一种汽轮机叶轮结构及其设计安装方法

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，更具体地涉及一种无锁口、叶片只数可调的汽轮机叶轮结构及其设计安装方法。

背景技术

汽轮机工作叶片通常由叶身、叶根和叶冠等部分组成。叶根部分装配在轮缘槽中，使叶片牢靠地固定在叶轮上，在任何运行条件下保证叶片在转子中的位置不变。常用的叶根结构型式有T型、叉型、枞树型等，T型叶根由于加工方便，装配容易，工作可靠，在强度不高的场合得到普遍应用。T型叶根属于周向装配式叶根，需要在叶轮轮缘加工出一个或两个末叶锁口，以便将叶片从锁口依次装入轮缘槽中。锁口处安装封口叶片，即末叶片，用铆钉将末叶片固定在轮缘上，使整圈叶片挤紧，保证汽轮机动叶片安全稳定运行。末叶片锁口的长度比叶片节距略大，宽度比叶根宽0.02～0.05毫米，这样叶片就能从锁口依次装入轮缘槽中。这种带锁口的结构在维修方面存在不便，叶片的安装更换都必须经过锁口进行，这必然会牵动许多完好叶片，增加拆装工作量，如果锁口对面的叶片坏了需要更换，必须把半圈的叶片拆下来再更换坏掉的叶片，效率低、工作量大。而且，轮缘锁口槽因型线特殊，无法在轮槽铣上加工，通常采用把转子运到数控落地镗上重新找正、加工，既费工费时，又影响其相对精度。

一般来说，汽轮机每级动叶片之间是相互抵接、挤紧的，这样才能保证在运行时叶片位置不变，工作安全稳定。也就是说，叶片安装数目必须与设计数目一致，才能保证叶片安装有效。这种设计方法在设计时确定好叶片数之后，装配时安装的叶片数就必须与设计的叶片数相同，也就是这种设计方案安装的叶片数不能调整。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种无锁口、叶片只数可调的汽轮机叶轮结构及其设计安装方法，用于克服现有技术中的上述缺陷，通过无锁口设计减少叶片安装的工作量，避免安装过程对转子叶轮的破坏，极大地提高叶片拆装的便利性，还能实现叶片安装数目的灵活调整，提升适用性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种汽轮机叶轮结构，包括叶片、垫块和叶轮，所述叶轮具有无锁口的叶轮槽，所述叶片和垫块依次安装在叶轮槽上。

优选的，所述叶片包括叶身和叶根，所述叶根结构为T型叶根，所述叶根具有与叶轮槽匹配的安装结构，所述叶根的安装结构包含两个接触面，分别与叶轮槽上的两个接触面相配合，装配后使得所述叶根与叶轮槽紧密配合。

优选的，所述叶根连接叶身的部分具有平行四边形截面，确保叶片能够以叶根宽度垂直于汽轮机轴线的方向放入轮槽，然后旋转90°完成叶轮与叶片间的安装。如将所述平行四边形截面设置为：AD平行于BC，AB平行于CD，线段AB长度小于等于DB长度，满足几何关系DB垂直AB且线段DB长度等于叶轮槽的宽度，即满足公式a

优选的，所述垫块包括标准垫块和末垫块，所述末垫块通过紧固件安装在叶轮上。具体的，标准垫块有两个接触面，分别与叶轮槽的两个接触面配合，末垫块只有一个接触面与叶轮槽配合，另一侧无接触面而通过螺钉等紧固件安装在轮缘的叶轮槽上。并且末垫块的根部宽度小于标准垫块的根部宽度，这种结构能够减轻末垫块重量，有效降低末垫块的根部应力水平，提高末垫块的强度。

优选的，所述标准垫块的形状、尺寸与叶根完全相同。

本发明还提供了一种汽轮机叶轮结构的设计安装方法，具体步骤为：

S1:加工叶根结构与叶轮槽适配的叶片；

S2：加工与叶轮槽适配的垫块；

S3：提供周向开有叶轮槽的叶轮；

S4:将叶片以叶根宽度垂直于汽轮机轴线的方向放入叶轮槽，旋转90°，使叶根的第一接触面和对应的叶轮槽接触面紧密配合，使叶根的第二接触面和对应的叶轮槽接触面紧密配合；

S5:装好一只叶片后，接着装垫块，垫块安装方法同叶片相同，确保垫块与叶轮槽紧密配合；

S6:按一只叶片一个垫块的顺序依次将叶片和垫块装入叶轮槽中，末垫块用螺钉固定在轮缘上，实现叶片和垫块间的周向挤紧，完成安装。

优选的，所述垫块包括标准垫块和末垫块，所述叶轮的轮缘上不开锁口，并在对应末垫块的位置设有与叶轮槽连通的固定孔，该固定孔按需设置为螺钉孔等安装结构，所述末垫块通过螺钉等紧固件安装在叶轮上。

优选的，所述步骤S3和步骤S4之间，先对各个所述叶片、垫块进行编号、称重及排序，提高整体组装效率。

优选的，所述步骤S1中，因每个垫块都与前后叶片抵接，叶片和垫块的数量相同，当在叶片数量为N且叶片和垫块角度相同的情况下，叶片和垫块角度的计算方法均为360°/2N。

当叶片数量不同时，本发明可以通过调整垫块角度及周向厚度来调整叶片的安装数目，按照上述方法计算调整后的垫块角度及周向厚度重新加工垫块，再按照相同的安装步骤将叶片和垫块依次装入叶轮槽，完成安装。

基于本发明提供的技术方案，所取得的有益效果为：

1、本发明提供的汽轮机叶轮结构，能够实现叶轮上无锁口的叶片安装，叶根结构可采用T型、菱形截面，叶根连接叶身的部分截面形状满足一定的几何尺寸关系，将叶片以叶根宽度垂直于汽轮机轴线的方向放入轮槽后再旋转90°即可完成叶轮与叶片的装配，本发明大大提高了叶片的装拆便利性以及安装效率，节省了繁琐的锁口加工作业并避免了潜在的精度问题。

2、本发明能够灵活调整叶片的安装数目，沿周向布置一定数量的垫块，每个垫块都置于两只动叶片之间，通过调整垫块的周向厚度来实现叶片安装数目的调整，结合本发明中的垫块角度计算方法制造加工调整用的垫块，叶片的安装与数目调整非常灵活，简单方便。

附图说明

图1是本发明的叶片主体示意图(型线部分以质量块代替)；

图2是本发明的叶片颈部截面几何尺寸示意图；

图3是本发明的垫块示意图；

图4是本发明的叶轮示意图；

图5是本发明的装配示意图；

图6为本发明的末垫块结构及安装示意图。

附图标记：1、叶身；2、叶根；3、垫块；4、叶轮；5、末垫块；6、螺钉。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行进一步的说明：

实施例1：

如图1至图6所示，本发明提供的一种无锁口汽轮机叶轮结构，包括叶片、垫块3和叶轮4，所述叶片和垫块3依次安装在叶轮槽上，所述垫块3包括标准垫块和末垫块，所述末垫块通过紧固件安装在叶轮4上。

所述叶片包含一体成型的叶身1和叶根2，所述叶根2为T型叶根，叶轮4的轮缘上开有倒T型的叶轮槽，所述叶片安装于叶轮槽内，叶根与叶轮槽的接触面紧密配合，所述叶片的每两个叶根间设有垫块3，所述垫块3的形状、尺寸与叶片的叶根形状、尺寸完全相同。

所述叶根连接叶身的部分具有平行四边形截面，在本实施例中的截面设计如图5所示，AD平行于BC，AB平行于CD，线段AB长度小于等于DB长度，满足几何关系DB⊥AB且线段DB长度等于叶轮槽的宽度，也可以加工为菱形截面等其它形式。

本发明使叶根与叶轮槽紧密配合来完成叶片安装，按照一只动叶片一个垫块的顺序依次安装，所述叶片以叶根宽度垂直于汽轮机轴线的方向放入轮槽后再旋转90°，所述垫块3的安装方法同叶片相同，在装配到末垫块时，将末垫块5通过螺钉6固定在轮缘上，至此，整圈叶片安装完成。

本发明提供的汽轮机叶轮结构设计安装方法，包括以下步骤：

步骤一：本发明设计的叶片包括叶身和叶根，所述叶根结构为T型叶根，所述叶根连接叶身的部分具有平行四边形截面，截面形状如图2所示，AD平行于BC，AB平行于CD，线段AB的长度小于等于线段DB的长度，并且线段DB垂直于AB，线段DB长度等于叶轮槽上部宽度，且满足以下公式：a

步骤二：设计及加工与叶轮槽适配的垫块，垫块分标准垫块和末垫块，标准垫块如图3所示，形状、尺寸与叶片的叶根形状、尺寸完全相同，末垫块的根部宽度小于标准垫块的根部宽度，末垫块根部有一个与叶轮槽配合的接触面，另一侧通过螺钉穿过轮缘固定在叶轮槽上；

步骤三：提供周向开有如图4所示叶轮槽结构的叶轮，所述叶轮的轮缘上不开锁口，并在对应末垫块的位置设有与叶轮槽连通的螺钉孔；

步骤四：将叶片以叶根宽度垂直于汽轮机轴线的方向放入叶轮槽后再旋转90°，使叶根的两个接触面分别与叶轮的两个接触面紧密贴合；

步骤五：按照同样的方法安装垫块，使叶片的叶根与垫块周向抵接；按照一只叶片一个垫块的方法依次装入叶片和垫块；

步骤六：末垫块以同样的安装方法放入轮槽，使末垫块一侧接触面与轮槽紧密贴合，另一侧用螺钉沿轴向将末垫块固定在轮缘上，挤紧整圈叶片，末垫块结构如图6所示，装配完成后如图5所示。

作为本发明的进一步实施方案，当要调整叶片安装数目时，先计算叶片安装数目调整后的垫块角度，具体计算方法如下：

1、叶片只数设为N1的垫块角度计算：单只叶片和垫块的角度是相同的，叶片只数设为N1，因每个垫块都与前后叶片抵接，则垫块只数为N1，那么每只叶片角度为360°/(2N1),每个垫块角度为360°/(2N1)。

2、叶片只数设为N2的垫块角度计算：现要调整叶片安装只数为N2，只需调整垫块的周向厚度即可，以垫块角度来计算：N2只叶片所占角度为N2·360°/(2N1)，因N2只叶片相应的有N2个垫块，则垫块角度调整为[360°-N2·360°/(2N1)]/N2。

然后按照调整后的垫块角度重新加工垫块，将叶片和调整用的垫块重复以上安装步骤，即可制作具有不同叶片数量的无锁口汽轮机叶片结构。

以上仅是本发明的具体实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。