轉子組件和改裝方法
【專利摘要】本發明涉及轉子組件和改裝方法。描述一種用具有超過轉子的標稱直徑的增大的直徑的聯接件聯接設計成承載用于對公共電網產生電功率的渦輪的旋轉部件的轉子的至少兩個區段的方法和經修改的轉子，方法具有以下步驟：當聯接時，從專有地位于區段的內部內的體積移除質量，使得聯接件的側向臨界速度移離轉子的正常運行速度。
【專利說明】轉子組件和改裝方法
【技術領域】
[0001]本發明大體涉及轉子組件，以及改裝特別是用于諸如低壓蒸汽渦輪的渦輪的大型轉子的方法。
【背景技術】
[0002]如例如在美國專利N0.6，837，685中描述的那樣，至少一些已知的渦輪轉子組件包括轉子輪，多個葉片聯接到轉子輪上。轉子典型地由若干個大型圓柱形鑄件或經加工的區段組裝而成。焊接、栓接或通過熱收縮工藝連接所述區段。
[0003]轉子在端部或沿著其長度的中間位置處通過軸承得到支承。在包括高壓渦輪、中壓渦輪和低壓渦輪的大型多級蒸汽渦輪的情況下，典型地存在用以在端部處以及在級之間支承轉子的軸承。
[0004]應當注意，用于大型渦輪的轉子可重達155噸或更重，而且盡管有這個相當大的重量，轉子必須典型地以電網頻率(即，50 Hz或60 Hz)的全頻率或半頻率旋轉。考慮到高旋轉速度，轉子質量不均衡會使轉子彎曲或變形。隨著旋轉速度增大，這樣振動的幅度常常超過被稱為臨界速度的最大值。在當代渦輪被制造成具有高公差的情況下，這種位置不當的運動可導致渦輪損傷和故障。
[0005]因此本發明的目標是提供一種轉子聯接件和用以聯接轉子區段的方法，例如作為對轉子進行修理或改造的一部分。本發明的特別目標是提供這樣的轉子聯接件和方法，它們能夠降低臨界速度引起的失效風險。
【發明內容】
[0006]根據本發明的一方面，提供一種轉子，用以承載用于對公共電網產生電功率的渦輪的旋轉部件，轉子包括用具有超過轉子的標稱直徑(nominal diameter)的增大的直徑的聯接件聯接的至少兩個區段，其中，轉子區段中的至少一個包括在至少一個轉子區段的端部處且在聯接件附近的一個或多個腔體，使得當轉子區段聯接時，一個或多個腔體的邊界全部都是內表面。
[0007]在優選變型中，在至少一個轉子區段的端部處且在聯接件附近的一個或多個腔體從轉子的壁延伸到超過轉子的標稱直徑的聯接件的一部分中，或者被置于從轉子的壁延伸到超過轉子的標稱直徑的聯接件的一部分中的體積中。
[0008]在優選變型中，轉子區段中的至少一個承載低壓蒸汽渦輪的旋轉部件，諸如旋轉葉片或翼型件和它們的相應的平臺。
[0009]根據本發明的另一方面，提供一種用具有超過轉子的標稱直徑的增大的直徑的聯接件來聯接用于承載用于對公共電網產生電功率的渦輪的旋轉部件的轉子的至少兩個區段的方法，該方法包括以下步驟:當聯接時，從專有地位于區段的內部內的體積移除質量。
[0010]在方法的優選變型中，移除質量，以提高聯接的轉子區段的臨界側向(lateral)速度，使得與聯接的具有平坦端部的轉子區段相比，運行速度和臨界側向速度之間的差擴大。
[0011]根據下面列出的以下詳細描述和圖，本發明的上述方面和另外的方面將是顯而易見的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]現在將參照附圖來描述本發明的示例性實施例，其中:
圖1顯示在根據已知方法修改之后的兩個轉子區段之間的聯接件；
圖2顯示兩個轉子區段之間的聯接件，其示出本發明的示例；
圖3顯示兩個轉子區段之間的聯接件，其示出本發明的示例；以及 圖4顯示轉子振動的激勵頻譜的兩個標圖，其示出根據本發明的示例的修改的作用。
[0013]部件列表:
I1、12轉子區段
II1、112聯接件 13表面
14腔體 15聯接材料。
【具體實施方式】
[0014]在以下描述中更詳細地描述本發明的示例的方面和細節。參照附圖來描述本發明的示例性實施例，其中，相同標號用來表示相同元件。在以下描述中，為了說明，闡述了許多具體細節，以提供對本發明的全面理解。但是，可在沒有這些具體細節的情況下實踐本發明，而且本發明不限于本文公開的示例性實施例。
[0015]圖1顯示示意圖由聯接件111、112聯結的兩個轉子區段11、12。轉子區段可為例如用于低壓蒸汽渦輪的轉子的兩個區段。這樣的轉子區段典型地是實心的，或者具有帶有厚壁的圓柱形。在聯接區域111、112處，轉子的壁厚以及因此半徑超過轉子的標稱外半徑，以對螺栓或螺釘提供開口。標稱半徑可被看作通過將聯接區段之前的轉子的半徑線性地外推到轉子區段的端部而獲得的轉子在聯接區段中的半徑。
[0016]當提供轉子時，可優化轉子，以便以最低可能重量、最低材料使用量來提供完整性，或者確保構件的互換能力，以便最大程度地減少備件數量。但是，在改造中，原始轉子可由改進的轉子代替，從而有一些有限的自由度來改變轉子的整體尺寸。
[0017]在圖1中，假設可移除由虛線勾畫的原始聯接件111、112中的聯接材料15，以產生由實線勾畫的較小的聯接件llla、112a。通常，這種質量減小足以使聯接模式或懸垂模式的側向臨界速度足夠地移離正常運行速度。
[0018]原則上，提高質量，以使懸垂模式的側向臨界速度移動得足夠低于正常運行速度也是可行的。但是，這個變型將更昂貴，而且可能需要對聯接罩和/或渦輪殼進行昂貴且耗時的修改。也可預期對不平衡具有較高的敏感度；而且可使聯接模式的扭轉自然頻率移動得接近電網頻率，或者是電網頻率的兩倍。
[0019]但是聯接件尺寸減小可導致聯接件有無法接受的機械強度損失。在這種情況下，或者在例如轉子外部尺寸是固定的其它情況下，從聯接件移除聯接材料15是不可行的。[0020]考慮到這些問題，圖2顯示使聯接模式或懸垂模式的側向臨界速度足夠地移離正常運行速度的備選方式。
[0021]在圖2中，顯示了聯接件，原始轉子區段在左邊而經更改的區段在右邊，從而示出按照本發明的示例的更改方案。這個示例的聯接件111、112收縮到實際轉子上。原始轉子區段12具有面向另一個區段的基本平坦表面13。表面可具有加工到其中的非常淺的凹口(未顯示)，以限制與另一個區段的接觸面積。當根據本發明的示例來進行修改時，通過移除轉子區段12的壁的一部分來將腔體14加工到之前平坦的表面13中。在顯示的示例中，其沿徑向進一步延伸到在轉子的標稱半徑之外的聯接區域或體積中。再一次，標稱半徑被定義為通過將聯接區段之前的轉子的半徑線性地外推到轉子區段的端部而獲得的轉子在聯接區域中的半徑。
[0022]應當注意，當聯接了區段時，腔體14完全密閉在轉子的內部內。因而，腔體的壁不會暴露于沿著轉子的外部的空氣流。腔體對稱地旋轉，以有利地使轉子平衡。
[0023]在圖3中顯示另一個示例。轉子具有在轉子區段11、12的兩個端部處的鍛造實心聯接件111、112。將腔體14加工到轉子的壁和聯接件的一部分中。另外，從聯接件的外部移除一圈聯接材料15。
[0024]使用FE分析來計算顯示的腔體的確切尺寸，以確保組裝好的轉子的機械完整性不會受到嚴重削弱。考慮到參數，認為移除盡可能多的材料是有益的，從而在聯接模式或懸垂模式的側向臨界速度和正常運行速度之間實現較大的差異。
[0025]圖4的標圖顯示在聯接件處產生腔體之前(上標圖)和之后(下標圖)的轉子的振動頻譜轉移。上標圖和下標圖之間的頻譜是基本相同的，但略微向右邊偏移。腔體使臨界側向速度移離轉子的運行速度。較精確的度量顯示臨界側向速度從1840 rpm轉移到1870 rpm，在1800 rpm (正常運行速度)下對應的振動幅度減小為20 Mm，峰值到峰值(從45 Mm到35 Mm,零至峰值)。
[0026]在上面僅以示例的方式描述本發明，而且可在本發明的范圍內作出修改，特別是關于腔體14的期望幾何結構或腔體14的布置。本發明還可包括在本文中描述或暗示的或者在圖中顯示或暗示的任何單獨的特征，或任何這樣的特征的任何組合或任何這樣的特征或組合的任何泛化，這延及其等效物。本發明的寬度和范圍不應由任何上面描述的示例性實施例限制。
[0027]說明書(包括圖)中公開的各個特征可由用于同一目的、等效目的或類似目的的備選特征代替，除非另有明確的聲明。
[0028]除非本文另有明確的聲明，在說明書中對現有技術的任何論述都不意于承認這種現有技術是廣為人知的，或者形成本領域的一般普通知識。
【權利要求】
1.一種用于使轉子的臨界振動模式進一步移離所述轉子的正常運行速度的方法包括以下步驟: 對所述轉子提供聯接件，所述聯接件聯接兩個轉子區段的接觸面；以及 當聯接時，從專有地位于所述轉子區段(11，12)的內部內的體積移除質量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述移除質量的步驟包括從所述聯接件的接觸面移除質量，從而在至少一個轉子區段的聯接端處產生腔體。
3.一種轉子，用于承載用于對公共電網產生電功率的渦輪的旋轉部件，所述轉子包括用直徑超過所述轉子區段(11，12)的標稱直徑的聯接件(111，112)聯接的至少兩個轉子區段(11，12)，其中，所述轉子區段中的至少一個包括在所述至少一個轉子區段(11，12)的端部處且在所述聯接件(111，112)附近的一個或多個腔體，使得當所述轉子區段(111，112)聯接時，所述一個或多個腔體(14)的邊界全部都是內表面。
4.根據權利要求3所述的轉子，其特征在于，在至少一個轉子區段(11，12)的端部處且在所述聯接件(111，112)附近的所述一個或多個腔體(14)從所述轉子的壁延伸到超過所述轉子區段(11，12)的標稱直徑的所述聯接件(111，112)的一部分中，或者被置于從所述轉子區段(11，12)的壁延伸到超過所述轉子區段(11，12)的標稱直徑的所述聯接件(111，112)的一部分中的體積中。
5.根據權利要求3所述的轉子，其特征在于，所述轉子區段(11，12)中的所述至少一個承載低壓蒸汽渦輪的旋轉部件，諸如旋轉葉片或翼型件和它們的相應的平臺。
【文檔編號】F01D5/10GK103670527SQ201310423432
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月17日 優先權日:2012年9月17日
【發明者】N.澤勒諾維, C.肯蒂斯, T.G.舒羅克 申請人:阿爾斯通技術有限公司