CN102705436A - 用于旋转体的分段式调节环 - Google Patents

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J·W·朱厄特
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Abstract

本发明涉及用于旋转体的分段式调节环。具体而言，提供了一种用于调节旋转体频率的解决方案。分段式调节环安装到将旋转体的第一零件和第二零件联接在一起的法兰联接件上。分段式调节环调整旋转体的频率。分段式调节环可在其处于机器内的操作位置时螺栓连接到旋转体上，从而消除从机器移除旋转体的需要。

Description

用于旋转体的分段式调节环
本申请涉及2009年3月27日提交的名称为TUNINGFREQUENCY OF ROTATING BODY TORSIONAL MODE BYADDING DETUNER(档案案号232836)的当前未决的美国专利申请No.12/412,619。
技术领域
本发明主要涉及旋转体技术。更具体而言，本发明涉及使用安装到旋转体的法兰联接件上的分段式调节环来调节旋转体频率(也即扭转模式)的解决方案。
背景技术
诸如转子之类的旋转体用于许多不同类型的机械和电气元件中，包括发电机、马达和其它类似的装置。这些旋转体具有多种扭转固有频率模式，且出于多种原因，包括应力、疲劳、性能等，期望将这些频率模式保持在一定范围内。例如，涡轮转子或包括旋转体的其它机械元件通常具有接近线路频率两倍的至少一个扭转固有频率模式。如果该频率模式变得过于接近线路频率的两倍且变为受到激励，则其可导致联接体中元件(例如，所联接的涡轮中的末级轮叶)的故障。
目前，旋转体扭转模式的频率可通过直接地影响所关注的旋转体模式频率的惯性或扭转刚度的变化来转换。实现这些改变的当前途径是在转子上和在转子零件之间的联接件上轴向地增加或移除大型的收缩调节环(shrunk-on tuning ring)。因此，用于调节以扭转固有频率操作或在扭转固有频率附近操作的旋转体扭转模式的频率的当前方法至少需要使转子与原动机脱离并露出转子以容许在转子上和联接转子零件的联接件上轴向地安装/移除收缩调节环。该过程极为耗时且花费高昂。
此外，收缩调节环是大的、高强度且昂贵的环。如果该方法在扭转固有频率模式中未提供充足的转换，则旋转体或联接件中的构件需要视情形进行机械加工以除去刚度或惯性。如果改变不起作用，机械加工通常也不容易逆转，因为这通常需要在现场的车床或从现场完全除去发电机且将其送至维修车间进行机械加工。这些步骤中的每一个均显著增加了该解决方案的费用，且如果需要很大的工作量则会导致停机时间的延长。
发明内容
本公开内容的第一方面提供了一种设备，该设备包括：分段式调节环，其安装到将旋转体的第一零件和第二零件联接在一起的法兰联接件上，该分段式调节环调整旋转体的频率。
本公开内容的第二方面提供了一种系统，该系统包括：旋转体，其包括通过法兰联接件而联接到第二零件上的第一零件；以及安装到法兰联接件上的分段式调节环，该分段式调节环调整旋转体的频率。
本公开内容的第三方面提供了一种方法，该方法包括：提供旋转体，该旋转体包括通过法兰联接件而联接到第二零件上的第一零件；以及在旋转体处于机器内的操作位置的情况下将分段式调节环安装到法兰联接件上以调整旋转体的频率。
附图说明
图1示出了显示根据本发明实施例的联接到旋转体的法兰联接件上的分段式调节环的透视图。
图2示出了显示根据本发明另一实施例的联接到旋转体的法兰联接件上的分段式调节环的透视图。
图3示出了图2的实施例的截面视图。
图4至图6示出了根据本发明不同实施例的在分段式调节环的区段之间的配合元件的各种实施例的详细截面视图。
图7示出了显示根据本发明另一实施例的联接到旋转体的法兰联接件上的分段式调节环的透视图。
注意的是本发明的附图并未按比例。附图旨在仅绘出本发明的典型方面，且因此不应认作是限制本发明的范围。
零件清单
100分段式调节环
102法兰联接件
104旋转体
106第一零件
108第二零件
110第一法兰
112第二法兰
114螺栓
120表面
130弓形区段
132弓形区段
140调节环
142接头
144第一分段式调节环
146接头
147区段
148第二分段式调节环
170，172配合元件
180，182配合元件
200分段式调节环
202周向表面
214螺栓
232区段
242接头
具体实施方式
参看附图，图1示出了显示根据本发明实施例的设备的透视图，该设备包括联接到旋转体104的法兰联接件102上的分段式调节环100。当分段式调节环100联接到旋转体104上时，该调节环100从没有它的情况调整旋转体的频率。例如，分段式调节环100可将旋转体104的扭转模式的频率调整至高于或低于旋转体扭转模式的固有频率。通过分段式调节环100，其它调整也是可能的。
旋转体104可为任何形式的机器内的任何形式的旋转体。在大多数适用的设置中，旋转体104可包括例如燃气轮机、蒸汽轮机或组合式燃气和蒸汽轮机的旋转轴，或诸如发电机之类的电动力机器的转子。如将会变得清楚的那样，在上述设置中，分段式调节环100容许在不从机器内的操作位置移除旋转体的情况下将其安装和调节旋转体104。即是说，与常规收缩调节环相比，分段式调节环100不需要移除旋转体，以便其可沿其长度轴向地传送至法兰联接件。因此，由于旋转体104可保持在其操作位置，故对其的调节并不需要同样多的时间和费用。如理解到的那样，旋转体104可由诸如轴承之类的任何公知的器件而支承在机器中。法兰联接件102将旋转体104的第一零件106和第二零件108联接在一起。第一法兰110联接到第一零件106上，而第二法兰112联接到第二零件108上。第一法兰110通过多个螺栓114联接到第二法兰112上。旋转体104可延伸穿过法兰110，112或对接地连接到法兰上。在任一情况中，法兰110，112均可使用任何现在公知的或以后开发出的技术(例如，通过焊接或与其一体地形成)而联接到转子上。
在一个实施例中，分段式调节环100使用多个螺栓114而安装到法兰联接件102上。即是说，用于联接法兰联接件102的相同螺栓可用于安装分段式调节环100。可包括附属结构如螺母和/或用于其的垫圈的螺栓114相比于常规螺栓可进行改变，以便耐受由分段式调节环100产生的附加应力。例如，螺栓114可具有：不同的材料；在轴、头部或螺栓上的较大或较小直径；不同的螺纹(螺栓以及还有螺母)；不同的垫圈(如果使用的话)；增加的座靠面积；等等。在另一实施例中，第一组螺栓可用于联接法兰联接件102，而另一组螺栓可用于将分段式调节环100安装到法兰联接件102上。在此情况下，直接邻近法兰联接件102的分段式调节环(多个)100可包括在其中的螺栓容纳开口(未示出)，例如用于螺母的凹口。理解的是，这后一实施例看起来与图2至图3中所示的没有任何不同。
在图1的实施例中，示出了单个的分段式调节环100，该调节环100联接到法兰联接件102的轴向面向的表面120(在环100之后)上。然而，如图2和图3中所示，在另一实施例中，分段式调节环100可包括多个沿轴向定位的分段式调节环140。即是说，一个或多个分段式调节环(多个)140可联接到法兰联接件102的各个轴向面向的表面120(在环100之后)上。
在图1至图3的实施例中，分段式调节环100包括沿周向邻近彼此定位的多个大致平面和弓形的区段130，以便形成大致垂直于旋转体104的大致平面的环。在图1中，各弓形区段130延伸大约180°。在图2中，各弓形区段132延伸大约120°。在使用一个以上的分段式调节环100的情况下，相邻的分段式调节环100不必具有相同数目的区段132。实际上，任何数目的区段都可使用，只要它们在装配到一起时形成环。在一个实施例中，如图2中最佳示出的那样，第一分段式调节环144的相邻区段132之间的接头142不会与轴向相邻的第二分段式调节环148的相邻区段147之间的接头146重叠，但这可能在所有情况下并非都是必需的。即是说，任一相邻的分段式调节环100都具有相同数目的接头并且它们的接头沿周向偏移(也即，通过将环围绕旋转体104安装在不同的旋转角处)，或相邻的环100并不包括相同数目的区段以致它们的接头在位置上并不相配。此种偏移定位可有助于防止区段的运动。
如图3中所示，在使用一个以上的分段式调节环100的情况下，分段式调节环100不必具有相同的直径或轴向长度(extent)。
参看图4至图6，各分段式调节环100均可包括用以抵抗不同类型的运动的配合元件。例如，图4和图5示出了在周向上相邻的区段132之间的配合元件170，172的详细截面视图，该配合元件170，172用以抵抗在二者之间的与旋转体104平行的轴向运动，也即如由双头箭头所示。在图4中，配合元件170，172为弓形区段132的抵靠面上的配合的成角(或倾斜)表面。在图5中，配合元件170，172为滑键和键槽型元件。图6示出了包括配合元件180，182的分段式调节环100的轴向相邻的区段132，该配合元件180，182为滑键和键槽型元件。在此情况下，配合元件180，182抵抗在二者之间的分段式调节环100的周向运动，也即进入和离开页面。应理解的是，所示的配合元件仅为示范性的，且用以抵抗运动的多种其它配合元件或其它技术也是可能的。此外，可采用上述实施例的组合，例如，图4和图6的配合元件一起。
图7示出了根据本发明的分段式调节环200的另一实施例的透视图。在此情况下，分段式调节环200安装到法兰联接件102的周向表面202上。因此，各区段232均大致为弓形和半圆形。在此情况下，多个螺栓214沿径向延伸到法兰联接件102上以安装分段式调节环200。任何数目的区段232均可使用。相邻分段式调节环200的区段232之间的接头242可偏移，但这并非必需的。尽管已经示出了两个分段式调节环200，对于每个法兰110，112各有一个(后者现在示出)，但分段式调节环200可包括单个环或两个以上。
在操作中，旋转体104可提供在机器内的操作位置，例如，在法兰联接件102附近联接到其上的任何结构已移除的情况下。然后，分段式调节环100可在旋转体104处于机器内的操作位置的情况下安装到法兰联接件102上以调整旋转体的频率。频率测试可在安装之前进行，以便确定适当调节旋转体104所需的分段式调节环100的物理特性。在安装最初的分段式调节环100之后，如果发现需要进一步调节，则分段式调节环的至少一个物理特性可通过以具有至少一个不同物理特性的第二区段132来替换第一区段132而进行调整。该物理特性可包括例如材料、重量、尺寸(例如，直径或轴向长度)、刚度、惯性等。作为备选，可改变、添加或移除一个或多个分段式调节环100来实现所需的调节。
由分段式调节环100，200提供的物理特性的变化将影响旋转体104中的振荡的扭转频率。在一个实例中，操作人员或许能够调整分段式调节环100，200，使得旋转体104的扭转频率与所关注的旋转体扭转模式的固有频率大致相同。其它调节要求也可使用分段式调节环100，200来实现。相同实施例的另一优点在于，当两个或多个分段式调节环100，200在端部重叠的情况下彼此紧接时，重叠端部之间的螺栓114承受剪切力，且环可变为自支承的。在此情况下，即使两个或多个分段式调节环100，200可螺栓连接到法兰联接件102的一体式法兰110或112上，但法兰联接件102不需要也不必要作为常规提供的主要部件来承受负载。即是说，其可仅用于提供轴向位置。
用语″第一″、″第二″等在文中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一元件相区分，以及用语″一个″和″一种″在文中并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的物件。结合数量使用的修饰语″大约″包括所声称的值，且具有通过上下文所指定的意义(例如，包括与特定数量的测量结果相关的误差程度)。
尽管本文描述了各种实施例，但根据说明书将认识到，本领域技术人员可在文中进行各种元件的组合、变型或改进并且这些组合、变型或改进处在本发明的范围内。此外，可进行许多修改来使特定情形或材料适于本发明的教导内容而不脱离其实质范围。因此，本发明并非意图限于为执行本发明所构想的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种设备，包括：
分段式调节环(100)，其安装到将旋转体(104)的第一零件(106)和第二零件(108)联接在一起的法兰联接件(102)上，所述分段式调节环(100)调整所述旋转体(104)的频率。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分段式调节环(100)包括沿周向定位成彼此邻近的多个弓形区段(130)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分段式调节环(100)安装到所述法兰联接件(102)的轴向面向的表面(120)上，其中，所述分段式调节环(100)的各区段为大致平面和弓形的。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述分段式调节环(100)包括多个沿轴向定位的分段式调节环(144，148)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，第一分段式调节环(144)的相邻区段之间的接头(142)不与轴向邻近的第二分段式调节环(148)的相邻区段(147)之间的接头(146)重叠。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，各分段式调节环(100)均包括以下中的至少一个：位于轴向邻近的区段之间用以抵抗二者之间的周向运动的配合元件(170，172)，以及位于周向邻近的区段(132)之间用以抵抗二者之间的轴向运动的配合元件(180，182)。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述法兰联接件(102)包括通过多个螺栓而联接到第二法兰(112)上的第一法兰(110)，以及所述分段式调节环(100)使用所述多个螺栓(114)而安装到所述法兰联接件(102)上。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分段式调节环(100)包括一对分段式调节环(144，148)，所述法兰联接件(102)的每个轴向面向的表面附接一个分段式调节环。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述旋转体(104)在所述分段式调节环(100)安装到所述法兰联接件(102)上的期间保持在操作位置。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分段式调节环(200)安装到所述法兰联接件(102)的周向表面(202)上，其中，所述分段式调节环(200)的各区段(232)均为大致弓形和半圆形的。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121003