（一）转子

汽轮机转动部件的组合体称为转子，它由主轴、叶轮、叶片、联轴器和盘车装置等部件所组成。转子是汽轮机最重要的部件之一，担负着工质能量转换及扭矩传递的重任。

汽轮机转子按形状可分为转轮型和转鼓型两种。冲动式汽轮机常采用转轮型转子；反动式汽轮机则采用转鼓型转子。按制造工艺可分为套装转子、整锻转子、组合转子和焊接转子。

1.套装转子

套装转子的结构如图3-33（a）所示。主轴和叶轮分别加工制造，然后将叶轮热套（过盈配合）在主轴上。由于套装转子的叶轮和主轴是单独制造的，故锻件小、加工方便、节省材料、容易保证质量、转子部分零件损坏后也容易拆换。但轮孔处应力较大、转子的刚性较差，特别是在高温下工作时，金属的蠕变容易使叶轮与主轴套装处产生松动。因此套装转子只适用于中、低参数的汽轮机和高参数汽轮机的中、低压部分，其工作温度一般在400℃以下。

2.整锻转子

整锻转子的结构如图3-33（b）所示。转子的叶轮和主轴及其他主要零部件是用整体毛坯加工制成的，主轴的中心通常钻有中心孔。其优点是由于叶轮与主轴为一整体，所以不会松动，能适应高温工作和快速启动的要求；另外，整锻转子的装配零件少、结构紧凑、刚性大。其缺点是锻件大，工艺要求高，材料耗损大、大锻件质量难以保证及质量检验比较复杂、加工制造周期长、零件损坏时更换困难等。对于高参数或超高参数机组的高压转子，防止高温下松动是主要的，故广泛采用整锻转子。现代大型汽轮机，由于末级叶片长度的增加，套装叶轮的强度已不能满足要求，所以某些机组的低压转子也开始采用整锻转子。

图3-32　推力支持联合轴承

1—轴承箱盖；2—定位环；3—垫块；4—调整垫片；5—止动销；6—球面轴瓦套；7—轴承体；8—支承环；9—推力瓦块；10—油封环；11—定位瓦块；12—定位瓦安装环；13—销子；14—挡油环；15—油封；16—挡油环；17—转子；18—管接头；19—支持弹簧；20—调整螺钉；21—节流螺钉；22—连通盖

3.焊接转子

焊接转子的结构如图3-33（c）所示。它是由若干个叶轮和端轴拼合焊接而成。焊接转子重量轻，锻件小，结构紧凑，承载能力大。强度高，刚性好，不存在松动问题等。但是焊接转子要求材料的可焊性好，焊接工艺及检验方法要求高而且比较复杂，因而在一定程度上妨碍了焊接转子的应用。随着技术的不断发展，焊接转子将越来越得到广泛地应用。既可用于高压转子也可用于低压转子。我国生产的125MW和300MW汽轮机以及引进法国300MW汽轮机的低压转子采用了焊接结构。

4.组合转子

组合转子的结构如图3-33（d）所示。它是在同一转子上，高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，形成组合转子。这种结构兼顾了整锻转子和套装转子的优点，因而广泛用于高参数、中等功率的汽轮机上。

（二）叶轮

叶轮也称轮盘。用来装置叶片并传递汽流作用在叶片上的力所产生的扭矩。套装式叶轮一般由轮缘、轮体和轮毂等三部分组成，如图3-34所示。轮缘上开有叶根槽，用来固定叶片。轮毂是将叶轮套在主轴上的配合部分，只有套装转子才有，其结构取决于叶轮在主轴上的套装方式。轮面把轮缘与轮毂连成一体。冲动式汽轮机高、中压级叶轮体上开有5～7个平衡孔，以减小叶轮前后的压力差，防止转子过大的轴向推力。

（三）叶片

叶片是将喷嘴喷出的高速汽流的动能和部分热能转变为旋转机械能的重要部件。它除了受汽流作用力外，还要承受高速旋转运动所产生的离心力的作用，而且工作条件很差。因此对叶片要求强度高、型线好、抗腐蚀、抗振动性能强。

图3-34　套装式叶轮

1—轮毂；2—键槽；3—轮面；4—平衡孔；5—叶根槽；6—轮缘

图3-35　动叶片的结构形式

叶片的类型很多，按工作原理可分为冲动式和反动式两大类；按制造工艺可分为铣制、轧制、模锻及精密铸造等类型；按叶片的截面形状还可分为等截面和变截面（扭曲）叶片。

叶片由叶根、工作部分（或称叶身、叶型部分）和叶顶连接件（围带或拉金）等三部分组成，如图3-35所示。

1.叶根

叶片通过叶根安装在叶轮或转鼓上。叶根的作用紧固动叶片，保证叶片在任何运行条件下不会松动。因此要求它与轮缘配合部分要有足够的强度，且应力要小。叶根的结构应在满足强度的条件下尽量简单，使制造、安装方便，并使叶轮轮缘的轴向尺寸为最小，以缩短转子的长度（对整锻转子而言）。常用的叶根有下列几种形式：

（1）T形叶根。图3-36（a）为T形叶根。T形叶根结构简单，加工装配方便，工作可靠。但由于叶根承载面积小，在叶片离心力的作用下，对轮缘两侧产生较大的弯曲应力，使轮缘有张开的趋势。所以T形叶根仅适用于载荷不大的短叶片，如汽轮机的高压级叶片。

图3-36　叶根结构

（a）T形叶根；（b）外包凸肩T形叶根；（c）菌形叶根；（d）外包凸肩双T形叶根；（e）叉形叶根；（f）枞树形叶根

为了改进上述缺点，在叶根和轮缘上设计了两个凸肩，这种叶根称为外包凸肩T形叶根，如图3-36（b）所示。凸肩能阻止轮缘张开，减小轮缘两侧截面上的应力。叶轮间距小的整锻转子常采用此种叶根，如200MW机组，高压缸第二级以后和中压缸末级以前的级均采用外包T形叶根。若要在不增大轮缘尺寸的情况下进一步提高叶根的承载能力，可采用外包双T形叶根，如图3-36（d）所示。

（2）菌形叶根（外包形叶根）。菌形叶根结构如图3-36（c）所示。这种叶根和轮缘的载荷分配比较合理。但是，菌形叶根加工比较复杂，叶片材料消耗较多，故国内目前采用较少，国外引进的机组中应用较多，如日立250MW及意大利ASD320MW的汽轮机除末级外，叶片均采用菌形叶根。

（3）叉形叶根。图3-36（e）为叉形叶根结构。这种结构是将叶根制成叉形，插在轮缘上相应的槽内，并用铆钉固定。叉形叶根强度高，适应性好；叉形叶根采用铆钉固定，连接刚性较好；叉形叶根制造工艺比较简单，是径向单个跨装，检修更换叶片比较方便。但装配时钻孔和铆接工作量较大，整锻转子和焊接转子由于装配不便，不宜采用这种结构。

叉形叶根常用于大功率汽轮机的末几级的叶片，如国产100MW和200MW汽轮机的末三级均采用叉形叶根。

（4）枞树形叶根。图3-36（f）为枞树形叶根结构。这种叶根分为轴向装配式和周向装配式两种，冲动式汽轮机主要采用轴向装配式。枞树形叶根按照叶根和轮缘的载荷分布设计成尖劈形、接近等强度结构，其齿数可以根据载荷的大小确定。枞树形叶根承载能力高，能按照不同载荷设计不同数量的齿数，强度适应性好。但加工复杂、精度要求高，装配难度大，一般只用于大功率汽轮机的调节级和末级叶片。如国产300MW汽轮机的调节级和末级叶片采用的是枞树形叶根。

图3-37　叶形

（a）冲动式；（b）反动式

2.工作部分（叶形、叶身部分）

叶形部分是叶片的工作部分，相邻叶片的叶形部分组成蒸汽的流道。叶形部分的横截面形状称为叶形，叶形的周线称作形线。冲动式叶片和反动式叶片的叶形不同，如图3-37。

蒸汽在汽轮机内逐级膨胀，比容不断变大，蒸汽容积流量增大，因此从高压到低压各级叶片长度需逐渐加长，末几级叶片长度可达900～1000mm以上，称为长叶片。按叶型沿叶高是否变化分为两种形式，一种是断面沿叶高方向相同的等截面叶片；另一种是断面沿叶高方向变化的扭曲叶片。前者加工简单，但气动特性较差，适用于径高比θ＝d m/l R＞10的级（d m是级的平均直径，l R是叶片长度）；后者气动特性较好，并具有较好的强度，但制造工艺较复杂，成本较高，适用于长叶片。

在湿蒸汽区域内工作的叶片，为了提高叶片的抗冲蚀能力，在叶片进口的背弧上均采用强化的措施，如镀铬、堆焊硬质合金或电火花强化处理。

中短叶片的顶部和长叶片的中部，分别用围带和拉金把10～20个叶片连在一起，组成叶片组，用以增强叶片的刚性和抗振能力。

3.叶顶连接件（围带、拉金）

（1）围带。汽轮机的叶顶部分通常装有围带，它将若干个叶片连接成叶片组，围带的主要作用是增加叶片刚性，降低叶片蒸汽力引起的弯应力；可以改变叶片的自振频率从而避开共振，提高叶片的振动安全性；围带还构成封闭的汽流通道，并装置围带汽封，防止蒸汽从叶顶漏出，减少级间漏汽损失。常用的围带有各种形式，如图3-38所示。

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图3-38　围带

（a）整体围带；（b）铆接围带；（c）拱形围带

有些叶片特别是大型机组的末级叶片没有围带，为了减轻叶片重量和防止运行中与汽缸碰撞而损坏叶片，通常将片顶部削薄至0.5～1mm。

（2）拉金。在汽轮机的较长叶片级有的用拉金将叶片连接成叶片组，其作用是增加叶片的刚性以改善其振动特性。

拉金有多种结构形式。按连接方式可分为成组连接、网状连接、整圈连接和Z形连接等，如图3-39所示。按与叶片的连接关系可分为焊接拉金和松拉金；按拉金的横截面形状可分为圆拉金、空心拉金和半圆拉金等。

图3-39　拉金的连接方式

（a）成组连接；（b）网状连接；（c）整圈连接；（d）Z形连接

采用拉金以后，将增加蒸汽在叶片中的流动损失，此外拉金的离心力及拉金孔都将影响叶片的强度。因此，在满足强度和振动特性的条件下，有些长叶片不装拉金而作成自由叶片。

（四）联轴器

联轴器是汽轮发电机组各转子间的连接装置。通常由两个用螺栓连接的对轮组成，所以又称靠背轮。它的作用是把汽轮机各段转子及发电机的转子连接起来并传递扭矩，在多缸汽轮机中还需传递推力。

联轴器一般分为刚性、半挠性和挠性三类。

1.刚性联轴器

刚性联轴器是由两根轴上的带有凸缘的圆盘（称为对轮）组成，用螺栓将两个对轮紧紧地连接在一起，如图3-40所示。小汽轮机的对轮与轴之间一般用热套加键的方法连接，整锻转子的对轮由转子锻件直接车削制成。两个对轮上的螺孔是在找好中心后一起铰出的，用严密配合的紧固螺栓连接。出厂时螺栓与螺孔均作有标记，现场装配时不能互换。

刚性联轴器结构简单、加工方便、连接刚性强、传递力矩大、尺寸小、工作时不需要润滑、没有噪声。但对两轴的同心度要求严格。随着机械制造技术的提高，刚性联轴器的缺点已成为次要矛盾，因此在大功率的机组中被普遍采用。

图3-40　刚性联轴

图3-41　半挠性联轴器

1、2—对轮；3—波形套筒；4、5—螺栓

2.半挠性联轴器

如图3-41所示，半挠性联轴器是在联轴器间装有波形筒，波形筒由具有较好弹性的材料制成的。它的两端有法兰盘分别与两只联轴器相连。波形筒在扭转方向是刚性的，在弯曲方向则有一定的挠性。因此，半挠性联轴器的优点是在工作中能够吸收一部分振动、允许两轴中心有少量的偏差、能够传递不大的轴向力并允许相连两转子间有少许轴向位移，不需润滑及没有噪声等。半挠性联轴器广泛用于大、中型机组汽轮机与发电机的连接。

例如国产100MW、125MW、200MW、300MW汽轮机的低压转子与发电机转子之间的连接均采用此种联轴器。

3.挠性联轴器

挠性联轴器又称为活动联轴器，常用的有齿轮式联轴器和蛇形弹簧联轴器两种，分别如图3-42所示。挠性联轴器容许转子有一定的单独轴向位移，并容许相连两轴中心有一定偏差。其缺点是结构复杂、需要润滑，容易磨损，传递扭矩能力小。一般用于小型机组。国产300MW机组所配用的小汽轮机与给水泵的连接件就是挠性联轴器。

（五）盘车装置

图3-42　挠性联轴器

（a）齿轮式联轴器；（b）蛇形弹簧联轴器
1、2—齿轮；3、4—螺帽；5—套筒；6、7—挡环；8—螺钉；9—主动轮；10—从动轮；11—蛇形弹簧；12—外壳

汽轮机启动前和停机后，为避免转子弯曲变形，用外力使转子连续转动的装置，称为盘车装置。盘车装置的作用是：

（1）防止转子受热不均产生热弯曲而影响再次启动或损坏设备。汽轮机在启动冲转之前一般需要汽封送汽，当供给轴封蒸汽后即有蒸汽从端轴封漏入汽缸内，大部分集中在汽缸上部，使转子和汽缸的上、下部之间产生温差，若转子静止不动就会产生弯曲变形；汽轮机停机后汽缸上部与下部之间也存在温差，若不盘动转子也会产生热弯曲。

（2）启动前盘动转子，可以用来检查汽轮机是否具备运行条件，如动静部分是否存在摩擦，主轴弯曲变形是否符合规定等。

盘车装置有低速（3～5r/min）和高速（40～70r/min）两种。对盘车装置的要求是既能盘动转子，又能在汽轮机转子转速高于盘车转速后自动脱开，并使盘车装置停止转动。

盘车装置可分为手动盘车装置，电动盘车装置及水力盘车装置等三类。

手动盘车装置仅用于小型汽轮机，定期地人工盘动转子，即每隔一定的时间将转子旋转180°。

水力盘车装置仅用于大功率汽轮机。它是将具有一定压力的水（一般使用凝结水）引入对称布置在末级叶轮前下汽缸上的8个射水喷嘴中，利用喷嘴出口的高速水流来冲动末级叶片使转子旋转。盘车的转速可以通过改变水的压力及流量来控制。

电动盘车装置广泛用于大、中型汽轮机。电动盘车装置常用的有以下两种：

（1）具有螺旋轴的电动盘车装置如图3-43所示。电动机通过小齿轮、大齿轮、游动齿轮及盘车大齿轮带动汽轮机主轴旋转。游动齿轮与螺旋轴之间用螺旋滑动键相连，推动手柄可以改变游动齿轮在螺旋轴上的位置，即可令盘车装置投入或退出。当汽轮机冲转以后，转子转速高于盘车转速时，则啮合齿轮反被盘车大齿轮带动，此时螺旋齿的轴分力改变了方向，啮合齿轮便被推向左边直至退出啮合位置，盘车装置停止工作。国产中型汽轮机以及125 MW、300 MW汽轮机均采用这种盘车装置。

（2）具有摆动齿轮的盘车装置如图3-44所示。电动机1通过齿轮2、3、4、5带动热套在汽轮机联轴器外缘上的齿轮6，使转子旋转。盘车装置的投入或退出工作，都是通过操作杠杆系统使摆动壳和摆动齿轮上下摆动来实现、杠杆系统的动作可由手轮10控制。

图3-43　具有螺旋轴的盘车装置示意图

1—小齿轮；2—大齿轮；3—游动齿轮；4—盘车大齿轮；5—电动机；6—小轴；7—汽轮机主轴；8—凸肩；9—电动机行程开关；10—保险销；11—手柄；12—电力线；13—联轴器；14—螺旋轴

冲动转子后，当转子的转速超过盘车转速时，摆动齿轮5则由主动轮变成被动轮，推动摆动齿轮脱开啮合位置，使盘车装置退出工作。国产100MW及200MW的汽轮机采用了这种盘车装置。

图3-44　具有摆动齿轮的盘车装置示意图

（a）齿轮间的传递关系；（b）盘车装置的脱开示意图；（c）盘车装置的投入示意图
1—电动机；2、3—齿轮；4—中间轴齿轮；5—摆动齿轮；6—盘车齿轮；7—摆动壳；8—顶杆；9—盘形弹簧；10—手轮；11—行程开关；12—销子；13—曲柄；14—连杆；15—压弹簧；16—拉杆