CN1035400C - 控制转动机械中叶片末端间隙的装置 - Google Patents

Abstract

一种在一个转动机器中控制叶片末端间隙的装置，所述的机器包括一个透平机部分(1)和一个与该透平机部分分离的压缩机部分(4)，透平机部分的汽缸壳体(15)形成有一个汽缸圆锥(16)。本发明的特征是一个或多个配有叶片(5)的透平圆盘(2)在非稳定运转期间，例如起动、停车和负载变化期间，从汽缸圆锥向外移动，从使叶片末端间隙增大，在稳定工作状况下透平机圆盘移进汽缸圆锥以使叶片末端间隙减小。

Description

控制转动机械中叶片末端间隙的装置

本发明涉及一种转动机械，该转动机械包括一个透平部分，该透平部分具有至少一个与转子轴相连的透平盘，透平盘的外部以一个叶片环的形式与一个气缸壳体相配合，而透平盘通过上述转子轴与一个压缩机部分的转子轴相连。

有一点对于所说的透平部分的效率和性能是至关重要的，这就是透平盘叶片末端与该透平机部分气缸壳体之间的间隙应尽可能的小。这尤其适用于连续操作状态，在该状况中，透平机要运作。在起动和载荷变化时，对效率的要求可以降低。

透平部分的元件如转子轴、叶片和汽缸壳体在非稳定状态中，例如起动和载荷增加及停车以及载荷减少的情况下的受热或冷却的速率是不同的。这是因为这些元件具有不同的质量并且受到通过该透平部分的热气流的影响程度不同。元件的受热导致线性的膨胀和变形，这就意味着在非稳定状态中转动与静止部件之间的间隙受到影响。

在非稳定状态期间，叶片末端的间隙减小，在遇冷或者受热状态下，如果该间隙选择的太小，该间隙会被完全消除。这将导致接触和卡住，这是完全不能允许的。为了避免转动与静止部件之间的接触，应对叶片末端和汽缸壳体之间的间隙进行选择，该间隙的大小应足以防止在起动、停车和载荷变化时叶片末端的接触，而在连续工作期间，为防止不能接受的低效率，该间隙应选择得足够小。

因此，叶片末端和汽缸壳体之间的间隙必须基于工作状态进行选择，在该状态下考虑到温度不均匀分布以及由于离心力导致叶片伸长等因素的影响，给出一个最小的可行的间隙。

在连续工作状态下减少叶片末端间隙的一种方法是将所说的透平机设计成使该透平机内的质量分布能控制由温度引起的膨胀和变形，从而克服或者重新分布上述的移动和形变。

另一种方法是采用运转限制来避免最困难的工作状态的出现，这些工作状态限定了叶片末端与汽缸壳体间的间隙。

这样，问题就在于决定叶片末端与汽缸壳体之间间隙的尺寸，采用该尺寸可以获得最好性能和效率，而不会在起动、停车以及负载变化时发生叶片末端与汽缸壳体接触的危险，而且也不会导致该间隙变得不必要地过大。

因此，本发明的目的在于提供一种用于制控制叶片末端间隙的装置，也就是说提供一种转动机械中对透平机叶片末端与透平机汽缸壳体之间间隙的控制装置，该控制装置可以实现在起动，停车以及载荷变化时的间隙比连续工作时的间隙大，这样便可获得较好的性能和较高的效率而不会产生起动、停车以及载荷变化时叶片末端接触的危险。

根据本发明的控制转动机器中叶片末端间隙的装置，所述的机器包括一个透平机部分和一个压缩机部分，其中，透平机包括一个汽缸壳体，以及一个具有至少一个透平圆盘，并转动地轴颈支承在该汽缸壳体中的转子轴，该透平圆盘具有若干叶片，它们固定安装在所说的转子轴上，该转子轴与所述的压缩机部分的转子轴可靠连接以形成一个公共转子轴，其中汽缸壳体是由一段汽缸圆锥体组成的，所述叶片末端具有大致与汽缸圆锥相同的角度，所说的转子轴和汽缸壳体可相互移动，其特征在于，所述转子轴在压缩机部分被轴向地轴颈支承，并且压缩机部分被悬吊地吊挂着，以便保证该压缩机部分，包括所说的轴子轴和所述的一个或多个透平圆盘可以在轴向上移动。

由于叶片末端和汽缸圆锥具有角度，当转子轴轴线位移时，可以影响叶片和汽缸壳体之间的间隙。为产生这种转子轴和汽缸壳体之间的位移，可应用下述的方案。

压缩机部分安装成使其能沿轴线方向移动，而透平机壳体与基座是固连的。压缩机部件在轴线方向上移动导致具有若干叶片的透平机圆盘在轴线方向上的移动，从而压缩机部件中互相连接的转子在轴线方向上的固定导致带有若干叶片的透平圆盘象压缩机部分一样在相同的轴线方向上移动。

例如，在载荷增加的工况中，压缩机部分在轴线方向位移，从而转子轴也在轴线方向位移，这样叶片间隙便增大。当机器变得充分热时，压缩机发生移动，从而获得最小的叶片末端间隙。载荷重新变化时，叶片末端间隙再次加大，在随后的连续工作状态，间隙再次处于最小的状态。

因此，本发明的优点是在工作过程中叶片末端间隙能以简单的方式控制，这样就解决了所说间隙太大或者太小的问题。

图1示意地表示了用于实施本发明的透平机部分和压缩机部分的局部轴向剖面图。

图2a-2d示意地表示了一个用于将压缩机部分朝向和背离透平机部分移动的装置的各向视图。图2b是图2a的b-b剖面图，图2c是图2a的c-c剖面图，图2d是图2c的d-d剖面图。

图3表示汽缸圆锥与叶片末端的之间间隙的轴向剖面图。

图1表示了一个具有一个透平机部分1的转动机器，该透平机部分配置了一个透平圆盘2。透平圆盘2通过一个转子轴固连到压缩机部分4的轴子轴上。压缩机部分4与透平机部分是分离的。形成一个共同转动轴3的压缩机转子轴在压缩机部分4中被轴向地轴颈支承。透平圆盘2的外部配置了若干叶片5。压缩机部分4在其前端和后端被悬挂地支承(图中未示出)，使其有可能在轴向上被推动。所说的机器在透平机部分1的出口壳7和压缩机部分4的入口壳8之间分开。

用一个或者多个，最好是两个沿直径方向配置的轴向杆6将压缩机部分4和透平机部分1互相连接起来，该杆6配置在出口壳3和进口壳8中。

图2a-2d是所设计的使压缩机部分4沿轴线方向朝向或者背离透平机部分1沿轴线方向移动的装置的一个实例。

压缩机部分4的进口壳8处安装一个常规类型的柱塞9，该柱塞9可使一个控制臂10动作。该控制臂10借助于一个销12固接在一个偏心柱11上。而偏心柱11又可旋转地连接于固定在进口壳8上的支架13上。杆6通过一个柱形轴14与偏心柱11可转动地相连。轴14转动中心的位移与偏心柱11转动中心的移动相关。

当柱塞9缩短时，控制臂10绕轴14的中心转动。在该旋转运动过程中，偏心柱11因其偏心而从轴14中心移开。由于控制臂10借助于也可绕轴14作枢轴转动的杆6，在透平机部分1的出口壳体7中被固定地轴颈支承，而支架13被固定连接到可轴向移动的压缩机部分4上，故该压缩机部分4沿轴线方向被推离透平机部分1。

图1还表示了透平机部分1中汽缸壳体15围绕透平圆盘2的部分被制成锥形，其最大的圆锥直径面对出口壳体7。这个汽缸壳体15的锥形部分被称作汽缸圆锥16，叶片5的末端锥角基本上与汽缸壳体15的锥角相同，当透平圆盘2向着透平机部分1的开口壳体7的方向移动时，导叶5末端与汽缸圆锥16之间的间隙将增加(见图3)。当透平圆盘2处于这种位置时，对于机器的起动，停机以及负载变化的工况是适宜的。

在一次起动或者一次负载增加之后，机器被加热，柱塞9被伸长，从而使带有转子轴3和透平圆盘2的压缩机部分4朝向汽缸圆锥16的内部移动，所述的间隙减小。

用于控制叶片末端间隙的柱塞9的操作可由手动或者自动执行。举例来说，柱塞9的伸长可以例如发生在一次起动后的一个确定时间间隔之后，或者在达到一定功率的时候进行。柱塞9的缩短例如可以与机器的停车操作相连系地进行。

当然，本发明也可以用于多级透平机1中。这时，汽缸壳体15在其环绕透平圆盘2的整个区域内，即从第一级透平到最后一级透平，都被制成锥形。

本实施例叙述了一种透平机部分1和压缩机部分4之间是分开的机器，但是，本发明也适用于透平机和压缩机部分1、4连接为一体的机器，这时机器转子轴3在透平机1和压缩机4的外部轴颈地支承。当然，本发明也适用于汽缸圆锥16的朝向与所述实施例方向相反的机器。

Claims (6)

1.一种控制转动机器中叶片末端间隙的装置，所述的机器包括一个透平机部分(1)和一个压缩机部分(4)，其中，透平机包括一个汽缸壳体(15)，以及一个具有至少一个透平圆盘(2)，并转动地轴颈支承在该汽缸壳体中的转子轴，该透平圆盘具有若干叶片，它们固定安装在所说的转子轴上，该转子轴与所述的压缩机部分的转子轴可靠连接以形成一个公共转子轴(3)，其中汽缸壳体是由一段汽缸圆锥体(16)组成的，所述叶片末端具有大致与汽缸圆锥相同的角度，所说的转子轴和汽缸壳体可相互移动，

其特征在于，所述转子轴(3)在压缩机部分被轴向地轴颈支承，并且压缩机部分被悬吊地吊挂着，以便保证该压缩机部分，包括所说的轴子轴和所述的一个或多个透平圆盘可以在轴向上移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，采用至少一个轴向杆(6)将透平机部分和压缩机部分相互连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，采用一个柱塞(9)使所述压缩机部分在其轴线方向上，朝向以及背离透平机部分移动。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，一个控制臂(10)借助于一个销(12)固定到一个偏心柱(11)上，该偏心柱(11)转动地连接到支架(13)上，所述的控制臂、偏心柱、支架和杆(6)围绕一个轴(14)被轴颈地支承。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，借助偏心柱(11)，所述的柱塞导致支架(13)促使压缩机部件(4)借助于杆(6)在轴向上移动。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，借助偏心柱(11)，所述的柱塞导致支架(13)促使压缩机部件(4)借助于杆(6)在轴向上移动。