专利名称：电站汽轮机大型套装叶轮的内孔型线的制作方法
技术领域：
本发明属于动力工程领域。
目前世界上大功率汽轮机低压转子主要有整锻转子、焊接转子和套装转子三种结构型式。低压转子若采用由多个套装叶轮组成的套装转子，相对于采用整锻转子或焊接转子而言，其优点是不需要大型锻造设备或复杂的焊接工艺设备，可以减少设备投资，大幅度降低制造成本，且生产周期短，锻件质量容易保证。但是，套装叶轮由于结构上的限制，叶轮内孔直径较大，且必须有足够的过盈与轴配合才能保证在工作转速范围内叶轮与轴不松动，其内孔的应力比其它二种型式的转子应力大。因此，如何既能保证叶轮与轴的牢固过盈配合，又尽可能使叶轮内孔应力均匀化，充分发挥材料的承载能力就成为套装叶轮研究的一个主要问题。
从理论上讲，大型汽轮机低压转子的套装叶轮内孔型线应采用如
图1(A)的结构型式，这是一种等残余过盈，是一种理想的过盈形式，在工作转速下各接触点具有均匀的残余过盈而各点装配过盈则不相同。但是由于这种内孔型线是曲线，加工、装配和定位都很困难，因此实践中未采用。
目前，大型汽轮机低压转子的套装叶轮内孔型线大都采用图1(B)的结构型式，这是一种等过盈配合结构，接触面与轴平行，在叶轮内孔开一凹槽，接触面上各接触点具有相同装配过盈值。这种内孔型线便于加工、定位，且容易保证加工、装配精度。但是，它和轴的变形分布不均匀，它在端面附近的变形小。如果采用与中心部分相同的过盈，其中一部分过盈量是多余的，会引起较大的内孔应力。图1(C)所示是线性过盈内孔型线。这种结构将内孔加工为锥形，各接触点的过盈量沿轴向呈线性分布，从而降低了叶轮内孔应力。
本发明的目的在于提出一种合理且实用的套装叶轮内孔型线，使叶轮内孔应力趋于均匀，充分发挥材料的承载能力，而且仍然保持加工、定位方便，容易保证加工、装配精度等优点。
本发明提出如图2所示的组合过盈内孔型线。该型线的构成如下1.叶轮内孔接触区的型线叶轮内孔BC和DE段为平行于叶轮中心轴(X轴)的直线段(即等过盈段)，其段长为L2;叶轮内孔AB和EF段为斜线段(即线性过盈段)，段长为L1;图中L为叶轮宽度;
2.叶轮内孔非接触区内内槽，槽宽为L3;
与叶轮内孔过盈配合的轴为等直径段。该内孔型线的直线段的过盈以及斜线段的过盈和斜度，可根据空间轴对称非线性接触问题有限元法计算确定，并通过计算确定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)。
本发明的优点是与传统的等过盈内孔型线相比，例如对20万瓩汽轮机末级叶轮，在同样的载荷和转速条件下，叶轮内孔应力明显降低，使叶轮可用低一级的材料(由屈服限850MN/m2的材料降为750MN/m2的材料)或用同一级材料增大安全系数;且减小叶轮内孔两侧A、F点处的工作应力峰值。计算表明采用内孔槽除有传统的作用外，还可以降低叶轮内孔的平均应力，从而提高叶轮的安全可靠性。
本发明与纯线性过盈内孔型线相比，降低了内孔C点和D点的装配应力峰值;叶轮内孔加工精度容易控制;由于叶轮内孔有直线段，叶轮纵套时容易保证与轴的对中。
实施例200MW汽轮机末级带800mm叶片的套装叶轮，工作转速3000转/分，叶轮内孔直径为560mm;叶轮宽度L＝549mm;等过盈段L2≤ 1/3 L1，且L2≥3cm，本实施例取L2＝3cm，此时最大等过盈值△Rmax＝0.062262cm最小等过盈值△Rmin＝0.060762cm叶轮内孔槽宽度L3＝( 1/3 ～ 2/5 )L，本实施例取L3＝ 1/3 L＝18.9cm斜线段的斜度为 0.7/1000 ～ 1.0/1000 ，本实施例取斜度为 0.9/1000 ;
结果表明，在同样的载荷和转速条件下，与现有传统的等过盈叶轮内孔型线比较，叶轮内孔应力明显降低，叶轮可用低一级的材料(由屈服限850MN/m2的材料降为750MN/m2的材料)。
权利要求
1.一种由接触区型线和非接触区内孔槽所构成的汽轮机套装叶轮的内孔型线，其特征在于内孔接触区型线是由平行于叶轮中心轴的直线段L2和与叶轮中心轴成一定斜度的斜线段L1所构成的组合过盈段。
2.按照权利要求1所述的组合过盈段，其特征在于直线段L2应大于或等于3厘米且小于L1的三分之一，斜线段的斜度为千分之0.7至1.0之间。
全文摘要
本发明提出一种新的大型汽轮机套装叶轮的内孔型线。它是一种组合过盈内孔型线，由平行于叶轮中心轴的直线段和与叶轮中心轴成一定斜度的斜线所组成。这种新内孔型线使叶轮内孔应力趋于均匀，充分发挥材料的承载能力，而且仍然保持加工、定位方便，容易保证加工、装配精度等优点。
文档编号F01D5/02GK1043367SQ8810848
公开日1990年6月27日 申请日期1988年12月7日 优先权日1988年12月7日
发明者吴厚钰, 向松, 徐伟奇, 郑润生 申请人:西安交通大学