新型70MW燃气轮机转子装配

付刚

南京汽轮电机（集团）有限责任公司 江苏南京 210037

1 序言

燃气轮机作为世界工业领域皇冠上的明珠，其核心技术一直为国外企业所垄断，而燃气轮机转子的装配技术，也是其核心技术之一，燃气轮机转子装配的好坏，对机组的效率和安全性具有非常重要的影响。

新型70MW燃气轮机是我公司从国外引进的一种中型燃气轮机，它凭借出色的联合循环效率和高可靠性，在同级产品中广受市场欢迎。燃气轮机转子是燃气轮机中的核心部件，其核心技术长期被外国企业所垄断，为实现燃气轮机转子国产化，对新型70MW燃气轮机转子装配进行技术攻关，完成转子的装配。

2 新型70MW燃气轮机转子结构简介

新型70MW燃气轮机转子由压气机转子（包括前后半轴和1～16级轮盘）和透平转子两部分组成，两部分需先分别装配，再将两部分通过止口过盈配合装配对接，并用一组拉杆螺栓将其拉紧，如图1所示。完成连接后转子各部分跳动、连接处的间隙及螺栓的伸长量等均有很高要求。

图1 转子结构

3 转子总成装配难点分析

首先，压气机转子与透平转子需设计相应的起吊与摆放工装。其次，装配对接时，需保证压气机转子与透平转子接触面贴合，保证间隙合格。拉杆螺栓拉紧时，拉杆需多次拉伸，拉杆伸长量有严格要求。装配完成后，转子各处均需测量径向圆跳动值，需保证径向圆跳动值合格。

4 工艺方案及装配过程介绍

确定压气机与透平转子采用立式对接。为转子装配设计专用地坑（见图2），装配前先用水平仪找平，确保与转子接触面水平。侧面设有4处螺孔，可用顶起螺钉调整转子中心，确保同心度。

图2 专用地坑

对透平转子的止口尺寸进行测量，并按此尺寸，将压气机转子止口尺寸车削满足过盈量要求。安装压气机转子起吊工装，将压气机转子放置在地坑中，如图3所示。

图3 压气机转子起吊与安装

由于压气机叶片非常尖锐，在起吊、装配的过程中，叶片极易损伤，且操作人员操作时也有被叶片划伤的风险，因此我们设计了压气机叶片保护装置（见图4、图5），以防止上述可能的危险发生[1]。

图4 叶片保护装置与装配台

图5 叶片保护装置

安装透平转子起吊工装，将透平转子竖起，再次检测压气机转子与透平转子止口配合过盈量：（0.23±0.03）mm，如图6所示。

图6 透平转子起吊安装

安装透平转子起吊工装，将透平转子竖起（见图7），再次检测压气机转子与透平转子止口配合过盈量：（0.23±0.03）mm。

图7 透平转子起吊过程

为了抵消径向圆跳动造成的误差，我们找到透平转子法兰端面的最大跳动点与压气机转子法兰端面的最大跳动点，将最大跳动点按约180°对称放置，以消除误差。复测透平转子与压气机转子止口尺寸，保证过盈量，如图8和图9所示。

图8 测量透平转子止口尺寸

图9 测量压气机转子止口尺寸

对加热区域用氧气乙炔均匀缓慢加热，监测加热表面温度（见图10），最高不得超过180℃。配合止口过盈量为（0.23±0.03）mm，为了确保接触面能紧密贴合无卡涩，加热后内止口直径扩大0.33～0.40mm，再进行装配[2]。检查加热端面和压气机端面温差，不小于60℃。

图10 火焰加热及温度监测

为保证透平转子与压气机转子的同心度，分布地装上导柱，使得透平转子按标识好的位置沿着导柱缓缓落下，如图11所示。

图11 透平转子落下

为了确保在没有拉紧螺栓拉紧的情况下接触面贴合，我们使用工艺螺栓先拉紧。透平转子落下后，将30个工艺螺栓/螺母迅速装上，用扳手按一定的拧紧顺序将工艺螺栓/螺母预拧紧（两套扳手对称拧紧[3]，如图12所示。松开工艺螺栓后，用0.01mm塞尺检查法兰结合面间隙（见图13），自由状态下一圈没有任何间隙。

图12 拧紧工艺螺栓

图13 间隙测量

保留3处工艺螺栓/螺母不拆除，拆除其余27个工艺螺栓/螺母（见图14），检查各个拆除工艺螺栓孔有无拉伤和毛边，并清理干净。

图14 拆除工艺螺栓

为满足图样要求，对产品螺杆分两步进行拉伸。第一步：将螺杆拉伸0.152～0.228mm，液压扳手拧紧螺栓需要输出的力矩约1148N·m，如图15、图16所示。第二步：将螺杆拉伸0.356～0.406mm，液压扳手拧紧螺栓需要输出的力矩约2300N·m。

图15 拉伸螺杆

图16 液压扳手拧紧螺栓

为防止拧紧过程中螺栓转动，设计专用工装（见图17）。本工装设计了六角锁紧销，用于拧紧时防止拉紧螺栓转动，以提升拧紧效率，确保装配质量[3]。5个螺栓为一组，在拧紧时使用。

图17 螺栓转动专用工装

5 试验结论

拉伸完成后检查螺栓伸长量（见图18），均符合图样要求。

图18 检查螺栓伸长量

完成上述装配工作后，转子需用车床车削加工、测量、检验（见图19），以两端轴颈为基准校正后，转子各处径向圆跳动、轴向圆跳动均满足图样要求。

图19 转子在卧式车床上检测圆跳动情况

新型70MW燃机转子总成装配各项目均已完成，并符合图样要求。

6 结束语

目前，首套转子已经下缸，第二套转子也已经完成了加工装配，标志着我们在燃气轮机完全国产化的道路上迈出了重要的一步，为其他各型燃机转子总成装配奠定了坚实的基础，也积累了丰富的经验。