汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉根勾槽的塞規(guī)研究

楊曉濤，常健

(1. 南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000； 2. 中國礦業(yè)大學(xué)， 江蘇 徐州 221116)

1 葉根槽型介紹

汽輪機(jī)動(dòng)葉片是汽輪機(jī)的主要元件之一。動(dòng)葉片的結(jié)構(gòu)由葉頂、型線部分、中間體和葉根組成[1]。動(dòng)葉片通過葉根與轉(zhuǎn)子本體相連。轉(zhuǎn)子本體上與動(dòng)葉片葉根配合的部分結(jié)構(gòu)稱之為葉根槽。我公司的產(chǎn)品有6種大類的葉根槽形，詳見圖1。

圖1 葉根槽全圖

1) 圖1(a)所示為倒T型葉根槽的截面，該截面法線垂直于轉(zhuǎn)子中心線，代號(hào)為TG(T型根的縮寫)。根據(jù)喉部尺寸W的不同分成小類。目前有TG-7、TG-8、TG-9、TG-10、TG-12、TG-14、TG-16、TG-18、TG-20、TG-23、TG-24、TG-26、TG-30、TG-34、TG-40、TG-50共16個(gè)小類。每個(gè)小類因?yàn)槠渌叽绲牟煌殖刹煌膫€(gè)體，如TG-9(1)、TG-18-1等。這類槽多用于高中壓級(jí)，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中廣泛存在，采用車削的工藝方法加工而成[2]。

2) 圖1(b)所示為外包倒T型葉根槽的截面，該截面法線垂直于轉(zhuǎn)子中心線，代號(hào)為BG(外包型根的縮寫)。根據(jù)喉部尺寸W的不同分成小類。目前有BG-7、BG-8、BG-10、BG-11、BG-12、BG-14、BG-16、BG-19、BG-22、BG-24共10個(gè)小類。每個(gè)小類因?yàn)槠渌叽绲牟煌殖刹煌膫€(gè)體，如BG-14(1)、BG-16-1等。這類槽多用于高中壓級(jí)中的中壓部分，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中應(yīng)用廣泛，采用車削的工藝方法加工而成。

3) 圖1(c)所示為雙倒T型葉根槽的截面，該截面法線垂直于轉(zhuǎn)子中心線，代號(hào)為2BG、2TG(2層根的縮寫)。根據(jù)喉部尺寸W的不同分成小類。目前有2BG-20、2BG-28、2BG-34共3個(gè)外包小類和2TG-30共1個(gè)倒T型小類。每個(gè)小類因?yàn)槠渌叽绲牟煌殖刹煌膫€(gè)體，如2BG-20(1)、2BG-34-2、2TG-30(1)等。這類槽多用于低壓級(jí)，在大功率機(jī)組的低壓部分廣泛存在，采用車削的工藝方法加工而成。

4) 圖1(d)所示為菌型葉根槽的截面，該截面法線垂直于轉(zhuǎn)子中心線，代號(hào)為JG(菌型根的縮寫)。根據(jù)喉部尺寸W的不同分成小類。目前有JG-14、2JG-11.12、2JG-16、3JG-14、3JG-16、3JG-16.05、3JG-17.53、3JG-21.23、3JG-25.6、3JG-26、3JG-27.94共11個(gè)小類。每個(gè)小類因?yàn)槠渌叽绲牟煌殖刹煌膫€(gè)體，如2JG-11.12-1等。這類槽多用于調(diào)節(jié)級(jí)、高壓級(jí)，在大功率機(jī)組以及反動(dòng)式轉(zhuǎn)子的高壓部分廣泛存在，采用車削的工藝加工而成[3]。

5) 圖1(e)所示為叉型葉根槽的截面，該截面法線垂直于轉(zhuǎn)子中心線，代號(hào)為CG(叉型根的縮寫)。根據(jù)喉部尺寸W的不同分成小類。目前有2CG-30、2CG-44、2CG-49、3CG-51、3CG-65.5、3CG-82.5、3CG-97.5、3CG-107、4CG-97.5、4CG-129.5、5CG-147、5CG-150共12個(gè)小類。每個(gè)小類因?yàn)槠渌叽绲牟煌殖刹煌膫€(gè)體，如3CG-65.5A、3CG-65.5L、3CG-82.5(1)等。這類槽多用于小功率機(jī)組的套裝葉輪的末級(jí)或者次末級(jí)以及大功率機(jī)組的調(diào)節(jié)級(jí)，采用車削的工藝方法加工而成[4]。

6) 圖1(f)所示為樅樹型葉根槽的截面，該截面法線與轉(zhuǎn)子中心線不垂直，代號(hào)為ZG。根據(jù)喉部尺寸W的不同分成小類。目前有3ZG-12、3ZG-15、3ZG-18、3ZG-21、3ZG-25、4ZG-30共6個(gè)小類。每個(gè)小類因?yàn)槠渌叽绲牟煌殖刹煌膫€(gè)體，如3ZG-12-W、3ZG-18-P、4ZG-30-T等。這類槽多用于大功率汽輪機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子以及反動(dòng)式汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子。由于截面法線不垂直于轉(zhuǎn)子中心線，所以采用銑削的工藝方法加工而成。

本文關(guān)注的是TG和BG以及2BG、2TG型葉根槽車削中的勾槽深度尺寸控制，現(xiàn)以BG-14-2槽為例來進(jìn)行介紹。

圖2 BG-14-2葉根槽截面圖

圖3 勾槽塞規(guī)初設(shè)圖

2 尺寸鏈知識(shí)介紹

尺寸鏈：在機(jī)器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組[6]。

環(huán)：列入尺寸鏈中的每一個(gè)尺寸。

封閉環(huán)：尺寸鏈中在裝配過程或者加工過程最后形成的一環(huán)。

組成環(huán)：尺寸鏈中對(duì)封閉環(huán)有影響的全部環(huán)，這些環(huán)中任一環(huán)的變動(dòng)必然引起封閉環(huán)的變動(dòng)。

增環(huán)：尺寸鏈中的組成環(huán)，由于該環(huán)的變動(dòng)引起封閉環(huán)同向變動(dòng)。同向變動(dòng)指該環(huán)增大時(shí)封閉環(huán)也增大，該環(huán)減小時(shí)封閉環(huán)也減小。

減環(huán)：尺寸鏈中的組成環(huán)，由于該環(huán)的變動(dòng)引起封閉環(huán)反向變動(dòng)。反向變動(dòng)指該環(huán)增大時(shí)封閉環(huán)減小，該環(huán)減小時(shí)封閉環(huán)增大。

完全互換法計(jì)算方法：封閉環(huán)的上偏差等于鏈中所有增環(huán)的上偏差之和減去所有減環(huán)的下偏差之和；封閉環(huán)的下偏差等于鏈中所有增環(huán)的下偏差之和減去所有減環(huán)的上偏差之和[7]。

3 勾槽塞規(guī)設(shè)計(jì)過程

a) 確定勾槽塞規(guī)的測(cè)量值

b) 確定勾槽塞規(guī)通止端尺寸

工件孔基本尺寸21.5mm，工件孔公差T=(+0.1)-(+0.05)=0.05mm=50μm。

查GB/T1957-2006《光滑極限量規(guī)技術(shù)條件》中6.2節(jié)，工件孔基本尺寸18～30段IT8級(jí)孔或軸的公差值為33μm，T1=3.4μm，Z1=5.0μm，IT9級(jí)孔或軸的公差值為52μm，T1=4.0μm，Z1=7.0μm[8]。

采用去尾法進(jìn)行數(shù)值圓整，要求能被0.2整除。T1=3.8μm=0.003 8mm,Z1=6.6μm=0.0066mm。

按照GB/T1957-2006《光滑極限量規(guī)技術(shù)條件》中6.1節(jié)量規(guī)尺寸公差帶及其位置圖所示列出計(jì)算方程：

c) 確定勾槽塞規(guī)喉部尺寸

葉根槽喉部直槽尺寸14mm，工件孔公差T=(+0.15)-(+0.1)=0.05mm=50μm。

查GB/T1957-2006《光滑極限量規(guī)技術(shù)條件》中6.2節(jié)，工件孔基本尺寸10～18段IT9級(jí)孔或軸的公差值為43μm，T1=3.4μm，Z1=6.0μm，IT10級(jí)孔或軸的公差值為70μm，T1=4.0μm，Z1=8.0μm。

采用去尾法進(jìn)行數(shù)值圓整，要求能被0.2整除。T1=3.4μm=0.0034mm,Z1=6.4μm=0.0064mm。

按照GB/T1957-2006《光滑極限量規(guī)技術(shù)條件》中6.1節(jié)量規(guī)尺寸公差帶及其位置圖所示列出計(jì)算方程：

d) 確定勾槽塞規(guī)工藝尺寸

將已經(jīng)確定的數(shù)值填入初設(shè)圖，得到圖4。

圖4 勾槽塞規(guī)尺寸鏈圖

由完全互換法計(jì)算方法列方程：

解方程求得：H=14.545 95,ES=0,EI=-0.002 1。

由完全互換法計(jì)算方法列方程：

解方程求得：J=14.504 45,ES=0,EI=-0.002 1。

最終的勾槽塞規(guī)圖如圖5。

圖5 勾槽塞規(guī)圖

4 結(jié)語

這種方法不僅可用于TG、BG型葉根槽，對(duì)于2BG、2TG型槽、汽輪機(jī)隔板內(nèi)環(huán)勾槽同樣適用，無論用于什么樣的勾槽，都需要因地制宜，做適當(dāng)?shù)淖兺ā?/p>

實(shí)踐中計(jì)算過程繁瑣，利用EXCEL軟件將計(jì)算過程制作成電子表格，只要輸入相關(guān)數(shù)據(jù)即可自動(dòng)運(yùn)算。有興趣的讀者可以自行編寫電子表格。