某半速核電汽輪機低壓轉(zhuǎn)子末級葉片裝配方法探究

賈國慶 姚福軍 趙伯安 劉良玉

摘要：通過對某半速核電汽輪機低壓轉(zhuǎn)子末級葉片結(jié)構(gòu)和裝配要求進行分析，研究裝配過程中存在的隱患及問題，制定出相應(yīng)的工藝方案，保證了末級葉片的順利裝配完成，同時很好地滿足了葉片圍帶間、拉筋凸臺間的間隙要求，也為其他類似超長葉片的裝配提供了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：汽輪機;轉(zhuǎn)子;葉片;裝配

1? ? 概述及項目背景

長葉片的開發(fā)是核電汽輪機研制項目的關(guān)鍵內(nèi)容之一，使用更長的末級葉片可大幅降低汽輪機的整體損失和機組的建設(shè)成本。1 828 mm葉片是東汽自主研發(fā)的半轉(zhuǎn)速核電汽輪機轉(zhuǎn)子末級使用的葉片，是目前世界上最長的葉片之一。該葉片工作離心力巨大，葉根采用承載能力大的直齒樅樹型結(jié)構(gòu)。它工作環(huán)境惡劣，同時又是汽輪機組的核心零部件，裝配要求非常嚴格，給裝配工作帶來了很大困難。

2? ? 葉片介紹及裝配要求

該葉片葉身超長（1 828 mm）、重量超重（225.48 kg/支），葉根型式為帶一定傾斜角的直齒樅樹型，自帶拉筋凸臺與葉冠，葉片模型如圖1所示。

該結(jié)構(gòu)的葉片在裝配時拉筋凸臺之間、圍帶之間以及凸臺拉筋與葉片工作部分之間產(chǎn)生干涉，詳見圖2、圖3裝配間隙要求。該葉片與目前國內(nèi)長葉片的結(jié)構(gòu)形式區(qū)別較大，沒有成熟的裝配經(jīng)驗可以借鑒。

3? ? 葉片裝配難點剖析

該葉片重量重、汽道長，對葉片裝配造成如下難點：

3.1? ? 輪槽掛入存在安全問題

由于在裝配時拉筋凸臺之間、圍帶之間以及凸臺拉筋與葉片工作部分之間產(chǎn)生干涉，因此必須將葉片逐個掛入輪槽，然后再一起整體推入葉輪;由于葉根為斜齒樅樹型，整級葉片裝完后回轉(zhuǎn)直徑達7 m，而掛入輪槽深度不超過50 mm，因此，在逐個掛入階段，葉片可能會從輪槽滑出掉落，存在人身安全風險及損傷工件的可能性。

3.2? ? 人力難以裝入

葉片葉根與轉(zhuǎn)子輪槽互為仿形，需準確插入輪槽。而單只葉片重量225.48 kg，人力難以搬動和裝入，必須設(shè)計合理的搬動裝入方案。

3.3? ? 葉片輻射線難以保證

葉片葉身過長，導(dǎo)致葉片重心離轉(zhuǎn)子輪緣部位較遠;同時葉片葉根與轉(zhuǎn)子輪槽間存在間隙（非工作面0.56～0.77 mm，R相接處0.59～0.79 mm，工作面0～0.04 mm），導(dǎo)致葉片徑向性難以保證。

3.4? ? 裝配時葉片重力矩不平衡明顯

葉片汽道長，轉(zhuǎn)子葉輪外圓大，導(dǎo)致葉片重心距轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心較遠;同時單只葉片重，每只葉片在掛入后，其重力均會對轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生一定的重力矩。如果采用常規(guī)轉(zhuǎn)子按輪槽順序裝配葉片的方法，葉片引起的重力矩不平衡量將逐漸增大。在裝配的葉片達到一定數(shù)量時，該不平衡量將顯著增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在滾輪支架上發(fā)生轉(zhuǎn)動，引起人身安全隱患。

3.5? ? 末葉裝配發(fā)生干涉

受裝配間隙要求及葉片結(jié)構(gòu)限制，在裝配至最后一支葉片時，由于末葉兩側(cè)其余所有葉片均已掛入輪槽，留給末葉兩側(cè)的空間非常狹窄和難以調(diào)整，導(dǎo)致最后一支末葉與相鄰葉片之間發(fā)生干涉，難以順利裝入。

4? ? 解決方案

4.1? ? 針對輪槽掛入存在安全問題

（1）將葉片分組，采用8根拴緊帶，將該組葉片用拴緊帶在靠近葉根部位拴緊，拴緊帶另一頭拴在葉根槽位置;通過拴緊帶，每組葉片被成組固定在葉根槽上。（2）設(shè)計并制作8個L型葉片保護裝置，如圖4所示。采用L型支架，該支架定位在葉片掛入一側(cè)的葉輪端面的螺栓上，支架上采用螺栓將葉片葉根中間體底部及端面頂住。通過上述兩個措施，大大減小了葉片從輪槽滑落的風險。

4.2? ? 針對葉片難以裝入問題

（1）采用專用的機械手，將葉片吊至待裝入輪槽位置;（2）采用葫蘆吊，用繞在轉(zhuǎn)子凸臺外圓上的扁平吊裝帶進行定位，安裝在待裝入葉片正上方;（3）設(shè)計并制作葉片起吊工裝，該工裝內(nèi)部槽與葉片葉根互為仿形，使用時將葉片葉根推入工裝仿形槽內(nèi)，并采用螺釘頂緊。用吊裝帶連接在葉根起吊專用工裝吊耳上，通過吊繩緩慢調(diào)整葉片位置，并通過葫蘆調(diào)整葉片高度，直至將葉片裝掛入輪槽后緩慢推入50 mm。

4.3? ? 針對葉片輻射線難以保證問題

（1）每只葉片在裝入時都將待裝輪槽轉(zhuǎn)至06：00方向，使葉片在豎直狀態(tài)下裝入;（2）裝入后采用工藝斜塊，嵌入葉根底部凹槽與輪槽底面之間，使葉片工作面之間貼死，處于工作狀態(tài)。通過這兩種措施，確保了葉片徑向性，如圖5所示。

4.4? ? 針對裝配時葉片重力矩不平衡明顯問題

在葉片稱重排序好后，將葉片及輪槽做好安裝對應(yīng)標記。然后將葉片分組，進行對稱安裝：先安裝一組葉片，然后旋轉(zhuǎn)180°，在對稱位置再安裝一組葉片，如圖6所示。所有葉片均按該方式安裝，直至最后一只收尾葉片，如圖7所示。

4.5? ? 針對末葉裝配發(fā)生干涉問題

受葉片結(jié)構(gòu)、間隙等限制，在裝入末葉時，采取如下兩個措施：（1）對于最后一支葉片兩側(cè)的3～5只葉片，其掛入輪槽深度一側(cè)適當逐漸減小，另一側(cè)適當逐漸增加，該措施的主要目的是增加凸臺及葉冠的裝配空間，以便末葉裝入;（2）設(shè)計制作葉片撐開工裝，將撐開工裝的拴緊帶拴在與最后一支葉片相鄰的兩只葉片靠近葉冠部位，采用撐開工裝將兩只葉片向兩側(cè)拉開，以便末葉安裝有更多的空間。

5? ? 結(jié)語

本文通過對1 828 mm葉片裝配工藝的研究，提出了新的裝配方法，設(shè)計了新的裝配工裝，攻克了汽輪機轉(zhuǎn)子超長葉片裝配過程中的許多難題，并成功應(yīng)用于“華龍一號”項目的汽輪機轉(zhuǎn)子生產(chǎn)制造過程中，順利通過高速動平衡試驗，掌握了該類型葉片裝配的關(guān)鍵技術(shù)。

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收稿日期：2019-12-05

作者簡介：賈國慶（1985—），男，四川合江人，工程師，主要從事汽輪機轉(zhuǎn)子加工、動葉片裝配方面的生產(chǎn)制造服務(wù)工作。