CN1148134A - 热力涡轮机转子 - Google Patents

热力涡轮机转子 Download PDF

Info

Publication number
CN1148134A
CN1148134A CN96111487A CN96111487A CN1148134A CN 1148134 A CN1148134 A CN 1148134A CN 96111487 A CN96111487 A CN 96111487A CN 96111487 A CN96111487 A CN 96111487A CN 1148134 A CN1148134 A CN 1148134A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
pipe
hole
turbine
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN96111487A
Other languages
English (en)
Inventor
C·波里尼
C·施特里津努
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Management AG
Original Assignee
ABB Management AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Management AG filed Critical ABB Management AG
Publication of CN1148134A publication Critical patent/CN1148134A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

在一种热力涡轮机的转子(1)中，其转子(1)主要由各个互相焊接的旋转体组成，而各相邻旋转体之间构成，轴对称的空腔(5)，此外还设有另一个围绕着转子(1)的中心线(6)延伸的、从转子(1)下游端一直达到上游最后一个空腔(5h)的圆柱形空腔(7)，并在圆柱形空腔(7)中至少装有两根直径和长度互不相同并至少局部套迭在一起的管子(8、9)，并在每一根管上至少制有在圆周上的两个通孔(13)。

Description

热力涡轮机转子
本发明涉及一种其内部设计为中空的热力涡轮机转子。
已知各种用于蒸汽轮机和燃气轮机、压缩机和涡轮发电机的由各个旋转体构成的带空腔的转子。由DE 2633829 C2例如已知一些转子，它们由盘状或空心圆柱状锻件构成，其中，在转子中间部分的各个盘或鼓(空心圆柱)最好是等厚度的。在这种结构中，盘或鼓借助于窄焊缝互相连接在一起。
为了例如在满负荷运行时保持燃气轮机转子的工作温度基本为常数，必须冷却转子。为达到此目的，通常通过排气侧的轴端将冷却空气引入转子。因此在转子内设有中心孔，此孔从排气侧轴端一直延伸到最后一个涡轮盘。这个孔构成了转子冷却空气通道。冷却空气从某个压缩机级引出，经由专用的管路引入在转子排气侧端部的中心孔中，此时，管路与转子的过渡处用迷宫密封装置来密封。冷却空气流过转子冷却空气通道，并紧接着流过两个涡轮盘之间的空腔，然后经过涡轮叶片或通过沿径向的空腔到达转子表面，并与排气流混合。
采用这种已知的结构尽管可以一旦达到满负荷运行时冷却转子，从而可实现较小的叶片间隙和获得高的效率，但是，不能对转子在过渡工作条件下的运行带来积极的影响，而这种过渡工作状态对于转子和定子不同的热力学特性是非常关键的。
本发明的目的是要克服上述缺点。它的任务是要设计出一种涡轮机转子，这种转子可以在最短时间内达到它的工作状态，并能容易地进行热力学调整，也就是说，可按需要比较方便地加热或冷却。
按本发明此目的是这样来达到的：设有另一个围绕着转子中心线延伸、从转子下游端一直达到上游最后一个空腔的圆柱形空腔；在圆柱形空腔中至少装有两根直径和长度互不相同、至少沿一定长度局部地套迭在一起的管子，在这种情况下管子各至少在一个固定点牢固固定，管子的固定点在轴向的不同位置，以及，管子上设有多个沿长度分布的孔，其中不同管子上的孔至少有一部分重叠。
本发明的优点在于，此转子在不同的工作状态下可有选择地加热或冷却，转子的反应非常迅速，以及，转子的冷却空气可以在机器中继续使用，例如用于冷却涡轮叶片根部。
特别合乎目的的做法是，转子和管子采用热膨胀系数差别尽可能大的不同材料制造。从而能特别良好地进行调整。
此外，有利的是孔沿管子的圆周分布地排列，以及，圆周较小的管子上的孔在外径处设有槽。因此在将其装入转子时不需要准确地调整管子。
此外合乎目的的做法是，在第一和最后空腔之间范围内圆柱形空腔的直径dH1大于圆周最大的管子的外径d2a，此时，在此管子上设有使中间部分相对于涡轮部分密封的装置，例如一个特殊设计的中心件，它只是在热工作状态下才作为有效的密封装置。因此，除了上述优点外，保证了空气的流量。
附图借助了一台单轴的轴流式燃气轮机表示了本发明的实施例。
其中：
图1  转子纵剖面；
图2  图1A区局部放大纵剖面；
图3  图1B区局部放大纵剖面；
图4  图1C区局部放大纵剖面；
图5  图1D区局部放大纵剖面；
图6  图1E区局部放大纵剖面；
图7  第二种实施例的转子纵剖面；
图8  第三种实施例的转子纵剖面。
图中只表示了对理解本发明为重要的构件。例如没有表示工作叶片和转子轴承、叶片支架、燃烧室和燃气轮机的排气筒。空气流动方向用箭头表示。
下面借助于实施例和图1至8详细说明本发明。
图1表示了按本发明的单轴轴流式燃气轮机转子1的纵剖面。此转子1由压缩机部分2、中间部分3和涡轮部分4组成。转子由一个旋转体状的盘按DE2633892 C2借助于窄焊缝构成。这些盘成为在转子1内部多个(在此实施例中为8个)轴对称空腔5a至5h的边界，其中，空腔5a和5b处于涡轮部分4中，空腔5c在中间部分3中，以及空腔5d至5h在压缩机部分2中。此围绕着转子轴线6几乎沿全长延伸的圆柱形空腔7在第一个和最后一个空腔5a、5h之间的区域内，亦即在第一个压缩机盘至第二个在这里为最后一个涡轮盘之间的区域内具有一个较大的直径dH1，这一直径dH1比从最后一个涡轮盘至转子1下游端这一区域内的空腔7所具有的直径(dH2)要大。
在圆柱形空腔7中装有两根直径互不相同和长度互不相同的管子8、9。具有长度l1，和内径d1i的较短的管子8牢固地固定在转子1的压缩机部分2上空腔7的在压缩机一侧的端部中，而具有长度l2和外径d2a的较长的管子9牢固地固定在空腔7的另一端，亦即在涡轮4的排气侧端部上。大体上适用于下列关系：dH2＝d2a＝d1i。
在图2至6中表示了在转子1的不同部位中管子8、9的局部放大纵剖面，管子8、9具有调节杆的作用。在图的上部都是表示冷态，而图的下部表示热态。
图2表示图1中的A区、转子1的排气侧端部。管子9借助于一个通过螺纹拧上去的法兰10用螺钉11与转子1固定连接。在这一区域内，在转子1的内部只有一根管子，亦即管子9。
在B区中(图3)看上去是不一样的。在这一区域内(从中间部分3到涡轮部分4的过渡区)两根管8和9重叠。此外，这里在外管子8上装有一个使中间部分3相对于涡轮部分4密封的装置12，它只是在热的工作状态下起有效的密封作用。此装置12是一个定心件，它用螺钉12与转子1连接在一起。此定心件同时还起调节件的作用，它在冷态时不阻止空气流过，而在热态时使中间部分3和涡轮部分4互相密封。
管子8、9上有沿圆周分布的孔13，在冷态时B区中的孔13处于沿轴向长度的不同位置，而在热态时它们准确地重叠，并因而形成一个通孔13。
图4表示两根管8、9在空腔5c至5g的中部，亦即C区。在这里的孔13这样设在管子8、9中，即它们在设备的冷态准确地互相重叠，并因而形成了一个通孔13。在热态则相反，孔13彼此错开。
图5中表示了D区。这是从压缩机部分2到中间部分3的过渡区。在这一区域内管子8、9上没有孔13。在这里，在管子8、9上套了另一个定心件14，它借助于螺钉11固定在压缩机部分2上。此定心件14用于支承管子8、9。
图6表示E区，亦即具有较大直径的管子8固定在压缩机部分2上的那个部位。管子8与法兰10通过螺纹旋在一起并靠在一个台阶上，并用螺钉11固定在压缩机转子2上。当然在其它实施例中管子(8、9)的固定也可以用其它的方法实现，例如借助于焊接、热压或夹紧。
下面是热力学调整的作用方式：
在燃气轮机起动时，亦即冷态，转子1必须加热，以便能尽快达到它的工作状态。为此，从某个压缩机级取出空气15，并在转子1的下游端供入转子的空腔7。因为两根管子8、9或转子1还是冷的，所以在涡轮区内(图3B区上部)的管子8和9的孔13互相错开，而在C区和E区，亦即在压缩机部分2和在中间部分3中的孔13重叠，并形成一个通孔13。这意味着，空气15从转子1的下游端经涡轮部分4流到管子9内，并通过在C区和E区中的在此实施例中为六个孔13(见图1、4和6)引入压缩机腔内。空气从那里起横向流过整个转子，然后用于冷却涡轮叶片。
现在转子1得到了均匀加热并膨胀，起调节杆作用的管子8、9也是如此。因为，为达到有效调整的目的，转子1和调节杆8、9的热膨胀系数应有大的差别，所以作为材料，转子1选用可焊接的钢，管子8、9选用铝或塑料。
若现在应在热态下冷却转子，则空气15只是引入涡轮部分4，所以它只须冷却涡轮区。这一调整在热力学上是这样实现的：由于两根管子8、9固定在不同的地方，所以它们的热膨胀总是沿相反的方向进行，在C区和E区内两根管子8、9中的孔13现在彼此错开，而在B区中的孔13互相重叠，于是空气15毫无困难地经此通孔进入涡轮部分4(见图3下部)。
管子8、9相互的角向位置不必协调，因为管子在通孔处设有槽。此外，在不同的(图中未表示)地点还设有耐热的密封装置，它们还起稳定管子8、9的作用。
转子1的装配必须按规定的顺序进行：
1.直径较大的调节杆(管子8)通过螺纹与法兰10拧在一起抵靠台阶并加以保险。然后用螺钉11将管子8固定在压缩机转子上，并同样加以保险。现在必须支承住管子8。
2.接着将各个压缩机转子盘与转子逐个焊在一起。
3。现在将定心件14套在管子8上，并用螺钉11固定在压缩机盘上。
4.将中间部分3和第一个涡轮盘与转子焊在一起。
5.紧接着将另一个也用作调节件的定心件12套在管子8上并用螺钉与转子连接起来。
6.之后焊接其余的转子部分。
7.最后，将第二根管子9插入转子1，并通过用螺纹拧在管子上的法兰12用螺钉固定在转子1上。
本发明有一系列优点。它能简便地实现转子的热力学调整，其中，冷却空气可继续在涡轮中使用，冷却空气有一个流量，以及转子能良好地反应。
图7表示了另一种实施例，图的上部仍表示转子的冷态，下部表示热态。与第一种实施例不同的地方仅在于，外管8只在涡轮部分4和压缩机部分2各有一个孔13，内管9只在涡轮部分4有一个孔13，此时，在冷态只有在压缩机部分2中的孔13流过空气15，然后空气15经空腔5流入中间部分3，接着流入涡轮部分4和最后流向图中没有表示的涡轮叶片。在热态(见图的下部)，由于进行了热膨胀，在压缩机部分2中的孔13关闭，而在涡轮部分4中的孔13重叠，并因而构成冷却空气的通路。固定在管子8上的阻挡件12防止在热态时空气流入中间部分和压缩机部分(2、3)。
图8所表示的实施方案，由于圆柱形中心空腔7的直径与管子8、9的直径相配合。故与上面已介绍的实施例相比有缺点，即在转子1中间部分3和压缩部分2中的空气不再进一步引走(除5h区外)。虽然可例如用在中间部分3和在压缩机部分2中附加的孔将空气从转子1中导出，但是这样做导致高的损失。
当然，本发明不受这里所表示的实施例的限制。它也可以用在其它涡轮机上，例如蒸汽轮机和涡轮压缩机。

Claims (5)

1.热力涡轮机转子(1)，尤其是设在一根轴上的压缩机部分(2)、中间部分(3)和涡轮部分(4)，其中，转子(1)主要由各个互相焊接的旋转体组成，它们的几何形状导致各相邻旋转体之间构成轴对称的空腔(5)，其特征为：
a)设有另一个围绕着转子(1)中心线(6)延伸的、从转子(1)下游端一直达到上游最后一个空腔(5h)的圆柱形空腔(7)；
b)在圆柱形空腔(7)中至少装有两根直径和长度互不相同、至少在一定长度局部地套迭在一起的管子(8、9)，在这种情况下，
c)管子(8、9)各至少在一个固定点牢固固定；
d)管子(8、9)的固定点在轴向的不同位置；
e)管子(8、9)的每一根上至少制有在圆周上的两个通孔(13)，其中至少一个孔(13)安排在涡轮部分(4)中，至少一个孔(13)安排在压缩机部分(2)或中间部分(3)中；以及
f)在热的工作状态下，在涡轮部分(4)中的不同管子(8、9)上的孔(13)重叠，而在冷态下，在压缩机部分(2)和中间部分(3)中的孔重叠.
2.按照权利要求1所述的转子(1)，其特征为：转子(1)和管子(8、9)用热膨胀系数差别尽可能大的不同材料制造.
3.按照权利要求1或2所述的转子(1)，其特征为：孔(13)总是沿管子(8、9)的圆周分布地设置。
4.按照权利要求3所述的转子(1)，其特征为：圆周较小的管子(9)上的孔(13)在外径处设有槽。
5.按照权利要求1至4之一所述的转子(1)，其特征为：在第一和最后空腔(5a、5h)之间范围内的圆柱形空腔(7)的直径(dH1)大于圆周最大的管子(8)的外径(d2a)，以及，在管子(8)或转子(1)上设有中间部分(3)相对于涡轮部分(4)的密封装置(12)，它只是在热工作状态下才作为有效的密封装置。
CN96111487A 1995-08-25 1996-08-23 热力涡轮机转子 Pending CN1148134A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19531290.2 1995-08-25
DE19531290A DE19531290A1 (de) 1995-08-25 1995-08-25 Rotor für thermische Turbomaschinen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1148134A true CN1148134A (zh) 1997-04-23

Family

ID=7770364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN96111487A Pending CN1148134A (zh) 1995-08-25 1996-08-23 热力涡轮机转子

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5639209A (zh)
EP (1) EP0761929A1 (zh)
JP (1) JPH09105306A (zh)
CN (1) CN1148134A (zh)
DE (1) DE19531290A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102606219A (zh) * 2011-01-21 2012-07-25 通用电气公司 焊接转子及其生产方法以及具有焊接转子的蒸汽涡轮

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1143945C (zh) 1997-06-27 2004-03-31 西门子公司 内冷却式汽轮机的透平轴以及冷却透平轴的方法
GB9716494D0 (en) 1997-08-05 1997-10-08 Gozdawa Richard J Compressions
DE19757945B4 (de) * 1997-12-27 2006-11-30 Alstom Rotor für thermische Turbomaschine
EP1013879A1 (de) 1998-12-24 2000-06-28 Asea Brown Boveri AG Flüssigkeitsgekühlte Turbomaschinenwelle
US6324831B1 (en) * 2000-01-25 2001-12-04 Hamilton Sundstrand Corporation Monorotor for a gas turbine engine
DE10355738A1 (de) * 2003-11-28 2005-06-16 Alstom Technology Ltd Rotor für eine Turbine
US7473475B1 (en) 2005-05-13 2009-01-06 Florida Turbine Technologies, Inc. Blind weld configuration for a rotor disc assembly
EP1970533A1 (de) * 2007-03-12 2008-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Turbine mit mindestens einem Rotor bestehend aus Rotorscheiben und einen Zuganker
US20110198318A1 (en) * 2010-02-12 2011-08-18 General Electric Company Horizontal welding method and joint structure therefor
US20170350597A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-07 General Electric Company Heat transfer device, turbomachine casing and related storage medium
US20210067023A1 (en) * 2019-08-30 2021-03-04 Apple Inc. Haptic actuator including shaft coupled field member and related methods

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10538C (de) * W. GÜLZOW in Hamburg Uhrenaufzug für Remontoir- und Schlüsseluhren zur Verhütung des Federabdrehens
US2837893A (en) * 1952-12-12 1958-06-10 Phillips Petroleum Co Automatic primary and secondary air flow regulation for gas turbine combustion chamber
DE953566C (de) * 1954-04-26 1956-12-06 Napier & Son Ltd Brennkraftturbine mit Einrichtung zum Ausgleich des Axialschubes
DE1070880B (de) * 1956-12-19 1959-12-10 Rolls-Royce Limited, Derby (Großbritannien) Gasturbinenaggregat mit Turboverdichter
US3814313A (en) * 1968-10-28 1974-06-04 Gen Motors Corp Turbine cooling control valve
CH594471A5 (zh) * 1976-07-02 1978-01-13 Bbc Brown Boveri & Cie
DE3606597C1 (de) * 1986-02-28 1987-02-19 Mtu Muenchen Gmbh Schaufel- und Dichtspaltoptimierungseinrichtung fuer Verdichter von Gasturbinentriebwerken
FR2604750B1 (fr) * 1986-10-01 1988-12-02 Snecma Turbomachine munie d'un dispositif de commande automatique des debits de ventilation de turbine
JP2756117B2 (ja) * 1987-11-25 1998-05-25 株式会社日立製作所 ガスタービンロータ
US5020932A (en) * 1988-12-06 1991-06-04 Allied-Signal Inc. High temperature ceramic/metal joint structure
US5054996A (en) * 1990-07-27 1991-10-08 General Electric Company Thermal linear actuator for rotor air flow control in a gas turbine
US5271711A (en) * 1992-05-11 1993-12-21 General Electric Company Compressor bore cooling manifold

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102606219A (zh) * 2011-01-21 2012-07-25 通用电气公司 焊接转子及其生产方法以及具有焊接转子的蒸汽涡轮
CN102606219B (zh) * 2011-01-21 2016-03-30 通用电气公司 焊接转子及其生产方法以及具有焊接转子的蒸汽涡轮

Also Published As

Publication number Publication date
EP0761929A1 (de) 1997-03-12
US5639209A (en) 1997-06-17
JPH09105306A (ja) 1997-04-22
DE19531290A1 (de) 1997-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1148134A (zh) 热力涡轮机转子
US7686575B2 (en) Inner ring with independent thermal expansion for mounting gas turbine flow path components
US7114914B2 (en) Device for controlling clearance in a gas turbine
EP1705341B1 (en) Variable stator vane mounting ring segment
US6558117B1 (en) Variable displacement turbo supercharger
EP1013887B1 (en) A brush seal for gas turbine engines
US5121605A (en) Turbo-charger with rotary machine
US6733233B2 (en) Attachment of a ceramic shroud in a metal housing
US20190101027A1 (en) A turbine ring assembly without cold assembly clearance
US7008182B2 (en) Exhaust-gas-turbine casing
US3647311A (en) Turbine interstage seal assembly
US20080279679A1 (en) Multivane segment mounting arrangement for a gas turbine
US4277222A (en) Turbine engine compressor
JP5345670B2 (ja) 固定エレメント並びに可変タービンジオメトリを備えた排ガスターボチャージャ
WO2013128683A1 (ja) ガスタービン
JPH01159499A (ja) 分割シュラウド型コンプレッサー
JPH06102988B2 (ja) ガスタービン機関ケーシングの温度制御装置
US8172500B2 (en) Turbine, in particular for an exhaust-gas turbocharger, and exhaust-gas turbocharger
JP5903384B2 (ja) 圧縮機端部ヘッド加熱装置
US5466122A (en) Turbine engine stator with pivoting blades and control ring
US7811062B1 (en) Fiber reinforced metal rotor
JPS59138728A (ja) 非冷却ガス通路を備えた外部軸承型排気タ−ボ過給機
US6250879B1 (en) Brush seal
FR2761119A1 (fr) Stator de compresseur de turbomachine
US4221540A (en) Bladed rotor for a centripetal turbine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C01 Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication