■南京汽輪電機(jī)廠（江蘇 210000）華寧芳 孫克強(qiáng)

1.汽輪機(jī)工作原理

由高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)透平葉輪旋轉(zhuǎn)，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)子的機(jī)械能從而做功產(chǎn)生電能。汽輪機(jī)分為背壓式、凝汽式、抽汽式和抽背式。背壓式汽輪機(jī)沒有凝汽裝置，進(jìn)入汽輪機(jī)的工作蒸汽經(jīng)過各級葉輪旋轉(zhuǎn)做功，末級排汽供熱用戶。凝汽機(jī)是進(jìn)入汽輪機(jī)的工作蒸汽在各級膨脹做功，最后變?yōu)樨?fù)壓排入凝汽器內(nèi)，經(jīng)冷卻后形成凝結(jié)水回收再利用。抽汽機(jī)的工作過程與抽背式基本一樣，其工作過程是將進(jìn)入汽輪機(jī)的工作蒸汽在做功過程中抽出一部分供應(yīng)用戶需要，剩余部分將繼續(xù)做功最后排入冷凝器。

汽輪機(jī)在安裝過程中永遠(yuǎn)不能忽視軸與軸之間的聯(lián)接重要性。聯(lián)軸器的功能是把兩軸聯(lián)接在一起，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸不能分離，只能在機(jī)器停車并將聯(lián)接拆開后兩軸才能分離。聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸由于制造及安裝過程中的誤差、承載后的變形以及溫度變化等影響，都會(huì)引起兩軸之間的相互位置變化，往往不能保證嚴(yán)格的對中。聯(lián)軸器有無彈性元件決定了其對各種相對位移有無補(bǔ)償?shù)哪芰?，即在發(fā)生相對位移條件下，其能否保持聯(lián)接功能以及能否起到聯(lián)軸器的作用。聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器和安全聯(lián)軸器。

2.剛性聯(lián)軸器的特點(diǎn)

目前的汽輪機(jī)行業(yè)中，高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子主要是剛性聯(lián)軸器中的凸緣式聯(lián)接，此聯(lián)軸器特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、成本低、可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，但不允許兩軸之間有相對位移。其優(yōu)勢是轉(zhuǎn)速低、無沖壓、軸的剛性大、對中性較好。高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)接部分如圖1所示。汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子（汽輪機(jī)端）與發(fā)電機(jī)端相聯(lián)接部分如圖2和圖3所示。

聯(lián)軸器上的螺栓孔徑留有0.5 mm余量，用于汽端總裝的鉸配。待電廠總裝找中后，鉸配至所要求的尺寸。聯(lián)軸器螺栓外圓留有余量，最終尺寸根據(jù)鉸孔尺寸裝配加工。在現(xiàn)場安裝時(shí)，聯(lián)接法蘭上的螺栓、螺母及止動(dòng)墊片成組稱重，使對稱位置的聯(lián)接零件組重量之和相差不超過7 g，并在全部螺栓以及接觸面上涂抹二硫化鉬潤滑劑（U型）或同等代用品。聯(lián)接螺栓成組安裝后，法蘭孔及對應(yīng)組件打上標(biāo)記。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子低壓端、發(fā)電機(jī)端聯(lián)軸器如圖4所示。

汽輪機(jī)端與發(fā)電機(jī)端的聯(lián)接工作要求相當(dāng)高，現(xiàn)場聯(lián)接孔的精度要求也是很高。

3.常用手用鉸刀與螺旋鉸刀

鉸刀是對已有的孔進(jìn)行半精加工和精加工用的工具。它可以用手操作或在車床、鉆床、鏜床等機(jī)床上工作。由于鉸削余量小，切削厚度薄，因此與鉆頭或擴(kuò)孔鉆相比，鉸刀齒數(shù)多、導(dǎo)向好、容屑槽淺、剛性增加，所以鉸孔的加工精度一般可達(dá)到H7～H9級，表面粗糙度值Ra＝1.6～0.4 μm。

鉸刀的生產(chǎn)率較高，費(fèi)用成本較低，既可鉸削圓柱孔，也可鉸削圓錐孔，因此在孔的精加工中應(yīng)用廣泛。

鉸刀種類很多，根據(jù)使用方式可分為手動(dòng)鉸刀和機(jī)用鉸刀；根據(jù)用途分為圓柱孔鉸刀和圓錐孔鉸刀。此外，還可按刀具材料、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分類，如硬質(zhì)合金鉸刀、鑲片鉸刀等。

圖1

圖2 低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)端聯(lián)軸器

圖3 汽輪機(jī)端與發(fā)電機(jī)端聯(lián)軸器

圖4

最常用的手用鉸刀是整體式的（見圖5）。此鉸刀結(jié)構(gòu)簡單，手動(dòng)操作方便。由于此鉸刀一般采用實(shí)心多刃，現(xiàn)場攜帶不便，一把常用手用鉸刀（φ56 mm）重量大概10 kg左右，在磨損后尺寸不能調(diào)節(jié)，故使用壽命短，在鉸削過程中用力不均衡，切削量很小大概僅有0.10 mm，中心孔也很難對準(zhǔn)，鉸刀退出時(shí)又不能反轉(zhuǎn)，因鉸刀有后角，反轉(zhuǎn)時(shí)容易使切屑塞在鉸刀刀齒后面和孔壁之間，最終會(huì)使孔壁劃傷，同時(shí)磨損鉸刀。轉(zhuǎn)子材料一般都采用30Cr1Mo1V-590、241～277HBW，最終造成聯(lián)軸器孔質(zhì)量差，兩軸之間沒有達(dá)到最理想狀態(tài)——無間隙，這樣兩軸之間就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)達(dá)到一定極限時(shí)汽輪機(jī)的蒸汽力矩和發(fā)電機(jī)的磁力矩不能相互平衡，作用于各個(gè)軸段的扭矩會(huì)使該區(qū)域傳遞的有效功率下降，同時(shí)也會(huì)使軸在瞬間產(chǎn)生沖擊扭矩或周期交變扭矩，將引起轉(zhuǎn)速變化并激發(fā)軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而在軸系上產(chǎn)生交變的扭應(yīng)力，使材料發(fā)生疲勞損壞，影響轉(zhuǎn)子的使用壽命。這樣一來此鉸刀是達(dá)不到安裝要求的。

螺旋鉸刀也具有一個(gè)或者多個(gè)刀齒，是用以切削薄金屬已加工表面的旋轉(zhuǎn)刀具（見圖6）。經(jīng)過鉸刀加工后的孔可以獲得精確的尺寸和形狀，主要是用于鉸削工件上已鉆削（或擴(kuò)孔）加工后的孔，提高孔的加工精度，降低其表面粗糙度值，使銷孔螺栓與銷孔之間的配合間隙符合圖樣要求。螺旋鉸刀目前有三大特點(diǎn)：①鉸刀前端有一段螺旋，主要起一定的導(dǎo)向作用，能準(zhǔn)確地找準(zhǔn)孔的位置，能切削一定的加工余量。②鉸刀設(shè)計(jì)成其中心有一通孔槽，主要是減輕重量（φ56 mm）攜帶方便，同規(guī)格鉸刀重量只有5.2 kg左右。③其一次鉸削量為0.25 mm，耐磨性好、工作效率高、鉸孔質(zhì)量高、勞動(dòng)強(qiáng)度小、工裝成本低。

此螺旋鉸刀一般比較適用于安裝過程中的聯(lián)軸器鉸孔，并且是人工鉸孔排除機(jī)械鉸孔。因聯(lián)軸器孔位置在空間上有一定局限性，這時(shí)我們會(huì)采取人工現(xiàn)場（電廠）鉸孔。

采用螺旋鉸刀進(jìn)行切削加工，其重量只有常用手用鉸刀的一半左右，在鉸削孔的過程中基本上能夠準(zhǔn)確無誤地找準(zhǔn)中心位置，這是因?yàn)槁菪q刀前端有大約30 mm長度的螺紋，主要是起導(dǎo)向及前端切削作用，這樣就能使切削刃部位有較強(qiáng)的切削力同時(shí)還會(huì)使聯(lián)軸器孔中心處于正確的位置，受力方面也比較均衡，其切削量是常用手用鉸刀的2倍多，最大鉸削量為0.25 mm，而常用鉸刀最大只能鉸削0.10 mm，做功也只是常用手用鉸刀的一半左右，鉸孔的精度也隨之提高，這樣一來螺旋鉸刀使用壽命也會(huì)大大延長，使用刃具成本就會(huì)降低。隨之帶來轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)也會(huì)降低。

圖6 螺旋鉸刀

現(xiàn)我單位有一實(shí)例：一臺(tái)印度老機(jī)組改造的50MW冷凝式汽輪機(jī)（N50-8.83），其主要是以通流改造提高熱效率。由于用戶方目前嚴(yán)重缺電，急需進(jìn)行通流改造來提高熱效率，且用戶給的生產(chǎn)周期很短，只有4個(gè)月時(shí)間，用戶方資金情況也不是太好，所以要求更換主要零部件?，F(xiàn)整個(gè)軸系中只更換了轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)聯(lián)軸器等，但不更換發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器。上文中已說明聯(lián)軸器分汽輪機(jī)高壓端、汽輪機(jī)中壓端、發(fā)電機(jī)端，這樣隨時(shí)會(huì)帶來汽端聯(lián)軸器（新）與現(xiàn)場發(fā)端聯(lián)軸器（舊）聯(lián)接孔不一致，這時(shí)就會(huì)考慮到給聯(lián)軸器孔留有一定的余量?，F(xiàn)從下述表格中不難看出12個(gè)聯(lián)軸器孔徑基本上不同（見表2和圖7）。

轉(zhuǎn)子需要重新安裝時(shí)，聯(lián)軸器孔就必須在原有尺寸上進(jìn)行鉸孔，主要是使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間能很好地剛性聯(lián)接。目前汽端聯(lián)軸器孔要求孔φ但到現(xiàn)場鉸孔量只需放0.50 mm。只要準(zhǔn)備2 把螺旋鉸刀φ54.75 mm、φ55.00 mm即可完成。而采用普通常用手用鉸刀鉸孔就需要四種：φ54.53±0.01 mm粗鉸、φ54.87±0.01 mm半粗鉸刀、φ54.95±0.01 mm半精鉸刀和φ55H7 mm精鉸刀，每種又需要2把，總數(shù)需要8把完成。從上述實(shí)例中兩種形式的鉸刀在同一情況下更能體現(xiàn)他們之間的不同，所以說采用螺旋鉸刀是最合適不過了，又一次體現(xiàn)了螺旋鉸刀方便之處。

對一個(gè)制造企業(yè)來講，產(chǎn)品的好壞直接檢驗(yàn)制造工藝水平的好壞。制造工藝不好，產(chǎn)品質(zhì)量就沒法保證。制造企業(yè)只有在制造工藝上加以提高才能保證過硬的產(chǎn)品質(zhì)量，才能取得用戶信任，才能繼續(xù)有新的發(fā)展和新的未來。

圖7

表1 記錄的聯(lián)軸器螺栓長度 （單位：mm）

表2 螺栓尺寸數(shù)據(jù)記錄 （單位：mm）