某半速核電汽輪機低壓轉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子末級葉片結構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驗。

關鍵詞：汽輪機;轉子;葉片;裝配

1? ? 概述及項目背景

長葉片的開發是核電汽輪機研制項目的關鍵內容之一，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成本。1 828 mm葉片是東汽自主研發的半轉速核電汽輪機轉子末級使用的葉片，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構。它工作環境惡劣，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。

該結構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生干涉，詳見圖2、圖3裝配間隙要求。該葉片與目前國內長葉片的結構形式區別較大，沒有成熟的裝配經驗可以借鑒。

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，導致葉片重心離轉子輪緣部位較遠;同時葉片葉根與轉子輪槽間存在間隙（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，轉子葉輪外圓大，導致葉片重心距轉子回轉中心較遠;同時單只葉片重，每只葉片在掛入后，其重力均會對轉子回轉中心產生一定的重力矩。如果采用常規轉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量時，該不平衡量將顯著增大，導致轉子在滾輪支架上發生轉動，引起人身安全隱患。

3.5? ? 末葉裝配發生干涉

受裝配間隙要求及葉片結構限制，在裝配至最后一支葉片時，由于末葉兩側其余所有葉片均已掛入輪槽，留給末葉兩側的空間非常狹窄和難以調整，導致最后一支末葉與相鄰葉片之間發生干涉，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）設計并制作葉片起吊工裝，該工裝內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，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，通過吊繩緩慢調整葉片位置，并通過葫蘆調整葉片高度，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至06：00方向，使葉片在豎直狀態下裝入;（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。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? ? 針對末葉裝配發生干涉問題

受葉片結構、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的3～5只葉片，其掛入輪槽深度一側適當逐漸減小，另一側適當逐漸增加，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拉開，以便末葉安裝有更多的空間。

5? ? 結語

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，設計了新的裝配工裝，攻克了汽輪機轉子超長葉片裝配過程中的許多難題，并成功應用于“華龍一號”項目的汽輪機轉子生產制造過程中，順利通過高速動平衡試驗，掌握了該類型葉片裝配的關鍵技術。

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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，主要從事汽輪機轉子加工、動葉片裝配方面的生產制造服務工作。