CN105378225A - 用于热涡轮机的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于热涡轮机，特别是燃气涡轮机的转子(10)，所述转子被设计成在该转子的内部引导介质。为了在内部以小流动损失引导介质，一对(25)相互抵靠设置的转子盘(34，42)被提供。所述对(25)的两个转子盘的第一个(34)具有孔(36)，以从外部供应介质进入该转子内部，和肋形肋(40)，以在旋转轴线(13)的方向上进一步引导介质。所述对(25)的第二转子盘(34，42)使用辅助幅(46)被形成，使得从圆周方向上看时，在所述肋(40)之间形成的流动通道至少在所述肋(40)的径向延伸的大部分上被轴向划界。

Description

用于热涡轮机的转子
技术领域
本发明涉及一种用于热涡轮机的转子，该转子被配置在内部用于传导介质。
背景技术
用于热涡轮机诸如轴流压缩机和燃气涡轮机的转子已知与全面可用现有技术具有不同的设计。例如，焊接的转子已知用于燃气涡轮机，在该情况下，不同宽度的焊接转子鼓彼此焊接以形成整体转子。其次，已知的是堆叠多个盘形元件(也称为转子盘)并在一个或多个系杆的帮助下支撑它们，以形成固定结构。甚至所述设计的组合也是已知的。转子叶片被安装在所有转子的外部上，在燃气涡轮机的情况下，该转子叶片可被分配给例如压缩机或涡轮机单元。不管何种设计，介质可以经由被设置在转子外壳中的孔被引入转子的内部，以从供给位置将所述介质引导到第二轴向位置，在所述第二轴向位置该介质被从转子再次移除。这种方法特别是在燃气涡轮机中被使用，以从转子侧燃气涡轮机的压缩机的主流动路径中移除冷却空气，并将其传导到涡轮机单元，在该涡轮机单元冷却空气再次被引导出转子内部，它可以用于冷却空气的目的和/或密封空气的目的。
为了进行从燃气轮机的压缩机的空气的空气动力学有效移除和在转子内部的空气的有效传导，不同结构是已知的。
例如，DE19617539A1公开了传导空气到转子中心，该空气考虑到转子的转动，经由径向延伸的肋以涡流流入转子腔。传导使得从孔离开的空气的圆周速度随着半径变小而降低，从而防止不允许的大涡流的形成。出于这个原因，肋在英语中被称为“消涡器(deswielers)”。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种替代解决方案，其中，在转子内部的压力和流动损失进一步被降低。
本发明的目的是通过根据权利要求4的特征的转子，和通过根据权利要求1的特征的转子盘实现的。根据本发明的转子包括至少一个根据权利要求1的转子盘。
有利的改进在从属权利要求中被指定，其特征可以根据反向引用彼此结合。
本发明人已经认识到，在现有技术中流动损失可以发生在径向肋的区域，因为所述肋倾向于在圆周方向上彼此间隔比较宽地定位，并且因此在该点对于从涡轮机移除的介质存在大流动横截面。这更是如此，因为已知肋之间的流动通道也具有比较大的轴向延伸。为了消除所述缺点，根据本发明首先提出也轴向地对肋之间的流动通道的流动横截面划界。轴向划界优选被配置成至少在肋的径向范围的大部分上。
出于这个原因，与肋直接相对设置的转子盘在其轮毂区域具有向外指向的自由终止的环状辅助幅，该轮毂区域相对于盘幅的宽度被加宽，该辅助幅在肋的整个径向范围内对在肋之间形成的用于流过孔的介质的流动通道轴向划界。这在介质供给过程中降低了空气动力学流动损失，所述介质在肋区域流入转子内部，并导致沿肋的被去除的介质从外部到内部的空气动力学改进的引导。
应当注意的是，术语“轴向”和“径向”以及“外部”和“内部”总是与转子盘或转子的旋转轴线有关。此外，转子内部应被理解为在转子内部由转子盘划界的腔。换句话说，第一转子盘的孔不是转子内部的一部分。
在转子由盘组装的情况下，无论盘稍后是否被彼此焊接或通过一个或多个系杆彼此支撑，两个转子盘中的一个(在下文中被称为第一转子盘)包括孔，以便将介质从外部输送到转子内部，而多个肋用于促进流过孔的介质的流动。在转子的内部，孔在转子的环面开放，该环面相对于径向方向倾斜地设置。在内部肋相对于其径向紧密毗邻地终止。
根据本发明，用于转子的两个转子盘中的另一个(在下文中称为第二转子盘)包括环形循环盘幅，其在相对于旋转轴线的径向内端具有带中心开口的轮毂区域，所述中心开口相对于旋转轴线同心，并且所述盘幅在其径向外端，具有轴向加宽环形区域，用于抵靠相邻盘并用于接收转子叶片，轮毂区域相对于盘幅的厚度在轴向方向上在两侧被加宽，其结果是向外指向自由终止环状辅助幅被设置在以这种方式形成的突出长度中的至少一个上，其在盘幅和辅助幅之间形成环形凹部。
这里，可以在径向方向上被检测的肋的范围，和包括突出长度的辅助幅的范围以它们大致相同大的方式适应彼此，即肋和辅助幅或突出长度优选终止于在外部和内部上的相同半径处。
在第一转子盘的情况下，肋可沿着径向方向从内部朝向外部延伸。这导致在从外部流入的介质的特别有效的消涡，从而降低了流动损失。
进一步优选地，肋中的至少一个肋，优选所有的肋，在其径向向外指向的端部具有自由终止延伸，其结果是在转子内侧的孔开口和相应肋的径向外端之间的间隔可以进一步减小。所述间隔的减小导致从孔排出的介质的改进的引导，这进一步降低了流动损失。
在两个盘侧的环形区域内，两个转子盘优选包括横向突出的具有套环高度的套环，所述套环高度能在旋转轴线的轴向方向上被检测，其套环高度比以类似的方式检测出的相关突出长度或肋的高度稍大。与稍大的套环的帮助下，转子盘在其径外部区域比径向内部区域具有更大的轴向宽度，从而防止当两转子盘彼此抵靠时，辅助幅与肋接触。但是，所述接触可能导致从而可以避免的机械磨损。转子盘在环形区域的高度和轴向宽度优选以这样的方式被选择，即肋和相对设置的辅助幅的侧表面之间的轴向间隔被保持得尽可能小，考虑到操作过程中出现的热膨胀，所述辅助幅的侧表面相对设置。
进一步优选地，延伸通过盘幅的孔以这样的方式被倾斜，即在环形区域中，孔在第一转子盘的下游侧，相对于涡轮机的主流动路径内的介质的通流方向开放。因此，用于被抽出介质的移除位置位于转子叶片的下游，所述转子叶片由相关转子盘支撑。换句话说：所述孔以下游的方式相对于它们的内端倾斜。
倾斜的孔协助转子盘均匀加热，这降低了在转子盘内的热应力。同时，介质的移除在轴向位置从涡轮机的主流发生，其中在涡轮机的主流动路径内的介质的圆周速度基本对应于转子的圆周速度。这有利于介质流入孔中，从而降低了空气动力损失。因此，为将被从主流动移除的介质提供积极的流入条件。
两个转子盘可以优选被配置为压缩机盘或涡轮盘。在压缩机盘的情况下，该孔优选在套环内在外部开放，并且在涡轮盘的情况下，该孔在转子叶片的紧固凹槽内在外部打开。
本发明总体涉及一种用于热涡轮机，特别是燃气涡轮机的转子，该转子被构造成在其内部传导介质，例如压缩机空气。为了以低流动损失在内部传导所述介质，规定提供了一对彼此抵靠的转子盘并且所述对的两个转子盘中的第一个具有孔，以从外部供给介质进入该转子内部，和肋形肋，以在旋转轴线的方向上进一步引导介质，并且所述对的第二转子盘在辅助幅的帮助下以这样的方式被配置，即如沿圆周方向看，在肋之间形成的流动通道至少在肋的径向范围的大部分上被轴向划界。
本发明的进一步优点和特征将使用单一的示例性实施例进行说明。
附图说明
图1示出了通过涡轮机的转子的纵剖面，以及
图2示出了通过涡轮机的根据本发明的转子的纵剖面的细节，该转子基本上具有两个转子盘。
在两图中，相同的特征设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了热涡轮机的转子10的主要图解构造，在组装状态下，其被安装成使得它可以绕其旋转轴线13旋转。在示出的该示例性实施例中，这是固定式燃气涡轮机的转子10。转子10也可以在飞机燃气涡轮机中使用。考虑在燃气涡轮机中使用，转子10包括压缩机段12和涡轮机段14。
管16被设置在两段12，14之间。压缩机段12和涡轮机段14都是盘式设计。在所示的示例性实施例中，压缩机段12包括16个转子盘18，并且涡轮机段14包括4个转子盘18。系杆20延伸通过所有的转子盘18和管16，系杆20的两端上旋拧有所谓的前中空轴22和所谓的后中空轴24。两个中空轴22、24将所有转子盘18和管16彼此支撑，其结果是在圆周方向上的相对运动被尽可能避免。详细地说，这是通过被设置在接触面23上的端面齿齿接(Hirthtoothing)系统实现的。但是它们不再进一步详细示出。
根据本发明的特征没有在图1中示出。在这方面，参考图2，其示出了来自于图1中形成盘对25的压缩机段12的两个任意转子盘18的细节，但是是以放大的比例示出的。
在操作状态，空气沿箭头方向27在转子10外部在主流动路径(未进一步详细示出)内作为介质流动，其中空气在此过程中被压缩机压缩。
每个转子盘18均具有盘幅26，其绕旋转轴线13环形延伸。在其径向内端，盘幅26具有轮毂区域28，该轮毂区域具有相对于旋转轴线同心的中心开口30，并且在其径向外端，盘幅具有轮缘区域32。轮缘区域用于紧固转子叶片31(图1)，并且包括套环33，其被设置在两侧并且在其上相邻的转子盘18彼此抵靠。在图2中间的右手侧示出的转子盘18在下文中被称为第一转子盘34。此外，第一转子盘34具有孔，孔从轮缘区域向内延伸通过盘幅26，并且沿盘幅26的圆周均匀分布。仅有一个孔被示出并标有附图标记36。孔36以这样一种方式相对于径向方向倾斜，即它们从一侧到另一侧穿透盘幅26。孔36开放，其径向内端在环面38内，其中环面38相对于转子盘34的径向方向倾斜设置。多个肋40被相对于环面38紧密毗邻地设置在轮毂区域28内。肋40从外端延伸到内端。此外，肋40被沿圆周均匀地分布。肋40可以被焊接到第一转子盘34的轮毂区域28，或者可以和轮毂区域同时被制造。关于肋40的紧固段，每个肋均具有在肋40的外端的延伸，以保持在环面38的41处的间隔和孔36的开口的间隔尽可能小。就结构力学而言，关键是要避免肋40也被固定在周向中空通道50内，但在环面38和轮毂区域28之间结构力学方面同样是必须的。
肋40用作从孔36中流出并流入到转子10内部的空气的流动引导。第一转子盘34上设置有肋40的那一侧，由第二转子盘42邻接。就像每一个常规的转子盘18一样，第二转子盘42也具有轮毂区域28，考虑到两个突出长度44，其轴向范围比相关联的盘幅26的范围更宽。由于对称的原因，向外指向自由终止环状辅助幅46被设置在两突出长度44上，在盘幅26和辅助幅46之间形成环形凹部48，虽然只有辅助幅46将是必要的，其直接与肋40相对设置。与突出长度44相结合的辅助幅46，在肋40的整个径向范围划界流动通道，自孔36排出的冷却空气进入并被传导远至系杆20。这避免了在每个流动通道入口的空气涡流，从而提高了空气传导的效率。
由于转子盘18的中心开口30比系杆20的直径大，在相应的轮毂区域28与系杆20之间形成环形空间，被传导到系杆20的空气可以通过该环形空间在轴向方向上沿系杆20从压缩机段12被传导至涡轮机段14。
不言而喻，上述盘对25也可以被用来传导沿着系杆20朝向外部传导的空气，如在涡轮机段14的转子盘18的情况下所必要的。

Claims (8)

1.一种用于涡轮机的转子(10)的转子盘(42)，具有盘幅(26)，所述盘幅围绕所述转子盘(42)的旋转轴线(13)环形地延伸，并且所述盘幅具有在其相对于所述旋转轴线(13)的径向内端处的轮毂区域(28)和在径向外端处的用于容纳转子叶片(31)的环形区域(32)，所述轮毂区域(28)带有中心开口(30)，所述轮毂区域(28)在轴向方向上在两侧具有突出长度(44)，其特征在于，所述轮毂区域(28)的两个突出长度(44)中的至少一个包括向外指向自由终止的环状辅助幅(46)，其形成环形凹部(48)。
2.如权利要求1所述的转子盘(42)，其中横向突出的套环(33)被设置在所述环形区域(32)内的两个盘侧上，所述套环(33)的套环高度略大于相关的突出长度(44)的高度。
3.如权利要求1或2所述的转子盘(42)，其被配置为压缩机盘(18)或涡轮机盘(18)。
4.一种用于涡轮机的转子(10)，具有至少一对(25)彼此叠置的转子盘(18)，所述对(25)的两个转子盘(34)中的第一个具有盘幅(26)，所述盘幅围绕所述转子盘(34)的旋转轴线(13)环形地延伸，并且所述盘幅具有在其相对于所述旋转轴线(13)的径向内端处的轮毂区域(28)和在径向外端处的用于容纳转子叶片(31)的环形区域(32)，所述轮毂区域(28)带有中心开口(30)，孔(36)从所述环形区域(32)被布置，所述孔沿圆周分布，穿过所述盘幅(26)朝向内部，并开口至所述转子盘(34)的环面(38)，所述环面(38)相对于径向方向倾斜设置，所述轮毂区域(28)具有多个肋(40)，用于以相对于所述环面(38)在内侧上径向相邻的方式使能流过所述孔(36)的空气流动前送，并且所述对(25)的两个转子盘(42)中的第二个如权利要求1，2或3所述地被构造，所述对(25)的第一和第二转子盘(34，42)的布置被选择成使得肋(40)和辅助幅(46)彼此相对设置。
5.如权利要求4所述的转子(10)，其中所述肋(40)的在径向方向上能被检测的范围和所述辅助幅(46)的范围以及突出长度(44)以如下的方式适应彼此，使得所述肋(40)和所述辅助幅(6)或所述突出长度(44)在外侧和内侧上终止于相同的半径。
6.如权利要求4或5所述的转子(10)，其中各引导元件(40)沿径向方向从内侧延伸到外侧。
7.如权利要求4，5或6所述的转子(10)，其中所述肋(40)中的至少一个，优选所有的肋(40)，在其径向向外指向端部具有自由终止延伸(41)。
8.如权利要求4至7中的任一项所述的转子(10)，其中所述第一转子盘(34)以对应于所述第二转子盘(42)的方式被配置为压缩机盘(18)或涡轮盘(18)。
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