（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046）
摘要：汽轮机叉型叶根叶片安装时必须要求按照销孔位置依次安装才能完成整级叶片的装配，这种特殊性对叉型叶根的安装排序提出了特殊要求。在配对对称安装的基础上，借鉴“旅行商问题”的解决方法，提出了叉型叶根叶片安装排序方法。该方法能有效解决叉型叶根叶片的安装排序，具有计算速度快、收敛性强的特点，计算结果精度高且可靠。
关键词：汽轮机；叉型叶根；叶片安装；排序
1前言
汽轮机叉型叶根叶片在一级叶轮叶片安装过程中，必须按照销孔位置依次安装才能完成整个叶轮叶片的装配。由于加工误差及材料性质等原因，各个叶片之间不可避免地存在微小的质量和惯量差异。这些差异会破坏转子的循环对称性，导致振动的能量集中在一个或几个叶片上，使这些叶片的振幅增大，甚至造成局部叶片疲劳失效。叶片在轮盘上不同的排列顺序会产生不同的不平衡量，过大的不平衡量会给整个汽轮机带来严重的振动，影响整个汽轮机的安全运行。因此，在汽轮机叶片安装或更换过程中，必须找到一种排序方案，使得叶轮在工作时的不平衡量在允许的范围之内。
叶片安装排序的本质是旅行商问题（TravelingSalesmanProblem，TSP），可以采用现代流行的智能方法如遗传算法、人工神经网络法、模拟退火算法和蚁群算法等解决该类问题。但这些方法对于安装数量较多的汽轮机叶片（每级200片左右）来讲，虽然精度较高，但计算程序工作量大、收敛性差。而对于传统的配对对称安装的方法，虽然该方法在平衡精度上较低，但是计算速度快、安装计算原理简单、收敛性强。本文针对叉型叶根叶片装配过程的特殊性要求，改进配对对称安装的方法，使之能解决叉型叶根叶片的安装排序问题。
由于在这之前国内对汽轮机叶片叶根没有可靠的无损检测方法及标准、规程，制造厂也未要求对安全叶片及叶根进行探伤，所以三次大修中均未对汽轮机叶片安全叶片进行探伤检查。从该机组揭缸检查的事实证明，所谓安全性叶片其实并非完全安全，在运行过程中，随着运行环境的改变也会发生断裂。因此，研究对此类叶片在运行后不拆卸条件下进行探伤，确定其可靠性，从而保证机组安全经济运行，有着十分重要的意义。
1.1检测难点及超声波探伤的可行性研究
由于骑缝铆孔叉型叶根叶片结构比较复杂，再加上装配好的叶片叶根仅露出10mm左右的一个平台，而需要检测的第一铆孔弧面又全部埋在叶轮槽内，操作的空间非常有限，这给探伤带来很大的困难，射线、表面、涡流无法对其进行有效的检测。然而，是否可采用超声波横波斜入射探伤呢?经分析，是肯定的。但采用通常所使用的超声波探伤方法不行，因为通常的超声波探伤所使用的探头前沿尺寸大，最小的前沿一般都大于l0mm，而在叶片不拆卸的情况下，叶片肩台露在叶轮外面不过l0mm，所以如:
因此，在超声波探伤工艺研究中，必须综合考虑叶轮装配线到肩台距离J、第一铆孔中心到肩台距离1、叶根厚度h、肩台宽度等，并合理选择超声波探伤仪及探头，才能有效检测出叶根第一铆孔弧面中心裂纹。那么，何种超声波探头合适呢?于是，我们对小尺寸、小前沿探头进行了研究。这种探头，是锅炉受热面管子焊缝专用探头，是专门用来解决小径管曲率大、壁较薄焊缝中缺陷的，其特点就是尺寸小、前沿短(最大不超过5mm)，目前在锅炉受热面焊缝探伤中已经应用成熟，并得到广泛运用。但能否在骑缝铆孔叉型叶根第一铆孔弧面中心裂纹的探伤中发挥作用呢?还没有现存的资料可借鉴。
1.2扫查方法
为了使超声波有效地传入工件，保证探伤的准确性，必须保证探头入射点在叶片肩台有效面积内移动，并且保证探头中心线垂直于叶轮装配线。在探伤中，以水平距离作为定位坐标，实际水平零点定位为当探头抵到叶轮装配线时的探头入射点在叶片上的位置，报誉闸门调整到第一铆孔弧面范围在仪器上的水平范围内。探伤中主要观察报警闸门内反射波。
2叶片配对对称安装排序方法
配对对称安装方法的原理是将质量或力矩相近的叶片两两配对、对称安装，得出一个相对较好的可收敛的叶片安装平衡序列。该方法的步骤如下。
1）将要安装排序的叶片质量或力矩序列数据，按由大到小排序。
2）相邻的两只叶片两两配对，计算质量或力矩的差值，得到一个差值序列。
3）将差值数组序列，按差值由大到小排序。
3叉型叶根叶片安装排序方法
叉型叶根叶片装配过程要求必须按照销孔位置依次安装，因此需要对不同叶根形式的叶片按叶根形式分组且安装顺序作出依次相邻的要求。
3.1步骤
1）将要安装排序的叶片按照叶根形式分组，得到两组数组序列。
2）分别将各组中的叶片质量或力矩序列数据，按由大到小排序。
3）分别将各组中相邻的两只叶片两两配对，计算质量或力矩的差值，得到差值序列。
4）分别将各组的差值序列按差值由大到小排序。
5）将两组排序后的差值序列按照依次相邻顺序取出，得到一个新叶片组序列。
6）将叶片组序列按图l所示的顺序依次安装，直到完成所有叶片的安装。
4排序方法中其他事项
1）叶片配对分组采用叶片组编码形式。此形式可以方便表示叶片安装位置。两两配对的片组序列为三维数组序列（叶片1、叶片2、差值）。在圆周上安装叶片时，配对叶片（叶片1、叶片2）有方向要求，可以采用编码序列体现方向要求，例如编码原则为叶片1编号×1000+叶片2编号时，以102号叶片和5号叶片组为例，编码1025和5102为相同叶片组，但叶片组中叶片的安装位置却相反。调整叶片安装位置只需将编码解码并重新编码，不需考虑该叶片组的位置，也不要考虑叶片组的差值大小。
2）叶片组中叶片的方向的确定。半圆上180°位置为反向，按顺时针方向，依次为两个正向、两个反向排列至第2组叶片。因此，叶片组总数是否为偶数（即总叶片数N能否被4整除）对叶片方向是否相反的判断有重要影响，用x能否整除以2判断叶片组方向。
5实例计算
选取汽轮机中5个级进行分析，将计算的相对精度至和不平衡量汇总见下表。通过计算可以看出，采用本文提出的安装排序方法有效解决了叉型叶根叶片排序的问题，且计算的相对精度较高，计算的不平衡量均能满足许用不平衡量。
6结束语
本文提出的叉型叶根叶片排序安装方法能有效解决叉型叶根叶片排序问题，该方法计算速度快、安装计算原理简单、收敛性强，计算结果精度高且可靠。同时本文也对叶片安装排序中的注意事项进行了总结，在工程应用中具有一定的参考价值。
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