汽輪機及其螺栓組合轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及汽輪機技術領域，具體而言涉及汽輪機及其螺栓組合轉(zhuǎn)子。
【背景技術】
[0002] 汽輪機是火力發(fā)電行業(yè)的主要生產(chǎn)設備之一，屬于以水蒸汽為介質(zhì)的復雜能源轉(zhuǎn) 換機械設備，起著把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機械能并最終帶動發(fā)電機以將機械能轉(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。現(xiàn)階段國內(nèi)設計生產(chǎn)的汽輪機大多數(shù)為沖動式汽輪機。例如，100MW 至200MW功率等級的汽輪機通常采用超高壓沖動式結構，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100MW至200MW功率等級的超高壓沖動式汽輪機設計中，一般采用雙缸、雙 轉(zhuǎn)子、多排汽結構，這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IOOMff至200MW的輸出功率，必須有相應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)進行相關熱力、氣動、通流、結構設計。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、 多排汽結構，主要是雙轉(zhuǎn)子、雙缸、雙排汽結構。
[0005] 根據(jù)蒸汽在汽輪機內(nèi)的工作壓力等級，汽輪機設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構復雜、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100M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（以下簡稱單軸單 缸汽輪機)并投入運行。這種新型汽輪機的最主要技術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，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)子的設計制造加工過程，提出 了更高的技術要求。
[0008] 汽輪機整鍛轉(zhuǎn)子的鍛造毛坯設計制造周期通常在六個月以上。相比于多轉(zhuǎn)子、多 缸、多排汽結構的汽輪機中分段制造的轉(zhuǎn)子而言，整鍛轉(zhuǎn)子設計難度大幅度上升，鍛造毛坯 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。鍛造毛坯制造加 工工藝中最為關鍵的整體差溫熱處理工藝環(huán)節(jié)可以說是整鍛轉(zhuǎn)子的最大工藝難點。所謂整 體差溫熱處理，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行轉(zhuǎn)子的整體 熱處理，其難度之大，技術要求之高使得在世界范圍內(nèi)成熟掌握此類技術的生產(chǎn)廠商屈指 可數(shù)，質(zhì)量達頂極的不過一二。相應地，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三倍以上。另外，高質(zhì)量的整鍛轉(zhuǎn)子主要依靠從國 外進口，而且技術領先產(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 難度之高。這一類整鍛轉(zhuǎn)子的完全國產(chǎn)化，還有相當長的路要走，還有相當多的技術難點需 要克服。
[0009] 由此可以看出，由于當前世界范圍內(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，以解決上述這些問題。 【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螺栓組合轉(zhuǎn)子，其具有簡單緊湊牢固的結 構，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螺栓組合轉(zhuǎn)子的汽輪機。
[0012] 根據(jù)本實用新型的一個技術方案，提供一種汽輪機螺栓組合轉(zhuǎn)子，包括高溫段、低 溫段以及設置在高溫段和低溫段外周上的多個葉輪，所述高溫段靠近低溫段的連接端部設 有包括沿所述螺栓組合轉(zhuǎn)子周向布置的多個第一螺栓孔的第一法蘭，所述低溫段靠近高溫 段的連接端部設有包括對應的多個第二螺栓孔的第二法蘭，該汽輪機螺栓組合轉(zhuǎn)子還包括 螺栓連接結構，其安裝至對應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。
[0013] 這樣，轉(zhuǎn)子被分成通過螺栓和法蘭相連接的兩段，可以先對這兩段分別進行加工 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)不可彌補的缺陷，僅需要更換這一段而無需將整個轉(zhuǎn) 子報廢。
[0014] 進一步地，所述螺栓連接結構包括穿設進相對應的第一螺栓孔和第二螺栓孔的連 接螺栓以及分別安裝至所述連接螺栓兩端的兩個鎖緊螺母。這樣實現(xiàn)高溫段和低溫段簡單 可靠的連接。
[0015] 進一步地，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，所述兩個鎖緊螺母分別位 于所述第一和第二軸向間隔中。這樣將法蘭與葉輪分開并由法蘭承受螺栓力而葉輪不受影 響以確保轉(zhuǎn)子正常運行，同時便于將鎖緊螺母安裝在連接螺栓上。
[0016] 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準的通孔，所述連接螺栓的面向所述通孔的端部具 有供預緊裝置操作的預緊安裝部。這樣，預緊裝置錯開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大，使轉(zhuǎn)子軸向結 構緊湊。
[0017] 優(yōu)選地，所述預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。這樣便 于與預緊裝置相連接。
[0018] 進一步地，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 結構。這樣可以最大限度減少連接螺栓所承受的剪切應力，保證轉(zhuǎn)子安全運轉(zhuǎn)。
[0019] 優(yōu)選地，所述扭矩傳遞結構包括一體形成在所述高溫段的連接端部上的鍵以及一 體形成在所述低溫段的連接端部上并與所述鍵相對應的鍵槽。這種凹凸配合的鍵槽結構可 有效承擔大部分扭矩，且結構簡單易于加工和裝配。
[0020] 進一步地，所述高溫段與所述低溫段相連接的端部之間形成有對中結構，它包括 相匹配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的對中性，提 高轉(zhuǎn)子的成品質(zhì)量。
[0021] 進一步地，所述高溫段和所述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度性能。
[0022] 根據(jù)本實用新型的另一個方案，提供一種汽輪機，包括單個汽缸以及穿設在所述 單個汽缸中的單個轉(zhuǎn)子，所述單個汽缸包括相連接的高壓缸體和中低壓缸體，所述單個轉(zhuǎn) 子為前述的汽輪機螺栓組合轉(zhuǎn)子。這種汽輪機結構簡單緊湊、占地面積小，且運行安全可 靠，同時制造工藝難度和制