CN101631931A - 具有至少一个由转子盘和锚杆组成的转子的涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机，尤其一种热流体机械，包括至少一个转子(2)，该转子具有布设在多个径向平面(3)内的在转子盘(5)圆周上的工作叶片(4)，其中，锚杆(6)沿转子盘(5)中的孔(7)延伸并将所述转子盘接合为单元(8)，以及其中，原则上还设有另一些转子和涡轮机组成部分。本发明的特征在于，具有至少一个环形结构的定距器(15、15′)，用于相对于转子(5)的中心线(M)固定所述锚杆(6)的位置，以及该定距器(15、15′)具有通流孔(21)，这些通流孔相对于锚杆(6)或相对于其中心线(M)沿径向设置且同轴地延伸。

Description

具有至少一个由转子盘和锚杆组成的转子的涡轮机
技术领域
本发明涉及一种按专利权利要求1前序部分所述的燃气轮机。
背景技术
包括至少一个转子的多级燃气轮机原则上已公知各种不同的实施形式，所述转子具有布设在多个径向平面内的在转子盘圆周上的工作叶片。
此外还至少已知一些燃气轮机，它们将各个转子盘在端面形状封闭地设计为，使它们可以借助穿过转子盘延伸的锚杆接合为单元。当然，随着结构长度的增加，增大了自由振动的长度，亦即锚杆未支承部分的长度。由此将固有频率转移到一个接近转子旋转频率的水平，从而在运行时或在离心机中可能产生不允许的大振幅。这不仅会破坏锚杆，而且也可能损坏整个燃气轮机。这种情况还尤其发生在那些锚杆穿过压气机，然后通过中央空心轴和在那里沿径向处于外部的燃烧室，以及最后穿过涡轮机延伸的燃气轮机。
此外US3749516公开了两级离心式压气机的一种结构类似的转子。由此已知的转子包括多个转子盘和一根设在中央的空心轴。锚杆在中心通过空心轴和穿过转子盘延伸，它通过在端侧螺纹连接的端段，将转子盘与空心轴互相牢固地夹紧。为了将锚杆在转子内部固定在其位置上，在锚杆上设有套筒，它有固定在一侧的弹性斜撑，斜撑借助螺钉支承在空心轴上。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，采取措施，尤其防止锚杆与固定式燃气轮机运行时恒定的转速无关地出现的固有振动。在这里燃气轮机所有的旋转部分应构成一个尽可能刚性的单元。
为解决上述技术问题，具有专利权利要求1特征部分所述特征的本发明规定，通道设计为环形的和用于导流冷却剂，以及由套管(Trennrohr)构成沿径向的外边界，其中，一些开槽用作冷却剂的通流孔。
按照本发明的定距器基本上是一个弹性环，它带有一些同轴延伸的通流孔。该弹性环使锚杆在转子内的减振性或刚性得以增强，并有足够的稳定性，以便与转速无关地将锚杆保持在其额定位置上。它可以方便地装配，与此同时尽管其具有弹性特性仍能提供足够的预紧力。因此即使在高转速时也能保证其工作能力。
此外，采用定距器不仅提高了锚杆本身的固有频率，而且也提高了所有部分的固有刚度。
属于这方面的还有，按照本发明的定距器原则上也使用于冷却管和套管区域内，它们在规定的轴向区段内间隔距离地围绕所述锚杆。定距器在这里处于锚杆与构成环形通道外边界并导引冷却剂的套管之间。就此而言必要时，可以在内管或第一套管与外管或第二套管之间构成另一个环形通道，从而一方面第一定距器布设在锚杆与内套管之间，以及必要时第二定距器布设在内套管与外套管之间，借助它们可以使锚杆局部支靠在属于转子的沿径向更靠外的转子组成部分上。通过必要时还沿其长度的多重支承，可以显著缩短锚杆能自由振动的长度。通过此项措施可以增大锚杆的固有频率与转子的旋转频率之间的差距，由此显著降低其振动倾向。其结果是可以保证燃气轮机更加可靠地运行。
因此采用简单的装置可以卓有成效地解决上述技术问题。
由从属权利要求和附图并结合说明，可知本发明的其他特征。
附图说明
下面借助附图表示的实施例详细说明本发明。其中：
图1表示多级燃气轮机部分转子的局部剖面；
图2用另一种尺寸比例表示从斜下方看定距器的透视图；
图3表示如图2的透视图，但是从斜上方看；
图4表示在锚杆和在用于构成冷却剂环形通道的内、外套管上定距器的局部端面视图；以及
图5表示沿图4中直线V-V的剖面。
具体实施方式
多级燃气轮机1的转子2，按图1中的局部剖视图，包括布设在多个平面3内的转子盘5，它们在圆周上带有工作叶片4。锚杆6沿设置在转子盘5内的中心孔7，延伸穿过燃气轮机1的处于图1左边的压气机部分，以及在一个图中没有表示的转子盘内或在一个恰当的转子端部件内，以没有表示的方式锚固。
预紧的锚杆6将转子盘5和涡轮机单元的其他转子件，按原则上已知的方式形状封闭地压紧。
中央空心轴9沿轴向处在属于燃气轮机的压气机的转子盘5旁，空心轴以其未示出的对置端支靠在涡轮机单元的其中一个转子部分上。沿径向在此中央空心轴9的外部，燃烧室处于燃气轮机的机匣内。
至少一个环形通道10或11处在中央空心轴9与锚杆6之间。该通道10、11分别用于从转子2在压气机侧的区段向涡轮机侧的区段导引冷却剂12。在图1中借助箭头象征性地表示出冷却剂12。
导引冷却剂12的横截面为环形的通道11可以被第一或内套管13围绕，锚杆6在中心延伸通过它。此外，可以设有另一个环形冷却通道10，用于在第一或内套管13与第二或外套管14之间导引冷却剂12。为了使锚杆6在内套管13中准确定位，设置至少一个定距器15。该定距器15是一种弹性的环形件，以及至少由一个支承环16组成，该支承环具有沿径向延伸的支承臂17，以及，在每个支承臂17的端部各有一个支脚18，这些可以由图2至图6并结合图1看出。
按图示的实施例，定距器15或弹性的环形件是一体式的，其中，支承臂17相对于支承环16沿径向延伸并终止在支脚18处。按此实施例，每个支脚18在其端部有一个支承面20，定距器15或其支承臂17分别通过该支承面支靠在套管13的内侧上。
支承臂17相对于转子2的中心线M倾斜地分别从支承环16向支脚延伸。因此支承臂17在环上的端部构成一个假想的铰接点，当支承臂17在离心力作用下相应地弯曲时，它可以绕此假想的铰接点沿径向回转。离心力促使支脚18通过离心力不脱开其支靠面，而是相应于转子2的高转速用更大的外撑力支靠在其支靠面上，与此同时保证不会减小支承环16与支脚18之间的径向尺寸。这至少适用于在装入状态支承环处于沿径向的内部以及支脚18处于沿径向外部的情况。
由图1可以看出，为了确定用于冷却剂的环形通道10，还设置结构基本相同、必要时仅尺寸略有不同的定距器15′。在这里支承环16′支靠在第一或内套管13的外面，以及将其支脚18′支承在第二或外套管14的里面。
由图1可以看出，套管14在这里还用作相对于中央空心轴9沿径向的内边界。
定距器15基于支承臂17而有一些开槽21，在装入状态它们沿相对于锚杆6或相对于其中心线M沿径向以及再与锚杆6同轴延伸。因此，定距器15不仅相对于转子2和锚杆6的中心线M固定锚杆6和/或两个套管13及14，而且它们还可以实现冷却剂12自由和无阻碍地同轴流动。在装入状态，开槽21分别形成通流孔。
定距器15、15′不仅基本上是一体式的，而且基于其结构设计和所使用的材料它们也是有弹性的。
按图4中表示的实施例，通过定距器15及其支承臂17和它们的支脚18，大体留出二分之一环形截面用于构成自由的通流孔21。因此还有约一半的通道截面可供冷却剂通流使用。
与此无关，定距器15、15′沿径向不可运动地固定在锚杆6圆周22上或在其中一个套管13的圆周23上。为此定距器15、15′将其支承环16、16′相宜地热压配合在支承它的锚杆6和套管13上。
最后，锚杆6和必要时还有内套管13(它们分别支承定距器15、15′)具有用于定距器15、15′的止挡24、25。这些止挡24、25按图示的实施例分别是一个环形凸块，它们确定定距器15、15′在热压配合时沿轴向应支靠在此的那个准确的位置。
原则上还可以在其圆周上带有工作叶片4的转子盘5与锚杆6之间布设定距器15或15′。图1中在孔7的区域内借助交叉的虚线象征性地表示了这种情况。尤其是靠近中央空心轴的第一转子盘，可以相宜地与一个或多个在这里感兴趣的类型的定距器15具体连接。但原则上这同样也可以适用于其他转子盘5，因此它们直接地或与锚杆6连接，或与第一或内套管13连接。

Claims (17)

1.一种燃气轮机(1)，包括至少一个转子(2)，该转子具有布设在多个平面(3)内的在转子盘(5)圆周上的工作叶片(4)，其中，锚杆(6)沿转子盘(5)中的孔(7)延伸，并将转子盘接合为单元(8)，以及其中，所述转子(2)原则上还有另一些转子组成部分，包括至少一个围绕所述锚杆(6)的环形通道(10、11)，在至少一个通道(10、11)中布设至少一个环形结构的定距器(15、15′)，用于相对于转子(5)的中心线(M)来固定锚杆(6)的位置，以及定距器(15、15′)具有开槽(21)，这些开槽相对于锚杆(6)或相对于其中心线(M)沿径向设置且同轴地延伸，其特征为：所述通道(10、11)设计为用于流过冷却剂(12)，以及由套管(13、14)构成沿径向的外边界，其中，所述开槽(21)用作冷却剂(12)的通流孔。
2.按照权利要求1所述的燃气轮机，其特征为，所述定距器(15、15′)是一体式的。
3.按照权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征为，所述定距器(15、15′)是弹性的。
4.按照权利要求1、2或3所述的燃气轮机，其特征为，在所述转子(2)内布设多个通道(10、11)，它们分别由一个套管(13、14)或由中央空心轴(9)构成沿径向的外边界。
5.按照前列诸权利要求之一所述的燃气轮机，其特征为，所述定距器(15、15′)至少沿径向不能运动地固定在所述锚杆(6)和/或构成冷却剂通道(10、11)边界的套管(13、14)的圆周(22、23)上。
6.按照前列诸权利要求之一所述的燃气轮机，其特征为，在所述锚杆(6)上和/或在所述套管(13、14)上布设至少一个止挡(24、25)，用于所述定距器(15、15′)的轴向定位。
7.按照权利要求6所述的涡轮机，其特征为，在所述锚杆(6)和/或内套管(13)上布设凸块，作为定位用的止挡(24、25)。
8.按照前列诸权利要求之一所述的燃气轮机，其特征为，所述锚杆(6)构成环形内通道(11)沿径向的内边界，以及第一套管或内管(13)构成该通道(11)的外边界。
9.按照前列诸权利要求之一所述的燃气轮机，其特征为，所述环形外通道(10)围绕内部的第一套管或内管(13)，以及由第二套管或外管(14)构成其外边界。
10.按照前列诸权利要求之一所述的燃气轮机，其特征为，在所述环形冷却通道(10)的内管(13)与外管(14)之间，也布设与用于锚杆(6)同样类型的定距器(15、15′)。
11.按照前列诸权利要求之一所述的燃气轮机，其特征为，所述定距器(15′)在所述环形冷却通道(10)内设在并定位在内管上。
12.按照前列诸权利要求之一所述的燃气轮机，其特征为，所述定距器(15)是环形件，以及包括至少一个带有一些径向延伸的支承臂(17)的支承环(16)，在支承臂端部有支承面(20)。
13.按照权利要求12所述的燃气轮机，其特征为，在所述支承环(16)的相邻支承臂(17)之间以这样的方式布设用于冷却剂(12)的通流孔(21)，亦即能提供所述通道(10、11)的约一半环形截面用于供冷却剂流通用。
14.按照权利要求12或13所述的涡轮机，其特征为，所述支承面(20)布设在所述支承臂(17)自由端的支脚(18)上。
15.按照权利要求12、13或14所述的涡轮机，其特征为，所述支承臂(17)相对于转子(2)的中心线(M)倾斜地从所述支承环(16)延伸到支脚(18)。
16.按照前列诸权利要求之一所述的涡轮机，其特征为，所述定距器(15、15′)热压配合在支承它的锚杆(6)和/或套管(13)上。
17.按照前列诸权利要求之一所述的涡轮机，其特征为，至少一个定距器(15)布设在锚杆(6)与至少一个在其圆周上带有工作叶片的转子盘(5)之间。
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