CN105351011A - 汽轮机及其销钉组合转子、组合转子的组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽轮机及其销钉组合转子、组合转子的组装方法。汽轮机销钉组合转子包括高温段、低温段以及设置在高温段和低温段外周上的多个叶轮，所述高温段和低温段的连接端部具有轴向凹凸的配合结构，所述轴向凹凸的配合结构具有沿径向设置的多个销钉孔，所述销钉组合转子还包括安装至所述销钉孔、用于将所述轴向凹凸的配合结构固定在一起的多个销钉连接结构。本发明具有简单紧凑牢固可靠的结构，并降低了制造工艺难度和制造成本、同时还可以提高成品率。

Description

汽轮机及其销钉组合转子、组合转子的组装方法

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，具体而言涉及汽轮机及其销钉组合转子、组合转子的组装方法。

背景技术

汽轮机是火力发电行业的主要生产设备之一，属于以水蒸汽为介质的复杂能源转换机械设备，起着把蒸汽的热能转化为机械能并最终带动发电机以将机械能转化为电能的作用。汽轮机的工作原理为：锅炉产生的高温高压过热蒸汽进入汽轮机后，在汽轮机的每一级动静叶片之间产生热能和动能的转换，通过逐级膨胀作功，高速流动的蒸汽推动汽轮机转子高速旋转，带动发电机长期工作，从而将机械能转换成巨大的电能。汽轮机也可称为蒸汽透平。

目前，汽轮机根据蒸汽气流在透平动静叶片级间的工作特性可分为冲动式汽轮机与反动式汽轮机。冲动式汽轮机中的蒸汽气流在动叶间只改变方向，主要在静叶间膨胀加速，透平的级反力度小。现阶段国内设计生产的汽轮机大多数为冲动式汽轮机。例如，100MW至200MW功率等级的汽轮机通常采用超高压冲动式结构，其进汽初参数最佳取值范围为：压力12.7Mpa至13.7Mpa、温度530℃至560℃。

现有的100MW至200MW功率等级的超高压冲动式汽轮机设计中，一般采用双缸、双转子、多排汽结构，这主要由该功率等级汽轮机的进汽初参数为超高压决定的。对于超高压汽轮机来说，若要达到100MW至200MW的输出功率，必须有相应的蒸汽流量与出口背压匹配。汽轮机根据进汽排汽参数进行相关热力、气动、通流、结构设计。同时考虑到汽轮机材料强度、制造工艺、气动性能，国内外汽轮机厂家对该功率等级汽轮机一般均采用双转子、双缸、多排汽结构，主要是双转子、双缸、双排汽结构。

根据蒸汽在汽轮机内的工作压力等级，汽轮机设置有多个独立的汽缸，例如高压缸、中压缸和低压缸。每个汽缸内设有一个独立的转子或联合转子，多个转子之间通过联轴器连接在一起。蒸汽作功后的排汽从汽轮机低压缸的多个低压排汽口排出。

汽轮机转子是汽轮机组的最重要零部件之一，对转子材料品质、冶炼工艺、锻造工艺、热处理工艺、精密机械加工工艺、质量检测手段等均有着非常严格的技术要求。汽轮机转子的制造加工过程一直是汽轮机产品制造加工体系中的重中之重。现有的超高压进汽参数汽轮机所具有的多转子、多缸、多排汽特点造成了其存在结构复杂、机组总长度等外形尺寸过大、重量较大、制造成本较高等缺点。

针对上述100M至200MW功率等级的超高压冲动式汽轮机的缺点和不足，人们研发出一种新型的单轴单缸单排汽超高压中间再热双抽汽冲动凝汽式汽轮机(以下简称单轴单缸汽轮机)并投入运行。这种新型汽轮机的最主要技术特征之一就是仅具有一根完整的转子，也叫整体锻造转子，简称整锻转子。整锻转子是由一整根特殊高合金耐热转子钢锻造毛坯加工而成。该整锻转子只有前后两端有轴承支承，整根转子贯穿汽轮机的高压缸和中低压缸，全部动叶片都安装在这同一根转子上。也就是说整锻转子要在高温高压、中温中压、再热后的高温中压以及低温低压各种工作环境下，同时经受住各种工作环境的考验，长期高负荷、高转速地安全运转。上述一系列不利因素，对整锻转子的设计制造加工过程，提出了更高的技术要求。

汽轮机整锻转子的锻造毛坯设计制造周期通常在六个月以上。相比于多转子、多缸、多排汽结构的汽轮机中分段制造的转子而言，整锻转子设计难度大幅度上升，锻造毛坯制造加工工艺难度进一步加大，且在制造加工的任何一个环节或者整锻转子的任何一个部位出现问题，都有可能导致整根转子报废，造成巨大经济损失和工期延误。锻造毛坯制造加工工艺中最为关键的整体差温热处理工艺环节可以说是整锻转子的最大工艺难点。所谓整体差温热处理，是指采用某种特殊材质成分、采用特殊冶炼锻造工艺制造的整体转子钢毛坯，在转子高温段和转子低温段分别采用不同的特殊热处理工艺同炉同时进行转子的整体热处理，其难度之大，技术要求之高使得在世界范围内成熟掌握此类技术的生产厂商屈指可数，质量达顶极的不过一二。相应地，整锻转子的制造成本也大幅度提高。根据粗略估算，单轴单缸汽轮机组的单根整锻转子的综合制造加工成本约为普通多轴多缸多排汽汽轮机组的高、中、低压转子制造加工总成本的三倍以上。另外，高质量的整锻转子主要依靠从国外进口，而且技术领先产品优良的供货厂商，全世界仅有一两家可选，可见其制造加工技术难度之高。这一类整锻转子的完全国产化，还有相当长的路要走，还有相当多的技术难点需要克服。

由此可以看出，由于当前世界范围内大型锻件资源不足、制造成本高昂，汽轮机用转子锻件已经成为汽轮机发展的障碍之一，制约着国内汽轮机制造行业的进步。因此，需要研究一种新型的单缸汽轮机用转子，以解决上述这些问题。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的汽轮机销钉组合转子，其具有简单紧凑牢固的结构，并降低了制造工艺难度和制造成本、提高成品率。

本发明还提供了一种采用上述改进的销钉组合转子的汽轮机。

本发明另外还提供了一种上述改进的销钉组合转子的组装方法。

根据本发明的一个方案，汽轮机销钉组合转子包括高温段、低温段以及设置在高温段和低温段外周上的多个叶轮，所述高温段和低温段的连接端部具有轴向凹凸的配合结构，所述轴向凹凸的配合结构具有沿径向设置的多个销钉孔，所述销钉组合转子还包括安装至所述销钉孔、用于将所述轴向凹凸的配合结构固定在一起的多个销钉连接结构。

这样，转子被分成通过销钉和轴向凹凸的配合结构相连接的两段，可以先对这两段分别进行加工以满足高温段和低温段的不同要求后再牢固连接在一起，降低加工工艺难度、提高产品成品率并降低成本。一旦其中一段出现不可弥补的缺陷，仅需要更换这一段而无需将整个转子报废。

在一个实施例中，所述轴向凹凸的配合结构包括位于高温段和低温段其中一个上的第一凸部、第二凸部、位于所述第一凸部与所述第二凸部之间的凹部以及位于高温段和低温段其中另一个上的第三凸部，所述第三凸部以与所述第一凸部和第二凸部过盈配合的方式被容置在所述凹部中。这样，低温段和高温段配合更加紧密，避免转子转动过程中两段之间发生径向窜动，延长转子的使用寿命。

优选地，呈凸环状的所述第一凸部和第二凸部位于所述低温段上，呈凸环状的第三凸部位于高温段上，所述高温段还具有位于所述第三凸部径向内侧的呈凸环或圆形凸台状的第四凸部，所述第三凸部和第四凸部之间限定出过盈配合容纳所述第二凸部的凹槽，所述低温段的第一凸部和第二凸部与高温段的第三凸部和第四凸部沿销钉组合转子的径向交错设置。这样可以使高温段和低温段更好的配合。

优选地，所述多个销钉连接结构包括沿销钉组合转子周向均布的第一销钉结构和第二销钉结构，第一销钉结构和第二销钉结构交错设置，其中所述第一销钉结构包括穿设进所述第一凸部、第二凸部、第三凸部以及第四凸部的第一销钉，第二销钉结构包括穿设进第一凸部、第二凸部以及第三凸部并与第四凸部径向间隔开的第二销钉。这样可以提高销钉连接结构的连接强度，受力更加均衡。

优选地，第一销钉和/或第二销钉的顶部形成有安装孔，所述销钉连接结构还包括：位于所述第一销钉和/或第二销钉顶部上的径向定位件，包括多个能组成具有中心孔的环状结构的弧形部段；以及锁定件，其固定至第一销钉和/或第二销钉的所述安装孔以将所述多个弧形部段组成的环状结构径向推抵在所述轴向凹凸的配合结构中以锁定/止挡所述销钉。这样避免了销钉在销钉组合转子旋转过程中从转子中脱出。

优选地，所述高温段与所述低温段的连接端部之间形成有凹凸配合的扭矩传递结构。这样可以最大限度减少连接螺栓所承受的剪切应力，保证转子安全运转。

优选地，所述高温段与所述低温段的连接端部之间形成有对中结构，包括过盈配合的周向止挡和周向凹槽。这样可以保证转子的两段在连接过程中精准的对中性，提高转子的成品质量。

优选地，所述高温段和低温段由不同材料制成。这样转子可以同时满足高温段的高温性能和低温段的高强度性能。

根据本发明的另一个方案，汽轮机包括单个汽缸以及穿设在单个汽缸中的单个转子，单个汽缸包括相连接的高压缸体和中低压缸体，单个转子即为前述的汽轮机销钉组合转子。这种汽轮机结构简单紧凑、占地面积小，且运行可靠，同时制造工艺难度和制造成本大幅度降低。

根据本发明的另一个方案，汽轮机销钉组合转子的组装方法包括以下具体实施步骤：提供销钉组合转子的高温段和低温段，所述高温段和低温段的连接端部具有轴向凹凸的配合结构；加热低温段；将高温段和低温段的轴向凹凸的配合结构相接合，从而当恢复至常温后，轴向凹凸的配合结构之间形成过盈配合；在所述轴向凹凸的配合结构上加工出沿径向设置的多个销钉孔；提供包括销钉的销钉连接结构；对销钉进行冷冻处理；将冷冻处理后的销钉穿进加工好的轴向凹凸的配合结构的销钉孔中，从而当恢复至常温后，销钉与销钉孔形成过盈配合；依次装入径向定位件和锁定件，并进行冲铆加点焊防松脱。该方法简单可行易操作，并且牢固可靠。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的汽轮机的示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的销钉组合转子的示意图；

图3示出了根据图2的A处放大图；

图4示出了根据图3的B处放大图；

图5示出了轴向凹凸的配合结构中各过盈配合直径的示意图；

图6示出了图4中沿C-C线截取的剖视图；

图7示出了图4中沿D-D线截取的剖视图；

图8示出了图4中沿E-E线截取的剖视图；

图9示出了销钉的示意图；

图10示出了径向定位件的剖视图；

图11示出了径向定位件的俯视图；以及

图12示出了锁定件的示意图。

具体实施方式

现参考附图，详细说明本发明所公开的汽轮机及其销钉组合转子的示意性方案，并详细说明本发明所公开的组合转子的组装方法的具体实施步骤。尽管提供附图是为了呈现本发明的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本发明的公开内容。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“左”、“右”、“向上”、“向下”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。

在本发明中的术语“约”或“大致”将会被本领域普通技术人员理解且将根据用到该术语的上下文在一定范围内变化。

本发明中所使用的术语“第一”、“第二”及其类似术语，在本发明中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它部件进行区分。

本发明中所使用的术语“侧面”是指环绕销钉组合转子中心线的圆柱面，“端面”是指沿销钉组合转子径向的平面。

如图1至图12所示，根据本发明的一个实施例，涉及一种单轴单缸单排汽超高压中间再热双抽汽冲动凝汽式汽轮机100(以下简称汽轮机100)。参见图1，汽轮机100包括呈回转圆筒体状以整体形式构造的汽缸，即单个汽缸1、设置在该单个汽缸1中可以绕中心线21转动的销钉组合转子2以及沿中心线21方向布置在销钉组合转子2外周上的多个叶片级3。其中每一个叶片级3包括多个静叶片30和多个动叶片32。静叶片30设置在汽缸1的内壁上，动叶片32设置在例如与销钉组合转子2一体形成的叶轮24上。在汽缸1与销钉组合转子2的间隙处设置有多处轴封装置。

如图1所示，以100MW至200MW输出功率等级的超高压冲动式汽轮机为例，符合进汽参数的高温高压蒸汽进入汽轮机100后，在各个叶片级3之间流过，逐级膨胀作功以带动汽轮机100的销钉组合转子2高速旋转。随着蒸汽在汽轮机100内作功，沿着蒸汽在汽轮机100内的行进路径，蒸汽的压力也在逐渐减小。因此，在本发明实施例中，根据蒸汽在汽轮机100内压力的大小，以分界线4为界，大致将汽轮机100分为左右布置的高压段40和中低压段42。

继续参见图1，单个汽缸1沿水平方向横向延伸，并出于容易说明的目的也以所述分界线4为界大致分为左右布置的高压缸体10和中低压缸体11。高压缸体10和中低压缸体11例如通过设置有多个内置螺栓17的垂直法兰连接而形成一个整体。应当注意，高压缸体10和中低压缸体11整体上构成一个汽缸，即所述的单个汽缸1，而区别于现有技术中的多个汽缸。销钉组合转子2延伸经过高压缸体10和中低压缸体11。

在高压缸体10上设置有高压缸进汽口107和与该高压缸进汽口107相间隔布置在其下游的高压缸排汽口103。在高压缸排汽口103的下游被构造成分流三通结构。分流三通结构的一个出口是再热管口118，另一个出口是高排中压抽汽口119。高排中压抽汽口119向下游的工业用汽用户系统供汽。在这里，“高排中压”意指膨胀作功后从高压缸体10的排出侧、即出口排出的中压蒸汽，此时虽然该蒸汽来自于高压缸体10，但其压力因为已推动高压缸体10内的多个叶片级3作功而降至中压，如下文进一步说明。“高压缸进汽口”意指连接至高压缸体10的流入侧的蒸汽入口，这些蒸汽将用于推动高压缸体10内的多个叶片级3作功。在所示的实施例中，高压缸进汽口107邻近分界线4设置。

在中低压缸体11上设置有中低压缸进汽口111和低压抽汽口114。低压抽汽口114位于中低压缸进汽口111的下游侧，用于抽取蒸汽提供给下游工业用汽用户系统。

参见图1和图2，从锅炉(图中未示出)流出的高温高压(例如530℃至560℃、12.7MPa至13.7MPa)蒸汽沿箭头a方向从高压缸进汽口107流入高压缸体10后，在高压段40膨胀作功带动销钉组合转子2转动。如前所述地，蒸汽在高压段40作功后，其压力通常降至中温中压(例如300℃至330℃、2.2MPa至3.2MPa)。降至中温中压的蒸汽沿箭头b经高压缸排汽口103流出，其中一部分蒸汽沿箭头f经连接在高排中压抽汽口119与下游工业用汽用户系统之间的连管装置输送给下游工业用汽用户系统，另一部分蒸汽由再热管口118沿箭头c流出，经锅炉(图中未示出)和中间再热装置6进行中间再热升温后，成为高温中压(例如530℃至560℃、2.0MPa至3.0MPa)蒸汽，通过管路(图中未示出)沿箭头d方向经中低压缸进汽口111进入中低压缸体11，在中低压段42继续膨胀作功带动销钉组合转子2转动。中低压缸体11内的一部分蒸汽经低压抽汽口114沿箭头g方向抽出，供下游工业用汽用户系统使用，另一部分蒸汽最后流至单个低压缸排汽口113沿箭头e方向排出(此时的蒸汽温度已降低为40℃至60℃，压力已低于大气压力)，进入下方的巨大冷凝器(图中未示出)。冷凝后的凝结水通过凝结水泵和高压给水泵回到锅炉重新加热，完成水蒸汽的热、功传递循环。

很明显，由低压抽汽口114抽取的低压蒸汽由于经历了中间再热升温环节，其温度要高于由高排中压抽汽口119抽取的中压蒸汽的温度，不同参数的蒸汽可适应不同的用户需求。

本发明实施例中的销钉组合转子2以及各个叶片级3的设置在图2中可以看得更清楚。如图2所示，本发明的销钉组合转子2为利用多个销钉连接结构8将两段锻件牢固组合在一起所形成的一体化的整体转子。该销钉组合转子2设置在汽缸1内并横向延伸。根据图1中对汽轮机100的高压段40和中低压段42的划分，分界线4也相应地将销钉组合转子2划分为左右布置的转子高压段26和转子中低压段28。

应当理解，这里按照分界线4进行分段仅是依照蒸汽的工作压力进行分段并且使得下文的描述更好理解，而销钉组合转子2仍是一个整体转子。

销钉组合转子2的前轴端20和后轴端22分别可转动地设置在位于单个汽缸1两端的前轴承15和后轴承16上。在实际应用时，销钉组合转子2的前轴端20和后轴端22之间的跨距例如在6000mm至7000mm之间选取，在一个具体实施例中的跨距为5950mm。销钉组合转子2的后轴端22通过联轴器与发电机相连接(图中未示出)。

参见图2，销钉组合转子2的高压段26上的动叶片32以反蒸汽流向的方式布置，以平衡销钉组合转子2所受到的轴向推力。图2中虚线所示箭头方向a至e为蒸汽在汽轮机100内部的流动方向。

为了使超高压冲动式汽轮机100例如达到100MW至200MW的输出功率，汽轮机100的高压段40具有8至11个叶片级3，为高压叶片级，而中低压段42具有9至15个叶片级3，为中低压叶片级。在图1所示的实施例中，汽轮机100的高压段40具有9个高压叶片级，分别用一至九表示，而中低压段42具有12个中低压叶片级，分别用九至二十一表示。

由于本发明实施例提供的汽轮机100优选应用于超高压的进汽参数，超高压蒸汽通过多个叶片级3后降温、降压、膨胀作功，其容积流量急剧增大，这就要求汽轮机100的末级出口具有足够大的通流面积。如图1和图2所示，在销钉组合转子2上，中低压叶片级的动叶片32的高度逐渐增加，在末级出口处的动叶片32高度达到最大。通常，末级出口动叶片32的设计高度在800mm至1000mm之间选取。在一个优选实施例中为900mm。

再次参见图1和图2，本发明的销钉组合转子2从前轴端20至后轴端22历经温度和压力的剧烈变化，工作温度依次为中温中压、高温高压、高温中压、低温低压，高低温差达500℃左右。由此可见，销钉组合转子2的工作环境十分恶劣。因此优选地，本发明的销钉组合转子2采用两种不同材质的优质转子钢锻造毛坯分别作为高温段36和低温段38通过销钉连接结构8机械刚性联接组合而成。

优质转子钢通常按其最适合的工作温度分类。适合于在高温环境下长期安全工作的转子钢在较低温度环境下表现不一定好，甚至会出现质量问题和安全隐患。例如，常用的优质高温转子钢30Cr1Mo1V在高温环境下性能优良质量稳定，而在较低温度环境下却容易出现脆硬倾向(即裂纹倾向)，钢的塑韧性不佳。这一特性主要体现在该钢种的一项重要的机械性能指标即脆性转变温度过高，一般为FATT≤116℃。脆性转变温度过高的后果是在汽轮机长期工作时，转子上的某些应力集中严重的敏感部位可能会产生裂纹，裂纹的恶性扩展可能会引发事故。

又例如常用的优质低温转子钢30Cr2Ni4MoV在较低温度的工作环境下性能优良表现极佳，其脆性转变温度仅为FATT≤13℃。但随着工作温度的升高，其机械性能快速下降。在高温下的材料机械性能远远低于中温和低温状态。例如30Cr1Mo1V在535℃时的高温持久强度为153MPa，而30Cr2Ni4MoV在400℃时高温持久强度为428MPa，455℃时已急降为277MPa，在535℃高温时已无法正常工作。机械性能的快速下降使该钢种不能满足高温环境下的强度和安全性等技术要求。

根据以上分析，本发明的销钉组合转子2，其高温段36优选地例如采用优质高温转子钢30Cr1Mo1V，其低温段38优选地例如采用优质低温转子钢30Cr2Ni4MoV。根据两种转子钢的不同适用温度范围以及相应的各项机械性能指标，并结合具体的结构设计和气动热力学设计结果，确定了销钉组合转子2的高温段36和低温段38的接合面7的最佳位置。

以100MW至200MW汽轮机为例，再热蒸汽在转子中低压段28由第十个叶片级3逐级膨胀作功至第十六个叶片级3和第十七个叶片级3之间的叶轮槽时，蒸汽温度为250℃至270℃。在稳定运转连续传热状态，该叶轮槽处的销钉组合转子2的局部平均温度也大致相同。因此，优选地，接合面7设置在第十六级叶轮和第十七级叶轮之间的叶轮槽的中间位置，大致处于按分界线4划分的转子中低压段28的中间部位。这一位置兼顾了两种优质转子钢的高温和低温优良特性，同时也有利于销钉组合转子2的销钉连接结构8的设置和精密加工装配。

需要指出的是，虽然在根据本发明的实施例中，接合面7与分界线4的划分原则是不同的。即，分界线4是按照压力分布规律将汽轮机100、单个汽缸1和销钉组合转子2三者一起划分为两部分，即高压部分和中低压部分，而接合面7是按温度分布规律将销钉组合转子2按照优质转子钢的最佳匹配而划分为高温部分和低温部分。但是，本领域技术人员能够想到，对于不同等级规格的汽轮机，可以将分界线4与接合面7重合而没有超出本发明的精神和范围。

销钉组合转子2的高温段36和低温段38的连接关系具体示出在图3至图8中。参见图3和图4，高温段36与低温段38之间的轴向凹凸的配合结构通过沿销钉组合转子2周向均布的多个销钉连接结构8连接为一个整体。其中低温段38用于连接高温段36的连接端部具有沿销钉组合转子2轴向突出的例如呈凸环状的第一凸部381和第二凸部381，第一凸部381和第二凸部381沿销钉组合转子2的径向布置并在第一凸部381与第二凸部381之间形成有凹槽。第一凸部381和第二凸部382分别具有位于中心线21侧面的环面。高温段36用于连接低温段38的连接端部具有沿销钉组合转子2轴向突出的例如呈凸环状的第三凸部361和第四凸部362，第三凸部361和第四凸部362沿销钉组合转子2径向布置并在其中形成有凹槽。第三凸部361和第四凸部362分别具有位于中心线21侧面的环面。

高温段36与低温段38组装后，第一凸部381、第三凸部361、第二凸部382和第四凸部362沿销钉组合转子2的径向交错布置。其中第三凸部361以过盈配合的方式被容置在第一凸部382和第二凸部382之间的凹槽中，而第二凸部382也以过盈配合的方式被容置在第三凸部361与第四凸部362之间的凹槽中，从而在高温段36与低温段38之间形过盈配合的轴向凹凸配合结构。第一凸部381与第三凸部361相互面对的环面形成了过盈配合面，该过盈配合面具有第一过盈配合直径d1(参见图5)。类似地，第二凸部382与第四凸部362相互面对的环面形成了过盈配合面，该过盈配合面具有第二过盈配合直径d2(参见图5)。

通过彼此间形成过盈配合，高温段36和低温段38被稳固连接在一起，结构简单、定心性好、承载能力高，能承受较大的冲击载荷，且对销钉组合转子2的强度削弱较小。

当然，本领域技术人员可以理解，高温段36和低温段38可以存在不同的凹凸配合方式而不限于图3和图4所示出的实施例，只要能够实现高温段36和低温段38之间形成彼此过盈配合即可。例如，第一凸部381和第二凸部382形成在高温段36上，而第三凸部361和第四凸部362形成在低温段38上。在一个替代实施例中，第一凸部381、第二凸部382、第三凸部361和第四凸部362不是如图所示的360°封闭的凸环，而是在环面上形成有缺口，例如180°环、350°环等。

在组装时，高温段36和低温段38优选采用热收缩配合(或称“红套配合”)安装工艺进行过盈配合安装。具体而言，首先利用专用的环形火焰加热装置均匀加热低温段38，使低温段38升温至300℃至350℃。当低温段38上的各配合面孔径充分热膨胀变大后，快速将低温段38与高温段36插接在一起。在随后的冷却过程中，低温段38冷缩收紧并产生一定的收紧应力作用在高温段38上，从而低温段38与高温段36形成过盈配合。需要注意的是，采用热收缩配合安装工艺组装时，高温段36与低温段38之间要设置预留间隙，其应该大于加热时低温段38的热膨胀量，以免高温段36和低温段38之间发生尺寸干涉妨碍顺利插接。在根据本发明的实施例中，如图5所示，预留间隙为第三凸部361与第二凸部382之间的间隙b1，即第三凸部361的面向第二凸部382的环面孔径d4应大于第二凸部382面向第三凸部361的环面孔径d5。

在图8所示的高温段36和低温段38的接合面中7，相对应的键364和键槽384分别沿销钉组合转子2的周向间隔布置从而形成扭矩传递结构。其中键364的截面为矩形，而相邻的键槽384之间形成类似扇形的凸起。键364与键槽384彼此面对的面相互贴合，从而能够承担沿周向的转矩。由于发电机在突然跳闸停机时会产生高于正常运行时数倍的短路扭矩，因此在高温段36和低温段38之间设置扭矩传递结构来承担大部分或全部这种短路扭矩，避免该扭矩施加到销钉连接结构8上造成其受损。虽然图中所示为8个键364与8个配合的键槽384，但是本领域技术人员可以理解，键364与键槽384的数量和布置形式可以调整，以满足不同规格汽轮机中销钉组合转子2的抗扭矩需要。此外，也可以想到，将键364设置在低温段38上，而将键槽384设置在高温段36上，也同样能够起到承担扭矩的作用。

参见图4，在高温段36和低温段38接合时由周向止挡363和周向凹槽383起到对中导向的作用。其中周向止挡363的圆周面与周向凹槽383的圆周面贴合，起到帮助高温段36和低温段38的轴向凹凸的配合顺利接合的作用。周向止挡363的圆周面与周向凹槽383的圆周面优选为过盈配合并形成有第三过盈配合直径d3(参见图5)。

当热收缩配合安装工艺完成后，沿销钉组合转子2圆周方向在第十六级叶轮24和第十七级叶轮24之间的叶轮槽中安装多个均匀间隔分布的销钉连接结构8。这些销钉连接结构8的中心轴线剖面即为前述的接合面7。

参见图6，这些销钉连接结构8包括沿周向交错设置的第一销钉结构81和第二销钉结构82，它们的结构相类似但是插入销钉组合转子2的深度存在不同。具体来说，第一销钉结构81包括较长的第一销钉810，其延伸穿过第一凸部381、第二凸部382、第三凸部361和第四凸部362，并优选与这些凸部过盈配合。第二销钉结构82包括相对于第一销钉810较短的第二销钉820，其延伸穿过第一凸部381、第二凸部382和第三凸部361并优选与这些凸部过盈配合，同时第二销钉820与第四凸部362相间隔开。这种长短销钉交错布置的方式可以提高高温段36和低温段38的连接强度，防止销钉受力不均匀。

由于第一销钉结构81与第二销钉结构82的区别几乎仅在于其所包含的第一销钉810和第二销钉820长度不同，因此以下仅以其中一种为例详细说明销钉连接结构8的特征。参见图4，具体示出了与轴向凹凸的配合结构相连接状态下的一个第一销钉结构81的示意图。该第一销钉结构81包括第一销钉810、径向定位件83以及锁定件84。第一销钉810优选采用优质汽轮机螺栓钢20Cr1Mo1VTiB，在第一销钉810朝向销钉组合转子2外侧的端部形成有安装孔800(参见图9)，用来组装径向定位件83和锁定件84以防止第一销钉810从轴向凹凸的配合结构的销钉孔中脱出。在图9至图12所示的实施例中，径向定位件83为环形键，第一销钉810的安装孔800为螺钉孔，锁定件84为定位螺钉。环形键为例如由四个弧形部段831、832、833和834组成的能够形成中心孔的环形结构，其中每一个弧形部段均具有凸缘。而轴向凹凸的配合结构中，第一凸部381在其销钉孔的内壁形成有绕销钉孔的中心轴线延伸形成的容纳槽，用于容置弧顶部段的凸缘来形成沿销钉组合转子2径向的止挡。

作为容纳槽和凸缘的一个替代方案，弧形部段的外表面形成从上至下截面逐渐增加的斜面，而第一凸部381处的销钉孔内壁形成相匹配的另一斜面，将弧形部段插入其中并使两个斜面相贴合，同样可以起到径向止挡的作用。在容纳槽和凸缘的另一个替代实施例中，第一凸部381处的销钉孔内壁设有绕销钉孔中心轴线布置但相互之间并不连通的多个弧形槽段，用于匹配容纳各径向定位件83的相对应的弧形凸起段。

安装销钉连接结构8时，优选采用例如利用液氮对第一销钉810和第二销钉820进行冷冻处理，然后将冷缩的第一销钉810和第二销钉820穿进轴向凹凸的配合结构沿周向布置的对应的销钉孔中，其中每个销钉孔沿销钉组合转子2的径向延伸。待第一销钉810和第二销钉820恢复至常温后与相对应的销钉孔形成过盈配合。之后用径向定位件83抵靠在第一销钉810和第二销钉820端面上并沿销钉组合转子2的径向压紧销钉80。再将锁定件84穿进径向定位件83的中心孔并拧紧在径向定位件83的安装孔800中，通过锁定件84将径向定位件83安装在销钉孔中，并使径向定位件83的凸缘伸入销钉孔内壁上的容纳槽中。在一个优选实施例中，锁定件84将径向定位件83胀紧在销钉孔中，使其向销钉孔的内壁挤压，从而提高连接强度。径向定位件83和锁定件84可以承受销钉组合转子2高速旋转时第一销钉810和第二销钉820产生的离心力，从而防止第一销钉810和第二销钉820松脱。为防止锁定件84螺纹松动，在其拧紧后进行冲铆加点焊防松脱。

第一销钉810和第二销钉820以及相匹配的销钉孔要在热收缩配合安装工艺完成后逐个做精密加工，确保整圈的第一销钉810和第二销钉820经液氮冷冻装配后全部与销钉孔过盈配合，这样销钉组合转子2旋转时各销钉810、820才能受力均匀协同工作，使销钉组合转子2成为一个牢固连接安全可靠、能够长期运转的一体化的组合体。

下面通过一个具体实施例对根据本发明所述的汽轮机及其销钉组合转子进行详细说明。

汽轮机100的销钉组合转子2，其高温段36和低温段38的接合面7位于第十六级叶轮和第十七级叶轮之间的叶轮槽的中间位置，该叶轮槽宽度H为120mm至160mm，优选为H＝140mm。在接合面7处沿销钉组合转子2周向均匀间隔布置多个第一销钉810和第二销钉820。第一销钉810和第二销钉820的数量总和为20个至30个，优选为24个。其中每个销钉的直径d6为35mm至50mm，优选为d6＝40mm。在第三凸部361与第一凸部381之间的第一过盈配合直径d1为750mm至820mm，优选d1＝780mm。在第四凸部362与第二凸部382之间的第二过盈配合直径d2为480mm至560mm，优选d2＝520mm。在周向止挡363与周向凹槽382之间的第三过盈配合直径d3为270mm至330mm，优选d3＝330mm。第三凸部361与第二凸部382之间的间隙b1为1.5mm至2.5mm,优选为b1＝2mm。形成间隙b1的孔直径d4为600mm至680mm，优选为d4＝640mm。形成间隙b1的孔直径d5＝d4-2b1，优选为d5＝636mm。高温段36的键364与低温段38的键槽384的配合数量为6个至10个，优选为8个。键364的厚度h为24mm至32mm,优选h＝28mm。键364宽度K为55mm至75mm，优选K＝66mm。

根据本发明的销钉组合转子2，适用于各种进汽压力、温度等级的单轴单缸汽轮机，不受冲动式反动式、中间再热或不再热、纯凝式或抽汽凝汽式、湿冷或空冷等结构形式限制，有着良好的适应性和通用性，也可以用于其它种类的高温回转热力机械。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

附图标记说明：

附图标记	部件名称	附图标记	部件名称
				100	汽轮机	1	汽缸
21	中心线	2	销钉组合转子
				3	叶片级	30	静叶片
32	动叶片	24	叶轮
				4	分界线	40	高压段
42	中低压段	10	高压缸体
				11	中低压缸体	17	内置螺栓
107	高压缸进汽口	103	高压缸排汽口
				118	再热管口	119	高排中压抽汽口
111	中低压缸进汽口	114	低压抽汽口
				a	蒸汽流动方向	b	蒸汽流动方向
f	蒸汽流动方向	c	蒸汽流动方向
				6	中间再热装置	d	蒸汽流动方向
g	蒸汽流动方向	113	低压缸排汽口
				e	蒸汽流动方向	8	销钉连接结构
26	高压段	28	中低压段
				20	前轴端	22	后轴端
15	前轴承	16	后轴承
				36	高温段	38	低温段
8	销钉连接结构	7	接合面
				381	第一凸部	382	第二凸部
361	第三凸部	362	第四凸部
				364	键	384	键槽
363	周向止挡	382	周向凹槽
				81	第一销钉结构	82	第二销钉结构
810	第一销钉	820	第二销钉
				83	径向定位件	84	锁定件
800	安装孔

Claims (10)

1.一种汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，包括：高温段(36)、低温段(38)以及设置在高温段(36)和低温段(38)外周上的多个叶轮(24)，所述高温段(36)和低温段(38)的连接端部具有轴向凹凸的配合结构，所述轴向凹凸的配合结构具有沿周向布置的多个销钉孔，所述销钉组合转子(2)还包括安装至所述销钉孔、用于将所述轴向凹凸的配合结构固定在一起的多个销钉连接结构(8)。

2.根据权利要求1所述的汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，所述轴向凹凸的配合结构包括位于高温段(36)和低温段(38)其中一个上的第一凸部(381)、第二凸部(382)、位于所述第一凸部(381)与所述第二凸部(382)之间的凹部以及位于高温段(36)和低温段(38)其中另一个上的第三凸部(361)，所述第三凸部(361)以与所述第一凸部(381)和第二凸部(382)过盈配合的方式被容置在所述凹部中。

3.根据权利要求2所述的汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，呈凸环状的所述第一凸部(381)和第二凸部(382)位于所述低温段(38)上，呈凸环状的第三凸部(361)位于高温段(36)上，所述高温段(36)还具有位于所述第三凸部(361)径向内侧的呈凸环或圆形凸台状的第四凸部(362)，所述第三凸部(361)和第四凸部(362)之间限定出过盈配合容纳所述第二凸部(382)的凹槽，所述低温段(38)的第一凸部(381)和第二凸部(382)与高温段(36)的第三凸部(361)和第四凸部(362)沿销钉组合转子(2)的径向交错设置。

4.根据权利要求3所述的汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，所述多个销钉连接结构(8)包括沿销钉组合转子(2)周向均布的第一销钉结构(81)和第二销钉结构(82)，第一销钉结构(81)和第二销钉结构(82)交错设置，其中所述第一销钉结构(81)包括与所述第一凸部(381)、第二凸部(382)、第三凸部(361)以及第四凸部(362)过盈配合的第一销钉(810)，第二销钉结构(82)包括与第一凸部(381)、第二凸部(382)以及第三凸部(361)过盈配合并与第四凸部(362)径向间隔开的第二销钉(820)。

5.根据权利要求4所述的汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，第一销钉(810)和/或第二销钉(820)的顶部形成有安装孔(800)，所述销钉连接结构(8)还包括：

位于所述第一销钉(810)和/或第二销钉(820)顶部上的径向定位件(83)，包括多个能组成具有中心孔的环状结构的弧形部段(831,832,833,834)；以及

锁定件(84)，其固定至第一销钉(810)和/或第二销钉(820)的所述安装孔(800)以将所述多个弧形部段(821,822,823,824)组成的环状结构径向推抵在所述轴向凹凸的配合结构中以锁定/止挡第一销钉(810)和/或第二销钉(820)。

6.根据权利要求1所述的汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，所述高温段(36)与所述低温段(38)的连接端部之间形成有凹凸配合的扭矩传递结构。

7.根据权利要求1所述的汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，所述高温段(36)与所述低温段(38)的连接端部之间形成有对中结构，包括过盈配合的周向止挡(363)和周向凹槽(383)。

8.根据权利要求1所述的汽轮机销钉组合转子(2)，其特征在于，所述高温段(36)和低温段(38)由不同材料制成。

9.一种汽轮机(100)，包括单个汽缸(1)以及穿设在单个汽缸(1)中的单个转子，单个汽缸(1)包括相连接的高压缸体(10)和中低压缸体(11)，其特征在于，所述单个转子为权利要求1至8中任一项所述的汽轮机销钉组合转子(2)。

10.一种汽轮机销钉组合转子(2)的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供销钉组合转子(2)的高温段(36)和低温段(38)，所述高温段(36)和低温段(38)的连接端部具有轴向凹凸的配合结构；加热低温段(38)；

将高温段(36)和低温段(38)的轴向凹凸的配合结构相接合，从而当恢复至常温后，轴向凹凸的配合结构之间形成过盈配合；

在所述轴向凹凸的配合结构上加工出沿径向设置的多个销钉孔；

提供包括销钉(80)的销钉连接结构(8)；

对销钉(810,820)进行冷冻处理；

将冷冻处理后的销钉(810,820)穿进加工好的轴向凹凸的配合结构的销钉孔中，从而当恢复至常温后，销钉(810,820)与销钉孔形成过盈配合；

依次装入径向定位件(83)和锁定件(84)，并进行冲铆加点焊防松脱。