某半速核电汽轮机低压转子末级叶片装配方法探究

贾国庆 姚福军 赵伯安 刘良玉

摘要：通过对某半速核电汽轮机低压转子末级叶片结构和装配要求进行分析，研究装配过程中存在的隐患及问题，制定出相应的工藝方案，保证了末级叶片的顺利装配完成，同时很好地满足了叶片围带间、拉筋凸台间的间隙要求，也为其他类似超长叶片的装配提供了经验。

关键词：汽轮机;转子;叶片;装配

1    概述及项目背景

长叶片的开发是核电汽轮机研制项目的关键内容之一，使用更长的末级叶片可大幅降低汽轮机的整体损失和机组的建设成本。1 828 mm叶片是东汽自主研发的半转速核电汽轮机转子末级使用的叶片，是目前世界上最长的叶片之一。该叶片工作离心力巨大，叶根采用承载能力大的直齿枞树型结构。它工作环境恶劣，同时又是汽轮机组的核心零部件，装配要求非常严格，给装配工作带来了很大困难。

2    叶片介绍及装配要求

该叶片叶身超长（1 828 mm）、重量超重（225.48 kg/支），叶根型式为带一定倾斜角的直齿枞树型，自带拉筋凸台与叶冠，叶片模型如图1所示。

该结构的叶片在装配时拉筋凸台之间、围带之间以及凸台拉筋与叶片工作部分之间产生干涉，详见图2、图3装配间隙要求。该叶片与目前国内长叶片的结构形式区别较大，没有成熟的装配经验可以借鉴。

3    叶片装配难点剖析

该叶片重量重、汽道长，对叶片装配造成如下难点：

3.1    轮槽挂入存在安全问题

由于在装配时拉筋凸台之间、围带之间以及凸台拉筋与叶片工作部分之间产生干涉，因此必须将叶片逐个挂入轮槽，然后再一起整体推入叶轮;由于叶根为斜齿枞树型，整级叶片装完后回转直径达7 m，而挂入轮槽深度不超过50 mm，因此，在逐个挂入阶段，叶片可能会从轮槽滑出掉落，存在人身安全风险及损伤工件的可能性。

3.2    人力难以装入

叶片叶根与转子轮槽互为仿形，需准确插入轮槽。而单只叶片重量225.48 kg，人力难以搬动和装入，必须设计合理的搬动装入方案。

3.3    叶片辐射线难以保证

叶片叶身过长，导致叶片重心离转子轮缘部位较远;同时叶片叶根与转子轮槽间存在间隙（非工作面0.56～0.77 mm，R相接处0.59～0.79 mm，工作面0～0.04 mm），导致叶片径向性难以保证。

3.4    装配时叶片重力矩不平衡明显

叶片汽道长，转子叶轮外圆大，导致叶片重心距转子回转中心较远;同时单只叶片重，每只叶片在挂入后，其重力均会对转子回转中心产生一定的重力矩。如果采用常规转子按轮槽顺序装配叶片的方法，叶片引起的重力矩不平衡量将逐渐增大。在装配的叶片达到一定数量时，该不平衡量将显著增大，导致转子在滚轮支架上发生转动，引起人身安全隐患。

3.5    末叶装配发生干涉

受装配间隙要求及叶片结构限制，在装配至最后一支叶片时，由于末叶两侧其余所有叶片均已挂入轮槽，留给末叶两侧的空间非常狭窄和难以调整，导致最后一支末叶与相邻叶片之间发生干涉，难以顺利装入。

4    解决方案

4.1    针对轮槽挂入存在安全问题

（1）将叶片分组，采用8根拴紧带，将该组叶片用拴紧带在靠近叶根部位拴紧，拴紧带另一头拴在叶根槽位置;通过拴紧带，每组叶片被成组固定在叶根槽上。（2）设计并制作8个L型叶片保护装置，如图4所示。采用L型支架，该支架定位在叶片挂入一侧的叶轮端面的螺栓上，支架上采用螺栓将叶片叶根中间体底部及端面顶住。通过上述两个措施，大大减小了叶片从轮槽滑落的风险。

4.2    针对叶片难以装入问题

（1）采用专用的机械手，将叶片吊至待装入轮槽位置;（2）采用葫芦吊，用绕在转子凸台外圆上的扁平吊装带进行定位，安装在待装入叶片正上方;（3）设计并制作叶片起吊工装，该工装内部槽与叶片叶根互为仿形，使用时将叶片叶根推入工装仿形槽内，并采用螺钉顶紧。用吊装带连接在叶根起吊专用工装吊耳上，通过吊绳缓慢调整叶片位置，并通过葫芦调整叶片高度，直至将叶片装挂入轮槽后缓慢推入50 mm。

4.3    针对叶片辐射线难以保证问题

（1）每只叶片在装入时都将待装轮槽转至06：00方向，使叶片在竖直状态下装入;（2）装入后采用工艺斜块，嵌入叶根底部凹槽与轮槽底面之间，使叶片工作面之间贴死，处于工作状态。通过这两种措施，确保了叶片径向性，如图5所示。

4.4    针对装配时叶片重力矩不平衡明显问题

在叶片称重排序好后，将叶片及轮槽做好安装对应标记。然后将叶片分组，进行对称安装：先安装一组叶片，然后旋转180°，在对称位置再安装一组叶片，如图6所示。所有叶片均按该方式安装，直至最后一只收尾叶片，如图7所示。

4.5    针对末叶装配发生干涉问题

受叶片结构、间隙等限制，在装入末叶时，采取如下两个措施：（1）对于最后一支叶片两侧的3～5只叶片，其挂入轮槽深度一侧适当逐渐减小，另一侧适当逐渐增加，该措施的主要目的是增加凸台及叶冠的装配空间，以便末叶装入;（2）设计制作叶片撑开工装，将撑开工装的拴紧带拴在与最后一支叶片相邻的两只叶片靠近叶冠部位，采用撑开工装将两只叶片向两侧拉开，以便末叶安装有更多的空间。

5    结语

本文通过对1 828 mm叶片装配工艺的研究，提出了新的装配方法，设计了新的装配工装，攻克了汽轮机转子超长叶片装配过程中的许多难题，并成功应用于“华龙一号”项目的汽轮机转子生产制造过程中，顺利通过高速动平衡试验，掌握了该类型叶片装配的关键技术。

[参考文献]

[1] 范志飞，范小平，钟刚云，等.半速核电1 828 mm末级长叶片开发[J].东方汽轮机，2018（1）：1-4.

[2] 王新军，李亮，宋立明.汽轮机原理[M].西安：西安交通大学出版社，2014.

[3] 王延博.汽轮发电机组转子及结构振动[M].北京：中国电力出版社，2016.

收稿日期：2019-12-05

作者简介：贾国庆（1985—），男，四川合江人，工程师，主要从事汽轮机转子加工、动叶片装配方面的生产制造服务工作。