01 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

汽輪機(jī)中所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子，是汽輪機(jī)中最重要的部件之一，由轉(zhuǎn)軸、葉輪或轉(zhuǎn)鼓、工作動(dòng)葉片、平衡活塞、危急保安器、盤(pán)車(chē)器和聯(lián)軸器等部件所組成。它的作用是將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，傳遞作用在工作動(dòng)葉片上的蒸汽圓周分力所產(chǎn)生的扭矩，向外輸出機(jī)械功，用以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、泵或發(fā)電機(jī)。按其結(jié)構(gòu)型式轉(zhuǎn)子可分為輪式轉(zhuǎn)子和鼓式轉(zhuǎn)子；按制造工藝可分為套裝式、整鍛式和焊接式。

02 葉輪

葉輪的功用是用于安裝工作動(dòng)葉片，并將動(dòng)葉片所受到的氣流作用力所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩傳遞給主軸做功，以驅(qū)動(dòng)泵、壓縮機(jī)以及發(fā)電機(jī)。

葉輪處于高溫工質(zhì)內(nèi)，并以高速旋轉(zhuǎn)，受多種復(fù)雜、交變的作用力，這些力通常是很大的。葉輪工作時(shí)承受的力如下。

a.葉輪本身重量引起的離心力。

b.葉片、圍帶和拉金引起的離心力，這部分離心力一般稱為葉輪外部徑向載荷。

c.套裝轉(zhuǎn)子由于葉輪套在軸上的過(guò)盈產(chǎn)生的接觸應(yīng)力。

以上這三種載荷所引起的應(yīng)力與葉輪的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)力。

d.在較高溫度區(qū)域內(nèi)的葉輪，以及在汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，葉輪受到溫度沿半徑方向分布不均勻而引起的溫度應(yīng)力。

e.在帶反動(dòng)度的級(jí)中，由葉輪前后蒸汽壓差造成的軸向力。

此外，由于葉輪軸向振動(dòng)也會(huì)引起振動(dòng)應(yīng)力，所以葉輪是汽輪機(jī)中承受應(yīng)力最大的零件之一。

汽輪機(jī)葉輪由輪緣、輪縠和輪體三部分所組成。輪緣即葉輪的外緣，是用來(lái)安裝動(dòng)葉片的部分，一般是等厚度的，其中開(kāi)有周向的葉根槽或軸向的葉根槽，視葉片的裝配方式而定。葉根槽缺口的形狀由葉根結(jié)構(gòu)型式而定。輪緣是葉輪與轉(zhuǎn)軸的連接部分，套裝式轉(zhuǎn)子靠輪載將葉輪套裝在轉(zhuǎn)軸上，整鍛轉(zhuǎn)子的輪緣與轉(zhuǎn)軸鍛造在一起。輪緣的形狀都是等厚度的，套裝葉輪輪載內(nèi)孔的應(yīng)力很大，選用較厚的厚度以減少內(nèi)孔處的應(yīng)力。輪體是把輪緣和輪載連成一體的中間部分，輪面的型線取決于負(fù)荷的大小和加工要求，一般有四種。

a.等厚度葉輪

如圖1（a）所示，這種葉輪截面為等厚度，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但葉輪強(qiáng)度較差，一般適用于小直徑、短葉片葉輪，一般圓周速度u<120~130m/s。汽輪機(jī)高壓部分整鍛轉(zhuǎn)子經(jīng)常采用等厚度葉輪。

b.錐形葉輪

如圖1（b）所示，這種葉輪截面為錐形，強(qiáng)度高，應(yīng)力分布均勻，加工方便，是應(yīng)用最為廣泛的一種型式，一般圓周速度達(dá)u=300m/s。

c.雙曲線型葉輪

如圖1（c）所示，這種葉輪截面形狀近似為雙曲線，結(jié)構(gòu)重量較輕，剛性稍差，制造加工復(fù)雜。

d.等強(qiáng)度葉輪

如圖1（d）所示，這種葉輪的截面變化使其應(yīng)力分布均勻，因而強(qiáng)度最佳，但因中心不能開(kāi)孔，故只能與軸整體鍛造，加工困難，一般只用于高速的單級(jí)汽輪機(jī)。

圖1 葉輪

除第四種葉輪外，前三種葉輪上均鉆有平衡孔。一般都在葉輪中部沿圓周均布，孔數(shù)為奇數(shù)（5個(gè)或7個(gè)），其目的是為了減少葉輪前后壓力差所造成的軸向推力，而且可以避免或減少葉輪發(fā)生有節(jié)奏的振動(dòng)。平衡孔邊緣倒成大圓角，以減少應(yīng)力集中。

轉(zhuǎn)子兩端的兩個(gè)葉輪的外側(cè)平面上設(shè)有放置平衡塊的燕尾槽，便于動(dòng)平衡時(shí)調(diào)整平衡塊的位置。

03 工作動(dòng)葉片

汽輪機(jī)工作動(dòng)葉片是重要的零部件之一，氣流流經(jīng)動(dòng)葉片后將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槿~片和轉(zhuǎn)子的機(jī)械功，它的技術(shù)狀況對(duì)汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有直接的影響。動(dòng)葉片的數(shù)量很多，加工量大（占1/3），在運(yùn)行中發(fā)生的事故較多，常達(dá)主機(jī)事故的30%~40%，往往由于某一個(gè)或幾個(gè)葉片發(fā)生斷裂而造成嚴(yán)重的事故。因此，要求動(dòng)葉片應(yīng)具有良好的空氣動(dòng)力特性，要滿足強(qiáng)度上的要求，要有完善的轉(zhuǎn)動(dòng)特性，結(jié)構(gòu)要合理并具有良好的工藝性能，對(duì)葉片的加工和裝置都有嚴(yán)格的要求。

工作動(dòng)葉片由葉根、工作部分（型線）和葉頂三個(gè)部分所組成。

a. 葉根

用來(lái)將葉片固定在葉輪或轉(zhuǎn)鼓上，葉根的結(jié)構(gòu)型式很多，取決于強(qiáng)度、制造和安裝的工藝要求、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)型式以及制造廠的生產(chǎn)傳統(tǒng)。對(duì)葉根的要求是將葉片牢固地固定在輪緣中，在任何運(yùn)行條件下保證葉片在轉(zhuǎn)子中的位置不變。此外，在滿足強(qiáng)度的條件下，應(yīng)做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，并使輪緣的軸向尺寸最小。常用的葉根有T形、叉形、Ⅰ形、雙T形和縱樹(shù)形。

b. 葉型（也叫葉片工作部分或型線部分）

葉片葉型部分是葉片中最主要的部分，氣流流經(jīng)葉片葉型部分時(shí)，蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功。葉型的型線對(duì)空氣動(dòng)力性能和流動(dòng)損失有直接的影響，按照葉型沿葉片高度的變化情況，葉片可分為等截面葉片和變截面葉片。

c.葉頂

葉頂部分是指葉片頂端的圍帶和拉金，汽輪機(jī)高壓段的動(dòng)葉片一般都設(shè)有圍帶，低壓段多設(shè)有拉金。圍帶在葉片頂部形成一個(gè)蓋板，可以防止葉片頂部的漏汽，提高級(jí)效率，并減少汽流力所引起的彎曲應(yīng)力，同時(shí)也可以改變?nèi)~片的剛性以達(dá)到改變?nèi)~片頻率的目的，即所謂調(diào)頻。

04 平衡活塞

在沖動(dòng)式汽輪中，因?yàn)檎羝诠ぷ鲃?dòng)葉片中沒(méi)有（或很少有）膨脹，葉片前后沒(méi)有壓力差（或很?。?，在理論上不會(huì)產(chǎn)生軸向推力（或有很小），故一般不設(shè)置平衡活塞而采用在葉輪上開(kāi)鉆平衡孔的方法來(lái)平衡。有時(shí)由于蒸汽流量的變化而產(chǎn)生偶然的軸向推力，則由止推軸承來(lái)承受。但是，在反動(dòng)式汽輪機(jī)中由于蒸汽在工作動(dòng)葉片中膨脹做功，工作動(dòng)葉片前后存在壓力差，這樣轉(zhuǎn)子上就始終有著從高壓端推向低壓端的軸向推力，平衡活塞就是為了基本上抵消這種推力而設(shè)置的裝置。平衡活塞正面承受高壓蒸汽的推力，背面承受某級(jí)引出的蒸汽壓力的作用，其作用與離心式壓縮機(jī)平衡盤(pán)相同。

05 聯(lián)軸器

聯(lián)軸器又叫靠背輪，用來(lái)聯(lián)結(jié)汽輪機(jī)各個(gè)轉(zhuǎn)子以及驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械（泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)）的轉(zhuǎn)子，并將汽輪機(jī)的扭矩傳送給工作機(jī)械。在多缸汽輪機(jī)中，如果幾個(gè)轉(zhuǎn)子合用一個(gè)推力軸承，則聯(lián)軸器還將傳遞軸向力；如果每個(gè)轉(zhuǎn)子都有自己的推力軸承，則聯(lián)軸器應(yīng)保證各轉(zhuǎn)子的軸向位移互不干擾，即不允許傳遞軸向推力。

現(xiàn)代工業(yè)汽輪機(jī)的聯(lián)軸器通常有三種型式：剛性聯(lián)軸器、半撓性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器。