CN105358797A - 用于涡轮机的转子 - Google Patents

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Abstract

发明涉及一种用于涡轮机(100)的转子(103),包括在轴向方向上排成一行且借助于连接杆(144)连接的多个转子组件(130),其中在转子组件(130)中的一个中布置有在周向方向上延伸且在轴向方向上开口的槽(152),其中围绕连接杆(144)走向以便支撑连接杆(144)的联接元件(154)被布置在槽(152)中。所述转子旨在使得通过技术上简单的部件能够实现连接杆的特别稳定的支撑以便防止振动。为此目的,联接元件(154)被布置在连接至连接杆(144)的保持元件(150)上。

Description

用于涡轮机的转子
技术领域
发明涉及用于涡轮机的转子,包括在轴向方向上被布置在一行中且借助于系杆连接的若干转子组件,其中在转子组件中的一个中布置有在周向方向上延伸且在轴向方向上开口的槽,其中包围着系杆的联接元件被布置在槽中以支撑系杆。
背景技术
涡轮机是将流动的流体(液体或气体)的内部能量(焓)转换成转动能量并最终转换成机械驱动能量的流体流机器。流体流的内部能量的一部分比例通过围绕涡轮机叶片的最大无涡的层流被从中去除并被传递至涡轮机的转子叶片。这接着将涡轮机轴设定为转动,并且有用的动力被输出至联接上的工作机器,诸如例如发电机。转子叶片和轴是被布置在壳体内的移动涡轮机转子或轮的部件。
按照惯例,多个叶片被安装在轴上。被安装在平面中的转子叶片在各情况中形成叶片轮或叶轮。叶片具有稍微弯曲的轮廓。类似于飞机机翼。定子传统上位于各叶轮的上游。定子引导翼片从壳体突出到流动介质内并引起其旋动。定子中产生的旋动(动能)被用在随后的叶轮中以使叶轮叶片安装于其上的轴设定为转动。定子和叶轮一起被称作级。多个这样的级通常串联连接。
涡轮机的转子按照惯例借助于系杆在轴向方向上被保持在一起。诸如涡轮机轮盘、转子盘和空心轴等的单个转子组件被布置在一行中并且通过系杆被夹紧。转子盘在这里通过端齿齿接(Hirthtoothing)被互锁地连接到一起,使得扭矩可以在单个元件之间传输。
为了减少系杆的振荡,系杆在该情况中由被插在各种压气机和涡轮机轮盘中及冷却空气分离管中的支撑部件来保持。为此,传统上设置了接合在被引入各个转子组件内的槽中的环形、圆锥形地形成斜面的联接元件,所述槽在周向方向上延伸且在轴向方向上开口。联接元件在这里在组装时被加热,使得它们通过在诸如例如轮盘等的各个转子组件的槽中的收缩配合连接。归因于锥形形状,联接元件在它们的最小直径处平齐地围住系杆并且在这点同样展现出收缩配合。
然而,利用已知的支撑部件,典型地需要附加的轴向固定组件以防止任何可能的轴向行进。例如,保持元件必须总是置于两个盘之间。尽管有这些措施,接触的临时、瞬间的丧失的风险仍然存在。
此外从DE2135088A1已知通过周向上带齿的一对衬套将流体流机器的转子的系杆相对于外壳固定。
发明内容
因此发明的目的是提供上述类型的转子,其使用技术上简单的部件来获得系杆的特别稳定的支撑以防止振荡。
所述目的根据本发明通过将在系杆的相对于其他转动组件的径向支撑中起作用的联接元件布置在连接至系杆的保持元件上来实现。
本发明在这里基于如下考虑:如果联接元件的固定,即接合在各个转子组件中的槽内的部件的固定不再仅仅通过在系杆自身上收缩并因此借助非互锁连接至系杆自身来保证,则系杆的特别稳定的支撑将是可能的。而是,应该设置互锁连接。如果其上设置有连接至系杆的保持元件,联接元件布置在所述保持元件上,则这可以用技术上简单的部件来实现。
在一个有利配置中,联接元件是环形构造的。这造成系杆的制造和组装特别简单的支撑。因为联接元件被布置在系杆上的单独的保持元件上,所以锥形形状也不再是必要的;而是,联接元件可以形成呈简单柱状表面的形式的环。
各个转子组件中的槽有利地被构造成完整地围绕系杆延伸。因此,如果联接元件具有简单的环形形状,则它可以跨越完整的圆周位于槽中,所以提高了稳定性。
在进一步的有利配置中,在轴向方向上朝向第一槽开口的周向延伸的第二槽被布置在各个保持元件中,联接元件接合在所述第二槽中。换言之:保持元件中的槽与各个转子组件中的槽在轴向上相对。环形联接元件因此在第一轴向侧接合在转子组件中的槽中,并且在另一轴向侧接合在保持元件中的槽中。
有利地,多个保持元件在这里跨越系杆的圆周布置。保持元件的数量于是可以调整为与需求一致:设置的保持元件越多,系杆的支撑越好。然而较少数量的保持元件可以关于组件的重量和复杂性是有利的。
在特别简单的有利配置中,各个保持元件是与系杆旋在一起的螺母。这进一步简化组件:为此目的,仅需要使在径向方向上从系杆突出来的螺纹与系杆匹配。螺母于是可以以上述形式被旋到这些螺纹上,所述螺母于是充当保持元件以保持联接元件并因此支撑系杆。
在用于制造如上所述的转子的方法中,将联接元件和/或保持元件在预加热状态下装配。这使组装简化。在元件的冷却之后,建立了使系杆牢固地稳定的收缩配合。特别的优点在于,在收缩时,保持元件中的槽朝向系杆的轴线位移并因此相对于各个转子组件中的槽产生偏移。连同在联接元件的直径的冷却上的减少,由此产生预紧,其抵消了操作时产生的离心力并因此使得能够实现特别稳定的保持。
涡轮机有利地包括如上所述的转子。
涡轮机在这里有利地采取燃气涡轮机的形式。在燃气涡轮机中确实热和机械负载特别高,使得系杆支撑的上述配置提供了关于稳定性的特别的优点。
发电厂有利地包括这样的涡轮机。
用发明获得的优点特别包括:通过使联接元件不是收缩到系杆自身上而是固定至系杆上的单独保持元件来支撑系杆,可以以特别稳定且技术上简单的方式防止系杆的振荡。另外,使得能够与系杆的支撑组合地实现冷却空气的内部供给,因为在保持元件之间留有通道。在不需要任何附加的轴向固定组件的情况下实现了系杆支撑。消除了接触的临时、瞬时的丧失的风险。
附图说明
在下面参照附图更加详细地说明发明的示例性实施例,其中
图1示出穿过燃气涡轮机的局部纵向截面,
图2是系杆支撑的示意图,和
图3示出在槽的区域中穿过系杆支撑的纵向截面。
同样的部件在所有图中设置有同样的附图标记。
具体实施方式
图1以局部纵向截面示出涡轮机100、在这里是燃气涡轮机。燃气涡轮机100在其内部包括被安装成围绕转动的轴线(102)(轴向方向)转动并且也称作涡轮机轮的转子103。以下部件沿着转子103彼此跟随:进气壳体104、压气机105、具有多个同轴布置的燃烧器107的收口型燃烧室110,特别是环形燃烧室106、涡轮机108和废气壳体109。环形燃烧室106与环形热气管道111连通。在那里例如四个串联连接的涡轮机级112形成涡轮机108。各涡轮机级112由叶片和翼片的两个环形成。在工作介质113的流动的方向上观察时,由转子叶片120形成的行125在热气管道111中跟随着定子引导翼片115的行。定子引导翼片130在该情况中被紧固至定子143,而行125的转子叶片120借助于涡轮机盘133被安装在转子103上。转子叶片120因此形成转子或涡轮机轮103的构成部分。发电机或机器(未示出)被联接至转子103。在燃气涡轮机100的操作期间,空气135被压气机105吸入通过进气壳体104并被压缩。在压气机105的涡轮机侧端部所提供的压缩空气被引导至燃烧器107并且在那里与燃料混合。混合物接着在燃烧室110中燃烧,形成了工作介质113。工作介质113从那里沿着热气管道111流动经过定子引导翼片130和转子叶片120。在转子叶片120处,工作介质113以脉冲发送的方式膨胀,使得转子叶片120驱动转子103并且后者驱动联接至其上的工作机器。
暴露于热工作介质113的组件在燃气涡轮机100的操作期间经受热负载。随着给环形燃烧室106加里衬的热屏蔽砖,在工作介质113的流动的方向上看时首先来到的涡轮机级112的定子引导翼片130和转子叶片120经受最大热负载。为了承受在那里盛行的温度,这些借助于冷却剂来冷却。同样地,叶片120和翼片130可以具有承受腐蚀的涂层(MCrAlX;M=Fe、Co、Ni、稀土)和承受热的涂层(热屏蔽层,例如ZrO2、Y2O4-ZrO2)。
各定子引导翼片130包括面对涡轮机108的内壳体138的引导翼片根部(这里未示出)和与引导翼片根部相反的引导翼片顶部。引导翼片顶部面对转子103并且被固定至定子143的密封环140。各密封环140在这里包围转子103的轴。涡轮机盘130和诸如空心轴等的未以任何更多细节描述的进一步的组件借助系杆144被连接至转子103。为了防止系杆144的振荡,后者被支撑在转子组件上,如图2中的示意图中所示。
图2示出在其径向外边缘处穿过系杆144的纵向截面(相对于轴线102)。被引入系杆144内的是从系杆144径向地突出来的螺纹146。螺母148作为保持元件被旋到螺纹146上。类似于螺纹146与螺母148的组合跨越系杆144的圆周以规则间距布置。
螺母148包括在轴向方向上开口且面对涡轮机盘130的槽150。与槽150相对地,围绕整个圆周延伸的进一步的槽152被引入涡轮机盘130内。环形联接元件被以舌和槽接头的方式布置在两个槽150、152中并由此将系杆144在径向方向上固定。在轴向方向上,涡轮机盘130通过系杆144的张紧来固定,而螺母148借助螺纹146来固定。相应的支撑部件可以在系杆144的不同的轴向区域中被设置在各转子组件上。螺母148包括在轴向方向上从中穿过的中心开口156。冷却空气可以在单个螺母148之间时通过该开口156,所以使得能够实现用于冷却系杆144的内部冷空气传导。
图3示出在联接元件154周围的区域的纵向截面的细节。螺母148在这里另外包括抵靠着涡轮机盘130并在轴向方向上带来稳定性的突起158。
在组装期间,螺母148和联接元件154被加热。在冷却时,螺母148和联接元件154因此收缩,使得联接元件154和槽150朝向轴线102移动。以该方式,联接元件154停靠在涡轮机盘130中的槽152的径向内侧上和螺母148中的槽150的径向外侧上。这导致预张紧,其抵消了操作期间产生的离心力。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机(100)的转子(103),包括在轴向方向上被布置在一行中且借助于系杆(144)连接的若干转子组件(130),其中在所述转子组件(130)中的一个转子组件中布置有在周向方向上延伸且在所述轴向方向上开口的槽(152),其中包围着所述系杆(144)的联接元件(154)被布置在所述槽(152)中用于所述系杆(144)的径向支撑,并且其中所述联接元件(154)被布置在连接至所述系杆(144)的保持元件(150)上。
2.如权利要求1所述的转子(103),
其中所述联接元件(154)是环形构造的。
3.如前述权利要求中的任一项所述的转子(103),
其中所述槽(152)被构造成完整地围绕所述系杆(144)延伸。
4.如前述权利要求中的任一项所述的转子(103),
其中在所述轴向方向上朝向所述第一槽(152)开口的周向延伸的第二槽(150)被布置在各个保持元件(148)中,所述联接元件(154)接合在所述第二槽中。
5.如前述权利要求中的任一项所述的转子(103),
其中多个保持元件(148)跨越所述系杆(144)的圆周布置。
6.如前述权利要求中的任一项所述的转子(103),
其中各个保持元件(148)是与所述系杆(144)旋在一起的螺母(148)。
7.一种用于制造如前述权利要求中的任一项所述的转子(103)的方法,
其中将联接元件和/或保持元件(148,154)在预加热状态下组装。
8.一种涡轮机(100),具有如权利要求1至7中的任一项所述的转子(103)和/或如权利要求8所述制造的转子。
9.如权利要求8所述的涡轮机(100),其采取燃气涡轮机(100)的形式。
10.一种发电厂,具有如权利要求8或9所述的涡轮机(100)。
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