一种反动式汽轮机用焊接转子及反动式汽轮机的制作方法

本发明涉及汽轮机，具体涉及一种反动式汽轮机用焊接转子及反动式汽轮机。

背景技术：

1、汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。汽轮机主要由转子和静子组成。其中，转子包括主轴、叶轮、动叶和联轴器等，是汽轮机的核心部件，需要承受高温、高应力、高转速等严苛工作条件，设计制造技术难度大，价格高；静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等部件。

2、现有汽轮机转子大多为整锻转子或套装转子，整锻转子或是实心结构，或是具有小直径中心孔的结构，转子实体内的非线性温度梯度引起过量热应力；套装转子在高温条件下，叶轮内孔直径将因材料的蠕变而逐渐增大，最后导致装配过盈量消失，使叶轮与主轴之间产生松动，从而使叶轮中心偏离轴的中心，造成转子质量不平衡，产生剧烈振动。同时，无论是整锻转子或套装转子都存在体积大，重量大，应力大，成本高；不适合汽轮机快速启动，不适合用于调峰机组，无法保持汽轮机的高利用率。

3、因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种反动式汽轮机用焊接转子，包括：从左至右依次设置有前轴端、前轮盘、后轮盘、后轴端，所述前轴端、所述前轮盘、所述后轮盘、所述后轴端通过焊接形成固定连接，并且在所述前轴端与所述前轮盘、所述前轮盘与所述后轮盘、所述后轮盘与所述后轴端之间分别形成有内腔，三个所述内腔采用大中心孔结构，从而可降低热应力，能够快速启动。所述前轴端、所述前轮盘、所述后轮盘、所述后轴端上设置有高压部分和中压部分及低压部分。

2、优选的，所述前轴端与所述前轮盘、所述前轮盘与所述后轮盘、所述后轮盘与所述后轴端之间均形成有焊接接头，所述焊接接头均向相应的所述内腔突出，以减少焊接接头内侧的应力，为了确保疲劳强度，且所述焊接接头都位于非蠕变温度区，为防止转子热变形。

3、优选的，在所述前轴端上设置有叶轮调节级，所述叶轮调节级为冲动式设计，所述叶轮调节级与所述前轴端之间采用焊接结构，保证了所述叶轮调节级是所述前轴端的组成部分，不会发生应力集中现象。

4、优选的，在所述前轴端、所述前轮盘、所述后轮盘、所述后轴端上设置有26级压力级，且所述压力级为小焓降反动式设计。由于所述压力级均为反动式，故所述焊接转子轴向推力较大，为避免轴向推力过大，所述焊接转子本体采用鼓式转子，即各压力级均无叶轮，动叶直接安装在所述焊接转子上开出的叶根槽中，转鼓型转子的叶片直接装在转鼓上，蒸汽对叶片的作用力靠转鼓传给轴，这种所述焊接转子结构简单，弯曲度小，适用于小焓降反动式设计，通流级数多、效率高。

5、优选的，在所述前轴端上设置有前轴承轴颈，在所述后轴端上设置有后轴承轴颈，为了防止蒸汽泄漏和空气进入，需要有密封装置，在所述焊接转子穿出汽缸位置还设置有前轴封段和后轴封段。

6、优选的，为了在运行过程中平衡轴向推力，转动部件和静止部件不接触，所述前轴段上还设置有平衡活塞环段。

7、优选的，在所述前轴端上设置有前辅助平衡面螺钉孔及动平衡槽，在所述后轴端上设置有主平衡面螺钉孔，且在所述前轮盘上设置有中间辅助平衡面螺钉孔，所述主平衡面螺钉孔和所述前辅助平衡面螺钉孔不用进行缸体拆卸，从外部进行现场动平衡。

8、优选的，所述后轴承轴颈右端设置有整体膨胀套筒式联轴器并形成刚性连接，整体膨胀套筒式联轴器保留了把轴和联轴器法兰做成一体的基本原则，具有一体化、易拆装、不易松动、理想地传递扭矩，无突出部件造成的鼓风损失等优点。

9、优选的，所述焊接转子上设置有高压部分和中压部分及低压部分，依据高压部分和中压部分及低压部分温度、应力水平和脆性转变温度及不同位置的性能要求分别确定锻件材料，设计是以蒸汽压力、温度和应力大小的变化沿轴向分布为前提。

10、优选的，带叶片系统的所述焊接转子在正常速度下平衡，并在120％正常速度下进行超速试验。

11、优选的，本发明还提供了一种反动式汽轮机，包括缸体和所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，所述焊接转子嵌设在所述缸体内部。

12、所述一种反动式汽轮机用焊接转子，由四个独立的锻件组焊而成，其焊接接头的壁厚足以承担所施加的载荷，因此设计成具有大中心孔的结构，能够减小焊接转子的热应力，与套装转子和整锻转子相比，具有体积小，重量轻，应力小，成本低、性能优越等优势，最大的机械整体性，产生更高的可靠性，更适合于快速启动和循环运行，适合用于调峰机组，能保持汽轮机的高利用率，无应力腐蚀断裂，高温下应用的优化设计。

13、本发明的有益效果是：

14、1、一种反动式汽轮机用焊接转子设计灵活、结构紧凑，比整锻转子或套装转子体积小，重量轻，应力小，成本低。

15、2、一种反动式汽轮机用焊接转子内部可形成内腔，减轻了转子重量，减薄了壁厚，使转子的内外温差降低，减小了转子热应力，也提高了临界转速。

16、3、一种反动式汽轮机用焊接转子更适合用于调峰机组。

17、4、一种反动式汽轮机用焊接转子叶轮调节级为冲动式设计，叶轮与转子之间采用焊接结构，保证了叶轮是所述转子体的组成部分，不会发生应力集中现象。采用冲动式叶轮的实心叶片轮缘结构，在加工过程中通过在锻造环外部进行腐蚀处理，形成叶片通道，然后进行表面保护处理，保证了最佳的叶片型线。叶根连接处没有应力集中，在机组启动过程中，不会出现热应力限制问题。

18、5、一种反动式汽轮机用焊接转子右端设置有整体膨胀套筒式联轴器并形成刚性连接。整体膨胀套筒式联轴器：联轴器保留了把轴和联轴器法兰做成一体的基本原则，具有一体化、易拆装、不易松动、理想地传递扭矩，无突出部件造成的鼓风损失等优点。

19、6、本发明还提供了一种反动式汽轮机，包括：缸体等组件和所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，所述缸体的内部嵌入有所述焊接转子，所述一种反动式汽轮机用焊接转子，由四个独立的锻件组焊而成，其焊接接头的壁厚足以承担所施加的载荷，因此设计成具有大中心孔的结构，能够减小焊接转子的热应力，与套装转子和整锻转子相比，具有体积小，重量轻，应力小，成本低、性能优越等优势，最大的机械整体性，产生更高的可靠性，更适合于快速启动和循环运行，适合用于调峰机组，能保持汽轮机的高利用率，无应力腐蚀断裂，高温下应用的优化设计。

技术特征：

1.一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，包括：从左至右依次设置有前轴端(1)、前轮盘(2)、后轮盘(3)、后轴端(4)，所述前轴端(1)、所述前轮盘(2)、所述后轮盘(3)、所述后轴端(4)通过焊接形成固定连接，并且在所述前轴端(1)与所述前轮盘(2)、所述前轮盘(2)与所述后轮盘(3)、所述后轮盘(3)与所述后轴端(4)之间分别形成有内腔(6)，三个所述内腔(6)采用大中心孔结构，所述前轴端(1)、所述前轮盘(2)、所述后轮盘(3)、所述后轴端(4)上设置有高压部分和中压部分及低压部分。

2.根据权利要求1所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，所述前轴端(1)与所述前轮盘(2)、所述前轮盘(2)与所述后轮盘(3)、所述后轮盘(3)与所述后轴端(4)之间均形成有焊接接头(5)，所述焊接接头(5)均向相应的所述内腔(6)突出。

3.根据权利要求1所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，在所述前轴端(1)上设置有叶轮调节级(7)，所述叶轮调节级(7)为冲动式设计，所述叶轮调节级(7)与所述前轴端(1)通过焊接形成固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，在所述前轴端(1)、所述前轮盘(2)、所述后轮盘(3)、所述后轴端(4)上设置有26级压力级(8)，且所述压力级(8)为小焓降反动式设计。

5.根据权利要求1所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，在所述前轴端(1)上设置有前轴承轴颈(9)、前轴封段(11)，在所述后轴端(4)上设置有后轴承轴颈(10)、后轴封段(12)。

6.根据权利要求1所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，在所述前轴端(1)上设置有平衡活塞环段(14)。

7.根据权利要求1所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，在所述前轴端(1)上设置有前辅助平衡面螺钉孔(15)及动平衡槽(16)，在所述后轴端(4)上设置有主平衡面螺钉孔(17)，且在所述前轮盘(2)上设置有中间辅助平衡面螺钉孔(18)，所述主平衡面螺钉孔(17)和所述前辅助平衡面螺钉孔(15)不用进行缸体拆卸，从外部进行现场动平衡。

8.根据权利要求5所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，所述后轴承轴颈(10)右端设置有整体膨胀套筒式联轴器(13)并形成刚性连接。

9.根据权利要求1所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，其特征在于，所述前轴端(1)、所述前轮盘(2)、所述后轮盘(3)、所述后轴端(4)依据高压部分和中压部分及低压部分温度、应力水平和脆性转变温度及不同位置的性能要求分别确定锻件材料。

10.一种反动式汽轮机，其特征在于，包括：缸体和权利要求1-9任一项所述的一种反动式汽轮机用焊接转子，所述焊接转子嵌设在所述缸体内部。

技术总结本发明涉及汽轮机技术领域，具体涉及一种反动式汽轮机用焊接转子及反动式汽轮机。该焊接转子包括从左至右依次设置有前轴端、前轮盘、后轮盘、后轴端，前轴端、前轮盘、后轮盘、后轴端通过焊接形成固定连接，并且在前轴端与前轮盘、前轮盘与后轮盘、后轮盘与后轴端之间分别形成有内腔，三个内腔采用大中心孔结构，从而可降低热应力，能够快速启动。前轴端、前轮盘、后轮盘、后轴端上设置有高压部分和中压部分及低压部分。本发明反动式汽轮机用焊接转子及反动式汽轮机结构紧凑，具有应力小，成本低，能快速启动，适合循环运行和调峰机组，能保持汽轮机的高利用率，无应力腐蚀断裂，高温下应用的优化设计。技术研发人员：宋吉昌,刘春雁,陈道水,申秀兰,朱伟受保护的技术使用者：山东齐鲁电机制造有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9