CN102242644A - 用于轴流式涡轮机的环形的流动通道的具有径向缝隙调节功能的通道壁段 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴流式涡轮机的环形的流动通道（10）的通道壁段（14），该通道壁段是用于调节导向环（26）的内壁表面（28）和对置于该壁表面（28）的转子叶片叶身尖端（30）之间的径向缝隙（32）的特别简单的机构。按本发明为此提出，所述导向环（26）在端侧具有第一齿部（50），该第一齿部靠在布置在容纳导向环（26）的圆周槽（24）的侧壁（27）上的第二齿部（46）上，其中为了沿轴向移动所述可移动的导向环26，可以将其沿圆周方向进行旋转。

Description

用于轴流式涡轮机的环形的流动通道的具有径向缝隙调节功能的通道壁段

技术领域

本发明涉及一种轴流式涡轮机的环形的流动通道的具有径向缝隙调节功能的通道壁段。

背景技术

这种流动通道以多种多样的形式得到公开。例如US 5,203,673公开了这种用于控制和调节转子叶片的尖端与对置于其的导向环之间的径向缝隙的装置，所述导向环是通道壁的一部分。在此提出，为了调节径向缝隙所述导向环可以在圆锥形的流动通道中沿轴向移动。为了沿轴向移动所述导向环，在导向叶片支架中分布在圆周上地拧入三个液压的气缸，该气缸的活塞能够平行于涡轮机的机器轴线运动。结合位于导向环的限制流动路径的壁表面与转子叶片的相应于其倾斜的尖端之间的圆锥形的缝隙，可以借助于轴向移动调节壁表面和叶片尖端之间的缝隙尺寸或者说径向的间距。借助于螺旋弹簧进行复位，所述螺旋弹簧将导向环返回运动到原始的位置中。同时提出使用径向缝隙测量系统，借助于该径向缝隙测量系统能够在一个位置上检测径向缝隙。根据所检测的缝隙尺寸沿轴向如此定位所述导向环，从而在避免叶片尖端掠过壁表面的情况下实现尽可能小的缝隙尺寸。然而缺点是使用多个液压的气缸，因为其中每个气缸可能失灵。这在调整的情况下会导致导向环的翘曲。该装置的另一缺点是，借助于液压的气缸在仅仅三个位置上刚好导入为了轴向移动导向环所需的调节力。由此，每个气缸必须能够传递整个调节力的较多部分，这需要耗费空间的气缸。

发明内容

本发明的任务是提供用于轴流式涡轮机的环形的流动通道的紧凑的通道壁段，用该通道壁段能够比较简单并且可靠地进行径向缝隙调节，而不会在液压的气缸之一失灵时使导向环翘曲。

基于本发明的任务用根据权利要求1的特征的通道壁段得到解决。

按本发明提出，布置在圆周槽中的导向环在端侧具有第一齿部，该第一齿部靠在布置在圆周槽的侧壁上的第二齿部上，其中为了轴向移动所述可移动的导向环，可以将其额外地沿圆周方向进行旋转。本发明基于以下构思，即当两个相互对应的齿部始终相互抵靠时，能够比较简单确定地调节所述导向环的轴向位置，在所述齿部中的一个齿部是固定的并且另一齿部相对于所述一个齿部可以略微扭转，从而由于朝移动方向倾斜的齿接触面引起或者说迫使所述齿部旋转，同时引起或者说迫使其轴向移动。根据本发明，所述第一齿部应该是可旋转的齿部，该齿部在导向环上在端侧也就是从垂直于轴流式涡轮机的机器轴线的平面中伸出。所述第二齿部是固定的并且布置在圆周槽的对置于第一齿部的侧壁上。通常相应地设置多个在圆周上均匀分布的齿，这在相应多的位置上实现了用于调整导向环的力导入，从而能够可靠地避免导向环的翘曲。此外，这实现了-在圆周上分布-均匀的力导入。因此不会出现在圆周的仅仅一个位置上的力导入的局部失灵。这引起了径向缝隙的特别可靠的可调节性，该径向缝隙存在于导向环的限制流动路径的内壁表面和轴流式涡轮机的转子叶片的在其下经过的叶片叶身的尖端之间。

有利的设计方案在从属权利要求中进行说明。

根据有利的第一设计方案，所述导向环借助于一个或者多个分布在圆周槽的圆周上的弹簧元件始终预张紧地靠在第二齿部上。由此能够可靠地避免两个齿部之间不希望的缝隙形成。这始终导致导向环的明确的轴向位置，这引起明确的缝隙尺寸。盘簧特别适合作为弹簧元件。

根据另一有利的设计方案，所述导向环具有带有至少一个外齿部的指向外部的罩面，在通道壁段的圆周上分布的旋转支承在其中的齿轮嵌入所述外齿部中，其中设置包围所有齿轮的导环，该导环的内齿部与齿轮啮合。以此可以说明特别简单的结构，用该结构能够沿圆周方向扭转或者说偏转导向环。此外，借助于齿轮以及导环沿径向支撑并且承载导向环。由此，可以同时调节导环和导向环的定心。还可以借助于优选均匀地分布在圆周上的齿轮在相应许多位置上实现用于扭转导向环的力导入，这使得所述外齿部、齿轮以及内齿部能够构造得比较小。这种结构是节省空间的并且还可以成本低廉地进行制造。所述外齿部和内齿部不必作为无尽环绕的齿部构造在导环上或者说导向环上，因为为了调节径向缝隙只需导向环的很短的扭转路径。相应地，布置在导向环的外罩面上的外齿部和/或布置在导环上的内齿部仅仅设置在在通道壁段中也设置齿轮的圆周位置上。

如现有技术中已经公开的那样，优选通过液压或者电动操作的作用在导环上的连杆将力导入导环中。这种驱动装置也用于调节轴流式压缩机的可扭转的入口导向叶片。这种驱动装置大多数只具有唯一一个驱动单元。

根据另一有利的设计方案，所述流动通道可以具有两个或者更多个所涉及的可沿轴向并且沿圆周方向运动的导向环，所述导向环要么可以由相应的导环驱动，要么也可以由一个导环共同驱动。只要两个导向环可以由一个导环共同地驱动，那么就可以同步地调节两个转子叶片环的径向缝隙。

为了避免在与导向环的壁表面无意接触时对所述转子叶片的叶身的尖端的损坏，优选在导向环的指向内部的壁表面上使用磨损层或者蜂窝状的层。

在为每个齿轮设置通道壁段中布置在外侧或者内侧的插口时，实现了为扭转导向环所需的齿轮和导环的简单的可装配性，齿轮的轴或者轮毂可以旋转支承或者说可以支承在所述插口中。因为外环包围所有齿轮，所以其轴或者说轮毂不必特别固定在为此设置的插口中。因此，可以将所述轴或者轮毂仅仅插入插口中，而不需要其它结构上的元件用于可靠地定位。然而不排除使用这种元件。

为了也可以在静态运行的可分一半的轴流式涡轮机中使用所提出的通道壁段，可以将所述引导环、通道壁段和/或导环相应地分成至少两段，也就是导向环段、壁段或者说导环段，这实现了所述结构的半体装配。优选在轴向通流的燃气涡轮机的轴流式压缩机中使用通道壁段。

本发明的使用尤其在通过转子的轴向移动可以调节燃气涡轮机的涡轮机单元中存在的径向缝隙时是特别关注的。因为所述涡轮机单元的流动通道以及燃气涡轮机的压缩机的流动通道原则上具有对立的锥形的倾角，所以转子在涡轮机单元中的移动会导致径向缝隙的减小并且在压缩机中导致径向缝隙的开启。用所提出的通道壁段尤其可以补偿并且在必要时过度补偿压缩机径向缝隙的通过前面所述的作用所描述的增加，虽然存在转子移动，但是这还是改善了压缩机效率并且由此改善了燃气涡轮机的效率。前面所提出的通道壁段尤其适合于压缩机，因为所述压缩机经常在一温度区域中运行，这特别简单地实现了前面所提出的结构的使用。

附图说明

下面根据唯一的纵剖图对前面所描述的本发明进行详细解释。附图示出：

图1是轴流式涡轮机的环形的流动通道的截取部分的纵剖图。

具体实施方式

唯一的附图以纵剖图示出了环形的流动通道10的截取部分。该环形的流动通道10同心地沿着轴向通流的涡轮机的机器轴线12延伸。在这里示出的涡轮机构造成燃气涡轮机的压缩机。所述流动通道10包括壁段14，该壁段是流动路径的径向外面的界限。在径向内部，流动路径要么由内部的壁16要么由转子18的罩面限制。转子叶片20以边缘环设置在转子18的不同的轴向位置上。具有多个分布在圆周上的导向叶片22的导向叶片环位于所示出的两个转子叶片环之间，所述导向叶片分别借助于锤子状的固定件保持在通道壁段14上。

在所述压缩机的在图1中从左到右通流的流动通道10的上游，由多个段组成的导向环26设置在于壁段14中无尽环绕的圆周槽24中。所述导向环26位于在图1中左边示出的转子叶片20的轴向位置上。该导向环26具有指向内部的壁表面28。该壁表面28限制流动路径并且在形成缝隙32的情况下对置于转子叶片28的尖端30。因此，在该区段中逐渐减小的壁表面28相对于机器轴线12倾斜，使得该壁表面构造成圆锥形的。

在所述导向环26的径向外部，在通道壁段14的圆周上成对地分布多个插口34以及通道36。每个插口34形成了用于齿轮38的容纳袋。该齿轮38具有轴或者轮毂40，该轴或者轮毂位于所述插口34中。所述齿轮38穿过通道36并且可以嵌入布置在导向环26的外表面上的外齿部35中。所有齿轮38由共同的导环42包围，该导环的内齿部44与所有齿轮38啮合。所述外齿部35具有显著大于齿轮38的轴向宽度的轴向宽度。这是需要的，由此所述导向环26虽然其沿着轴向移动，但是它始终与所述齿轮38啮合。

所述导向环26布置在无尽的圆周槽24中。第一齿部50在端侧借助于仅仅示意性示出的螺纹件48固定在导向环26上。在所述圆周槽24的在图1中右边示出的侧壁27上类似地固定第二齿部46。该第一齿部50和第二齿部46相互位于一啮合平面52中。该啮合平面52构造成锯齿状的。它也可以根据切端面齿（Hirth-Verzahnung）的类型进行构造，该切端面齿支持导向环26的定心。然而，没有以纵剖图示出所述啮合平面52，而是相对于其旋转了90°-根据展开的类型。由此，两个齿部46、50沿圆周方向延伸，并且没有-像示出的那样-沿径向延伸。

连杆45联结在导环42上。为了沿轴向和径向引导所述导环42，设置了在其侧向布置的固定元件47，该固定元件以卡圈包围所述导环42。通过扭转导环42实现导向环26沿轴向的移动。借助于内齿部44将导环42的旋转转换成齿轮38的旋转，所述齿轮将其旋转传递到导向环26上。相互靠着的齿部46、50由于其相互间的相对运动就迫使导向环26沿轴向移动，在图1中向左移动。由此，圆锥形的径向缝隙32变小了。借助于导环42反向的旋转结合分布在圆周上的弹簧元件54实现了导向环26沿轴向的返回运动，所述弹簧元件布置在圆周槽24的其它侧壁和导向环26之间并且后者始终挤压到第二齿部46上。

此外，还将磨损层56设置在导向环26的壁表面28上，该磨损层在叶片尖端30于导向环26上掠过时防止损坏。

对于调节环24应该共同地驱动两个导向环26的情况来说，相应地调整所述固定元件47。那就宁愿将导环42构造成滚筒。不言而喻，可以同步地或者独立于燃气涡轮机的轴向的转子移动地进行径向缝隙调节。

已经可以在开始运转时或者也可以在涡轮机或者说燃气涡轮机运行时调节位于导向环26的壁表面28和叶片20的对置于该壁表面的尖端30之间的径向缝隙的大小。作为补充方案或者替代方案，也可以根据所测量的实际上的径向缝隙来进行径向缝隙调节。通过该径向缝隙32的减小，降低了径向缝隙损失，这提高了压缩机中的能量转换。

通过使用合适的材料用于所述齿轮38以及齿部46、50，必要时可以放弃维修友好的润滑剂。必要时用聚四氟乙烯（PTFE）对所述齿部46、50的滑动面进行涂层。这实现了两个齿部46、50的损失少的相对运动。

总之，用本发明说明了轴流式涡轮机的环形的流动通道10的通道壁段14，该通道壁段是用于调节导向环26的内壁表面28和对置于该壁表面28的转子叶片叶身尖端30之间的径向缝隙32的特别简单的紧凑的机构。按本发明提出，所述导向环26在端侧具有第一齿部50，该第一齿部靠在布置在容纳导向环26的圆周槽24的侧壁27上的第二齿部46上，其中为了沿轴向移动所述可移动的导向环26，可以将其沿圆周方向进行旋转。

Claims (12)

1.用于轴流式涡轮机的环形的流动通道（10）的通道壁段（14），在其指向内部的表面中设置环绕的圆周槽（24），所述通道壁段具有布置在圆周槽（24）中的限制流动通道（10）的导向环（26），该导向环为了调节分别位于导向环（26）的壁表面（28）和对置于壁表面（28）的转子叶片叶身尖端（30）之间的径向缝隙（32）至少能够沿轴向移动，

其特征在于，

所述导向环（26）在端侧包括第一齿部（50），该第一齿部靠在布置在圆周槽（24）的侧壁（27）上的第二齿部（46）上，

其中为了沿轴向移动可移动的导向环（26）能够将其沿圆周方向进行旋转。

2.按权利要求1所述的通道壁段（14），

其中，所述导向环（26）借助于一个或者多个弹簧元件（54）预张紧地靠在所述第二齿部（46）上。

3.按权利要求1或2所述的通道壁段（14），

其中，所述导向环（26）具有带有至少一个外齿部（35）的指向外部的罩面，分布在所述通道壁段（14）的圆周上的旋转支承在其中的齿轮（38）嵌入所述外齿部中，

其中设置包围所有齿轮（38）的导环（42），其至少一个内齿部（44）与所述齿轮（38）啮合。

4.按权利要求3所述的通道壁段，

其中，所述导环（42）能够通过液压或者电动操作的连杆沿圆周方向进行旋转。

5.按权利要求3或4所述的通道壁段（14），

其中，设置至少两个所涉及的导向环（26），所述导向环通过所述一个导环（42）能够共同地沿圆周方向旋转。

6.按上述权利要求中任一项所述的通道壁段（14），

其中，所述导向环（26）在其指向内部的壁表面（28）上具有磨损层（56）或者蜂窝状的层。

7.按权利要求3到6中任一项所述的通道壁段（14），

该通道壁段为每个齿轮（38）具有布置在外侧的插口（34），所述齿轮（38）的轴或者轮毂（40）支承在所述插口中。

8.按上述权利要求中任一项所述的通道壁段（14），

其中，所述导向环（26）包括至少两个导向环段。

9.按上述权利要求中任一项所述的通道壁段（14），

该通道壁段包括至少两个壁段区段。

10.按权利要求3到9中任一项所述的通道壁段（14），

其中，所述导环（42）包括至少两个导环区段。

11.具有按权利要求1到10中任一项所述的通道壁段（14）的轴流式压缩机。

12.具有按权利要求11所述的轴流式压缩机的燃气涡轮机。

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