一种套装联轴器及汽轮机、应力计算方法及计算终端机和可读存储介质

本发明涉及汽轮发电机，具体涉及一种套装联轴器及汽轮机、应力计算方法及计算终端机和可读存储介质。

背景技术：

1、汽轮机是在高温高压及高转速的条件下工作，联轴器是把汽轮机的功率传递给发电机的一种连接装置。联轴器的作用是连接汽轮机转子与发电机转子，借以将蒸汽作用在汽轮机转子上的扭矩传递给发电机转子，使发电机转子旋转，从而产生电能。汽轮发电机在运行中，联轴器承受扭矩，是传递扭矩的载体。联轴器是汽轮发电机的重要部件之一。套装联轴器用于带套装叶轮结构的转子，因为整锻联轴器有碍这类结构的转子的装配。套装联轴器通过键及适当的过盈配合装配在轴上。

2、在设计汽轮发电机时，可选的套装联轴器结构非常有限。如图4所示，现有套装联轴器的键大多采用在外端使用若干个紧定螺钉把紧，这种方式容易松动。在现有的联轴器套筒与轴之间，键的内端方向与轴配合的联轴器套筒末端对摩擦是相当敏感的，当连接时，最大应力集中在一点，裂纹开始出现，导致轴的疲劳断裂。现有的套装联轴器，当在联轴器施加较大轴向载荷的情况下，联轴器会向转子主要部分移动，导致应力突变，降低了套装联轴器的安全可靠性及使用寿命。因此，需要设计一种新的套装联轴器来解决上述技术问题，并且需要相应的计算方法和安全准则来进行校核。

技术实现思路

1、本发明提出了一种套装联轴器及汽轮机、应力计算方法及计算终端机和可读存储介质，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种套装联轴器，包括联轴器法兰、联轴器套筒、螺栓和键，所述联轴器法兰和联轴器套筒为一体式结构，所述联轴器法兰沿周向设置有多个螺栓孔，每个螺栓孔中均设置有螺栓，通过螺栓传递扭矩，所述联轴器套筒与轴过盈配合，所述联轴器套筒与轴之间设置有键槽，所述键槽由所述联轴器套筒和轴上分别设置的半槽配合组成，所述键设置在键槽中，通过键传递扭矩。

3、更进一步的，所述键的横截面为圆形并具有轴向锥度，其直径方向每304.8mm长度轴向锥度6.35mm，所述联轴器套装在轴上之后钻键槽，接着进行铰孔，使键槽和键的锥度相吻合，所述联轴器套筒和轴的材料硬度相同，以便在钻削键槽时，钻头不因进入较软材料而窜动。

4、更进一步的，所述联轴器套筒与轴之间设置有扣环，所述键的外端设置有开口环，所述扣环扣紧在开口环上防止松动。

5、更进一步的，为避免扣环与开口环向相反方向的轴向移动，所述键上径向穿过有两个直径为19mm的径向销。

6、更进一步的，一种汽轮机包括轴、应力释放槽、小挡环和套装联轴器，所述轴上套装一种套装联轴器，为避免应力集中，所述轴上设置有应力释放槽，所述应力释放槽设置于联轴器套筒与轴之间，为避免应力突变，所述轴上设置有小挡环，在轴向载荷冲击下，靠在轴肩的联轴器套筒末端的小挡环阻止联轴器向转子主要部分的移动，对联轴器套筒进行限位。

7、更进一步的，所述应力释放槽设置于轴与联轴器套筒末端成一直线的位置。

8、更进一步的，所述联轴器套筒的扭转剪切应力小于轴的扭转剪切应力一半，所述联轴器法兰的剪切应力为轴的扭转剪切应力的1/4，所述联轴器法兰的弯曲应力为轴的弯曲应力的一半。

9、本发明还提供了一种汽轮机的应力计算方法，它包括以下步骤：

10、步骤1：设计一种汽轮机的几何尺寸，包括轴的直径d1、螺栓节圆直径d2、装配长度l、套筒直径d8、法兰倒角半径r、法兰厚度t1、键槽上方套筒的厚度t2和法兰螺母端键的直径h，所述装配长度l为2/3d1，所述法兰倒角半径r为0.05d8，所述法兰厚度t1为d1/4，所述键槽上方套筒的厚度t2为d1/5或2h，二者取大值；

11、步骤2：对螺栓、键、轴和应力释放槽的应力进行计算，

12、通过剪切力传递扭矩的螺栓的剪切应力计算公式为：

13、

14、式中，τ为螺栓剪应力，kw为传递的载荷，n为联轴器螺栓的总数目，n为轴速，a’为螺栓受剪面的横截面积；

15、依靠摩擦驱动的螺栓的抗拉应力计算公式为：

16、

17、式中，σd为要求的抗拉应力，a为螺栓最小横截面积，摩擦系数为0.25，

18、所述键的剪应力计算公式为：

19、

20、式中，τk为键的剪应力，kw为联轴器传输载荷，n为轴的转速，m为键的总数目，l3为键长，havg为键直径的平均值，

21、所述轴的扭转剪应力计算公式为：

22、

23、式中，τs为位于联轴器套筒窄端轴的剪应力，ηs为键的最小直径，

24、所述应力释放槽的剪切应力计算公式为：

25、

26、式中，τsr为应力释放槽的剪切应力，dsr为应力释放槽直径；

27、步骤3：判断螺栓的剪切应力是否小于螺栓的许用剪切应力，螺栓的许用剪切应力为：最大工况屈服/6.563且短路工况屈服/2.625；

28、步骤4：判断螺栓的抗拉应力是否小于螺栓的许用抗拉应力，螺栓的许用抗拉应力为：最大工况屈服/5.25且短路工况屈服/2.1；

29、步骤5：判断键的剪应力是否小于键的许用剪切应力，键的许用剪切应力为：最大工况屈服/3.5且短路工况屈服/1.75；

30、步骤6：判断轴的扭转剪应力是否小于轴的许用扭转剪切应力，轴的许用扭转剪切应力为：最大工况0.177拉伸且短路工况0.57屈服；

31、步骤7：判断应力释放槽的剪切应力是否小于应力释放槽的许用剪切应力，应力释放槽的许用剪切应力为：最大工况0.177拉伸且短路工况0.57屈服；

32、步骤8：如果步骤3-7中的判断结果均为是，则一种汽轮机的几何尺寸设计合格，否则重新进入步骤1，修改一种汽轮机的几何尺寸，重复步骤2-7直至一种汽轮机的几何尺寸设计合格。

33、本发明还提供了实现一种汽轮机应力计算方法的计算终端机，它包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序，以实现一种汽轮机应力计算方法。

34、本发明还提供了存储一种汽轮机应力计算方法的可读存储介质，所述可读存储介质上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现一种汽轮机应力计算方法。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、1、本发明所述的一种套装联轴器及汽轮机安全可靠性高。联轴器套筒与轴之间分别设置有键及扣环，键的横截面是圆形的并有轴向锥度，联轴器套装在轴上之后钻键槽，接着进行铰孔，使键槽和键的锥度相吻合；联轴器套筒和轴的材料硬度相同，以便在钻削键槽时钻头不因进入较软材料而窜动；键的外端设置有开口环，扣环紧扣在开口环上不易松动；套装联轴器的扭矩通过键传递到轴。提高了一种套装联轴器及汽轮机的安全可靠性。

37、2、本发明所述的一种装联轴器及汽轮机能够避免应力集中。联轴器套筒与轴配合的联轴器套筒末端对摩擦是相当敏感的，当连接时，最大应力集中在一点，裂纹开始出现，导致轴的疲劳断裂。为避免应力集中，联轴器套筒与轴之间设置有应力释放槽，应力释放槽设置于轴与联轴器套筒末端成一直线的位置，用于释放应力，避免应力集中在一点，从而避免轴的疲劳断裂。提高了汽轮发电机的使用寿命。

38、3、本发明所述的一种套装联轴器及汽轮机能够避免应力突变。本发明在轴上设置有小挡环，当联轴器受到较大轴向载荷冲击时，靠在轴肩的联轴器套筒末端的小挡环阻止联轴器向转子主要部分的移动，提高了汽轮发电机的使用寿命。

39、4、本发明优化了应力分布。本发明提供了一种套装联轴器及汽轮机的设计能够使得应力更均匀地分布在套装联轴器及汽轮机的各个部位上，提高了套装联轴器及汽轮机的安全可靠性及使用寿命。

40、5、本发明简化了应力计算方法。本发明提供了一种更简单的套装联轴器及汽轮机应力计算方法和安全准则来进行校核，使得工程师能够更加快速、准确地计算套装联轴器及汽轮机的应力，从而更好地设计和优化套装联轴器及汽轮机的结构。