汽轮机转子及构成

汽轮机转子及构成

1转子定义

汽轮机所有转动部件的组合体称为转子（图13）。它主要包括：主轴、叶轮（转鼓）、叶片、联轴器等部件。

图13 转子

转子的作用：汇集各级动叶栅所得到的机械能，并传给发电机。

转子受力分析：传递扭矩、离心力引起的应力、温度不均匀引起的热应力、轴系振动所产生的振动应力。

汽轮机转子在高温蒸汽中高速旋转，不仅要承受汽流的作用力和由叶片、叶轮本身离心力所引起的应力，而且还承受着由温度差所引起的热应力。

此外，当转子不平衡质量过大时，将引起汽轮机的振动，转子要承受轴系振动所产生的振动应力。因此，转子的工作状况对汽轮机的安全、经济运行有着很大的影响。

2转子的分类

根据汽轮机的分类，转子分为两种：轮式转子、鼓式转子。前者用于冲动式汽轮机，后者用于反动式汽轮机，鼓式转子上的动叶直接安装在转鼓上。

按临界转速是否在运行转速围，分为刚性转子和柔性转子。在启动过程中，

刚性转子启动就很方便，不存在跨临界区域，而柔性转子因需要快速的跨临界，故要求用户在实际启动过程中，要充分暖机，为快速跨临界作好准备。

1、轮式转子

轮式转子根据转子结构和制造工艺的不同，可分为：套装转子、整段转子、焊接转子以及组合转子。

1-油封环2-轴封套3-轴4-动叶栅5-叶轮6-平衡槽

图14 套装转子示意图

（1）套装转子

套装转子的叶轮、轴封套、联轴器等部件和主轴是分别制造的，然后将它们热套在主轴上，各部件与主轴之间采用过盈配合，并用键传递力矩。主轴加工成阶梯形，中间直径大。

适用性：只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。不宜用于高温高压汽轮机的高、中压转子。

①优点：加工方便，材料利用合理，质量容易得到保证。

②缺点：轮孔处应力较大，转子刚性差，高温下套装处易松动。

（2）整锻转子

叶轮和主轴及其他主要零部件由整体毛坯加工制成，没有热套部件。主轴的中心通常钻有中心孔，其作用是：

①去掉锻件中残留的杂质及疏松部分；

②用来检查锻件的质量；

③减轻转子的重量。

其缺陷在于：

①使转子工作应力增大，制造成本增加；

②运行中易出现中心孔进油、进水、腐蚀，引起转子不明的振动；

③检修、动平衡复杂。

随着锻造、热处理及探伤技术水平的提高，无中心孔的转子结构应运而生。

①优点：不会出现零件松动问题，结构紧凑，强度、刚度高，适合高温、高应力环境下工作；

②缺点：贵重材料消耗大，对加工工艺要求高。

适用性：中小型汽轮机的高压转子、大型汽轮机的任何转子（高参数或超高参数机组的高压转子）。

图15 整锻转子毛坯

（3）焊接转子

若干实心轮盘、端轴单独铸造，然后焊接加工。焊接转子的主要优点是：不存在松动问题；采用实心的轮盘，强度高，不需要叶轮轮壳，结构紧凑；轮盘和转子可以单独制造，材料利用合理，加工方便且易于保证质量；焊成整体后转子刚性较大等。但是焊接转子要求材料的可焊性好，焊接工艺及检验技术要求高且比较复杂，这一切在一定程度下妨碍了焊接转子的应用。

图16 整锻转子示意图

1-叶轮2-焊缝3-动叶栅4-平衡槽5-联轴器的连接轮

图17 焊接转子示意图

（4）组合转子

根据各段的工作条件不同，在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。

适用性：广泛用于高参数、中等功率的汽轮机上。

图18 组合转子示意图

2、鼓式转子

反动式汽轮机采用，无叶轮，动叶片直接装在转鼓的凸环上（反动式汽轮机级数较多，动叶栅的反动度大，采用转鼓式转子可缩短轴向长度，避免轴向推力过大）

图19鼓式整锻转子

附表不同转子结构的比较

序号项目套装转子整锻转子焊接转子组合转子

1 结构紧凑程度不紧凑紧凑紧凑中等

2 转子零件多少少中等

3 加工周期短长长中等

4 锻件质量保证程度容易较难中等中等

5 轮孔应力高低低高

6 锻件大小小大小中等

7 转子刚度小大大中等

8 转子静挠度大小小中等

9 启动速度慢快快中等

10 叶轮松动可能有无无

3、转子的选材

转子材料选择要素：转子工作温度、结构特点、应力状态、工作条件以及材料使用的经济性；叶轮、转子的材料应具有足够的机械强度和韧性，性能稳定，金项组织均匀、无损探伤合格、热处理和冷热工艺性良好。高温下工作的部件，不仅要考虑工作温度下的屈服极限，还要考虑工作温度下的持久强度和蠕变强度。

对于套装转子，叶轮的材料通常采用34CrMo1A和35CrMoV,载荷较大的低压叶轮可用34CrNi3Mo;套装转子的主轴，根据工作温度和应力状态分别选用45或34CrMo1A。

对于整锻转子，可根据工作温度分档选取，工作温度低于480℃，可选用34CrMo1A，工作温度低于540℃时，可选用34Cr2MoV或30Cr1Mo1V；低压整锻转子工作温度较低，要求材料在常温下有较高的机械强度和低的脆性转变温度，常采用30Cr2Ni4MoV。工作温度达到600℃时，可选用X12CrMoWVNbN10-1-1

对于焊接转子，材料要有良好的焊接性能，可选用25Cr2NiMoV。

3动叶片

在汽轮机工作过程中随汽轮机转子一起转动的叶片称工作叶片，动叶片安装在转子叶轮(冲动式汽轮机)或转鼓（反动式汽轮机）上，接受喷管叶栅射出的高速汽流，把蒸汽的动能转换成机械能，带动转子旋转。

动叶由叶型、叶根、叶顶三部分组成。

1、叶型

（1）按照蒸汽经过叶片时的膨胀程度来分为冲动式叶片和反动式叶片；

（2）按照截面积变化来分为等截面叶片和变截面叶片。等截面叶片的截面积沿叶高是不变的，变截面叶片的截面积沿叶高按照一定的规律减小，即叶片绕