汽轮机及其螺栓组合转子的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及汽轮机技术领域，具体而言涉及汽轮机及其螺栓组合转子。
【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，100MW 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100MW至200MW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IOOMff至200MW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。 【实用新型内容】
[0010] 本实用新型旨在提供一种新型的汽轮机螺栓组合转子，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] 本实用新型还提供了一种采用上述改进的螺栓组合转子的汽轮机。
[0012] 根据本实用新型的一个技术方案，提供一种汽轮机螺栓组合转子，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，所述高温段靠近低温段的连接端部设 有包括沿所述螺栓组合转子周向布置的多个第一螺栓孔的第一法兰，所述低温段靠近高温 段的连接端部设有包括对应的多个第二螺栓孔的第二法兰，该汽轮机螺栓组合转子还包括 螺栓连接结构，其安装至对应的第一螺栓孔和第二螺栓孔并将所述高温段和低温段牢固地 连接在一起。
[0013] 这样，转子被分成通过螺栓和法兰相连接的两段，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。
[0014] 进一步地，所述螺栓连接结构包括穿设进相对应的第一螺栓孔和第二螺栓孔的连 接螺栓以及分别安装至所述连接螺栓两端的两个锁紧螺母。这样实现高温段和低温段简单 可靠的连接。
[0015] 进一步地，所述第一法兰与所述高温段的相邻的叶轮之间形成第一轴向间隔，所 述第二法兰与所述低温段的相邻的叶轮之间形成第二轴向间隔，所述两个锁紧螺母分别位 于所述第一和第二轴向间隔中。这样将法兰与叶轮分开并由法兰承受螺栓力而叶轮不受影 响以确保转子正常运行，同时便于将锁紧螺母安装在连接螺栓上。
[0016] 优选地，所述高温段和/或所述低温段的邻近所述第一法兰和/或第二法兰的叶轮 具有与第一螺栓孔和第二螺栓孔大致对准的通孔，所述连接螺栓的面向所述通孔的端部具 有供预紧装置操作的预紧安装部。这样，预紧装置错开法兰与叶轮之间的轴向间隔而安装 在与法兰相邻的两片叶轮之间，避免法兰与相邻叶轮之间的轴向间隔过大，使转子轴向结 构紧凑。
[0017] 优选地，所述预紧安装部包括形成在所述连接螺栓的端部处的内螺纹孔。这样便 于与预紧装置相连接。
[0018] 进一步地，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。
[0019] 优选地，所述扭矩传递结构包括一体形成在所述高温段的连接端部上的键以及一 体形成在所述低温段的连接端部上并与所述键相对应的键槽。这种凹凸配合的键槽结构可 有效承担大部分扭矩，且结构简单易于加工和装配。
[0020] 进一步地，所述高温段与所述低温段相连接的端部之间形成有对中结构，它包括 相匹配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] 进一步地，所述高温段和所述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] 根据本实用新型的另一个方案，提供一种汽轮机，包括单个汽缸以及穿设在所述 单个汽缸中的单个转子，所述单个汽缸包括相连接的高压缸体和中低压缸体，所述单个转 子为前述的汽轮机螺栓组合转子。这种汽轮机结构简单紧凑、占地面积小，且运行安全可 靠，同时制造工艺难度和制