汽轮机转子叶根勾槽的塞规研究

杨晓涛，常健

(1. 南京汽轮电机(集团)有限责任公司，江苏 南京 210000； 2. 中国矿业大学， 江苏 徐州 221116)

1 叶根槽型介绍

汽轮机动叶片是汽轮机的主要元件之一。动叶片的结构由叶顶、型线部分、中间体和叶根组成[1]。动叶片通过叶根与转子本体相连。转子本体上与动叶片叶根配合的部分结构称之为叶根槽。我公司的产品有6种大类的叶根槽形，详见图1。

图1 叶根槽全图

1) 图1(a)所示为倒T型叶根槽的截面，该截面法线垂直于转子中心线，代号为TG(T型根的缩写)。根据喉部尺寸W的不同分成小类。目前有TG-7、TG-8、TG-9、TG-10、TG-12、TG-14、TG-16、TG-18、TG-20、TG-23、TG-24、TG-26、TG-30、TG-34、TG-40、TG-50共16个小类。每个小类因为其他尺寸的不同分成不同的个体，如TG-9(1)、TG-18-1等。这类槽多用于高中压级，在汽轮机转子中广泛存在，采用车削的工艺方法加工而成[2]。

2) 图1(b)所示为外包倒T型叶根槽的截面，该截面法线垂直于转子中心线，代号为BG(外包型根的缩写)。根据喉部尺寸W的不同分成小类。目前有BG-7、BG-8、BG-10、BG-11、BG-12、BG-14、BG-16、BG-19、BG-22、BG-24共10个小类。每个小类因为其他尺寸的不同分成不同的个体，如BG-14(1)、BG-16-1等。这类槽多用于高中压级中的中压部分，在汽轮机转子中应用广泛，采用车削的工艺方法加工而成。

3) 图1(c)所示为双倒T型叶根槽的截面，该截面法线垂直于转子中心线，代号为2BG、2TG(2层根的缩写)。根据喉部尺寸W的不同分成小类。目前有2BG-20、2BG-28、2BG-34共3个外包小类和2TG-30共1个倒T型小类。每个小类因为其他尺寸的不同分成不同的个体，如2BG-20(1)、2BG-34-2、2TG-30(1)等。这类槽多用于低压级，在大功率机组的低压部分广泛存在，采用车削的工艺方法加工而成。

4) 图1(d)所示为菌型叶根槽的截面，该截面法线垂直于转子中心线，代号为JG(菌型根的缩写)。根据喉部尺寸W的不同分成小类。目前有JG-14、2JG-11.12、2JG-16、3JG-14、3JG-16、3JG-16.05、3JG-17.53、3JG-21.23、3JG-25.6、3JG-26、3JG-27.94共11个小类。每个小类因为其他尺寸的不同分成不同的个体，如2JG-11.12-1等。这类槽多用于调节级、高压级，在大功率机组以及反动式转子的高压部分广泛存在，采用车削的工艺加工而成[3]。

5) 图1(e)所示为叉型叶根槽的截面，该截面法线垂直于转子中心线，代号为CG(叉型根的缩写)。根据喉部尺寸W的不同分成小类。目前有2CG-30、2CG-44、2CG-49、3CG-51、3CG-65.5、3CG-82.5、3CG-97.5、3CG-107、4CG-97.5、4CG-129.5、5CG-147、5CG-150共12个小类。每个小类因为其他尺寸的不同分成不同的个体，如3CG-65.5A、3CG-65.5L、3CG-82.5(1)等。这类槽多用于小功率机组的套装叶轮的末级或者次末级以及大功率机组的调节级，采用车削的工艺方法加工而成[4]。

6) 图1(f)所示为枞树型叶根槽的截面，该截面法线与转子中心线不垂直，代号为ZG。根据喉部尺寸W的不同分成小类。目前有3ZG-12、3ZG-15、3ZG-18、3ZG-21、3ZG-25、4ZG-30共6个小类。每个小类因为其他尺寸的不同分成不同的个体，如3ZG-12-W、3ZG-18-P、4ZG-30-T等。这类槽多用于大功率汽轮机的低压转子以及反动式汽轮机的转子。由于截面法线不垂直于转子中心线，所以采用铣削的工艺方法加工而成。

本文关注的是TG和BG以及2BG、2TG型叶根槽车削中的勾槽深度尺寸控制，现以BG-14-2槽为例来进行介绍。

图2 BG-14-2叶根槽截面图

图3 勾槽塞规初设图

2 尺寸链知识介绍

尺寸链：在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组[6]。

环：列入尺寸链中的每一个尺寸。

封闭环：尺寸链中在装配过程或者加工过程最后形成的一环。

组成环：尺寸链中对封闭环有影响的全部环，这些环中任一环的变动必然引起封闭环的变动。

增环：尺寸链中的组成环，由于该环的变动引起封闭环同向变动。同向变动指该环增大时封闭环也增大，该环减小时封闭环也减小。

减环：尺寸链中的组成环，由于该环的变动引起封闭环反向变动。反向变动指该环增大时封闭环减小，该环减小时封闭环增大。

完全互换法计算方法：封闭环的上偏差等于链中所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和；封闭环的下偏差等于链中所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和[7]。

3 勾槽塞规设计过程

a) 确定勾槽塞规的测量值

b) 确定勾槽塞规通止端尺寸

工件孔基本尺寸21.5mm，工件孔公差T=(+0.1)-(+0.05)=0.05mm=50μm。

查GB/T1957-2006《光滑极限量规技术条件》中6.2节，工件孔基本尺寸18～30段IT8级孔或轴的公差值为33μm，T1=3.4μm，Z1=5.0μm，IT9级孔或轴的公差值为52μm，T1=4.0μm，Z1=7.0μm[8]。

采用去尾法进行数值圆整，要求能被0.2整除。T1=3.8μm=0.003 8mm,Z1=6.6μm=0.0066mm。

按照GB/T1957-2006《光滑极限量规技术条件》中6.1节量规尺寸公差带及其位置图所示列出计算方程：

c) 确定勾槽塞规喉部尺寸

叶根槽喉部直槽尺寸14mm，工件孔公差T=(+0.15)-(+0.1)=0.05mm=50μm。

查GB/T1957-2006《光滑极限量规技术条件》中6.2节，工件孔基本尺寸10～18段IT9级孔或轴的公差值为43μm，T1=3.4μm，Z1=6.0μm，IT10级孔或轴的公差值为70μm，T1=4.0μm，Z1=8.0μm。

采用去尾法进行数值圆整，要求能被0.2整除。T1=3.4μm=0.0034mm,Z1=6.4μm=0.0064mm。

按照GB/T1957-2006《光滑极限量规技术条件》中6.1节量规尺寸公差带及其位置图所示列出计算方程：

d) 确定勾槽塞规工艺尺寸

将已经确定的数值填入初设图，得到图4。

图4 勾槽塞规尺寸链图

由完全互换法计算方法列方程：

解方程求得：H=14.545 95,ES=0,EI=-0.002 1。

由完全互换法计算方法列方程：

解方程求得：J=14.504 45,ES=0,EI=-0.002 1。

最终的勾槽塞规图如图5。

图5 勾槽塞规图

4 结语

这种方法不仅可用于TG、BG型叶根槽，对于2BG、2TG型槽、汽轮机隔板内环勾槽同样适用，无论用于什么样的勾槽，都需要因地制宜，做适当的变通。

实践中计算过程繁琐，利用EXCEL软件将计算过程制作成电子表格，只要输入相关数据即可自动运算。有兴趣的读者可以自行编写电子表格。