CS253324B1

CS253324B1 - Rotor of a multistage axial turbo-compressor with disc arrangement

Info

Publication number: CS253324B1
Application number: CS861410A
Authority: CS
Inventors: Zbynek Janc; Jiri Fajman; Jiri Feirfeil; Jiri Koubik; Dusan Misarek; Miloslav Vondruska
Original assignee: Zbynek Janc; Jiri Fajman; Jiri Feirfeil; Jiri Koubik; Dusan Misarek; Miloslav Vondruska
Priority date: 1986-03-03
Filing date: 1986-03-03
Publication date: 1987-11-12
Also published as: CS141086A1

Abstract

Řešení rotoru je vhodné pro výkony s nasávaným množstvím několik set tisíc m^/h vzdušiny a velké změny výkonných parametrů za provozu. Podstata konstrukce spočívá v kombinaci svařovaného zadního čela na výtlaku a přišroubovaného předního čela na sání. Zadní čelo je s přilehlou skořepinou posledního disku spojeno na vnějším průměru svaru menším, než je vnitřní průměr svaru skořepin posledního a předposledního disku. Přední čelo rotoru na sací straně je k prvnímu disku připojeno pomocí šroubového spoje a kruhového ozubu, který je uložen do vnějšího kruhového vybrání předního čela rotoru soustředného s osou rotace. Vnější povrch všech skořepin a vnější povrch nákružku prvního disku má tvar válcové plochy, sousředné s osou rotace. Dno předního čela i vnější dno přilehlého disku je tvořeno plochou kolmou na osu rotace.The rotor design is suited for suction power several hundred thousand m ^ / h air masses and major changes in performance parameters during operation. The essence of the construction lies in the combination of the welded rear face on the discharge and bolted front face on suction. The rear face is with an adjacent shell of the last disk connected at the outer diameter a weld smaller than the inside diameter of the weld the shells of the last and last but one disk. The front face of the rotor on the suction side is to the first disk drive connected by screw the joint and the circular tooth that is stored in outer circular recess of the front face concentric rotor with the axis of rotation. External the surface of all shells and the outer surface of the collar the first disk is cylindrical, centered with the axis of rotation. Forehead bottom the outer bottom of the adjacent disk is formed flat perpendicular to the axis of rotation.

Description

Vynález se týká rotoru vícestupňového axiálního turbokompresoru diskového provedení, u kterého jednotlivé disky přecházejí v axiálním směru v tenkostěnné skořepiny a jsou vzájemně mezi sebou spojeny obvodovými centrickými svary. Turbokompresory tohoto typu jsou vhodné pro velké výkony s nasávaným množstvím vzdušiny řádově několika set tisíc rn /h.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a rotor of a multi-stage axial turbocompressor of a disc embodiment, in which the individual discs in the axial direction become thin-walled shells and are connected to each other by circumferential centric welds. Turbocompressors of this type are suitable for high performance with intake air volume of several hundred thousand rn / h.

Pro zajištění uvedených, stále se zvyšujících požadavků na parametry axiálních turbokompresorů jsou vhodné, známé a používané konstrukce diskových provedení strojů, u kterých každý disk nese pouze jednu řadu lopatek. Při konstantních, nebo jen málo kolísajících parametrech - jak je to běžné u průmyslových strojů - mění se po najetí turbokompresoru jeho teploty jen ve velmi malém rozsahu. V takovém případě vcelku ani příliš nezáleží na způsobu provedení diskového rotoru, ve kterém mnohou být jednotlivé disky propojeny mezi sebou a ostatními dílci *In order to meet these ever increasing requirements for the parameters of axial turbochargers, disc designs of machines in which each disc carries only one row of blades are suitable, known and used. At constant or little fluctuating parameters - as is common with industrial machines - the temperature changes only to a very small extent after the turbocharger has been driven. In this case, it does not matter how much or how the disk rotor is designed, in which the individual disks may be interconnected with each other and with other parts *

pomocí šroubových spojů, nalisováním nebo svařením.by screwing, pressing or welding.

Nevýhodou uvedených provedení rotorů axiálních turbokompresorů je, že nejsou vhodné pro pracoviště, u kterých je nutno počítat s častým najížděním a odstavováním stroje a také s častými a rychlými změnami výkonných parametrů, při kterých dochází k rychlým změnám teploty povrchu rotoru a tím ke zvýšení namáhání jednotlivých jeho částí. Při použití konstrukcí s disky vzájemně spojenými pomocí šroubového spoje dochází k nestejnému a nerovnoměrnému přenosu tepla v místě vzájemného styku jednotlivých disků. Tím vzniká nebezpečí nesymetrických deformací celého rotoru za provozu.The disadvantage of the above mentioned designs of axial turbocharger rotors is that they are not suitable for workplaces where frequent start-up and shutdown of the machine must be taken into account, as well as frequent and rapid changes of performance parameters, which cause rapid changes of rotor surface temperature of its parts. When using constructions with discs interconnected by means of a screw connection, there is an uneven and uneven heat transfer at the point of mutual contact of individual discs. This creates the risk of asymmetric deformations of the entire rotor during operation.

Celosvařovaná konstrukce rotoru má mimo jiné dvě hlavní nevýhody. Vysoké náklady na výrobní zařízení a vysokou náročnost na přesnost technologie, která roste s počtem svařovaných dílů a délkou rotoru. Svařování tak vysoce exponovaného celku je nutno provádět za zvýšené teploty celého rotoru umístěného přitom na speciální komoře, jejíž cena roste téměř s třetí mocninou rozměru rotoru.The welded rotor design has two main disadvantages. The high cost of production equipment and high precision technology, which increases with the number of parts to be welded and the length of the rotor. Welding of such a highly exposed unit must be carried out at an elevated temperature of the entire rotor placed on a special chamber, the price of which increases with almost the square of the rotor size.

Pro uvedené provozní podmínky lze s výhodou použít konstrukce rotoru axiálního turbokompresoru diskového provedení podle vynálezu. Podstatou řešení je, že zadní čelo rotoru na výtlačné straně je s přilehlou skořepinou posledního disku spojeno obvodovým centrickým svarem na vnějším průměru, který je menší, než vnitřní průměr svařené skořepiny posledního disku s protilehlou skořepinou předposledního disku. Přední čelo rotoru na sací straně je k prvnímu disku připojeno pomocí šroubového spoje a kruhového ozubu, který je uložen do vnějšího kruhového vybrání předního čela rotoru, soustředného s osou rotace.For the said operating conditions, the rotor design of the axial turbo compressor of the disc embodiment according to the invention can advantageously be used. The essence of the solution is that the rear face of the rotor on the discharge side is connected to the adjacent shell of the last disk by a circumferential centric weld at an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the welded shell of the last disk with the opposite shell of the penultimate disk. The front face of the rotor on the suction side is connected to the first disk by means of a screw connection and a circular tooth which is received in an outer circular recess of the front face of the rotor, concentric to the axis of rotation.

Výhodné provedení spočívá v tom, že vnější povrch všech skořepin a také vnější povrch nákružku prvního disku má tvar válcové plochy soustředné s osou rotace.A preferred embodiment is that the outer surface of all the shells as well as the outer surface of the collar of the first disc has the shape of a cylindrical surface concentric to the axis of rotation.

Další výhodou je, že dno předního čela rotoru i vnější dno přilehlého prvního disku je tvořeno plochou kolmou na osu rotace.A further advantage is that the bottom of the front face of the rotor and the outer bottom of the adjacent first disc are formed by a flat perpendicular to the axis of rotation.

Výhodou provedení rotoru axiálního turbokompresoru podle vynálezu je, že umožňuje maximálně bezporuchový provoz i v nejnáročnějších podmínkách. Spojení čela na výtlaku s posledním diskem pomocí obvodového svaru, který je situován navíc na menší průměr, kde napětí vznikající v důsledku mechanického namáhání má nižší úroveň, zajištuje bezpečný kovový spoj, ale i osově symetrický ohřev, případně ochlazování všech sousedících částí rotoru a tím i osově souměrný průběh všech deformací za provozu i při prudkých změnách teploty komprimované vzdušiny. Uchycení předního čela pomocí šroubového spoje je výhodné především z technologických důvodů a je umožněno skutečností, že není nutno brát ohled na zajištění osově symetrického přestupu tepla z prvního disku do předního čela rotoru. Provedení vnitřního tvaru dna předního čela z vnějšího dna přilehlého prvního disku umožňuje jeho přesnější uchycení jak ve smyslu geometrie rotoru, tak i s ohledem na celkové vyvážení, které je zvlášt důležité u předního čela, které má poměrně rozměrný ložiskový čep. Válcové plochy na všech discích umožňují přesnější nastavení všech disků a čel.An advantage of the embodiment of the rotor of the axial turbo compressor according to the invention is that it enables maximum trouble-free operation even in the most demanding conditions. The connection of the discharge face with the last disc by means of a peripheral weld, which is situated in addition to a smaller diameter, where the stress due to mechanical stress is lower, provides a secure metal connection, but also axially symmetrical heating or cooling of all adjacent rotor parts. axially symmetrical course of all deformations during operation even during sudden changes of temperature of compressed air mass. Fixing the front face with a screw connection is advantageous mainly for technological reasons and is made possible by the fact that it is not necessary to take into account the provision of axially symmetrical heat transfer from the first disk to the front face of the rotor. The design of the inner face of the front face from the outer bottom of the adjacent first disc allows for a more accurate grip both in terms of rotor geometry and with respect to overall balance, which is particularly important for a front face having a relatively large bearing journal. The cylindrical surfaces on all discs allow more precise adjustment of all discs and fronts.

Na připojeném výkresu je schematicky znázorněn příklad provedení rotoru axiálního turbo3 kompresoru podle vynálezu. Je zobrazen podélný řez čtyřstupňovým diskovým rotorem.The attached drawing shows schematically an exemplary embodiment of an axial turbo compressor rotor according to the invention. A longitudinal section of a four-stage disc rotor is shown.

Každý disk 2» 2, 3, 2 nese na svém obvodu jednu řadu oběžných lopatek 5, které jsou uchyceny svými patkami na věncích 61, 62 , 63 , 64 disku 2» 2, 3_, 4_. Věnce 61, 62 , 63, 64 jsou neseny kotouči 21» 21» 22» 21» které jsou směrem ke středu oboustranně diskovitě rozšířeny s výjimkou kotouče 71 prvého disku 2» který má na sací straně vytvořeno vnější dno 2» které je v celé své ploše v rovině kolmé k ose 2 rotace. Věnec 61 přechází v tenkostěnnou válcovou skořepinu 101 prvního disku 2» která je obvodovým centrickým svarem 13 spojena na vnitřním průměru se sousedící skořepinou 102 druhého disku 2· Na vnitřním průměru d^ je dalším obvodovým centrickým svarem 13 propojena protilehlá skořepina 103 druhého disku 2 se sousedící skořepinou 104 předposledního disku 2· Stejně tak je na vnitřním průměru d^ svařena protilehlá skořepina 105 předposledního disku 2 ^s vnitřní skořepinou 106 posledního disku 4. Zadní čelo 22 rotoru se zadním ložiskovým čepem 12 na výtlačné straně je s přilehlou skořepinou 107 posledního disku 2 spojeno také obvodovým centrickým svarem 13 na vnějším průměru , který je menší než vnitřní průměr d^ skořepin 105, 106 předposledního disku 2 ^a posledního disku 2· Přední čelo 14 s předním ložiskovým čepem 15 rotoru na sací straně je k prvnímu disku 2 připojeno pomocí šroubového spoje 16 a ozuby 22» který zapadá do vnějšího kruhového vybrání 18 předního čela 22» soustředného s osou 2 rotace. Dno 19 rotace předního čela 14 je v celé své ploše tvořeno rovinou kolmou k ose 2 rotace. Vnější povrch 20 všech skořepin 101, 102, 103,Each disk 2, 2, 3, 2 carries on its circumference one row of impeller blades 5, which are fixed by their feet on the rims 61, 62, 63, 64 of the disk 2, 2, 3, 4. The rims 61, 62, 63, 64 are supported by discs 21, 21, 22, 21, which are disc-wound on both sides with the exception of disc 71 of the first disc 2, which has an outer bottom 2 »on its suction side. a plane perpendicular to the axis of rotation 2. The rim 61 turns into a thin-walled cylindrical shell 101 of the first disc 2, which is connected to the inner diameter by a circumferential centric weld 13 with the adjacent shell 102 of the second disc 2. Similarly, the opposite shell 105 of the penultimate disk 2 is welded to the inner diameter d ^ ^{with the} inner shell 106 of the last disc 4. The rear face 22 of the rotor with the rear bearing pin 12 on the discharge side is connected to the adjacent shell 107 of the last disc 2. also circumferential centric weld 13 at the outer diameter which is smaller than the inner diameter d ^ shells 105, 106 of the penultimate disc 2 ^and the last disc 2 · the front face 14 of the front bearing journal 15 of the rotor on the inlet side to the first disk 2 is connected by a screw connection 16 and cogs 22 'which fit into the outer circular recess 18 of the front face 22' concentric with the axis of rotation 2. The rotation face 19 of the front face 14 is in its entire area formed by a plane perpendicular to the axis of rotation 2. Outer surface 20 of all shells 101, 102, 103,

104, 105, 106, 107 a také vnější povrch nákružku 21 prvního disku 2 má tvar·válcové plochy soustředěné s osou 2 rotace.104, 105, 106, 107 and also the outer surface of the collar 21 of the first disc 2 has the shape of a cylindrical surface centered with the axis of rotation 2.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An inlet stage axial turbocompressor rotor of a disk embodiment, wherein each disk carries a plurality of circumferential blades mounted on a ring on its circumference and passes axially into thin-walled shells which are connected by circumferential centric welds, the first and last disks being fixed on the outer sides. connected to end faces provided with bearing pins, characterized in that the rear face (11) of the discharge side rotor (11) is connected to the adjacent shell (107) of the last disc (4) by a circumferential centric weld (13) which is smaller than the inner diameter (d ₃ ) of the welded inner shell (106) of the last disc (4) with the opposite shell (105) of the penultimate disc (3) and further that the front face (14) of the intake side rotor (14) is toward the first disc (4). 1) connected by means of a screw connection (16) from a circular tooth (-17), which is inserted into the outer circular recess (18) of the front his face (14) concentric with the rotor axis of rotation (9). *

Rotor according to claim 1, characterized in that the outer surface (20) of all the shells (10) as well as the outer surface of the collar (21) of the first disc (1) has the shape of a cylindrical surface concentric to the axis of rotation (9).

Rotor according to Claim 1 or 2, characterized in that the bottom (19) of the front face (14) of the rotor and the outer bottom (8) of the adjacent first disk (1) are formed by a plane perpendicular to the axis of rotation (9).