CN110566293A - 用于涡轮机械的破裂保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于具有转子壳体的涡轮机械的破裂保护装置，所述转子壳体包括轮轴和转子，所述转子围绕轮轴被可旋转地安装在转子壳体中，其中，所述破裂保护装置至少在转子区域中在转子的周向方向上环绕转子壳体，并且由至少一个破裂保护元件形成为一件式，其中，所述至少一个破裂保护元件由具有至少30％的断裂伸长率的材料构成。

Description

用于涡轮机械的破裂保护装置
技术领域
本发明涉及用于涡轮机械的破裂保护装置，所述涡轮机械优选地是涡轮机或压缩机。
背景技术
在现有技术中，已知了用于涡轮机械的不同破裂保护装置。在涡轮机械部分破裂的情况下，诸如，例如，在涡轮机械的叶轮或转子破裂期间，破裂保护装置用于拦截飞出部分，使得这些部分不对人员造成任何危险，并且不损坏相邻机械。然而，在现有技术中已知的破裂保护装置由于其构造和其材料而因此大多是制造昂贵和非常重的。
发明内容
因此，本发明基于的目的是，提供用于涡轮机械的有利和轻重量的破裂保护装置，其同时在破裂的情况下提供免受飞出部分的高程度保护。
此目的通过根据专利权利要求1的特征组合得到解决。
根据本发明，提出了用于具有转子壳体的涡轮机械的破裂保护装置。转子壳体包括轮轴和转子，所述转子围绕轮轴被可旋转地安装在转子壳体中。破裂保护装置至少在转子的区域中在转子的周向方向上包围转子壳体。此外，破裂保护装置形成为一件式，并且优选地形成为一体式，包括至少一个破裂保护元件。至少一个破裂保护元件由具有至少30％的断裂伸长率的材料构成。
在旋转部件破裂期间，诸如，例如，在转子破裂期间，由破裂产生的部分通常撞击通过转子壳体。有时，转子壳体几乎被炸成碎片，使得转子壳体的部分加入到转子的原始部分。通过具有破裂保护元件的破裂保护装置（所述破裂保护元件由具有至少30％的断裂伸长率的材料构成），当飞出部分撞击破裂保护元件时，飞出部分的动能完全转换成破裂保护元件的变形能量，其中，破裂保护元件通过其材料的方式而具有足够高的缺口冲击强度，从而由飞出部分变形，但不断裂，并且优选地完全经受飞出部分。因此，飞出部分由破裂保护元件减速和拦截。此外，高缺口冲击强度是有利的，因为通过此类具有高于30％的断裂伸长率的材料，与在现有技术中已知具有“标准材料”的保护装置的情况相比，飞出部分的更多动能转换成破裂保护元件的变形能量。在“标准材料”的情况下，飞出部分将撞击通过破裂保护元件，并且虽然被减速，但将不停止，由此，所述部分的一部分动能不由破裂保护元件转换。由于高断裂伸长率和高缺口冲击强度，破裂保护装置可由相对薄的材料和堆叠在彼此之上的较少层形成，从而可节省重量，并且破裂保护装置的制造方法更成本有效。材料优选地是不锈钢。
由于轻重量和较少层，因此破裂保护装置具有对于振动的低敏感性，使得也降低整个涡轮机械对于振动的敏感性。由于轻重量和体积连同构造中的节省，因此小尺寸的破裂保护装置和涡轮机械是可能的，并且到周围组件或部件的连接被简化。此外，破裂保护装置或涡轮机械的组装被简化。
在破裂保护装置的有利进一步扩展中，破裂保护元件在转子的区域中在转子的周向方向上至少部分地包围转子壳体，其中，此外，破裂保护元件沿着转子在轮轴的方向上延伸。在此情况下，破裂保护元件优选地完全包围转子壳体。
本发明的另一有利配置提供的是，破裂保护元件由至少一个板形成。相应地，破裂保护元件可由多个板形成为一件式。
特别有利的本发明的形式是，其中，破裂保护元件由恰好一个板形成为一体式，或破裂保护装置由恰好一个破裂保护元件（所述破裂保护元件由恰好一个板形成）形成为一体式。
可选地，破裂保护装置可被设置有多个破裂保护元件，并且优选地是一件式。
总体上，一体式意味着破裂保护装置或破裂保护元件由一个零件生产，即，例如，由单个板生产。形成为一件式的破裂保护装置或一件式破裂保护元件可为一体式，但也可由多个单独元件形成，并且例如通过螺纹连接、铆接或焊接而接合成一件式。
在另一有利实施例中，当破裂保护元件由多个板形成时，其具有层构造，所述层构造由叠置在彼此之上的至少两个板限定。
为了增加破裂保护装置的稳定性，另一配置形式提供的是，板以牢固结合或良好接合的方式连接到彼此。例如，板可被焊接到彼此。在良好接合的连接中，板可每个围绕转子壳体形成框架或框架的一部分，其中，在每种情况下，位于内部的框架配合到位于外部的框架中，并且放置抵靠其，使得框架不可相对于彼此移动。位于外部的框架也可围绕位于内部的框架弯曲，使得框架仅通过弯曲操作或外框架的制造方法而被良好接合。
有利地，在另一实施例中提供的是，板具有的厚度在1 mm和10 mm之间，优选地在5mm和10 mm之间，并且进一步优选地是大约5 mm。通过在1 mm和10 mm之间或等于5 mm的板厚度，破裂保护元件可由恰好一个板形成，但所述板通过弯曲方法可变形，而不由弯曲方法损坏板。特别是在具有从5 mm的厚度的情况下，破裂保护装置显著更不易受振动影响。
相应地，破裂保护装置的设计形式提供的是，通过由弯曲使板变形而形成破裂保护元件。
在有利进一步扩展中，破裂保护装置或板的材料是固溶退火奥氏体耐蚀钢，优选地提供至少30 %的断裂伸长率。
此外，在有利实施例中，材料包括00.02至00.12％的碳、00.50至01.50％的硅、01.50至02.50％的锰、00.00至00.10％的磷、00.00至00.10％的硫、15.00至25.00％的铬、00.00至01.00％的氮和05.00至15.00％的镍。
优选地，材料包括00.07％的碳、01.00％的硅、02.00％的锰、00.00至00.045％的磷、00.00至00.015％的硫、17.50至19.50％的铬、00.00至00.10％的氮和08.00至10.50％的镍。
此外，根据本发明，提出了具有涡轮机械壳体和转子壳体的涡轮机械。涡轮机械壳体环绕转子壳体，并且由第一壳体部段和第二壳体部段形成为一件式。第一壳体部段由根据前述权利要求中任一项所述的破裂保护装置形成。第一和第二壳体部段的材料不同，使得例如第一壳体部段可由比第二壳体部段具有更高断裂伸长率的更重材料形成。因此，涡轮机械壳体可被形成为适合于破裂保护，使得其中可预期发生破裂的区域可被设计成具有匹配到其的破裂保护装置，并且由第二壳体部段环绕的其它区域可由更轻更不稳定的材料形成。
本发明的其它有利进一步扩展被记载在从属权利要求中，或在以下中与本发明优选实施例的描述一起通过附图的方式被更详细地显示。
附图说明
图1显示了根据本发明的涡轮机械的示例性示意构造，其具有根据本发明的破裂保护装置。
具体实施方式
在图1中显示的涡轮机械10是涡轮增压器。在转子壳体11中，由热废气驱动的转子11围绕轮轴12旋转。在转子11破裂期间，为了使对于周围设备和人员的风险最小化，根据本发明的破裂保护装置被布置成围绕转子壳体11。破裂保护装置由破裂保护元件1形成，所述破裂保护元件1在其周向方向上围绕轮轴12环绕转子13，并且在所述过程中还在其内部中包围转子壳体11。在轮轴12的纵向方向（其位于垂直于与所呈现的平面）上，破裂保护元件1在轮轴12的纵向方向上在转子13的整个宽度上延伸。
例如，当转子13的叶片发生破裂时，叶片的至少一部分被抛掷抵靠转子壳体11，所述转子壳体11主要被实施为铸件。由于冲击，因此转子壳体11、叶片的部分和在某些条件下转子13的其它叶片被炸成碎片或被破坏，由此，多个部分（在以下中被称为抛射物）从轮轴12在径向方向上以高速度被抛掷到外部。抛射物（飞出部分）也可撞击通过剩余的转子壳体11或导致其完全破裂。当抛射物撞击由破裂保护元件1形成的破裂保护装置时，破裂保护元件1变形，其中，由于其高缺口冲击强度和其超过30％的断裂伸长率，因此所述破裂保护元件1不破损或撕裂。通过变形的方式，抛射物的动能转换成作用在破裂保护元件1上的变形能量，直到不再存在抛射物的动能。抛射物还可从破裂保护元件1弹开，并且通过多次冲击在破裂保护元件1上而失去其动能，并且动能在破裂保护元件内部中消耗。
在图1中显示的涡轮机械10附加地包括传感器系统S，用于检测各种特征值，诸如，例如，转子13的转速。整个涡轮机械由共同的涡轮机械壳体环绕，其中，转子壳体11、转子13被设置在第一壳体部段21中，并且传感器系统S在第二壳体部段22中。第一壳体部段21由具有破裂保护元件1的破裂保护装置形成，其中，第二壳体部段22例如由螺纹附接到其。为了实现成本有效的涡轮机械壳体，第一壳体部段21由根据破裂保护装置规格的、具有高缺口冲击强度和至少30％的断裂伸长率的材料生产，而第二壳体部段22可例如由塑料生产。与传感器系统S相反，或除了其之外，还可在第二壳体部段22中布置涡轮机械10的其它部件。
在本发明实施例中，本发明不限于上文陈述的优选示例性实施例。相反地，即使在根本不同类型的实施例的情况下，也可设想利用所显示的解决方案的数个形式。

Claims (11)

1.用于具有转子壳体（11）的涡轮机械（10）的破裂保护装置，所述转子壳体（11）包括轮轴（12）和转子（13），所述转子（13）围绕所述轮轴（12）被可旋转地安装在所述转子壳体（11）中，其中，
所述转子壳体（11）的破裂保护装置至少在所述转子（11）的区域中在周向方向上包围转子（13），并且由至少一个破裂保护元件（1）形成为一件式，其中，所述至少一个破裂保护元件（1）由具有至少30％的断裂伸长率的材料构成。
2.根据前一权利要求所述的破裂保护装置，其中，
在所述转子（13）的区域中，所述破裂保护元件（1）在所述转子（13）的周向方向上至少部分地包围所述转子壳体（11），并且沿着所述转子（13）在所述轮轴（12）的方向上延伸。
3.根据前述权利要求1或2所述的破裂保护装置，其中，
所述破裂保护元件（1）由至少一个板形成。
4.根据前述权利要求3所述的破裂保护装置，其中，
所述破裂保护元件（1）由恰好一个板形成为一体式，或破裂保护装置由恰好一个板形成为一体式。
5.根据前述权利要求3所述的破裂保护装置，其中，
所述破裂保护元件（1）具有层结构，所述层结构由叠置在彼此之上的至少两个板确定。
6.根据前一权利要求所述的破裂保护装置，其中，
所述板以牢固结合或良好接合的方式连接到彼此。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的破裂保护装置，其中，
所述板具有的厚度在1 mm和10 mm之间，优选地是5 mm。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的破裂保护装置，其中，
所述破裂保护元件（1）通过弯曲所述板形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的破裂保护装置，其中，
所述材料是固溶退火奥氏体耐蚀钢。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的破裂保护装置，其中，所述材料包括
00.02至00.12％的碳、
00.50至01.50％的硅、
01.50至02.50％的锰、
00.00至00.10％的磷、
00.00至00.10％的硫、
15.00至25.00％的铬、
00.00至01.00％的氮、和
05.00至15.00％的镍。
11.具有涡轮机械壳体和转子壳体（11）的涡轮机械（10），其中，所述涡轮机械壳体环绕所述转子壳体（11），并且由第一壳体部段（21）和第二壳体部段（22）生产为一件式，其中，破裂保护装置的所述第一壳体部段（21）根据前述权利要求中任一项形成，并且所述第一和第二壳体部段（21、22）的材料不相似。
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