CN101037946B - 在一个圆周面上固定一根管的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定装置(20)，用于把一根与纵向轴线(2)同轴的管(23)固定在一可以绕纵向轴线(2)旋转地支承的轴段(22)上，以连接这两个部件，该固定装置(20)带有一个安排在轴段(22)上的同轴的圆周面(35)，所述管(23)朝向所述轴段(22)的管端部(43)的内侧(51)部分地贴靠在该轴段上。为了创建一种可以特别简单和廉价地制造的以及在工作中无磨损的固定装置(20)，本发明提议，管端部(43)带有分布在所述圆周上的豁口(45)，在豁口(45)的区域内，所述管(23)的内侧(51)具有一个环绕的环形槽(53)，其内设有一个遮盖所述豁口(45)的套筒(41)，后者局部贴靠在轴段(22)的圆周面(35)上。

Description

在一个圆周面上固定一根管的装置

技术领域

本发明涉及一种固定装置，用于将一个与一纵向轴线同轴的管固定到一个轴段的与该纵向轴线同轴的圆周面上，以连接这两个部件。

背景技术

采用位置不变的燃气轮机进行发电是公知的。燃气轮机转子由相互邻接的压缩机圆盘和涡轮机圆盘组成。这些转子圆盘通过一个中心的拉伸杆柱相互夹紧，并且在其圆周上承载工作叶片-在压缩机中用于压缩环境空气，而在透平机中，则通过燃料与压缩空气相燃烧所产生的热燃气的膨胀做功而把流体能量转换成机械能。为了保护透平机的部件免受炽热气体的损害，要对透平机部件进行主动冷却，例如借助于冷空气。比如用压缩的空气冷却透平机的转子。为此所需要的空气的一部分取自压缩机的转子，并且引入到所述转子的内部。所述转子圆盘具有中心孔，从而取出的空气可以沿轴向方向流过所述转子。因为在燃气轮机的压缩机与透平机之间在机壳侧设置有一个燃烧室，所以，所述转子在该轴向部分中具有一个与所述纵向轴线同轴的管，用于继续引导所输出耦合的空气，所述管支撑在所述压缩机的最后的转子圆盘与透平机的第一个转子圆盘的对置的端面之间。为此公知的是，两个转子圆盘都具有一个在端面侧安排的环形槽，用于导引冷空气的管就接合在槽内。为了使所述冷空气隔离管防转动和防滑地配合在所述转子圆盘上，所述空气隔离管设有一种专用的热压配合。尽管有该热压配合，在运转条件下仍可能出现冷却空气隔离管相对转子圆盘的偏移或者滑动，这是由于出现两个部件的不同的热膨胀，尤其是在开动(冷起动)燃气轮机的过程中和在燃气轮机停机的过程中。在比较薄壁的冷却空气隔离管的情况下，这种偏移会导致所述管端部持久的塑性变形。不同的工作模式也可能导致这样的磨损，从而所述冷却空气隔离管与所述转子圆盘之间的连接可能出现不密封性。这种不密封性导致冷空气流的损耗和泄露，由此降低燃气轮机的效率。

此外，形成使所述冷却空气隔离管在一预应力下压在透平机圆盘的接触面上的热压配合是很复杂麻烦的，因为制造该热压配合座只允许有百分之几毫米的公差。

发明内容

与之对应，本发明所要解决的技术问题是提供一种把一个管固定在一个轴段的圆周面上的装置，该装置可以特别简单和廉价地制造，此外还在工作时没有磨损。

上述技术问题通过一种把一个管固定在一个轴段的与其纵向轴线同轴的圆周面上的固定装置，其中，该管朝向所述轴段的管端部的内侧至少部分地贴靠在该轴段上以连接这两个部件，按照本发明，所述管端部具有分布在所述圆周上的豁口，并在该豁口所在区域内具有一个在管内侧的环绕的环形槽，该环形槽内设有一个遮盖所述豁口的套筒，该套筒的内面环绕地贴靠在所述圆周面上。

根据本发明，通过一种功能上的相互分离而使所述固定装置满足机械负荷方面的要求和密封性方面的要求。为无磨损地把所述管配合在所述圆周面上所要求的预定的刚性或者弹性通过设置在管端部的豁口的形状、数量和尺寸以及由此余留下的并且贴放在所述圆周面上的齿的形状、数量和尺寸来调节。由此达到，运行时转子圆盘与所述管之间的偏移只在管中产生材料应力，所述应力引起所述端部的弹性形变但是不引起塑性形变。所述齿弹性地贴放在圆周面上。由于所述豁口产生的不密封性通过遮盖所有豁口的所述套筒密封。所述套筒在所述管的内部设置在一个环形槽中并且在两个相互分离并各自环绕的密封区域中；一方面贴放所述轴段的圆周面上而另一方面贴放在所述环形槽的内侧上。

此外，本发明还出于这样的认识：纯粹地密封从所述管到所述轴段的过渡比无磨损地固定所述管需要的刚性小。由于套筒与因豁口造成的齿形管端的不同刚性，可以提出一种特别简单的把与一纵向轴线同轴的管固定在一个围绕该纵向轴线旋转支承的轴段上以连接这两个部件的装置，所述装置不仅制造起来廉价并简单，而且磨损特别少。所述管制造简单且价格低廉，因为它具有一种圆形的配合。

因此，本发明的一个基本特征是，所述管弹性座放在所述轴段上和通过套筒对这两个部件的连接进行密封这两方面的分离。

因为所述套筒遮盖所述豁口，这导致管与轴段之间的密封的连接，从而可以在所述管内部可靠地引导一种介质，而不出现由于这两个部件的不密封的连接区域造成的介质泄露或者说损耗。

所述管和所述套筒的材料选择在所希望的位置上所要求的热膨胀和磨损性能的基础上进行。

此外还要避免所述套筒相对所述管运动。设置在所述管内侧上的环形槽在所述管端部的每个齿上的端侧形成一个凸起，所述套筒端面侧不可移动地贴靠在所述凸起上，从而保证所有的构件处于其相对位置上，而不会出现因运行造成的带有磨损性的相对楔住。

为了达到所述两个部件之间特别可靠的连接，所述套筒的壁厚对应于所述环形槽的深度。因此，所述套筒可以贴靠在所述轴段的圆周面上并且沿整个圆周地贴靠在环形槽的内侧上，从而一方面所述管端部以所要求的刚性和弹性贴靠在所述轴段上用于支承和固定，另一方面所述套筒则以密封所需要的刚性或者弹性也密封地贴靠在所述圆周面上。

在所述套筒的一个实施方式中，所述套筒具有至少一个安排在所述套筒的外圆周侧上的、沿圆周方向延伸的并且在安装好的状态下接合在其中一个所述豁口中的桥接片，所述桥接片延伸在所述豁口的整个宽度上。因此通过所述在两侧贴靠在所述齿上的桥接片防止所述套筒相对所述管的转动。

如果在每个豁口中各有一个设置在所述套筒的外圆周侧上的桥接片接入在其中，则可以特别可靠和无磨损地防止所述套筒相对所述管的转动。

如果所述套筒具有在圆周上分布的、多个径向指向的镂空，并且各镂空必要时分别设置在同样分布在圆周上的桥接片之间，那么就能够达到一种特别有利的所述套筒的重量。所述镂空减少所述套筒的重量并且使所述套筒比所述管软。此外，所述套筒的朝向所述轴段的端部具有若干平行于纵向轴线延伸的缝隙，各缝隙终止于所述镂空之一中。这种约1mm宽的缝隙导致套筒弹性的进一步改善。因为每个齿和每个安排在其上的凸起沿所述缝隙的开口紧密地贴放，所以，在这些密封点上不会出现套筒、凸起和圆周面之间的不密封性。因此在所述管内部引导的介质不会向外渗出。

如果所述轴段的端面侧有一个侧面，在所述侧面中设置与纵向轴线同心的环形槽，其径向的内槽壁构成用于安装所述管的同轴圆周面，则有利于使用如本发明所述的固定装置。于是所述管端部以其由豁口构成的齿接合于所述环形槽中。

适宜的是，所述轴段由一个转子圆盘构成，或者说所述轴段的端面侧的侧面是一个转子圆盘的侧面。因为所述轴段或者说所述转子圆盘有特别大的质量，所以，由于不同的质量累积，所述轴段或者说所述转子圆盘相对所述管以及其端部有时具有不同的膨胀特性。这就要求按照本发明的管端部以膨胀容差安放和固定在所述转子圆盘中。

带有由本发明的固定装置互相连接的管和轴段的涡轮机的转子有特别长的寿命，装备有这样一个转子的燃气轮机同样地有特别长的寿命。此外，由于可靠且密封的配合避免了在转子内部流动的介质例如冷却空气的损耗，这维持了燃气轮机的效率。

为了使得为把转子无磨损地配合在所述轴段上以及密封所需的弹性最佳，管壁对套筒壁的厚度比约为3∶1。

附图说明

下面借助于附图所示实施例进一步说明本发明，附图中：

图1为一台燃气轮机的纵向半剖视图；

图2为一个把一个管固定在一个轴段上的固定装置的剖视图；

图3为可固定在轴段上的管端部片段的透视图；

图4用透视图示出作为所述固定装置的组成部分的一个套筒的片段；

图5为管端部带有安装在所述管内侧的套筒的一个片段透视图；

图6为图5所示管的端面侧正视图；

图7为示出带有安装了套筒的管端部的横剖视图；

图8为按图6中的剖切线VIII-VIII剖切图7中所示局部细节X得到的放大剖视图；

图9为按图6中的剖切线IX-IX剖切图7中所示局部细节X得到的放大剖视图。

具体实施方式

图1用纵向半剖视图示出一台燃气轮机1。该燃气轮机在内部有一个可绕旋转轴2旋转地支承的转子3，该转子也称为透平机转子。沿所述转子3依次有一个吸气机壳4、一个压缩机5、一个有多个彼此旋转对称地设置的燃烧器7的花托状环形燃烧室6、一个透平机单元8和一个排气壳9。所述环形燃烧室6构成一个与一环形的热燃气通道18连通的燃烧空间17。四个依次连接的透平级10构成透平机单元8。每个透平级10由两个叶片环构成。沿在环形燃烧室6中产生的热燃气11的流动方向上看去，在热燃气道18中的每一个导向叶片组13后接一个动叶片15组14。导向叶片12固定在定子上，与之相反地，一组14动叶片15则借助于一个涡轮机圆盘安装在转子3上。在转子3上耦联有一个发电机或者一个工作机(图中未示出)。

为了冷却透平机单元8的动叶片15，从压缩机5的转子一侧的冷空气提取位置21提取冷空气，并且把冷空气引入到转子3的内部。所提取的用于冷却涡轮机部件的空气从冷空气提取位置21流出，首先穿过设置于转子圆盘19内的孔，接着流入一根管23的内部空间26。管23与纵向轴线2同轴，从压缩机5的转子圆盘25一直伸到第一透平级的转子圆盘27。从这里把所述冷空气通过设置在转子圆盘27中的图中部分示出的孔28引到透平机单元8的动叶片15。转子3的转矩由一个包绕接合管23的空心轴24从透平侧的转子圆盘27传递到压缩机侧的转子圆盘25。

图2详细地示出了把同轴的管23固定到一个可以绕纵向轴线2旋转地支承的轴段上的固定装置20，该装置例如为在图1中以细节圈Y标示出的。管23的接合在压缩机5的转子圆盘25中的端部可以附加地或选择根据固定装置20来设计。

图2用横截面图示出图1中的管23以及转子圆盘27的细节Y。转子圆盘27端面侧29具有一个与纵向轴线2同心的环形槽31。该环形槽31的径向内槽壁33构成同轴的圆周面35，管23贴靠在该圆周面35上。取代一个环形槽31，管23也可以贴靠在一个轴段22或者一个轴环的外圆周面上。

在管23的内部设有一个套筒41，该套筒以其内侧64贴在圆周面35或者环形槽31的径向内槽壁33上，从而在套筒41与圆周面35之间构成一个第一同轴环绕的密封区A。管壁对套筒壁的厚度比约为3∶1。

在图3中用透视图示出插进环形槽31中并且用一个优选很小的预应力固定在该环形槽31中的管23的端部43。在管端部43上设有在其圆周上均匀分布的豁口45，所述豁口构成处于其间的齿47。豁口45在其背离管端部43的一端49处倒圆，以避免在这些位置上的缺口应力。在管23的圆周上分布的豁口45以及还有处于其间的齿47优选旋转对称地设置。每个豁口45沿圆周方向各有一个宽度C，该宽度优选地对每个豁口45都是相同的。

在管23的内侧51上设有一个环绕的环形槽53，在该环形槽53中可以插入一个套筒41。环形槽53稍微离开管23的端部43一点，从而在每个齿47上构成一个用于钩挂套筒41的凸起54。此外，环形槽53具有一个沿管23的轴向的槽宽N，该槽宽对应于形状吻合地插入的套筒41的纵向尺寸。槽宽N选择得使环形槽53超出豁口45的倒圆端部49，并由此给所述套筒41提供一个构成一个第二密封区的至少一部分的环绕的接触面50(图2)。

图4用透视图示出可以插入环形槽53中的套筒41。该套筒41装备有多个设置在外圆周55上的桥接片57，各桥接片的沿圆周方向延伸的长度L均对应于豁口45的相应宽度C。此外，可供选择地，套筒41具有在圆周上分布的多个分别安排在每两个桥接片57之间的镂空59，所述镂空减轻了套筒的重量并且使所述套筒相对于管端部43更有弹性。此外可选择在每个镂空59上在朝向轴段22的端部61上相应地设置一个缝隙62，所述缝隙实质上平行于纵向轴线2轴线地延伸并且起进一步提高套筒41的弹性的作用。

图5示出带有已经安装了套筒41的管端部43。由于环绕在管23的内侧51上的环形槽53在管23的最外端43上于每个齿47上形成一个凸起54(参见图2)，套筒41防倾斜地固定在所述凸起上。因为齿47能够实现一种径向的弹簧弹性作用，可以相比较而言简单地把套筒41推入管23内部进行安装。由此保证弹性的套筒41在管端部43的内侧51可靠的定位和固定。

如从图5中可见，通过选择套筒41和环形槽53的一个轴向宽度N，使得所插入的套筒41全面地遮盖所有的豁口45。同样地，每个齿47全面地遮盖其中一个镂空59，从而使得所述齿47和套筒41的互相贴放的面构成第二密封区的另一部分。

环形槽53的深度基本上对应于套筒41的壁厚，从而使得所述套筒41的整个圆周面内侧64和每个凸起54密封地贴靠在环形槽31的圆周面35或者说径向内槽壁33上。

图6是对于图5所示带有已经安装了套筒41的管端部43的纯端面侧的正视图，其中，暗黑表示部分是豁口45，而明亮表示部分是齿47。

图7用剖视图示出带有插入了套筒41的管端部43。其局部细节X在图8和图9中通过沿图6所示剖切线剖切后被详细地放大示出。

图8中示出在管23的内侧51上开设环形槽53后余留的凸起54。在环形槽53中安放了特别有弹性的套筒41，所述套筒41的桥接片57沿圆周方向延伸地防止套筒41发生滑移。桥接片57布置在豁口45中。图8的局部剖切透视图还示出其中一个镂空59，所述镂空基于在其一端的一开槽缝隙63，在端面侧是敞开的。尽管一般1mm宽的缝隙63相应地产生套筒41的圆周的间断并且从而表面上看有密封区A的中断，但是所述密封区却还是密封的。在这些位置上，从外部以其各个端侧凸起54贴靠在套筒41上的齿47密封地贴靠在圆周面35上，并且从而相应地构成第二密封区的另一部分。

图9是沿图6中的IX-IX剖切线对于图7所示带有插入了套筒41的管端部43的局部细节X进行剖切得到的放大剖视图。基于豁口45，使得本来比较刚性的管23在管端部43构成得较软，从而当其贴靠在一个圆周面上时，可保证其很少磨损地配合坐放在圆周面35上。这样的弹性配合支座使得这两个部件，即管23以及轴段22或者转子圆盘27，不论是有由受热引起的膨胀还是有由离心力引起的膨胀都能够维持连接的可靠密封。尤其是由于不同的刚性或者弹性以及现在的无磨损，因为膨胀容差地固定这两个部件，用本发明可以提供一种特别可靠的且长期的配合或者一个对应的固定装置20。

综上所述，本发明提供了一种可靠的并且无磨损的固定装置，该固定装置使得有一个构成为冷空气隔离管的管对一个圆周面密封连接，从而可以把在内部流动的介质无泄露地引入进一个在所述圆周面内部的处于所述轴段中的流动空腔中，例如一个钻孔中。所述固定装置包含一个带有端侧豁口的管，这些豁口贴放在所述圆周面上。在所述管的内侧设有一个套筒，该套筒具有一个遮盖所述豁口的轴向宽度。此外，所述套筒比所述管软，也比所述管端部软，这是通过管与套筒的厚度比、通过所述豁口、镂空并且通过所述缝隙达到的。

附图标记表

1燃气轮机

2纵向轴线

3转子

5压缩机

8透平机单元

15动叶片

20固定装置

21冷空气提取位置

22轴段

23管

25压缩机

27转子圆盘

29端面侧

31环形槽

33槽壁

35圆周面

41套筒

43管端

45豁口

47齿

49端部

51内侧

53环形槽

54凸起

55外圆周

57桥接片

59镂空

61端部

63缝隙

Claims (22)

1.一种把一个管(23)固定在一个轴段(22)的与其纵向轴线(2)同轴的圆周面(35)上的固定装置(20)，其中，该管(23)朝向所述轴段(22)的管端部(43)的内侧(51)至少部分地贴靠在该轴段(22)上以连接这两个部件，其特征在于，所述管端部(43)具有分布在所述圆周上的豁口(45)，在豁口(45)的区域内，在管(23)的内侧(51)具有一环绕的环形槽(53)，在该环形槽内设有一个遮盖所述豁口(45)的套筒(41)，该套筒的内面(64)环绕地贴靠在所述圆周面(35)上。

2.如权利要求1所述的固定装置(20)，其特征在于，所述套筒(41)的壁厚对应于环形槽(53)的深度。

3.如权利要求1或2所述的固定装置(20)，其特征在于，在豁口(45)的一个中插入接合一个设置在套筒(41)的外圆周侧(55)上的、沿圆周方向延伸的桥接片(57)，该桥接片在豁口(45)的整个宽度(C)上延伸。

4.如权利要求3所述的固定装置(20)，其特征在于，在每个豁口(45)中插入接合一个设置在套筒(41)的外圆周侧(55)上的桥接片(57)。

5.如权利要求1或2所述的固定装置(20)，其特征在于，在套筒(41)中设置有多个径向指向的镂空(59)。

6.如权利要求5所述的固定装置(20)，其特征在于，所述套筒(41)具有一个朝向轴段(22)的端部，该端部带有缝隙(63)，所述各缝隙分别终止于一个所述镂空(59)中。

7.如权利要求1或2所述的固定装置(20)，其特征在于，所述轴段(22)具有一个在端面侧的侧面(29)，在该侧面中设有一个与纵向轴线(2)同心的环形槽(31)，其沿径向处于内侧的槽壁(33)构成同轴的圆周面(35)，用于支承所述管(23)。

8.如权利要求1或2所述固定装置(20)，其特征在于，所述管(23)的壁厚为套筒(41)壁厚的三倍大。

9.如权利要求1或2所述固定装置(20)，其中，所述轴段(22)由一个转子圆盘(25、27)构成。

10.如权利要求3所述的固定装置(20)，其特征在于，在套筒(41)中设置有多个径向指向的镂空(59)。

11.如权利要求4所述的固定装置(20)，其特征在于，在套筒(41)中设置有多个径向指向的镂空(59)。

12.如权利要求10所述的固定装置(20)，其特征在于，所述套筒(41)具有一个朝向轴段(22)的端部，该端部带有缝隙(63)，所述各缝隙分别终止于一个所述镂空(59)中。

13.如权利要求11所述的固定装置(20)，其特征在于，所述套筒(41)具有一个朝向轴段(22)的端部，该端部带有缝隙(63)，所述各缝隙分别终止于一个所述镂空(59)中。

14.如权利要求10所述的固定装置(20)，其特征在于，所述轴段(22)具有一个在端面侧的侧面(29)，在该侧面中设有一个与纵向轴线(2)同心的环形槽(31)，其沿径向处于内侧的槽壁(33)构成同轴的圆周面(35)，用于支承所述管(23)。

15.如权利要求11所述的固定装置(20)，其特征在于，所述轴段(22)具有一个在端面侧的侧面(29)，在该侧面中设有一个与纵向轴线(2)同心的环形槽(31)，其沿径向处于内侧的槽壁(33)构成同轴的圆周面(35)，用于支承所述管(23)。

16.如权利要求12所述的固定装置(20)，其特征在于，所述轴段(22)具有一个在端面侧的侧面(29)，在该侧面中设有一个与纵向轴线(2)同心的环形槽(31)，其沿径向处于内侧的槽壁(33)构成同轴的圆周面(35)，用于支承所述管(23)。

17.如权利要求10所述的固定装置(20)，其中，所述轴段(22)由一个转子圆盘(25、27)构成。

18.如权利要求12所述的固定装置(20)，其中，所述轴段(22)由一个转子圆盘(25、27)构成。

19.如权利要求14所述的固定装置(20)，其中，所述轴段(22)由一个转子圆盘(25、27)构成。

20.一种用于涡轮机的转子(3)，其具有一个管(23)和一个轴段(22)，二者通过如权利要求1至19中任一项所述的固定装置(20)相互连接。

21.如权利要求20所述的转子(3)，其中，在所述管(23)内可以引导一种介质。

22.一种燃气轮机(1)，其具有如权利要求20或21所述的转子(3)。

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