CN102733858A - 涡轮机转子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于涡轮机(1)的转子(5),其带有:至少一个工作叶片排(7),其具有多个工作叶片(8);至少一个转子轴(9),其对于相应的工作叶片排(7)具有容纳槽(10),工作叶片(8)以其叶片根部(13)插入容纳槽(10)中;以及多个中间件(14),其在容纳槽(10)中相应布置在两个工作叶片(8)之间。工作叶片(8)在其叶片根部(13)处在外侧(15)处在周向(19)上在相应的工作叶片(8)的叶片叶(11)旁边相应具有拱曲的端壁轮廓(16)。当中间件(14)在外侧(17)处同样相应具有拱曲的端壁轮廓(17)时,转子(5)的制造简化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的转子,尤其涡轮机(例如燃气涡轮或蒸汽涡轮、优选地发电设备)的压缩机转子或涡轮转子。此外,本发明涉及一种用于使涡轮机改型(Modernisieren)的方法。
背景技术
转子通常包括至少一个工作叶片排(Laufschaufelreihe),其具有多个工作叶片,工作叶片关于转子的回转轴线在周向上彼此相间隔地布置。在此,工作叶片从转子出发伸出到气体路径(Gaspfad)中。在涡轮机的运行中在该气体路径中流动有工作气体。此外,这种转子典型地包括转子轴,其对于相应的工作叶片排具有在周向上延伸的容纳槽,工作叶片以其叶片根部(Schaufelfuβ)插入该容纳槽中。此外,可设置有多个中间件(Zwischenstueck),其在容纳槽中相应布置在两个邻近的工作叶片之间。
此外,工作叶片相应具有叶片叶(Schaufelblatt),其从所属的叶片根部(相应的工作叶片经由其固定在转子轴处)与转子大致径向地隔开并且因此伸入气体路径中。尤其对于压缩机,在与叶片根部相关联的内部的端部区段中可通过在转子的邻接到叶片叶处的、暴露于气体路径的外侧处的特殊的轮廓构型(Konturgebung)获得在涡轮机的运行中气体流动的稳定化。在此涉及转子的限制气体路径的端壁轮廓(Endwandkontur),其尤其可沿着气体路径拱曲。在此,原理上可能使工作叶片在其叶片根部处在面对气体路径的外侧处在周向上在叶片叶旁边配备有这种拱曲的端壁轮廓。
例如,文件US 5 232 348 A和文件US 2 916 257 A的附图显示了拱曲的端壁轮廓,其中,中间件的气体路径侧的端壁齐平地且无台阶地过渡到叶片根部的端壁中。代替拱形的面对气体路径的凸的设计方案,也可设置直线的设计方案。
发明内容
在此提出本发明。本发明研究该问题,即为开头所提及的类型的转子说明改进的实施形式,其尤其特征在于,端壁轮廓可更容易地制造。在此也应使存在的涡轮机的相对便宜的改型成为可能。
根据本发明,该问题通过独立权利要求的内容来解决。有利的实施形式是从属权利要求的内容。
对应于有利的实施方案,相应的端壁轮廓在轴向截面中具有刚好两个转折点并且尤其在其轴向的端部处相切地过渡到转子轴的外侧中。附加地或备选地,相应的端壁轮廓可以是凹状拱曲的。附加地或备选地可能的是,在相应的端壁轮廓中拱形沿着气体路径偏离中心地布置,其中,尤其在压缩机中其可朝向流入侧移位。
根据本发明的压缩机或根据本发明的涡轮配备有之前所描述的类型的转子,并且可应用在涡轮机中、例如在发电设备的静态的涡轮机中。
在本发明中尤其设置成,不仅叶片根部的面对气体路径的外侧,而且中间件的面对气体路径的外侧配备有这种类型的端壁轮廓。由此,从相应的叶片根部的外侧的端壁轮廓至相应邻近的中间件的外侧的端壁轮廓的过渡更简单地来设计。因此,尤其不再需要对于在叶片根部处的端壁轮廓的复杂的三维造型。由此,可减小用于制造端壁轮廓的成本。因为根据本发明中间件现在也设有这种端壁轮廓,例如在改型的范围中可能更换工作叶片和中间件,以便使存在的涡轮机后来配备有拱曲的端壁轮廓。
对应于一个有利的实施形式,在叶片根部和中间件的外侧处的端壁轮廓可以是相同的。不仅在叶片根部处而且在中间件处制造相同的端壁轮廓避免了复杂的三维的过渡,这简化了端壁轮廓的制造。
对应于一个特别有利的实施形式,端壁轮廓可轴向对称地设计。这意味着,端壁轮廓关于回转轴线旋转对称地设计。换言之,在包含回转轴线的切平面中,相应的端壁轮廓在周向上保持不变地或恒定地形成轮廓。由此,将端壁轮廓施加在叶片根部的外侧处和在中间件的外侧处是特别简单的。
根据另一有利的实施形式,中间件和叶片根部可在轴向上不对称地设计,这样使得中间件仅仅在唯一的装配位置中可按规定装配。对于该情况(即拱曲的端壁轮廓在轴向上不对称地设计),以上提出的结构形式避免了中间件的错误的装配,其将导致明显损害相应的工作叶片在叶片根部的区域中的环流。
根据一个特别的实施形式,容纳槽在轴向上相对的槽壁处可具有径向向内指向的支撑轮廓(Stuetzkontur),其中,中间件具有与容纳槽的支撑轮廓互补的、径向向外指向的支撑轮廓,其在装配的状态中径向地支撑在容纳槽的支撑轮廓处。由此,中间件通过彼此贴靠的支撑轮廓之间的强化的形状配合径向向外固定在容纳槽中。为了可将中间件引入相应的容纳槽中,转子轴可在轴向平面中分开。
对应于一个优选的改进方案,叶片根部在它的与气体路径背离的或与其外侧背离的内侧处具有在周向上伸出的凸肩(Absatz),其在装配的状态中径向地支撑在相应的邻近的中间件的与相应的外侧背离的内侧处。由此,在该实施形式中,叶片根部间接地经由中间件径向地固定在转子轴处。附加地,叶片根部以及中间件可具有支撑轮廓,其与容纳槽的支撑轮廓共同作用。
然而一个实施形式是优选的,在其中工作叶片仅仅间接地经由中间件径向地固定在转子轴处。由此对于维护情况,当为此从容纳槽中取出至少一个中间件时,特别简单地能够径向地从容纳槽中拉出工作叶片,从而所有其余的中间件和叶片根部可在容纳槽之内在周向上移动。
从从属权利要求、从附图并且从所属的根据附图的附图说明中得到本发明的另外的重要的特征和优点。
应理解的是,不仅可以以相应说明的组合而且可以以其它的组合或独自地应用以上提及的和以下尚待说明的特征,而不离开本发明的范围。
附图说明
本发明的优选的实施例在附图中示出并且在以下的描述中详细进行解释,其中,相同的附图标记表示相同的或相似的或功能相同的构件。
其中,相应示意性地:
图1显示了在转子的区域中穿过涡轮机的纵剖面,
图2显示了转子的工作叶片排的周缘区段的等距视图,
图3显示了工作叶片排的周缘区段的径向俯视图,
图4显示了如在图3中的俯视图,然而在另一实施形式中,
图5以纵剖面显示了端壁轮廓。
附图标记清单
1 涡轮机
2 压缩机
3 涡轮
4 定子
5 转子
6 回转轴线
7 工作叶片排
8 工作叶片
9 转子轴
10 容纳槽
11 叶片叶
12 气体路径
13 叶片根部
14 中间件
15 13的外侧
16 端壁轮廓
17 14的外侧
18 13的宽度
19 周向
20 轴向
21 流动方向
22 14的宽度
23 槽壁
24 10的支撑轮廓
25 14的端部
26 14的支撑轮廓
27 13的内侧
28 凸肩
29 14的内侧
30 转折点
31 拱形
32 端部区段
33 中心
具体实施方式
相应地,图1包括涡轮机1(其可以是用于产生电流的发电站的燃气涡轮设备或蒸汽涡轮设备)、带有定子4的压缩机2或涡轮3,转子5可围绕回转轴线6旋转地支承在定子4中。转子5具有至少一个工作叶片排7,其具有多个工作叶片8,工作叶片8关于回转轴线6在周向上彼此邻近地布置。在图1中示出的代表回转轴线6的点划线不应理解为按比例的,而是仅仅用于表明回转轴线6的定向。
此外,转子5具有转子轴9,对于相应的工作叶片排7将在周向上环形地延伸的容纳槽10加到转子轴9中。工作叶片8相应具有叶片叶11(其在安装的状态中伸入在图1中通过点划线示出的气体路径12中)和叶片根部13,其插入容纳槽10中。就此而言,叶片根部13在结构上集成到转子轴9中。此外,根据图2,转子5包括多个中间件14,其同样插入容纳槽10中并且在此相应布置在两个邻近的工作叶片8之间或在两个邻近的叶片根部13之间。由此,在相应的工作叶片排7之内或在所属的容纳槽10之内,中间件14与工作叶片8或叶片根部13交替。
在面对气体路径12的在周向上位于叶片叶8旁边的外侧15处,相应的叶片根部13具有拱曲的端壁轮廓16,其在图1中示出并且在图5中复述。中间件14同样具有面对气体路径12的外侧17,在该处中间件14同样相应具有这样的拱曲的端壁轮廓16。在此,端壁轮廓16的拱形沿着气体路径12延伸,即大致沿着由回转轴线6限定的轴向。此外,至少中间件14也可在周向上拱曲,即对应于转子5的半径34。
在此,当一方面叶片根部13的外侧15的和另一方面中间件14的外侧17的端壁轮廓16几何上相同地成形时,是特别有利的。尤其,由此可实现在叶片根部13和中间件14的彼此邻接的外侧15、17处的齐平的过渡。例如,如可在图2中辨识出的那样,叶片根部13的外侧15和中间件14的外侧17可径向齐平地在周向上彼此邻接。
特别感兴趣的是一个实施形式,在其中叶片根部13的外侧15的端壁轮廓16和中间件14的外侧17的端壁轮廓16轴对称地设计。这意味着,端壁轮廓16在周向上具有保持恒定的外形。在此,相应的外形如在图1和5中通过包含回转轴线6的纵剖面得到。由此,端壁轮廓16关于该回转轴线6旋转对称地设计。从叶片根部13到叶片叶11的三维的过渡仅在相应的工作叶片8处可以是适宜的。
在图3中显示的实施形式中,叶片根部13和中间件14对称地设计,从而原理上可能使叶片根部13和中间件14旋转180°布置在容纳槽10中。在此,旋转180°涉及围绕径向的旋转,径向在图3和4中垂直于绘图平面。
如果端壁轮廓16如在图1和5中所示关于轴向不对称地设计,那么中间件14的颠倒的装配导致叶片叶11在叶片根部13的区域中的环流的明显恶化。在此几乎排除工作叶片8的错误装配,因为这由于叶片叶11的非对称性立即明显表现出来。为了避免中间件14的错误装配,根据图4可设置成非对称地设计中间件14和叶片根部13,这样使得中间件14仅仅在唯一的、规定的装配位置中可按规定装配。这在图4的示例中纯示例性地通过中间件14关于其轴向的延伸的楔形以及通过叶片根部13同样关于轴向的延伸的与此互补的楔形来实现。例如,在图3和4中通过双箭头示出的周向19上测得的叶片根部13的宽度18可在图3和图4中以及图1中通过双箭头示出的轴向20上、在图3和4中通过方向箭头示出的工作气体的流动方向21上增加,而在周向19上测得的中间件14的宽度22在轴向20上、在流动方向21上相应地减小。与此不同地,在图3中的叶片根部13具有在流动方向21保持恒定的宽度18。同样,在此中间件14具有在流动方向21上保持恒定的宽度22。
通过中间件14和叶片根部13的非对称的造型,在错误装配时将强制在叶片根部13与中间件14之间保留有可见的空隙,从而可立即注意到错误装配。
根据图1,容纳槽10在它的彼此轴向相对的槽壁23处具有径向向内指向的支撑轮廓24。根据图2,中间件14在轴向20上彼此背对的端部25处具有径向向外指向的支撑轮廓26,其与容纳槽10的支撑轮廓24互补地成形。
在装配的状态中,中间件14的支撑轮廓26可径向地支撑在容纳槽10的支撑轮廓24处。根据图2,叶片根部13在它的与气体路径12或与叶片根部13的外侧15背离的内侧27处具有在周向19上伸出的凸肩28。在此,叶片根部13各适宜地设置有两个这样的凸肩28,其在两个彼此背对的端侧处在周向19上从相应的端侧伸出。在装配的状态中,该凸肩28相应地在下面作用(untergreifen)邻近的中间件14的内侧29,其与中间件14的外侧17或与气体路径12背离。此外,所提及的凸肩28在装配的状态中径向地支撑在邻近的中间件14的内侧29处。在此特别有利的是一个实施形式,在其中,工作叶片8仅仅间接地经由中间件14径向地锚定在转子轴9处。
根据图5,端壁轮廓16可这样设计,使得其具有刚好两个转折点30,由此可能构造朝向回转轴线6定向的凹的拱形31以及实现在端壁轮廓16的端部区段32处的相切的过渡。拱形31可辨识出关于端壁轮廓16的几何的中心33关于轴向20错位布置,即偏离中心地布置。尤其地,拱形31在此关于中心33定位成朝向流入侧移位。
Claims (11)
1.一种用于涡轮机(1)的转子,其
-带有至少一个工作叶片排(7),其具有多个工作叶片(8),所述工作叶片(8)关于所述转子(5)的回转轴线(6)在周向(19)上彼此邻近地布置,
-带有至少一个转子轴(9),其对于相应的所述工作叶片排(7)具有在周向(19)上延伸的容纳槽(10),所述工作叶片(8)以其叶片根部(13)插入所述容纳槽(10)中,
-带有多个中间件(14),其在所述容纳槽(10)中相应布置在两个邻近的工作叶片(8)之间,
-其中,所述工作叶片(8)在其叶片根部(13)处在外侧(15)处相应具有在所述周向(19)上在相应的所述工作叶片(8)的叶片叶(11)旁边的拱曲的端壁轮廓(16),
-其中,所述中间件(14)在外侧(17)处同样相应具有拱曲的端壁轮廓(16),
-其中,所述叶片根部(13)和所述中间件(14)的外侧(15,17)径向上齐平地在所述周向(19)上彼此邻接,其特征在于,
所述端壁轮廓(16)在所述转子的轴向的切平面中具有凹的拱形(31)。
2.根据权利要求1所述的转子,其特征在于,所述端壁轮廓(16)具有两个转折点(30)。
3.根据权利要求1或2所述的转子,其特征在于,所述拱形(31)布置成向流入侧或流出侧移位。
4.根据权利要求1或2所述的转子,其特征在于,所述端壁轮廓(16)轴向对称地设计。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子,其特征在于,在所述叶片根部(13)和所述中间件(14)的外侧(15,17)处的端壁轮廓(16)是相同的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转子,其特征在于,所述中间件(14)和所述叶片根部(13)不对称,使得所述中间件(14)仅仅在一个装配位置中能够按规定装配。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子,其特征在于,所述容纳槽(10)在其槽壁(23)处具有径向向内指向的支撑轮廓(24),其中,所述中间件(14)具有与所述容纳槽(10)的支撑轮廓(24)互补的、径向向外指向的支撑轮廓(26),其在装配的状态中径向地支撑在所述容纳槽(10)的支撑轮廓(24)处。
8.根据权利要求7所述的转子,其特征在于,所述叶片根部(13)在其内侧(27)处具有在所述周向(19)上伸出的凸肩(28),其在装配的状态中径向地支撑在相应邻近的所述中间件(14)的内侧(29)处。
9.根据权利要求8所述的转子,其特征在于,所述工作叶片(8)仅仅间接地经由所述中间件(14)径向地固定在所述转子轴(9)处。
10.一种用于涡轮机(1)的压缩机或涡轮,其带有根据权利要求1至9中任一项所述的转子(5)。
11.一种用于使涡轮机(1)、尤其压缩机(2)或涡轮(3)的转子(5)改型的方法,其中,所述转子(5)包括:至少一个工作叶片排(7),其具有多个工作叶片(8),所述工作叶片(8)关于所述转子(5)的回转轴线(6)在周向(19)上彼此邻近地布置;至少一个转子轴(9),其对于相应的所述工作叶片排(7)具有在周向(19)上延伸的容纳槽(10),所述工作叶片(8)以其叶片根部(13)插入所述容纳槽(10)中;带有多个中间件(14),其在所述容纳槽(10)中相应布置在两个邻近的工作叶片(8)之间,
-在其中,工作叶片(8)被所述工作叶片(8)更换,其在其叶片根部(13)处在外侧(15)处相应具有在所述周向(19)上在相应的所述工作叶片(8)的叶片叶(11)旁边的拱曲的端壁轮廓(16),
-在其中,中间件(14)被所述中间件(14)更换,其在其外侧(17)处同样相应具有拱曲的端壁轮廓(16)。
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