一种固定船用汽轮机导流板结构的制作方法

本发明涉及一种汽轮机导流板，具体涉及一种固定船用汽轮机导流板结构，属于船舶动力领域。

背景技术：

船用动力汽轮机与常用的电站汽轮机在运行中存在的主要不同之处是：常用的电站汽轮机工作在恒定工况下定转速与运行，而船用汽轮机工作在变工况下进行变转速运行。这就要求船用汽轮机具有更好的安全可靠性和先进性。为此，需要不断对原有的船用汽轮机结构进行分析研究，然后通过优化结构设计来实现船用汽轮机具有更好的安全可靠性和先进性。其中，提高导流板的安全可靠性和先进性是需要研究解决的设计创新工作。国外同行一直不断的在该方面研究创新，但由于该方面应用于国防(舰用)，很少有公开报道。所以该方面研究目前主要是国内相关设计单位自行攻关解决。

船用汽轮机的导流板，被安装在汽轮机的汽缸内，起着引导气流流向的作用。本次研发的导流板安装在饱和蒸汽高压汽轮机中的最后一级叶片后部。在这个部位上导流板周围蒸汽的湿度较大，常用工况湿度超过14％，气流速度300米/秒左右。由于导流板承受较大湿度条件下的腐蚀，又承受不同运行工况条件下来自不同角度高速气流的冲刷，很容易发生损坏。以往将导流板与汽缸铸造成一体就是为了保证导流板的坚固性，如图3所示，但同时带来的是铸造困难，检查困难，尺寸精度不高等安全可靠性不足。最关键的是一旦发生损坏，维修非常困难。为了解决这些设计不足就考虑将导流板与汽缸分开加工，如图4所示，然后用螺钉将导流板与汽缸装配在一起，这可以解决上述一切问题。但由于受气流的冲刷会导致导流板震颤引起螺钉松动最后导致螺钉脱落。因此，固定螺钉不松动就成为优化导流板设计的关键因素。解决了固定导流板螺钉不松动，就解决了导流板优化设计最主要困难。

技术实现要素：

本发明为解决现有的船用汽轮机导流板与汽缸铸造成一体，导致铸造困难、检查维修困难以及安全可靠性差的问题，进而提供一种固定船用汽轮机导流板结构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的固定船用汽轮机导流板结构固定船用汽轮机导流板结构包括导流套筒1、固定板3、多块筋板2和多个内六角螺钉5，所述汽轮机导流板结构还包括多个防松动垫圈块4，导流套筒1和固定板3二者固装为一体，固定板3位于导流套筒1的一端上，筋板2为直角三角形板，每个筋板2的两个直角边中的一个与导流套筒1固接，每个筋板2的两个直角边中的另一个与固定板3固接，多块筋板2之间平行且均布设置，内六角螺钉5的数量与防松动垫圈块4的数量一致设置，固定板3通过内六角螺钉5固装在气缸上，每个内六角螺钉5上套装有一个防松动垫圈块4，防松动垫圈块4呈桶形结构，防松动垫圈块4的开口端沿其圆周方向加工有环形凹槽，防松动垫圈块4开口端的内沿压紧在对应的内六角螺钉5的螺钉头上。

进一步地，导流套筒1由上导流套筒和下导流套筒构成，上导流套筒和下导流套筒上下对称设置。

进一步地，防松动垫圈块4的数量为偶数个，防松动垫圈块4的数量范围为6～10个，上导流套筒与下导流套筒通过相同数量的防松动垫圈块4和相同数量的内六角螺钉5固装在气缸上。

进一步地，防松动垫圈块4的数量范围为8个，上导流套筒与下导流套筒均通过四个防松动垫圈块4和四个内六角螺钉5固装在气缸上。

进一步地，筋板2的数量为10块，上导流套筒与下导流套筒均通过五块筋板2加固。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的固定船用汽轮机导流板结构采用与气缸分体结构，提高了导流板的加工精度，降低了流动涡流损失，导流板实现了可拆卸更换，由此简化了制造结构，提高了导流板的可检查性，维修方便；

本发明的固定船用汽轮机导流板结构采用防松动垫圈块，确保内六角螺钉固定不松动，确保导流板结构的优化作用得以体现，提高了船用汽轮机的可维修性和安全可靠性以及制造经济性，提高了船用汽轮机的先进性。

附图说明

图1是本发明的固定船用汽轮机导流板结构的整体结构示意图(敛口前)；

图2是本发明的固定船用汽轮机导流板结构的整体结构示意图(敛口后)；

图3是现有导流板与气缸铸造为一体的结构示意图；

图4是现有导流板与气缸分体连接的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～2所示，本实施方式的固定船用汽轮机导流板结构包括导流套筒1、固定板3、多块筋板2和多个内六角螺钉5，所述汽轮机导流板结构还包括多个防松动垫圈块4，导流套筒1和固定板3二者固装为一体，固定板3位于导流套筒1的一端上，筋板2为直角三角形板，每个筋板2的两个直角边中的一个与导流套筒1固接，每个筋板2的两个直角边中的另一个与固定板3固接，多块筋板2之间平行且均布设置，内六角螺钉5的数量与防松动垫圈块4的数量一致设置，固定板3通过内六角螺钉5固装在气缸上，每个内六角螺钉5上套装有一个防松动垫圈块4，防松动垫圈块4呈桶形结构，防松动垫圈块4的开口端沿其圆周方向加工有环形凹槽，防松动垫圈块4开口端的内沿压紧在对应的内六角螺钉5的螺钉头上。

汽轮机的气流从动叶片流出后，为了减少排气流动的气动损失，在汽缸上铸造出了导流的结构,气流顺着导流结构限制的空间流动，就使得排汽流动顺畅，从而避免了排汽流动出现涡流引起的气动损失。

根据导流结构，利用商业软件，建立了导流结构及附近空间的3D模型，将其模型导入流固偶合的软件中，进行数值模拟分析，通过分析认识到了导流结构处的应力和周围气流流场的规律。

根据实际导流结构，在汽轮机的导流处背面粘贴应变片，从汽缸的预留螺塞测量孔处引出数据线，再通过软件对应变分析还原得出应力状况，通过这些实测数据，对比数值模拟的数据，来修正软件边界条件设置的不合理之处，完善了算法的准确性。

根据实际导流结构以及对其强度和周围流场的分析，掌握了导流结构的设计规律和流场中气流与导流结构相互作用的机理，根据工程设计经验和设计规范，设计出了导流板与汽缸分别制造，然后在把它们组合安装的新型导流板结构。

本发明的导流板结构是将导流套桶与固定板焊接在一起，分上下对称两件。然后再焊接上筋板一共10块，为增加结构强度，焊接完成后进行去应力热处理，然后进行精加工到要求精度的尺寸，同时制作出固定用的通孔，装配时该孔穿过螺栓。

同时，设计在汽缸上导流板与其装配的位置上，制出装配平面并设置出与其装配用的螺栓孔，要求该汽缸上的螺纹孔与导流板上设计的圆孔位置相一致，设计用螺栓与垫圈将导流板与汽缸装配连接上。

通过对多个设计方案的筛选，借助商业结构软件的分析，设计出了桶型敛口防松动垫圈块，该桶型敛口防松动垫圈块能够在使用圆头内六角螺钉固定后，利用桶型敛口防松动垫圈块的敛孔锁定功能，有效阻止螺钉的松动，实现了固定船用汽轮机导流板的有效作用。

该桶型敛口防松动垫圈块可以先加工成圆柱形状，一共8个，上下半对称设置各4个，在焊接固定板一侧开出焊接用的半U型坡口，并同时在固定板上开出圆孔，将两件焊接成一体。焊后去应力热处理，以便下一步精加工。

在汽缸上与导流板安装处制出装配平面，制出与导流板精加工后一致位置的螺钉孔。

在导流板上，对导流板与焊接在其固定板上的桶型敛口防松动垫圈块一同进行与汽缸装配面的精加工。同时加工出圆头内六角螺钉需要的两个口径的圆孔，位置与装配汽缸的螺钉孔相一致。

在对最后精加工后的导流板部套结构进行无损探伤检验合格后，使用圆头内六角螺钉与汽缸装配在一起。

用圆头内六角螺钉装配导流板与汽缸固定后，对桶型敛口防松动垫圈块进行敛孔处理，使用工具将桶型敛口防松动垫圈块的内筒壁翻边敛孔，封挡住圆头内六角螺钉，防止圆头内六角螺钉松动脱落。

该固定船用汽轮机导流板通过商业结构软件分析后，力学性能良好，可以保证在船用汽轮机运行中实现安全可靠。

该固定船用汽轮机导流板结构应用于新设计的船用汽轮机上，经过运行检验，应用状态良好，满足设计优化的各项指标。该种固定船用汽轮机导流板的新结构的发明得以圆满完成。

本发明优化了船用汽轮机的结构设计，提高了导流板的制造精度，降低导流板涡流损失，提高了导流板的可维修性，提高了导流板的检验方便性，降低了生产成本。最终提高了导流板部套结构的安全可靠性和先进性。

具体实施方式二：如图1和图2所示，本实施方式导流套筒1由上导流套筒和下导流套筒构成，上导流套筒和下导流套筒上下对称设置。如此设计，保证了蒸汽流道上下对称结构,使得蒸汽在流道中降低气动损失，同时，导流套筒上下对称结构设置也简化了制作和安装工作，便于拆装和维修。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1和图2所示，本实施方式防松动垫圈块4的数量为偶数个，防松动垫圈块4的数量范围为6～10个，上导流套筒与下导流套筒通过相同数量的防松动垫圈块4和相同数量的内六角螺钉5固装在气缸上。如此设计，防松动垫圈块4能够有效避免导流板上螺钉松动脱落。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1和图2所示，本实施方式防松动垫圈块4的数量范围为8个，上导流套筒与下导流套筒均通过四个防松动垫圈块4和四个内六角螺钉5固装在气缸上。如此设计，防松动垫圈块4能够有效避免导流板上螺钉松动脱落。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图1和图2所示，本实施方式筋板2的数量为10块，上导流套筒与下导流套筒均通过五块筋板2加固。如此设计，可以增加上导流套筒与下导流套筒的结构强度。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：如图1和图2所示，本实施方式导流套筒1、固定板3和多块筋板2由钢板焊接而成。如此设计，可以降低导流板的重量，降低制造成本。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

本发明固定船用汽轮机导流板结构的实现过程：

1、分析现有导流板附近气流的流动规律，掌握现有导流板附近气流对导流板冲刷作用的力学机理；

2、通过对现有导流板结构以及周围流场进行3D实体建摸，然后用商业软件进行数值模拟，进行数值模拟计算研究现有导流板受气流冲刷的力学状态；

3、通过对导流板原有结构进行现场实验，通过对导流板背部上粘贴应变片测量导流板应变量，计算出真实导流板的受冲刷的力学情况；

4、根据现有导流板真实受力来调整计算程序的相关选项设定，使计算设定更加完善准确；

5、用修正后准确度提高的程序，设计导流板本身以及固定导流板的新结构；

6、本发明的导流板以及对它固定的新结构在汽轮机上运行中体现了先进性，效果得到验证。