CN105408585B - 用于热力涡轮机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明总体涉及一种用于热力涡轮机，特别是燃气涡轮机的转子(10)，其被设计成在该燃气涡轮机的转子内部传导介质，例如压缩机空气。为了在内部以低流损失传导所述介质并同时限定可以较简单和经济地制造的转子(10)，单独制造的叶轮(50)被设置在两个转子盘(34，42)相互毗邻的轮毂区域之间。所述叶轮的第一侧(54)抵靠第二转子盘(42)的轮毂区域，并且与第一侧(54)相对的第二侧(56)具有多个从径向外部向径向内部延伸的肋条(40)。

Description

用于热力涡轮机的转子

技术领域

本发明涉及一种用于热力涡轮机的转子，该转子被配置在内部用于传导介质。

背景技术

从全面可用现有技术中已知用于热力涡轮机诸如轴流压缩机和燃气涡轮机的转子具有不同的设计。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单片转子。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。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传导到第二轴向位置，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，并将其传导到涡轮机单元，从那里被再次引导出转子内部，它可以用于冷却空气的目的和/或密封空气的目的。

为了使得燃气轮机的压缩机的空气的空气动力学高效移除和在转子内部的空气的高效传导成为可能，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，经由径向延伸的肋条旋流流动进入转子腔。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，肋条在英语中被称为“去旋流器(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并因此经济地被制造的解决方案。

本发明的目的是通过根据权利要求1的特征的转子实现的。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条的区域，因为所述肋条倾向于在圆周方向上彼此间隔比较宽，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。这是更真实的，因为已知肋条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，提出也轴向地划定肋条之间的流动通道的流动横截面。轴向划定优选被配置成至少通过沿着肋条的径向范围的大部分。

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，用于引入介质进入转子内部，叶轮用第一侧抵靠第二转子盘的轮毂区域，并且与第一侧相对设置的所述叶轮的第二侧具有多个从外部延伸到内部的肋条。

与已知解决方案相反，因此它以本发明的方式被首先提出，即肋条不是两个转子盘中的一个的单件部分，而是叶轮的一部分，作为肋条载体，其包括肋条被紧固其上的板状环。

因此，上述改进方案可以基本上比转子盘更简单和经济地制造，其中肋条是转子盘的一个整体组成部分。此外，叶轮可以由不同于转子盘本身的材料来制造，因为边界条件，例如最大使用温度，可以不同。因此，转子盘的肋条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。叶轮可由实心环机械地制造。作为替代方案，叶轮也可以由单个部件(环和多个肋条)通过焊接方式接合。在肋条的复杂几何形状的情况下，用于制造叶轮的铸造方法也是适用的。

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，转子内部应被理解为在转子内部由转子盘划定的腔。换句话说，第一转子盘的孔不是转子内部的一部分。

根据叶轮的第一有利发展，肋条载体的外缘位于比肋条的外端更大半径处，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条载体，从孔离开的介质可以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，每个肋条具有面向第一转子盘的边缘，并且在轮毂区域内其径向轮廓对应于第一转子盘的径向轮廓。其结果是，肋条的边缘和第一转子盘的轮毂轮廓之间的间隙可以被保持沿着整个径向肋条范围相当小，这使得能够沿着肋条进行介质的高效传导，而没有穿过由肋条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，叶轮被固定，防止在圆周方向上相对于第二转子盘的相对运动。为此，叶轮可以在肋条载体上具有一个或多个孔，在该孔中容置有销，所述销接合进入相邻的第二转子盘内的槽中。作为替代方案，该叶轮也可以被拧入第二转子盘。

叶轮优选收缩配合在第二转子盘上。为此，叶轮在面对第二转子盘的一侧上具有环形凸圈，该环形凸圈横向伸出。虽然所述侧然后不再完全平面到这种程度，它仍然是无肋条的。以与环形凸圈对应的方式，第二转子盘在轮毂区域内具有圆筒状向外指向的支座，环形凸圈可收缩配合在该支座上。收缩配合能提供简单可靠的紧固。为了避免在第二转子盘和叶轮之间造成磨损的相对运动，凸轮可被设置于收缩配合所涉及的两个部件中的一个上，凸轮尽可能以正锁定的方式接合进入凹槽，所述凹槽被设置在收缩配合的两个部件的另一个上。除了正锁定凸轮/凹槽配对，防止相对运动的其他固定装置也可被使用，诸如固定螺钉。

其中叶轮是径向在肋条之间的内侧上的第二侧上的中空通道状结构以便偏转流的研发方案是特别优选的。这减少了当介质不得不从主要径向指向流被偏转到主要轴向指向流方向时，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方向。

由本发明整体产生的多个优点是：首先，制造的简化，即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被限定。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组件(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，通过转子盘介质从主流动路径的移除被实现。另一方面，第二转子盘可以具有经典的配置，因为叶轮承担在转子的内部改进的流传导的功能。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力涡轮机，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。为了以低流损失地在内部传导所述介质，并为了同时限定可以相对简单和经济地制造的转子，单独制造的叶轮被提供，其被设置在相互毗邻的两个转子盘的轮毂区域之间，其平面的第一侧抵靠第二转子盘的轮毂区域，并且与第一侧相对设置的其第二侧具有若干从外部朝向内部延伸的肋条。

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示出了通过根据涡轮机的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，

图3以透视图中示出叶轮，

图4以剖面示出了叶轮在第二转子盘上的收缩配合，

图5以剖面透视图示出了第二转子盘的轮毂区域中的细节，

图6以透视图示出了叶轮的后侧。

在所有附图中，相同的特征设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了热力涡轮机的转子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也可以在飞机燃气轮机中使用。考虑在燃气轮机中使用，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包括十六个转子盘18，并且涡轮机段14包括四个转子盘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使所有转子盘18和管16彼此紧固，其结果是在圆周方向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上的切端面齿系统实现的。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外部的主流动路径(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具有盘辐26，其绕旋转轴线13无端延伸。在其径向内端，盘辐26具有轮毂区域28，其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，具有边缘区域32。边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称为第二转子盘42。此外，第一转子盘34具有孔，其从边缘区域向内延伸通过盘辐26，并且沿盘辐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，使得它们从一侧到另一侧穿透盘辐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。

叶轮50被设置在紧邻的转子盘34，42的两轮毂区域28之间。叶轮50包括板状肋条载体52，其具有近似平面结构的第一侧54，和与第一侧54相对设置的第二侧56。如图4所示，叶轮50被容置在第二转子盘42的轮毂区域28内的圆柱形部分37上。为此，该叶轮50在其第一侧54上包括环形凸圈39，该环形凸圈39在图6中被完全显示。根据所示的示例性实施例，沿圆周均匀分布的四个凸轮41被设置在环形凸圈39的内侧。当叶轮50被收缩配合时，所述凸轮41径向朝向外侧和横向、但不在圆周方向上接合进入在第二转子盘42的轮毂区域28内开放的凹槽43(图5)。与此同时，被设置在环形凸圈39内的第一侧54的区域平坦地抵靠横向轮毂区域28。因此，叶轮50仅部分收缩配合。

肋条40(图3)在第二侧56上沿圆周均匀地分布。所述肋条40作为从孔36中排出的空气的引导元件。在这里，它们可以沿直线或否则以稍微弯曲的方式，或者否则以相对于其略微倾斜的方式在径向方向上从外部朝向内部延伸。肋条40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，其径向轮廓对应于第一转子盘34的径向轮廓。尽管如此，在每一种情况下在边缘43和轮毂区域28之间存在轻微的间隙，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。

肋条40以这样一种方式被配置，使得它们径向终止于紧邻环面38内的外侧上。为了确保允许的流入并表现出从孔36排出进入流动通道的空气的低流损失(所述流动通道存在于肋条40之间)，肋条载体52的外边缘60存在于相对于旋转轴线13比肋条40的外端部更大的半径上。

肋条40用于流引导，以及对从孔36中排出并流入到转子10的内部的空气去涡流。第一转子盘34上设有肋条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，流动通道可沿着肋条40的整个径向范围被轴向地划定，其中从孔36排出的冷却空气进入并被传导至系杆20那么远。这避免了空气在每个流通道入口的旋流，改善了空气传导的效率。

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，上述具有连接在两者之间的叶轮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 (8)

1.一种用于热力涡轮机的转子(10)，具有至少一对(25)紧邻的转子盘(18,34,42)，每个转子盘(18,34,42)具有盘辐(26)，所述盘辐(26)围绕其旋转轴线(13)环形地延伸，并在其相对于所述旋转轴线(13)的径向内端具有轮毂区域(28)，所述轮毂区域(28)相对于所述盘辐(26)轴向被加宽并具有相对于所述旋转轴线(13)同心的中心开口(30)，并在其径向外端具有用于抵靠相邻转子盘(18，34，42)并用于容纳转子叶片(31)的轴向加宽边缘区域(32)，

两个转子盘的第一转子盘(34)具有沿圆周分布的多个孔(36)，所述孔从边缘区域(32)向内延伸，穿透盘辐(26)并在第一转子盘(34)的环面(38)内打开，所述环面(38)被设置为相对于径向方向倾斜，

其特征在于

叶轮(50)被设置在所述两个转子盘(34，42)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)具有许多从径向外侧径向向内延伸的肋条(40)。

2.如权利要求1所述的转子(10)，其中所述叶轮(50)包括板状肋条载体(52)，其外边缘(60)位于比所述肋条(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)，其中所述肋条(40)的每一个具有面对第一转子盘(34)的边缘(43)，并且其径向轮廓对应于所述第一转子盘(34)的径向轮廓。

4.如权利要求1或2所述的转子(10)，其中所述叶轮(50)被紧固到所述第二转子盘(42)上。

5.如权利要求4所述的转子(10)，其中所述叶轮通过收缩配合被紧固到所述第二转子盘上。

6.如权利要求4所述的转子，其中所述叶轮(50)被固定，以防止在圆周方向上相对于所述第二转子盘(42)的相对运动。

7.如权利要求6所述的转子，其中所述第二转子盘具有至少一个被限定在所述轮毂区域的周边上的凹槽，与所述凹槽对应并被设置在所述叶轮上的凸轮接合进入所述凹槽。

8.如权利要求1、2和5-7中的任一项所述的转子(10)，其中所述叶轮在所述肋条(40)之间在径向内侧上在所述第二侧(56)上具有中空通道状结构，以便偏转流。