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汽轮机转子的类型和结构

2024-04-28

汽轮机转子的类型和结构

汽轮机转子按形状分为转轮型转子和转鼓型转子两大类。转鼓型转子多适用于反动式汽轮机。目前大、中、小容量的冲动式汽轮机广泛采用转轮型转子，而某些大功率冲动式汽轮机的低压部分转子也采用转鼓型。转子按制造工艺不同，又可分为套装式、整锻式、组合式及焊接式转子。
（一）转子的类型
一台机组采用何种类型的转子，由转子所处的温度条件及各国的锻冶技术确定。
1、套装转子
套装转子的叶轮、轴封套、联轴节等部件是分别加工后，红套在阶梯型主轴上的。各部件与主轴之间采用过盈配合，以防止叶轮等因离心力及温差作用引起松动，并用键传递力矩。中、低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用套装结构。
套装转子的优点：加工方便，生产周期短；可以合理利用材料，不同部件采用不同的材料；叶轮、主轴等锻件尺寸小，易于保证质量，且供应方便。缺点：在高温条件下，叶轮内孔直径将因材料的蠕变而逐渐增大，最后导致装配过盈量消失，使叶轮与主轴之间产生松动，从而使叶轮中心偏离轴的中心，造成转子质量不平衡，产生剧烈振动，且快速启动适应性差。因此，套装转子不宜直接作为高温高压汽轮机的高压转子。
2、整锻转子
汽轮机组的转子广泛采用整锻转子。整锻转子的叶轮和主轴是一体锻造出来的，所以不存在键槽应力腐蚀开裂和套装件的松弛等问题，比套装转子具有明显的优越性。整锻转子的应用主要取决于钢厂的冶炼水平和钢锭的质量。通过钢包精炼、真空铸锭和多种重熔工艺，使锻件芯部夹杂物含量和偏析程度大大降低。随着鼓风冷却和喷水冷却工艺的日益完善，转子热处理后的性能得到提高，不同部位性能差异减少；而且组织均匀、晶粒细小，为转子高灵敏度超声波探伤创造了条件；同时也能得到较低的脆性转变温度（FATT ），从而保证了整锻转子良好的机械性能和启动运行的灵活性。
整锻转子的叶轮、轴封套和联轴节等部件与主轴是由一整锻件车削而成的，无热套部件，这解决了高温下叶轮与主轴连接可能松动的问题，因此整锻转子常用作大型汽轮机的高、中压转子。整锻转子的优点是：结构紧凑，装配零件少，可缩短汽轮机轴向尺寸；没有红套的零件，对启动和变工况的适应性较强，适于在高温条件下运行；转子刚性较好。整锻转子的缺点是：锻件大，工艺要求高，加工周期长，大锻件质量难以保证，且检验比较复杂，又不利于材料的合理使用。
3、焊接转子
汽轮机的低压转子直径大，特别是大功率汽轮机的低压转子质量大，叶轮承受很大的离心力。当采用套装转子结构时，叶轮内孔在运行中将发生较大的弹性形变，因而需要设计较大的装配过盈量，但这样又引起很大的装配应力。若采用整锻转子，则因锻件尺寸太大，质量难以保证。为此采用分段锻造，焊接组合的焊接转子，它主要由若干个叶轮与端轴拼合焊接而成。
焊接转子质量轻，锻件小，结构紧凑，承载能力高。与尺寸相同、带有中心孔的整锻转子相比，焊接转子强度高，刚性好，重量减轻20%~25%。由于焊接转子工作可靠性取决于焊接质量，故要求焊接工艺高，材料焊接性能好，否则难以保证。因此，这种转子的应用受到焊接工艺及检验方法和材料种类的限制，随着焊接技术的不断发展，它的应用将日益广泛。此外，反动式汽轮机因为没有叶轮，也常用此类转子。
与套装式和整锻转子相比，焊接转子明显具有以下优点：
（1）焊接式转鼓型转子为中空腔室结构，其热应力和离心应力较低，启动灵活，并能适应负荷的快速变化，使用寿命长。
（2）每个转子是用多块小锻件组合焊接的，各段的质量可得到保证，探伤比较彻 底，个别段即使发生质量问题，处理也比较方便。
（3）小块锻件，热处理淬透性好，残余应力低，材质均匀。
（4）材料可按需要灵活选用。
4、组合转子
因转子各段所处的工作条件不同，故可在高温段采用整锻结构，而在中、低温段采用套装结构，形成组合转子，以减小锻件尺寸。一台机组选用转子的数目依其功率、蒸汽参数及总体结构布置而定。

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