專(zhuān)利名稱：電站汽輪機(jī)大型套裝葉輪的內(nèi)孔型線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動(dòng)力工程領(lǐng)域。
目前世界上大功率汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子主要有整鍛轉(zhuǎn)子、焊接轉(zhuǎn)子和套裝轉(zhuǎn)子三種結(jié)構(gòu)型式。低壓轉(zhuǎn)子若采用由多個(gè)套裝葉輪組成的套裝轉(zhuǎn)子，相對(duì)于采用整鍛轉(zhuǎn)子或焊接轉(zhuǎn)子而言，其優(yōu)點(diǎn)是不需要大型鍛造設(shè)備或復(fù)雜的焊接工藝設(shè)備，可以減少設(shè)備投資，大幅度降低制造成本，且生產(chǎn)周期短，鍛件質(zhì)量容易保證。但是，套裝葉輪由于結(jié)構(gòu)上的限制，葉輪內(nèi)孔直徑較大，且必須有足夠的過(guò)盈與軸配合才能保證在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)葉輪與軸不松動(dòng)，其內(nèi)孔的應(yīng)力比其它二種型式的轉(zhuǎn)子應(yīng)力大。因此，如何既能保證葉輪與軸的牢固過(guò)盈配合，又盡可能使葉輪內(nèi)孔應(yīng)力均勻化，充分發(fā)揮材料的承載能力就成為套裝葉輪研究的一個(gè)主要問(wèn)題。
從理論上講，大型汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的套裝葉輪內(nèi)孔型線應(yīng)采用如

圖1(A)的結(jié)構(gòu)型式，這是一種等殘余過(guò)盈，是一種理想的過(guò)盈形式，在工作轉(zhuǎn)速下各接觸點(diǎn)具有均勻的殘余過(guò)盈而各點(diǎn)裝配過(guò)盈則不相同。但是由于這種內(nèi)孔型線是曲線，加工、裝配和定位都很困難，因此實(shí)踐中未采用。
目前，大型汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的套裝葉輪內(nèi)孔型線大都采用圖1(B)的結(jié)構(gòu)型式，這是一種等過(guò)盈配合結(jié)構(gòu)，接觸面與軸平行，在葉輪內(nèi)孔開(kāi)一凹槽，接觸面上各接觸點(diǎn)具有相同裝配過(guò)盈值。這種內(nèi)孔型線便于加工、定位，且容易保證加工、裝配精度。但是，它和軸的變形分布不均勻，它在端面附近的變形小。如果采用與中心部分相同的過(guò)盈，其中一部分過(guò)盈量是多余的，會(huì)引起較大的內(nèi)孔應(yīng)力。圖1(C)所示是線性過(guò)盈內(nèi)孔型線。這種結(jié)構(gòu)將內(nèi)孔加工為錐形，各接觸點(diǎn)的過(guò)盈量沿軸向呈線性分布，從而降低了葉輪內(nèi)孔應(yīng)力。
本發(fā)明的目的在于提出一種合理且實(shí)用的套裝葉輪內(nèi)孔型線，使葉輪內(nèi)孔應(yīng)力趨于均勻，充分發(fā)揮材料的承載能力，而且仍然保持加工、定位方便，容易保證加工、裝配精度等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出如圖2所示的組合過(guò)盈內(nèi)孔型線。該型線的構(gòu)成如下1.葉輪內(nèi)孔接觸區(qū)的型線葉輪內(nèi)孔BC和DE段為平行于葉輪中心軸(X軸)的直線段(即等過(guò)盈段)，其段長(zhǎng)為L(zhǎng)2;葉輪內(nèi)孔AB和EF段為斜線段(即線性過(guò)盈段)，段長(zhǎng)為L(zhǎng)1;圖中L為葉輪寬度;
2.葉輪內(nèi)孔非接觸區(qū)內(nèi)內(nèi)槽，槽寬為L(zhǎng)3;
與葉輪內(nèi)孔過(guò)盈配合的軸為等直徑段。該內(nèi)孔型線的直線段的過(guò)盈以及斜線段的過(guò)盈和斜度，可根據(jù)空間軸對(duì)稱非線性接觸問(wèn)題有限元法計(jì)算確定，并通過(guò)計(jì)算確定L1、L2和L3(S.K.Chan & I.S.Tuba.“A Finite Element Method for Contact Problems of Solid Bodies”，Part I，Theory & Validation，Int.J.Meth.Sci.Vol.13，1971，pp519-530)(D.J.White & L.R.Enderby，“Finite Element Stress Analysis of a Nonlinear ProblemA Correcting Rod Ege Loaded by Means of a Pin，”J.Strain Analysis，5，41-48，1970)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的等過(guò)盈內(nèi)孔型線相比，例如對(duì)20萬(wàn)瓩汽輪機(jī)末級(jí)葉輪，在同樣的載荷和轉(zhuǎn)速條件下，葉輪內(nèi)孔應(yīng)力明顯降低，使葉輪可用低一級(jí)的材料(由屈服限850MN/m2的材料降為750MN/m2的材料)或用同一級(jí)材料增大安全系數(shù);且減小葉輪內(nèi)孔兩側(cè)A、F點(diǎn)處的工作應(yīng)力峰值。計(jì)算表明采用內(nèi)孔槽除有傳統(tǒng)的作用外，還可以降低葉輪內(nèi)孔的平均應(yīng)力，從而提高葉輪的安全可靠性。
本發(fā)明與純線性過(guò)盈內(nèi)孔型線相比，降低了內(nèi)孔C點(diǎn)和D點(diǎn)的裝配應(yīng)力峰值;葉輪內(nèi)孔加工精度容易控制;由于葉輪內(nèi)孔有直線段，葉輪縱套時(shí)容易保證與軸的對(duì)中。
實(shí)施例200MW汽輪機(jī)末級(jí)帶800mm葉片的套裝葉輪，工作轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，葉輪內(nèi)孔直徑為560mm;葉輪寬度L＝549mm;等過(guò)盈段L2≤ 1/3 L1，且L2≥3cm，本實(shí)施例取L2＝3cm，此時(shí)最大等過(guò)盈值△Rmax＝0.062262cm最小等過(guò)盈值△Rmin＝0.060762cm葉輪內(nèi)孔槽寬度L3＝( 1/3 ～ 2/5 )L，本實(shí)施例取L3＝ 1/3 L＝18.9cm斜線段的斜度為 0.7/1000 ～ 1.0/1000 ，本實(shí)施例取斜度為 0.9/1000 ;
結(jié)果表明，在同樣的載荷和轉(zhuǎn)速條件下，與現(xiàn)有傳統(tǒng)的等過(guò)盈葉輪內(nèi)孔型線比較，葉輪內(nèi)孔應(yīng)力明顯降低，葉輪可用低一級(jí)的材料(由屈服限850MN/m2的材料降為750MN/m2的材料)。
權(quán)利要求
1.一種由接觸區(qū)型線和非接觸區(qū)內(nèi)孔槽所構(gòu)成的汽輪機(jī)套裝葉輪的內(nèi)孔型線，其特征在于內(nèi)孔接觸區(qū)型線是由平行于葉輪中心軸的直線段L2和與葉輪中心軸成一定斜度的斜線段L1所構(gòu)成的組合過(guò)盈段。
2.按照權(quán)利要求1所述的組合過(guò)盈段，其特征在于直線段L2應(yīng)大于或等于3厘米且小于L1的三分之一，斜線段的斜度為千分之0.7至1.0之間。
全文摘要
本發(fā)明提出一種新的大型汽輪機(jī)套裝葉輪的內(nèi)孔型線。它是一種組合過(guò)盈內(nèi)孔型線，由平行于葉輪中心軸的直線段和與葉輪中心軸成一定斜度的斜線所組成。這種新內(nèi)孔型線使葉輪內(nèi)孔應(yīng)力趨于均勻，充分發(fā)揮材料的承載能力，而且仍然保持加工、定位方便，容易保證加工、裝配精度等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01D5/02GK1043367SQ8810848
公開(kāi)日1990年6月27日 申請(qǐng)日期1988年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月7日
發(fā)明者吳厚鈺, 向松, 徐偉奇, 鄭潤(rùn)生 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)