多转子、多缸、多排汽特点造成了其存在结构复杂、机组总长度等外形尺 寸过大、重量较大、制造成本较高等缺点。
[0007] 针对上述100M至200MW功率等级的超高压冲动式汽轮机的缺点和不足，人们研发 出一种新型的单轴单缸单排汽超高压中间再热双抽汽冲动凝汽式汽轮机（以下简称单轴 单缸汽轮机）并投入运行。这种新型汽轮机的最主要技术特征之一就是仅具有一根完整的 转子，也叫整体锻造转子，简称整锻转子。整锻转子是由一整根特殊高合金耐热转子钢锻造 毛坯加工而成。该整锻转子只有前后两端有轴承支承，整根转子贯穿汽轮机的高压缸和中 低压缸，全部动叶片都安装在这同一根转子上。也就是说整锻转子要在高温高压、中温中 压、再热后的高温中压以及低温低压各种工作环境下，同时经受住各种工作环境的考验，长 期高负荷、高转速地安全运转。上述一系列不利因素，对整锻转子的设计制造加工过程，提 出了更高的技术要求。
[0008] 汽轮机整锻转子的锻造毛坯设计制造周期通常在六个月以上。相比于多转子、多 缸、多排汽结构的汽轮机中分段制造的转子而言，整锻转子设计难度大幅度上升，锻造毛坯 制造加工工艺难度进一步加大，且在制造加工的任何一个环节或者整锻转子的任何一个部 位出现问题，都有可能导致整根转子报废，造成巨大经济损失和工期延误。锻造毛坯制造加 工工艺中最为关键的整体差温热处理工艺环节可以说是整锻转子的最大工艺难点。所谓 整体差温热处理，是指采用某种特殊材质成分、采用特殊冶炼锻造工艺制造的整体转子钢 毛坯，在转子高温段和转子低温段分别采用不同的特殊热处理工艺同炉同时进行转子的整 体热处理，其难度之大，技术要求之高使得在世界范围内成熟掌握此类技术的生产厂商屈 指可数，质量达顶极的不过一二。相应地，整锻转子的制造成本也大幅度提高。根据粗略估 算，单轴单缸汽轮机组的单根整锻转子的综合制造加工成本约为普通多轴多缸多排汽汽轮 机组的高、中、低压转子制造加工总成本的三倍以上。另外，高质量的整锻转子主要依靠从 国外进口，而且技术领先产品优良的供货厂商，全世界仅有一两家可选，可见其制造加工技 术难度之高。这一类整锻转子的完全国产化，还有相当长的路要走，还有相当多的技术难点 需要克服。
[0009] 由此可以看出，由于当前世界范围内大型锻件资源不足、制造成本高昂，汽轮机用 转子锻件已经成为汽轮机发展的障碍之一，制约着国内汽轮机制造行业的进步。因此，需要 研究一种新型的单缸汽轮机用转子，以解决上述这些问题。
【发明内容】
[0010] 本发明旨在提供一种新型的汽轮机销钉组合转子，其具有简单紧凑牢固的结构， 并降低了制造工艺难度和制造成本、提高成品率。
[0011] 本发明还提供了一种采用上述改进的销钉组合转子的汽轮机。
[0012] 本发明另外还提供了一种上述改进的销钉组合转子的组装方法。
[0013] 根据本发明的一个方案，汽轮机销钉组合转子包括高温段、低温段以及设置在高 温段和低温段外周上的多个叶轮，所述高温段和低温段的连接端部具有轴向凹凸的配合结 构，所述轴向凹凸的配合结构具有沿径向设置的多个销钉孔，所述销钉组合转子还包括安 装至所述销钉孔、用于将所述轴向凹凸的配合结构固定在一起的多个销钉连接结构。
[0014] 这样，转子被分成通过销钉和轴向凹凸的配合结构相连接的两段，可以先对这两 段分别进行加工以满足高温段和低温段的不同要求后再牢固连接在一起，降低加工工艺难 度、提高产品成品率并降低成本。一旦其中一段出现不可弥补的缺陷，仅需要更换这一段而 无需将整个转子报废。
[0015] 在一个实施例中，所述轴向凹凸的配合结构包括位于高温段和低温段其中一个上 的第一凸部、第二凸部、位于所述第一凸部与所述第二凸部之间的凹部以及位于高温段和 低温段其中另一个上的第三凸部，所述第三凸部以与所述第一凸部和第二凸部过盈配合的 方式被容置在所述凹部中。这样，低温段和高温段配合更加紧密，避免转子转动过程中两段 之间发生径向窜动，延长转子的使用寿命。
[0016] 优选地，呈凸环状的所述第一凸部和第二凸部位于所述低温段上，呈凸环状的第 三凸部位于高温段上，所述高温段还具有位于所述第三凸部径向内侧的呈凸环或圆形凸台 状的第四凸部，所述第三凸部和第四凸部之间限定出过盈配合容纳所述第二凸部的凹槽， 所述低温段的第一凸部和第二凸部与高温段的第三凸部和第四凸部沿销钉组合转子的径 向交错设置。这样可以使高温段和低温段更好的配合。
[0017] 优选地，所述多个销钉连接结构包括沿销钉组合转子周向均布的第一销钉结构和 第二销钉结构，第一销钉结构和第二销钉结构交错设置，其中所述第一销钉结构包括穿设 进所述第一凸部、第二凸部、第三凸部以及第四凸部的第一销钉，第二销钉结构包括穿设进 第一凸部、第二凸部以及第三凸部并与第四凸部径向间隔开的第二销钉。这样可以提高销 钉连接结构的连接强度，受力更加均衡。
[0018] 优选地，第一销钉和/或第二销钉的顶部形成有安装孔，所述销钉连接结构还包 括：位于所述第一销钉和/或第二销钉顶部上的径向定位件，包括多个能组成具有中心孔 的环状结构的弧形部段；以及锁定件，其固定至第一销钉和/或第二销钉的所述安装孔以 将所述多个弧形部段组成的环状结构径向推抵在所述轴向凹凸的配合结构中以锁定/止 挡所述销钉。这样避免了销钉在销钉组合转子旋转过程中从转子中脱出。
[0019] 优选地，所述高温段与所述低温段的连接端部之间形成有凹凸配合的扭矩传递结 构。这样可以最大限度减少连接螺栓所承受的剪切应力，保证转子安全运转。
[0020] 优选地，所述高温段与所述低温段的连接端部之间形成有对中结构，包括过盈配 合的周向止挡和周向凹槽。这样可以保证转子的两段在连接过程中精准的对中性，提高转 子的成品质量。
[0021] 优选地，所述高温段和低温段由不同材料制成。这样转子可以同时满足高温段的 高温性能和低温段的高强度性能。
[0022] 根据本发明的另一个方案，汽轮机包括单个汽缸以及穿设在单个汽缸中的单个转 子，单个汽缸包括相连接的高压缸体和中低压缸体，单个转子即为前述的汽轮机销钉组合 转子。这种汽轮机结构简单紧凑、占地面积小，且运行可靠，同时制造工艺难度和制造成本 大幅度降低。
[0023] 根据本发明的另一个方案，汽轮机销钉组合转子的组装方法包括以下具体实施步 骤：提供销钉组合转子的高温段和低温段，所述高温段和低温段的连接端部具有轴向凹凸 的配合结构；加热低温段；将高温段和低温段的轴向凹凸的配合结构相接合，从而当恢复 至常温后，轴向凹凸的配合结构之间形成过盈配合；在所述轴向凹凸的配合结构上加工出 沿径向设置的多个销钉孔；提供包括销钉的销钉连接结构；对销钉进行冷冻处理；将冷冻 处理后的销钉穿进加工好的轴向凹凸的配合结构的销钉孔中，从而当恢复至常温后，销钉 与销钉孔形成过盈配合；依次装入径向定位件和锁定件，并进行冲铆加点焊防松脱。该方法 简单可行易操作，并且牢固可靠。
【附图说明】
[0024] 图1示出了根据本发明的实施例的汽轮机的示意图；
[0025] 图2示出了根据本发明的实施例的销钉组合