CN102505967A - 用于涡轮机的转子的转子部分 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮的转子的转子部分(10)、一种转子叶片(18)和一种锁止元件(46、62)。所述转子部分(10)包括转子盘(12)，所述转子盘(12)具有在其上插入定位槽(16)的转子叶片(18)，所述转子叶片(18)借助于设置在端侧的密封元件(30)防止沿着所述定位槽(16)移动。为了提供用于所述密封元件(30)的周向固定的可靠的、简单的且容易设计的结构，本发明提出，每个密封元件(30)通过相应的一个锁止元件(46、62)固定，所述锁止元件(46、62)在此接合到设置在转子叶片根部(20)内且设置在端侧的孔(58)中。

Description

用于涡轮机的转子的转子部分
本申请是申请日为2010年1月27日，申请号为201080008674.6，发明创造名称为“用于涡轮机的转子的转子部分、用于涡轮机的转子叶片”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的转子部分。
背景技术
例如由公开文献DE 1 963 364已知一种用于涡轮或者涡轮转子的轴向的转子部分。所述包含转子盘的转子部分在其外周上具有多个在轴向上延伸的用于涡轮的转子叶片的定位槽。在此，在转子盘的端侧上设有用于密封片的连续环绕的容纳槽。在容纳槽的侧壁上设有多个在周向上均匀分布的突出部，所述突出部部分地覆盖容纳槽的槽底。在容纳槽中设置有板状的密封片，所述密封片在其径向地在内部设置的内边缘上具有两侧加厚部，该加厚部的宽度大致相当于容纳槽的槽宽。在此，在周向上观察，该加厚部逐段地由凹槽断开，所述凹槽相应于容纳槽的突出部具有一定宽度地构成。由此使得密封片通过纯径向运动从外侧插入容纳槽中并且在沿周向移动后与突出部钩住，所述移动路程大致相当于突出部的宽度。那么，密封片的加厚部分后接合容纳槽的突出部，以使得密封片不能向外移动。为了安装所有的密封片，将所述密封片逐个地插入容纳槽中并且然后共同在周向上移动。由此避免了使用密封片锁止件的必要性。在插入密封片和转子叶片后，将密封片的外边缘推入转子叶片的板状侧的槽中，以使得防止后者轴向移动。为了完成安装，借助于螺钉将密封片固定在其升高的位置中。那么，每个加宽部紧贴在突出部上。借助于该构件的所述构造能够将位于密封片和转子盘的端侧之间的第一空间与位于密封片的另一侧的第二空间分开并且密封，以用于引导不同的介质。为了达到特别好的密封，密封片的加宽部紧贴在容纳槽的不设有突出部的侧壁上。此外，突出部的内部的圆锥形延伸的边缘确保在离心力的影响下将密封片压在容纳槽的无突出部的侧壁上。
已知的构造的缺点是转子盘和密封片的具有突出部和凹槽的侧面的高成本的结构。另一个缺点是，使用螺钉来防止密封片在周向上的移动。由于在运转和停机之间出现的热交变应力并且由于流过涡轮机的热气能够引起在螺旋接合中的腐蚀问题和强度问题。这可能不能以常规方式解决。在这种情况下将螺钉钻出，其中通常在位于燃气轮机的下部半壳中的转子上进行所述过程。在此会发生，碎屑会掉落到下部的半壳中，所述碎屑在随后工作时能够导致产生不期望的污染。
此外，由FR 2 524 933已知一种用于防止转子叶片轴向移动的安全装置。所述安全装置借助于能够在周向上移动的金属片来固定。然而，在其中所示出的构造不适合于将靠近圆盘的空间相对于在金属片的另一侧上存在的空间密封。
此外，由公开文献DE 30 33 768 A1已知一种涡轮机的转子组件，所述转子组件具有用于轴向固定转子叶片的一体的密封环。DE 30 33768 A1的一体的密封环按照卡口连接的方式与涡轮机转子盘钩住。为此，不仅在涡轮机转子盘上而且还在密封圈上交替地设置沿着外周分布的突出部和凹槽。为了安装，将密封环安置在转子盘，其中凹槽和突出部彼此相对。随后能够通过略微旋转两部分，使所述凹槽和突出部彼此相互钩住。然而由于密封环的一体的结构形式，所述密封环仅能够在飞机用燃气轮机中使用，因为其涡轮在轴向通过堆叠的方式组装而成。与此相反，固定式燃气轮机由两个半壳组装而成，所述半壳包围完全安装的转子。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于固定式燃气轮机的轴向的转子部分，其在密封元件的安装和拆卸方面可进一步得到改进。
针对转子部分的目的通过一种具有权利要求1的特征的转子部分得以实现。
本发明基于以下认识，如果密封元件在离心力的作用下支承在转子上的位置和防止各个密封元件在周向上移动的位置尽可能近地靠近，那么密封元件的特别可靠的固定尤其是可能的。换句话说：在转子的径向上存在的且位于转子的在离心力的作用下使密封元件紧贴的面和防止密封元件圆周移动的位置之间的距离应当尽可能地小。这意味着，同样应该防止支承在转子叶片的接触面上的密封元件在其外部的区域上沿周向移动。在此，为了提供用于圆周锁定的尽可能简单的结构，设有螺栓状的锁止元件。一方面锁止元件位于设置在密封元件中的开口中。另一方面，螺栓状的锁止元件位于设置在转子叶片的端面中的孔中。在密封元件中的开口在此相对靠近密封元件的紧贴转子的接触面的边缘。接触面最好为转子叶片的平台的下侧的一部分。由于在离心力作用下密封元件固定地紧靠在接触面上，在密封元件与转子叶片根部之间，如果确实如此，仅出现微小的相对运动。因此在如下部件上实现了密封元件的圆周固定，在工作时密封元件支承在所述部件上并且该部件因此参与决定密封元件的位置和运动。借助于这种构造能够可靠地避免在接触面上、在密封元件上和在锁止元件上的磨损。
接下来锁止元件相对于转子的径向定位选择为，使得所述锁止元件的位置位于相对于转子叶片运动的中立区域内，以使得不需要补偿在锁止元件的固定点上的由运转决定的运动。通过使用螺纹状的锁止元件能够阻止固定的挠性。
在转子部分上，冷却剂在密封元件和转子盘的端侧之间被引导，所述冷却剂设定为用于冷却转子盘和转子叶片。借助本发明提出的构造使得将冷却剂的泄漏降低到最小程度，因为通过在密封元件中使用圆形开口并且使用在开口中无间隙插入的锁止栓达到相对短的泄漏路径或者小的泄漏面积。通过降低作为泄漏而损失的冷却剂量，原则上能够达到涡轮效率增加。
在根据本发明的转子叶片上存在伸出叶片根部的突出部，所述转子叶片包括至少一个叶片根部、平台和弯曲的叶片翼型，其中在突出部的朝向叶片根部的下侧上设有朝向叶片根部的用于片状的密封元件的接触面。为了达到在用于密封元件的接触面与用于锁定密封元件以防止在周向上的运动的装置之间的相对小的距离，在叶片根部中设有用于将锁止元件容纳叶片根部的端侧内的盲孔，所述盲孔设置为与突出部直接相邻。由此实现类似于转子部分的优点。
借助于Z形的板条防止锁止元件丢失。为此锁止元件沿着其纵向延伸部被削平。为此，将在装配前还是L形的板条穿过开口插入并且借助于其弯曲的侧边安置到密封元件和转子叶片根部之间，然后螺栓状的扁平的锁止元件因此被插入开口和盲孔中。随后将至此为L形的板条弯成Z形形状，其中所述Z形形状于是防止锁止元件丢失。
有利的实施方式在属权利要求中说明。
有利的是，该孔为相对近地，也就是说从径向看，直接设置在接触面下方。相应地，密封元件的开口同样相对近地设置在密封元件的紧贴在转子叶片的接触面上的边缘上，在所述开口中同样安置有用于锁定的螺栓。
尤其是由此获得螺栓状的锁止元件在相对于转子叶片运动为中立的区域中的定位。
如果在去除防止锁止元件丢失的防护装置后，锁止元件具有用于拆卸的端侧开口，那么达到锁止元件的特别简单的拆卸。在开口中例如能够设有螺纹，用于将锁止元件从开口和孔中拔出的机构能够旋拧入所述螺纹中。所述特征实现了锁止元件的特别简单的和快速的拆卸。
所有密封元件最好在周向上以相互放置的方式形成密封圈，以使得冷却剂能够在叶片根部的端侧或者转子盘的端侧与密封圈之间顺着流动。所述密封元件在此也能够略微搭接。
由此能够实现冷却剂沿着叶片根部的或者转子盘的端侧的特别有效的引导。
总的来说，通过本发明提供了一种简单的且容易设计的用于所述密封元件的圆周固定的结构，其中每个密封元件最好分别通过相应的一个锁止元件固定。
在此，由本发明描述的结构具有高的稳固时间，因为该构造能够构成为，以使得在保守地考虑边界条件的情况下，能够可靠地传递密封元件的全部圆周力。固定的挠性不是必要的。此外，不需要耗费地制造用于容纳弯入的保险片的槽/袋，从而该构造的成本相对低。
附图说明
从下面的附图说明中可以得出其它的优点和特征。附图示出：
图1示出转子部分的局部立体的剖视图；
图2示出根据图1的截面A的细节图；
图3示出设置在密封元件中的用于容纳可替代的锁止元件的开口；
图4、5示出可替代的锁止元件的立体图；
图6示出用于涡轮机的转子叶片的一部分的立体图；
图7示出根据本发明的实施方式的转子构造的俯视图；
图8示出防止锁止元件轴向移动的根据本发明的实施方式；以及
图9示出根据本发明的锁止元件的立体图。
具体实施方式
图1示出用于未进一步示出的涡轮机的转子的转子部分10的局部立体且局部剖切的视图，所述涡轮机可以构造为燃气轮机。所述转子部分一方面基本上包括第一转子盘12以及与其相邻的另一转子盘14。所述转子盘12、14借助于未示出的用于传递转矩的切端面齿(Hirth-Verzahnung)以形状接合的方式彼此相互连接，并且通过未进一步示出的拉紧螺杆彼此相互夹紧。对于图中所示可替代的是，转子部分10也可以由为整体的形式的单个件构成或者由单个转子盘构成。在转子部分10的外周上设有多个、分别至少局部在转子的轴向上延伸的转子叶片定位槽16，在此仅以剖切的方式示出其中的一个。所述转子叶片定位槽16具有圣诞树状的轮廓。在该转子叶片定位槽16中分别插入转子叶片18，其中可看出，所述转子叶片在图1中最右边以剖切的方式示出。转子叶片18包括叶片根部20，该叶片根部20至少部分与转子叶片定位槽16的轮廓相一致地构成，以使得由该转子叶片定位槽在径向上以形状接合的方式保持。转子叶片18包括平台22，未进一步示出的叶片翼型设置在该平台上。根据图1的剖视图，平台22具有向内弯曲的外轮廓，在该轮廓的端部上设有向外凸出的密封尖端24。就此而言，在图1中示出的平台22同样形成突出于叶片根部20的端侧26的密封翼，所述密封翼在现有技术中也已知为“角翼”。
叶片根部20的端侧26与转子盘12的端侧28对齐。对于每个叶片，在端侧且在转子盘12上分别设有密封元件30。密封元件30的外边缘32在离心力的作用下紧贴在接触面34上，所述接触面34设置在平台22的下侧上或者在端侧上突出于叶片根部20的突出部的下侧上。因此，接触面34指向内。可替代地，接触面34还能够构成为设置在平台下侧的槽的槽底。密封元件30构成为片状或者板状并且此外包括内边缘36，所述内边缘36位于向外开口的环形槽38中。在此，密封元件30在其外部三分之一处且在面向转子盘12的面上具有指向内的钩状部40，所述钩状部40以未示出的方式与在端侧28且在转子盘12上设置的钩状部相接合。通过密封元件30与转子盘12钩住可靠地避免了叶片18沿着叶片定位槽16的移动，以使得密封元件30引起分别相关的叶片18的轴向固定。同样，密封元件30用于沿着转子盘12的端侧28和叶片根部20的端侧26引导冷却剂，最好是冷却气体。
为了阻止密封元件30在周向上的移动，在密封元件30的外边缘32的区域中分别设有开口44。在图2中详细示出开口44、位于开口44中的可替代的锁止元件46以及叶片根部20的一部分。图3示出开口44的立体图。开口44构成为钥匙孔状且具有圆形的开口部分，在所述圆形开口部分上连接有在图3中向下相对短的且相对宽的槽口
Figure BSA00000609961100061
47。
在图4和图5中以立体的方式示出的锁止元件46在其外周上具有凸部50。该凸部50较为端侧地设置，也就是说设置在锁止元件46的端侧的第一端部48上并且沿着圆周在约20°的角长上延伸。在此，凸部50的角长相应于槽口47的宽度，以使得锁止元件46能够通过开口44插入密封元件30中。此外，锁止元件46在其第二端侧上具有环形部52，在该环形部52中设有两个狭缝54，以使得环形部52的一部分构成为垛口状部56或者齿状部。在此，所述狭缝54设置在圆周的与凸部50的端部相对的部分上。就此而言，垛口状部56和凸部50的宽度至少大致相同。在此，垛口状部56的自由端构成尖形，以便简化拆卸。
在图2中示出锁止元件46位于其最终位置上。为了将锁止元件46安装到开口44中，首先将锁止元件定向为，使得凸部50能够穿过槽口47插入。在将锁止元件46插入开口44中后，将该锁止元件46沿着其纵轴线旋转180°，直到设置在该锁止元件的第二端部上的垛口状部56位于槽口47的区域中。借助于合适的工具能够将垛口状部56弯入槽口47中，以使得由此防止锁止元件46旋转。在插入锁止元件46后，其在凸部50上设有的端部48伸入孔58中，所述孔58设置在转子叶片根部20的端侧26上。在此，孔58构成为盲孔，锁止元件46的端部48具有间隙地位于所述孔58中。
凸部50相匹配地接合在轴向的间隙中，所述间隙存在于转子叶片根部20的端侧26与密封元件30之间。为此，密封元件30套管状地构成在开口44的区域中。
为了拆卸转子叶片18，垛口状部56向上弯曲，从而松开与槽口47的形状接合。然后锁止元件46能够旋转180°，使得凸部50位于槽口47的区域中。随后能够借助于合适的工具将锁止元件46从开口44中取出，然后密封元件30能够在周向上移动。通过密封元件30在周向上的移动能够松开密封元件与转子盘的卡锁，由此能够将该密封元件从转子部分10中取出。然后转子叶片18能够通过沿着定位槽16的移动从转子部分10中取出。
在此，设置在转子叶片20中的盲孔58设置成相对靠近接触面34。
图6示出涡轮叶片18的立体图，其中但是仅近似平台状地示出涡轮叶片的叶片翼型60。由图6可以清楚地得知，盲孔相对近地设置，也就是说紧邻接触面34设置。因此，用于密封元件30的接触面34和密封元件的用于阻止在周向上的运动的机构以彼此相对较近地设置。由于两个功能机构的局部的接近能够提供特别安全和可靠的移动阻塞，所述移动阻塞是特别无磨损的，因为产生几乎无摩擦的相对运动。
图7示出在周向上彼此相邻的密封元件30，所述密封元件30在它们锁定前可通过锁止元件相互移动，以使得能够安装封闭的密封圈。为此，密封元件的指向相邻的密封元件的边缘仅分别具有密封元件壁的一半材料厚度，以使得所述密封元件在该区域内以搭接的方式构成。替代简单的搭接，还能够设有槽榫搭接。
圆周锁定的在图7中示出的根据本发明的实施方式在锁止元件62和防止其从开口44和孔58中丢失方面不同于图1至图6所示的圆周锁定。在图7中示出的根据本发明的锁止元件62在图9示中以立体的方式示出。根据本发明的实施方式的根据本发明的锁止元件62同样构成螺栓状且具有两个不同的直径。然而，该锁止元件62沿着其纵向延伸部构成为扁平的，以使得保险片紧靠在扁平部64上。在图8中示出锁止元件62的锁定，其中图8示出与在图2中示出的剖面A相同的剖面。而且在此相同的构件设置有相同附图标记。在将转子叶片18安装到定位槽16中并且随后安装密封元件30后，首先将L状的保险片66a插入开口44中，所述保险片66a的较短的侧边接合在转子叶片根部20的端面26与密封元件30之间的间隙中。然后锁止元件62的扁平部64安置在保险片66上。然后将锁止元件62插入开口44中，直到该锁止元件62的端部48接合在盲孔58中。然后能够借助于合适的机构将至此横截面看起来为L形的保险片66a弯曲，以使得该保险片的横截面为Z形。由于保险片66的Z形形状，该保险片阻止了锁止元件62的轴向移动。由此密封元件30在周向上的锁定不会以不期望的方式松开。
总的来说，本发明涉及一种用于燃气轮机的转子的转子部分10、一种转子叶片18以及一种锁止元件46、62。所述转子部分10包括转子盘12，所述转子盘12具有插入定位槽16中的转子叶片18，所述转子叶片18借助于在端侧设置的密封元件30防止沿着定位槽16移动。为了提供用于密封元件30的圆周固定的可靠的、简单的且容易设计的结构，本发明提出，每个密封元件30分别通过一个锁止元件46、62固定，所述锁止元件46、62在此接合到设置在转子叶片根部20内且设置在端侧上的孔58中。

Claims (4)

1.一种用于涡轮机的转子的转子部分(10)，在所述转子部分(10)的外周上设有在所述转子的轴向方向上延伸的转子叶片定位槽(16)，在所述转子叶片定位槽(16)中分别设置有具有与所述转子叶片定位槽(16)相一致的叶片根部(20)的转子叶片(18)，所述转子部分(10)具有分别设置在所述转子叶片(18)上的径向指向内的接触面(34)，
其中，为了沿着端侧的转子面(28)引导冷却剂，片状的密封元件(30)在离心力的作用下紧靠在所述接触面(34)上，并且其中为了防止所述密封元件(30)在周向上移动，所述密封元件(30)中的至少一个具有设置在所述密封元件(30)中的用于容纳锁止元件(46、62)的开口(44)，并且
其中，设有与所述开口(44)对齐的孔(58)和设置在所述孔(58)与所述开口(44)中的位置固定的锁止元件(46、62)，
其特征在于，
所述孔(58)设置在所述叶片根部(20)中，并且
其中，所述锁止元件(62)借助于Z形的保险片(66)防止丢失，所述保险片(66)的第一端部位于所述密封元件(30)和所述叶片根部(20)的端侧(26)之间。
2.根据权利要求1所述的转子部分(10)，其中，与在所述密封元件(30)的内边缘(36)上相比，所述孔(58)设置成更靠近径向指向内的所述接触面(34)，并且所述开口(44)设置成更靠近所述密封元件(30)的紧靠在所述转子叶片(18)的所述接触面(34)的边缘(32)。
3.根据权利要求1或2所述的转子部分(10)，其中，所述锁止元件(46、62)具有用于拆卸的端侧的开口。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子部分(10)，其中，所述密封元件(30)在周向上以彼此紧靠的方式形成位于环形槽(38)中的密封环，在圆周面上设有所述环形槽(38)，所述环形槽(38)设置在所述转子的端侧的侧面上。
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