付剛

南京汽輪電機（集團）有限責任公司 江蘇南京 210037

1 序言

燃氣輪機作為世界工業(yè)領域皇冠上的明珠，其核心技術一直為國外企業(yè)所壟斷，而燃氣輪機轉(zhuǎn)子的裝配技術，也是其核心技術之一，燃氣輪機轉(zhuǎn)子裝配的好壞，對機組的效率和安全性具有非常重要的影響。

新型70MW燃氣輪機是我公司從國外引進的一種中型燃氣輪機，它憑借出色的聯(lián)合循環(huán)效率和高可靠性，在同級產(chǎn)品中廣受市場歡迎。燃氣輪機轉(zhuǎn)子是燃氣輪機中的核心部件，其核心技術長期被外國企業(yè)所壟斷，為實現(xiàn)燃氣輪機轉(zhuǎn)子國產(chǎn)化，對新型70MW燃氣輪機轉(zhuǎn)子裝配進行技術攻關，完成轉(zhuǎn)子的裝配。

2 新型70MW燃氣輪機轉(zhuǎn)子結構簡介

新型70MW燃氣輪機轉(zhuǎn)子由壓氣機轉(zhuǎn)子（包括前后半軸和1～16級輪盤）和透平轉(zhuǎn)子兩部分組成，兩部分需先分別裝配，再將兩部分通過止口過盈配合裝配對接，并用一組拉桿螺栓將其拉緊，如圖1所示。完成連接后轉(zhuǎn)子各部分跳動、連接處的間隙及螺栓的伸長量等均有很高要求。

圖1 轉(zhuǎn)子結構

3 轉(zhuǎn)子總成裝配難點分析

首先，壓氣機轉(zhuǎn)子與透平轉(zhuǎn)子需設計相應的起吊與擺放工裝。其次，裝配對接時，需保證壓氣機轉(zhuǎn)子與透平轉(zhuǎn)子接觸面貼合，保證間隙合格。拉桿螺栓拉緊時，拉桿需多次拉伸，拉桿伸長量有嚴格要求。裝配完成后，轉(zhuǎn)子各處均需測量徑向圓跳動值，需保證徑向圓跳動值合格。

4 工藝方案及裝配過程介紹

確定壓氣機與透平轉(zhuǎn)子采用立式對接。為轉(zhuǎn)子裝配設計專用地坑（見圖2），裝配前先用水平儀找平，確保與轉(zhuǎn)子接觸面水平。側(cè)面設有4處螺孔，可用頂起螺釘調(diào)整轉(zhuǎn)子中心，確保同心度。

圖2 專用地坑

對透平轉(zhuǎn)子的止口尺寸進行測量，并按此尺寸，將壓氣機轉(zhuǎn)子止口尺寸車削滿足過盈量要求。安裝壓氣機轉(zhuǎn)子起吊工裝，將壓氣機轉(zhuǎn)子放置在地坑中，如圖3所示。

圖3 壓氣機轉(zhuǎn)子起吊與安裝

由于壓氣機葉片非常尖銳，在起吊、裝配的過程中，葉片極易損傷，且操作人員操作時也有被葉片劃傷的風險，因此我們設計了壓氣機葉片保護裝置（見圖4、圖5），以防止上述可能的危險發(fā)生[1]。

圖4 葉片保護裝置與裝配臺

圖5 葉片保護裝置

安裝透平轉(zhuǎn)子起吊工裝，將透平轉(zhuǎn)子豎起，再次檢測壓氣機轉(zhuǎn)子與透平轉(zhuǎn)子止口配合過盈量：（0.23±0.03）mm，如圖6所示。

圖6 透平轉(zhuǎn)子起吊安裝

安裝透平轉(zhuǎn)子起吊工裝，將透平轉(zhuǎn)子豎起（見圖7），再次檢測壓氣機轉(zhuǎn)子與透平轉(zhuǎn)子止口配合過盈量：（0.23±0.03）mm。

圖7 透平轉(zhuǎn)子起吊過程

為了抵消徑向圓跳動造成的誤差，我們找到透平轉(zhuǎn)子法蘭端面的最大跳動點與壓氣機轉(zhuǎn)子法蘭端面的最大跳動點，將最大跳動點按約180°對稱放置，以消除誤差。復測透平轉(zhuǎn)子與壓氣機轉(zhuǎn)子止口尺寸，保證過盈量，如圖8和圖9所示。

圖8 測量透平轉(zhuǎn)子止口尺寸

圖9 測量壓氣機轉(zhuǎn)子止口尺寸

對加熱區(qū)域用氧氣乙炔均勻緩慢加熱，監(jiān)測加熱表面溫度（見圖10），最高不得超過180℃。配合止口過盈量為（0.23±0.03）mm，為了確保接觸面能緊密貼合無卡澀，加熱后內(nèi)止口直徑擴大0.33～0.40mm，再進行裝配[2]。檢查加熱端面和壓氣機端面溫差，不小于60℃。

圖10 火焰加熱及溫度監(jiān)測

為保證透平轉(zhuǎn)子與壓氣機轉(zhuǎn)子的同心度，分布地裝上導柱，使得透平轉(zhuǎn)子按標識好的位置沿著導柱緩緩落下，如圖11所示。

圖11 透平轉(zhuǎn)子落下

為了確保在沒有拉緊螺栓拉緊的情況下接觸面貼合，我們使用工藝螺栓先拉緊。透平轉(zhuǎn)子落下后，將30個工藝螺栓/螺母迅速裝上，用扳手按一定的擰緊順序?qū)⒐に嚶菟?螺母預擰緊（兩套扳手對稱擰緊[3]，如圖12所示。松開工藝螺栓后，用0.01mm塞尺檢查法蘭結合面間隙（見圖13），自由狀態(tài)下一圈沒有任何間隙。

圖12 擰緊工藝螺栓

圖13 間隙測量

保留3處工藝螺栓/螺母不拆除，拆除其余27個工藝螺栓/螺母（見圖14），檢查各個拆除工藝螺栓孔有無拉傷和毛邊，并清理干凈。

圖14 拆除工藝螺栓

為滿足圖樣要求，對產(chǎn)品螺桿分兩步進行拉伸。第一步：將螺桿拉伸0.152～0.228mm，液壓扳手擰緊螺栓需要輸出的力矩約1148N·m，如圖15、圖16所示。第二步：將螺桿拉伸0.356～0.406mm，液壓扳手擰緊螺栓需要輸出的力矩約2300N·m。

圖15 拉伸螺桿

圖16 液壓扳手擰緊螺栓

為防止擰緊過程中螺栓轉(zhuǎn)動，設計專用工裝（見圖17）。本工裝設計了六角鎖緊銷，用于擰緊時防止拉緊螺栓轉(zhuǎn)動，以提升擰緊效率，確保裝配質(zhì)量[3]。5個螺栓為一組，在擰緊時使用。

圖17 螺栓轉(zhuǎn)動專用工裝

5 試驗結論

拉伸完成后檢查螺栓伸長量（見圖18），均符合圖樣要求。

圖18 檢查螺栓伸長量

完成上述裝配工作后，轉(zhuǎn)子需用車床車削加工、測量、檢驗（見圖19），以兩端軸頸為基準校正后，轉(zhuǎn)子各處徑向圓跳動、軸向圓跳動均滿足圖樣要求。

圖19 轉(zhuǎn)子在臥式車床上檢測圓跳動情況

新型70MW燃機轉(zhuǎn)子總成裝配各項目均已完成，并符合圖樣要求。

6 結束語

目前，首套轉(zhuǎn)子已經(jīng)下缸，第二套轉(zhuǎn)子也已經(jīng)完成了加工裝配，標志著我們在燃氣輪機完全國產(chǎn)化的道路上邁出了重要的一步，為其他各型燃機轉(zhuǎn)子總成裝配奠定了堅實的基礎，也積累了豐富的經(jīng)驗。