CN105392963B - 用于热涡轮机的转子 - Google Patents

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，例如压缩机空气。为了在内部以低流动损失传导介质并同时指定可以较简单和经济地生产的转子(10)，根据本发明单独制造的叶轮(50)被设置在两个转子盘(34，42)的相互毗邻的轮毂区域之间，并且套筒(62)被提供用于将叶轮(50)紧固到两个转子盘(34，42)中的一个，该套筒延伸通过所述一个转子盘(34，42)的中心开口(30)，并且包括作为套筒的第一端部(63)的止挡的套环(64)，并包括与第一端部(63)相对的第二端部(65)，叶轮(50)被紧固在第二端部(65)上。

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式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，在其中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侧上，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。与设计无关，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主流动路径中移除冷却空气，并将其传导到涡轮单元，在该涡轮单元该冷却空气被再次引导出转子内部外，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，其考虑到转子的转动，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，其中首先，在转子内部的压力和流动损失进一步被降低，并且其次其是可以简单产生、可靠并因此便宜的解决方案。

本发明的目的借助根据权利要求1的特征的转子实现。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相对大流动横截面。这更是如此，因为已知的肋之间的流动通道也具有比较大的轴向范围。为了消除所述缺点，提出也轴向地划界肋之间的流动通道的流动横截面。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，单独制造的叶轮被设置在相互毗邻的转子盘的轮毂区域之间，其中两个转子盘中的一个具有孔，用于将介质引入转子内部，叶轮用第一侧抵靠第二转子盘的轮毂区域，并且与第一侧相对定位的所述叶轮的第二侧，具有多个从外侧延伸到内侧的肋。

与已知解决方案相反，因此它通过本发明的方式被提出，即肋不是两个转子盘中的一个的整体部分，而是叶轮的一部分，作为肋载体，叶轮包括供肋紧固的板状环。

因此，上述改进方案可以基本上比转子盘更简单和便宜地制造，其中肋是转子盘的一体组成部分。此外，叶轮可以由不同于转子盘本身的材料来制造，由于边界条件，例如最高使用温度，可以是不同的。因此，转子盘的肋的相对复杂的几何形状从后者分离，因为发明人已经认识到，肋条也可以被设置在单独的组件，即叶轮上。叶轮可由固体环机械地制造。作为替代方案，叶轮也可以由单独的部件(环和多个肋)通过焊接方式接合。用于制造叶轮的铸造方法也可以适合于肋的复杂几何形状的情况。

为了实现叶轮在转子内特别可靠的紧固，此外，规定提供用于将叶轮固定到两个转子盘中的一个的套筒，其中套筒延伸通过相关转子盘的中心开口，并且包括在其第一端用作止挡件的套环，和与第一端相对设置的第二端，叶轮被紧固在第二端上。因此，这允许模块的制造，所述模块包括盘对的两个转子盘中的一个和叶轮，它们然后可以在转子的组装过程中以常规堆叠工艺接合地安装。其结果是，能够确保转子的简单组装，其组件总是位于它们预期的位置。

应当注意的是，术语“轴向”和“径向”以及“外侧”和“内侧”总是相对于转子盘或转子的旋转轴线。此外，转子内侧应被理解为在转子内侧由转子盘划界的腔。换句话说，第一转子盘的孔不是转子内侧的一部分。

根据叶轮的第一有利改进，肋载体的外边缘位于比肋的外端更大的半径处，其结果是，在安装状态下，当叶轮被安装在相关转子盘的轮毂区域之间时，考虑到被径向进一步引导到外侧的肋载体，从孔离开的介质可以改进的方式向内被传导。因此，可避免在流动通道的流入区域内的涡流，其将降低介质传导过程中的压力损失。

在本发明的另一个有利改进中，每个肋均具有面向第一转子盘的边缘，并且该边缘的径向轮廓对应于在轮毂区域内第一转子盘的径向轮廓。其结果是，肋的边缘和第一转子盘的轮毂轮廓之间的间隙可以被保持在整个径向肋范围内比较小，这使得能够沿着肋进行介质的有效传导，而没有穿过由肋和轮毂区域形成的间隙的横向流动发生。

根据进一步有利的改进，叶轮被拧到套筒上。为此，叶轮在其中心开口内具有内螺纹，其内螺纹被拧到设置在套筒的第二端部的外螺纹上。为了叶轮在转子内特别可靠的紧固，首先，套筒的螺纹侧端部被推入两个转子盘中的一个，优选第二转子盘的中心开口内，直到套筒的套环抵靠轮毂区域的侧面。叶轮然后被拧到螺纹侧端部，如它是螺母一样。在叶轮拧紧期间，套筒的圆筒形截面被扩大，其结果是，能够确保用于功能的足够安全的紧固。以这种方式被支撑的组件然后可以在转子的堆叠过程中如常被螺纹连接到系杆上。如果需要，该组件可以通过在中心螺纹的区域中捻缝被紧固，以防止释放。

其中叶轮是在肋之间在内侧上径向在第二侧上具有中空通道状结构以便偏转流动的改进是特别优选的。这减少了当介质不得不从主要径向指向流动被偏转到主要轴向指向流动方向时，在介质中的空气动力学损失。不言而喻，这也同样适用于相反的流动方向。与此同时，与螺纹连接结合，该解决方案使比较大的轴向螺纹旋合长度能够具有减小的肋载体厚度：作为肋载体在其中心开口处的中空通道状设计的结果，被设置在中心开口内的内螺纹可以比没有中空通道的结果具有更长的构造，这确保了进一步改进的螺纹连接，同时保持叶轮的低重量。

由本发明整体产生的多个优点是：首先，制造的简化，也就是说，潜在的制造缺陷的减少，可以通过减少组件的复杂性的方式来指定。此外，复杂的几何形状不再设置在相对较昂贵的部件，转子盘上，而是被实现在单独制造的部件，叶轮上。此外，复杂几何形状的分离导致该转子盘的成本降低，通过该方式，介质从主流动路径的移除被实现。另一第二转子盘可以具有经典的构造，因为叶轮承担在转子的内部改进流动传导的功能。作为结构分离的结果，不同的材料可以被使用和结合。

因此，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。为了以低流动损失地在内部传导所述介质，并同时为了指定可靠的并能偏移制造的转子，规定单独制造的叶轮被设置在两个转子盘的相互毗邻的轮毂区域之间，并且套筒被提供用于将叶轮紧固到两个转子盘中的一个，该套筒延伸通过相关转子盘的中心开口，该套筒包括在第其一端部处作为止挡的套环，和与第一端部相对设置的第二端部，叶轮被紧固在第二端部上。

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，

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，其具有被设置在两个转子盘之间的叶轮，以及

图3以分解视图示出了包括第二转子盘、叶轮和套筒的组件。

在全部图中，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的主要示意性构造，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借助彼此支撑所有转子盘18和管16，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(Hirth)齿接系统实现的。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和图3，该图2和图3首先示出了来自于图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，以放大的比例示出，并且其次以分解视图示出了转子10的组件。

在操作状态，空气沿箭头方向27在转子10外侧在主流动路径(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(disk web)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中右手侧示出的转子盘18在下文中被称为第一转子盘34，并且在左手侧被示出的转子盘被成为第二转子盘42。此外，第一转子盘34具有孔，其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，即使得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，该环面38相对于转子盘34的径向方向倾斜设置。

叶轮50被设置在紧相邻的转子盘34，42的两轮毂区域28之间。叶轮50包括板状肋载体52，其具有采用平面结构的第一侧54，和与第一侧54相对设置的第二侧56。肋40在第二侧56上沿圆周均匀地分布。所述肋作为用于从孔36中排出的空气的引导元件。

肋40的面向第一转子盘34的轮毂区域28的各边缘43以这样的方式设置轮廓，即其径向轮廓对应于第一转子盘34的径向轮廓。尽管如此，在每不同情况下在边缘43和轮毂区域28之间存在微小的间隙，以防止磨损。就像其他转子盘18一样，叶轮50也具有中心开口58，系杆20能够延伸通过该中心开口58。

套筒62被提供用于确保叶轮50的紧固。所述套筒62被安置在第二转子盘42的中心开口30内，并在轴向第一端部63处具有套环，以使套筒62可在转子盘42上被横向支撑。外螺纹被设置在套筒62的第二端65。叶轮50被拧到所述外螺纹上，出于此目的，叶轮50在其中心开口58内具有内螺纹。套筒62以这种方式确定尺寸，使得它可以准确配合或低游隙插入中心开口30内。其内部直径相对于系杆20应稍大。

肋40以这样一种方式被配置，使得它们在环面38内紧靠外侧径向终止。为了确保允许的并表现出从孔36排入流动通道的空气的低流动损失的流入，其中所述流动通道存在于肋40之间，肋载体52的外边缘60位于相对于旋转轴线13比肋40的外端部更大的半径上。

肋40用于流动引导，以及从孔36中流出并流入到转子10的内部的空气的去涡流。第一转子盘34的设有肋40的那一侧，被第二转子盘42邻接。考虑到叶轮50的使用，第二转子盘42在轮毂区域28内可以具有传统结构。

作为叶轮50使用的结果，流动通道可在肋40的整个径向范围被轴向地划界，其中从孔36排出的冷却空气进入并被引导远至系杆20。这避免了空气在每个流动通道入口的涡流，改善了空气传导的效率。在系杆20附近传导的空气动力学有利流动可以通过中空通道66被实现，肋载体在内部径向具有中空通道。

由于转子盘18的中心开口30大于系杆20的直径，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，上述具有连接在盘对25之间的叶轮50的盘对25也可以被用来传导沿着系杆20朝向外侧传导的空气，如在涡轮机段14的转子盘18的情况下所必要的。

Claims (4)

1.一种用于热涡轮机的转子(10)，具有至少一对(25)紧密相邻的转子盘(18)，每个转子盘(18)均具有盘幅(26)，所述盘幅围绕所述转子盘的旋转轴线(13)环形地延伸，并且，在所述盘幅的相对于所述旋转轴线(13)的径向内端处具有轮毂区域(28)，所述轮毂区域相对于所述盘幅(26)轴向被加宽，所述盘幅(26)具有相对于所述旋转轴线(13)同心的中心开口(30)，并且所述盘幅在其径向外端处具有用于抵靠相邻转子盘(18，34，42)并用于容纳转子叶片(31)的轴向加宽的轮缘区域(32)，

两个转子盘(34，42)中的第一个(34)具有多个孔(36)，所述多个孔沿圆周分布，从所述轮缘区域(32)向内延伸，穿透所述盘幅(26)，并在所述转子盘(34)的环面(38)内开放，所述环面(38)被相对于径向方向倾斜设置，

其特征在于，

叶轮(50)被设置在两个转子盘(34，42)的相互毗邻的轮毂区域(28)之间，所述叶轮(50)的第一侧(54)抵靠第二转子盘(42)的轮毂区域(28)，并且与所述第一侧(54)相对设置的所述叶轮(50)的第二侧(56)具有多个从外侧向内延伸的肋(40)，并且

套筒(62)被提供用于将所述叶轮(50)紧固到两个转子盘(34，42)中的一个，所述套筒(62)延伸通过相关转子盘(34，42)的中心开口(30)，并且包括在其第一端(63)处用作止挡的套环(64)，和与所述第一端(63)相对设置的第二端(65)，所述叶轮(50)被紧固在所述第二端(65)上。

2.如权利要求1所述的转子(10)，其中所述叶轮(50)包括板状肋载体(52)，所述板状肋载体的外边缘(60)位于比所述肋(40)的外端更大的半径上。

3.如权利要求1或2所述的转子(10)，其中为了将所述叶轮(50)紧固到所述套筒(62)，所述套筒在其第二端处具有外螺纹(65)，所述叶轮(50)被拧紧在所述外螺纹上，使得所述叶轮支撑所述第二转子盘(42)。

4.如权利要求1或2所述的转子(10)，其中所述叶轮(50)在所述肋(40)之间在内侧上径向地在所述第二侧(56)上具有中空通道状结构，以便使流动偏转。