汽轮机转子

01 转子结构

汽轮机中所有旋转部件的组合称为转子，是汽轮机中最重要的部件之一。它由转轴、叶轮或滚筒、工作动叶片、平衡活塞、紧急保护器、盘车装置和联轴器组成。它的作用是将蒸汽的动能转化为机械能，将蒸汽的周向分量作用在工作的动叶片上所产生的扭矩传递出去，输出机械功来驱动压缩机、泵或发电机。按其结构类型，转子可分为轮式转子和鼓式转子；按制造工艺可分为套筒式、整体锻造式和焊接式。

02 叶轮

叶轮的作用是安装工作的动叶片，将气流作用在动叶片上产生的旋转力矩传递给主轴做功，从而带动泵、压缩机和发电机。

叶轮处于高温工质中，高速旋转，受到各种复杂的交变力的作用，这些力通常很大。叶轮工作时承受的力如下。

A.叶轮自身重量产生的离心力。

b .叶片、围带和拉入引起的离心力，一般称为叶轮径向外载荷。

C.由于叶轮套筒在轴上的干涉，套筒转子的接触应力。

上述三种载荷引起的应力与叶轮转速有关，称为旋转应力。

D.汽轮机启动过程中，叶轮处于较高温度区，温度应力沿径向分布不均匀。

E.在有反动度的级中，叶轮前后蒸汽压力差引起的轴向力。

此外，由于叶轮的轴向振动也会引起振动应力，因此叶轮是汽轮机中应力最大的部件之一。

涡轮叶轮由三部分组成:轮缘、轮缘和轮体。轮缘是叶轮的外缘，用来安装动叶片。一般都是一样的厚度，有周向根槽或轴向根槽，视叶片的装配方式而定。叶片根部凹槽的凹口形状取决于叶片根部结的构造。法兰是叶轮和转轴之间的连接部件。套筒转子通过车轮载荷将叶轮包裹在转轴上，整个锻造转子的法兰与转轴锻造在一起。轮缘形状等厚，叶轮内孔应力大。选择较厚的厚度以减少内孔处的应力。轮体是连接轮辋和轮载为一体的中间部分。车轮表面的轮廓取决于负载的大小和加工要求，一般有四种类型。

A.等厚叶轮

如图1(a)所示，这种叶轮厚度相同，结构简单，制造方便，但强度较差，一般适用于小直径、短叶片叶轮，一般圆周速度为u

B.锥形叶轮

如图1(b)所示，这种叶轮具有圆锥形截面，强度高，应力分布均匀，加工方便。它是使用最广泛的类型，一般圆周速度U = 300 m/s。

C.双曲线叶轮

如图1(c)所示，这种叶轮的截面形状近似双曲线，结构重量轻，刚性稍差，制造加工复杂。

D.等强度叶轮

如图1(d)所示，这种叶轮由于其横截面的变化，应力分布比较均匀，所以强度最好。但由于中心无法打孔，只能与轴整体锻造，加工难度较大。一般只用于高速单级汽轮机。

图1叶轮

除了第四个叶轮，前三个叶轮都钻有平衡孔。一般沿圆周均匀分布在叶轮中部，孔数为奇数(5或7)。其目的是减少叶轮前后压差引起的轴向推力，避免或减少叶轮的有节奏振动。平衡孔的边缘是圆形的，以减少应力集中。

转子两端的两个叶轮的外平面上有放置配重块的燕尾槽，便于动平衡时调整配重块的位置。

03 工作动叶片

汽轮机工作转子叶片是汽轮机的重要部件之一。气流经过转子叶片后，动能转化为叶片和转子的机械功，其技术状况对汽轮机的安全经济运行有直接影响。动刀片多，加工量大(1/3)。运行中的事故很多，往往占主机事故的30%~40%，往往严重的事故是由一个或几个叶片断裂引起的。因此，要求动叶片具有良好的空气动特性，满足强度要求，具有完善的旋转特性，结构合理，工艺性能好，对叶片加工和设备要求严格。

工作动叶片由三部分组成:叶根、工作部分(型线)和叶尖。

A.叶根

用于将叶片固定在叶轮或鼓轮上，叶根的结构型式有很多种，取决于强度、制造和安装的工艺要求、转子的结构型式以及厂家的生产传统。对叶根的要求是将叶片牢固地固定在轮缘中，保证叶片在转子中的位置在任何工况下不变。另外，在满足强度的情况下，结构要简单，制造和维修要方便，轮辋的轴向尺寸要最小。常用的叶根有T形、叉形、I形、双T形和垂直树形。

B.叶片轮廓(也称为叶片工作部分或轮廓部分)

叶片轮廓是叶片最重要的部分。当空气流过叶片轮廓时，蒸汽的动能转化为机械功。叶片型线的型线直接影响空气动性能和流动损失。根据叶片型线沿叶片高度的变化，叶片可分为等截面叶片和变截面叶片。

C.叶尖

叶尖是指叶片顶部的围带和牵引带。汽轮机高压段的动叶片一般装有围带，低压段大多装有牵引带。围带在叶片顶部形成盖板，可以防止叶片顶部蒸汽泄漏，提高级效率，降低蒸汽流动力引起的弯曲应力。同时还可以改变叶片的刚度，达到改变叶片频率的目的，这就是所谓的调频。

04 平衡活塞

在冲动式汽轮机中，由于蒸汽在工作的动叶片中不膨胀(或很少膨胀)，叶片前后没有压力差(或很小)，理论上也没有轴向推力(或很小)，所以一般不需要设置平衡活塞，而是采用在叶轮上钻平衡孔的方法来平衡。有时由于蒸汽流量的变化，偶然的轴向推力由推力轴承承受。但在反应式汽轮机中，由于蒸汽在工作叶片中膨胀做功，工作叶片前后存在压力差，使得转子上从高压端到低压端总有一个轴向推力，而平衡活塞就是为了基本抵消这个推力而设计的装置。平衡活塞的前部承受高压蒸汽的推力，后部承受来自某一级的蒸汽压力，与离心式压缩机的平衡盘相同。

05 联轴器

联轴器又称靠背轮，用于连接汽轮机的转子和驱动工作机械(泵、风机、压缩机和发电机)的转子，并将汽轮机的扭矩传递给工作机械。在多缸汽轮机中，如果几个转子共用一个推力轴承，联轴器也会传递轴向力；如果每个转子都有自己的推力轴承，联轴器应保证每个转子的轴向位移互不干扰，即不允许传递轴向推力。

现代工业汽轮机通常有三种联轴器:刚性联轴器、半柔性联轴器和柔性联轴器。