摘要：本文介绍了冲动式汽轮机重要组成部件之一——隔板，并根据功能要求对隔板的设计提出了系统的分析。具体以隔板图的设计图为基本依据，以隔板装焊图为准则，对隔板图设计中的隔板精加工图（断面视图）、隔板装焊图、出汽侧视图、隔板设计和隔板外环设计做了详细的讨论，并且给出了中分面的结构设计以及出气面积的计算方法。
关键词：汽轮机 隔板 设计 优化
前 言：隔板是冲动式汽轮机重要组成部件之一，用以固定静叶片，阻止级间漏汽，使蒸汽的温度、压力逐级下降，实现汽流的定向流动，同时提高蒸汽热能到动能的转换效率。隔板的工作环境极为复杂，在承受前后压差产生的均布载荷的同时，高压部分的隔板还要承受着高温的作用，低压部分的隔板还要承受着湿蒸汽的侵蚀。因此，为了保证隔板的安全性和经济型，在结构上要求其具有足够的刚度和强度、良好的汽密性、合理的支承与定位，低压隔板还应考虑疏水结构的设计。这里根据隔板的功能和要求，系统分析讨论了隔板的设计原理。
1 隔板图设计
隔板图中应包含隔板精加工图（断面视图）、隔板装焊图和出汽侧视图三个主视图，以及相关的结构视图。
1.1 隔板精加工图
设计隔板时根据汽轮机通流图绘制出隔板精加工断面图，并标注全部尺寸、公差和加工粗糙度。根据静叶数据表检查有效叶高、叶宽、节圆直径等数据是否正确。隔板体及隔板外环出汽侧至静叶片出汽边的尺寸被定义为“隔板闭式轴向间隙”，此尺寸设计得过大，会增加汽流与上下端壁的摩擦损失，此尺寸设计得过小，会导致隔板加工时刀具碰及叶片出汽边。一般规定，高中压焊接隔板的叶根出汽边至隔板体出汽侧为3～5mm，叶顶处，此尺寸可适当加大。径向汽封体上的汽封片槽的定位尺寸要根据通流图中的动静间隙详图来计算，该间隙应当大于冷态下转子挠度值。
1.2 隔板装焊图
根据隔板精加工图可绘制隔板装焊图。装焊图是指导隔板装焊的依据，装焊时以静叶片出汽侧为基准面来定位隔板外环和隔板体；另外，装焊图也是零件图的设计依据。通常隔板外环和隔板体在轴向单侧留5mm加工余量即可满足加工要求，隔板体内圆单侧留有10mm精加工余量，隔板外环外圆单侧留5mm加工余量。如果外围带采用斜围带，应注意其是否与径向汽封体干涉。
2 静叶栅设计
静叶栅由外围带、静叶片和内围带组成。设计人员需要根据通流数据表绘制叶片出汽边顶部和根部展开图，确定合适的中分面；然后绘制内外围带。
2.1 中分面结构设计
隔板通常被设计为平切中分面的结构，但是隔板静叶片数量较多，相邻叶片间的距离不足以保证在加工中分面时不会碰及叶片，因此在确定中分面位置后，根据实际情况，可以采用以下两种结构：以靠近中分面的静叶片出汽边为基准进行计算，若根部、顶部截面展开图保证叶宽的2/3在靠近型线出汽边一侧，则采用水平切分中分面的结构，如图1所示。这样将有两只静叶片不完全焊接，同时为保证隔板对合时叶片伸出中分面的部分与另外半部隔板不发生卡涩，应将叶片伸出中分面部分的出汽边高度在顶部和根部截面处各修去1mm左右，如图2所示。
图1水平切分中分面典型结构图（不切分中分面叶片）
图2 中分面叶片加工图
以靠近中分面的静叶片出汽边为基准进行计算，若根部、顶部截面展开图不能保证叶宽的2/3在靠近型线出汽边一侧，为防止运行时，汽流冲击或振动而损坏叶片，则采用中分面加强块的结构，以增加静叶片焊接强度。加强块为凸凹结构，如图3所示。该结构的隔板内外环的中分面不在同一条直线上，设计中，首先预设定好叶片根部截面中分面位置，顶部截面中分面位置按以下公式计算：
式中：L1—顶部截面中分面距中分面叶片出汽边的尺寸；L2—根部截面中分面距中分面叶片出汽边的尺寸（与顶部截面为同一只叶片）；D1—顶部截面的直径；D2—根部截面的直径；Δ—叶片顶部截面相对于根部截面的周向偏移量（按叶片图中尺寸计算）。
图3 中分面加强块典型结构图
为保证隔板上下半能准确对合，加强块与对应凹槽之间应留有0～0.5mm的间隙。此外，直焊静叶片因出汽边太薄，一般留10mm不焊接。直焊式叶片要在直叶片叶根、叶顶处打焊接破口。
2.2 围带设计
内外围带都是由钢板制成的，围带宽度见静叶栅图和隔板装焊图，静叶片出汽边到围带断面一般为21±0.1。围带上加工有叶型孔，叶型孔数量按“静叶数据表”确定，若采用分割中分面叶片的设计，围带叶型孔数量为叶片只数的一半加一只；若采用不分割中分面叶片的设计，围带叶型孔数量为叶片只数的一半。叶型孔加工一般在围带辊压成型后采用线切割或激光切割技术。围带型线孔图按围带中径展开，节距按中径计算。围带
在制造时每10个叶片节距允许偏差不大于0.2mm，内外围带宽度在静叶片两侧均留有150mm左右余量，以便焊接工艺用刚性半环及辊压成型。
2.3 出汽面积计算
隔板的出汽面积一般按照下述方法计算：假设隔板的汽道数为Z，静叶片出汽边汽道高度为L，静叶片的出口角正弦为
，节圆直径处节距为t，则此级隔板的节圆直径处喉部宽度 
，整块隔板的总出汽面积 
，即
，此面积按标准查出公差就是隔板图上的面积。用这一公式计算出来的总出汽面积与实际面积之间存在一定的偏差，这是由于叶片各截面喉部宽度不是按线性规律变化，平均截面的喉部宽度与各截面喉部宽度的加权平均值并不完全相等，建议对于叶型扭曲或弯曲较大的三维叶片，采用加权平均喉部宽度值计算隔板的总出汽面积。
3 隔板外环设计
隔板采用上下半对分结构，所以隔板外环、隔板体、内外围带及径向汽封体都是半环形的。根据隔板装焊图确定外环的外圆、内径、厚度尺寸、两条主焊缝的坡口尺寸。通常，隔板外环、隔板体的每条主焊缝都要至少焊住静叶片16mm左右，如果静叶片宽度较小，板体较薄，坡口深度以占静叶片宽度1/3为宜，两条主焊缝焊住静叶片2/3。坡口大小一般要求设计为R8/15°，具体可与工艺部门商定。外环中分面处放10mm加工余量，另外开两个25×45°坡口以保证叶栅的焊接质量。
4 隔板体设计
隔板体的设计基本与外环相似，隔板体内圆半径方向留10mm加工余量，主焊缝的坡口设计与隔板外环的坡口相同。隔板体厚度方向上单边放5mm加工余量，隔板体中分面处留10mm加工余量，开两个25×45°坡口以保证叶栅焊接。最后，针对隔板其他小件的设计，包括密封键、中分面搭子及其附件、定位销和底键等，应当优先选择通用件。
参考文献：
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[5]丁有宇等编. 汽轮机强度计算[C]//水利电力出版社. 1985.
论文作者:刘春雁,刘小青,王明明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/22
标签：隔板论文; 中分论文; 叶片论文; 截面论文; 加工论文; 汽轮机论文; 余量论文; 《基层建设》2018年第12期论文;