用于熱渦輪機的轉子的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于熱渦輪機，特別是燃氣渦輪機的轉子(10)，所述轉子被構造成在該轉子的內部引導介質。為了在內部以小流動損失引導介質，規定了壓縮機的轉子盤(34)具有孔(36)，以便將介質從外部供給到轉子內部。為了改善轉子盤(34)的溫度控制，規定孔(36)與壓縮機中的流動方向相反地引導介質通過轉子盤(34)。本發明還涉及用于轉子的轉子盤(34)。
【專利說明】
用于熱渦輪機的轉子
[0001 ] 本申請是2016年01月15日遞交的第201480040580.5號發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種用于熱渦輪機的轉子，該轉子被配置在內部用于傳導介質。
【背景技術】
[0003]用于熱渦輪機諸如軸流壓縮機和燃氣渦輪機的轉子已知與全面可用現有技術具有不同的設計。例如，焊接的轉子已知用于燃氣渦輪機，在該情況下，不同寬度的焊接轉子鼓彼此焊接以形成整體轉子。其次，已知的是堆疊多個盤形元件(也稱為轉子盤)并在一個或多個系桿的幫助下支撐它們，以形成固定結構。甚至所述設計的組合也是已知的。轉子葉片被安裝在所有轉子的外部上，在燃氣渦輪機的情況下，該轉子葉片可被分配給例如壓縮機或渦輪機單元。不管何種設計，介質可以經由被設置在轉子外殼中的孔被引入轉子的內部，以從供給位置將所述介質引導到第二軸向位置，在所述第二軸向位置該介質被從轉子再次移除。這種方法特別是在燃氣渦輪機中被使用，以從轉子側燃氣渦輪機的壓縮機的主流動路徑中移除冷卻空氣，并將其傳導到渦輪機單元，在該渦輪機單元冷卻空氣再次被引導出轉子內部，它可以用于冷卻空氣的目的和/或密封空氣的目的。
[0004]為了進行從燃氣輪機的壓縮機的空氣的空氣動力學有效移除和在轉子內部的空氣的有效傳導，不同結構是已知的。
【發明內容】
[0005]這里目的首先是引導冷卻空氣離開壓縮機中的流動路徑到達轉子內部。為此，通常移除孔布置在壓縮機的至少一個轉子盤中，該移除孔在最簡單的情況下相對于轉子軸線徑向垂直地延伸穿過轉子盤。作為替代，例如從DE19852604A1已知的實施方式，其中移除孔以相對于徑向方向傾斜的方式布置在轉子盤中，冷卻空氣從布置在轉子盤上的壓縮機葉片的上游的上游側被移除并且在靠近轉子軸線的下游側再次離開在轉子的內部的轉子盤。
[0006]借助來自主流動路徑的冷卻空氣被傳導穿過轉子盤，轉子盤的溫度控制得到改善并且更迅速地實現熱均衡。
[0007]雖然已知的冷卻空氣按指定路線發送穿過轉子盤提供了用于冷卻空氣按指定路線發送并且同時用于轉子盤的溫度控制的合適的解決方案，然而由于燃氣渦輪機的總體性能提高仍需要使冷卻空氣更有效地按指定路線發送。
[0008]本發明的目的是通過根據權利要求4的特征的轉子，和通過根據權利要求1的特征的轉子盤實現的。根據本發明的轉子包括至少一個根據權利要求1的轉子盤。
[0009]有利的改進在從屬權利要求中被指定，其特征可以根據反向引用彼此結合。
[0010]應當注意的是，術語“軸向”和“徑向”以及“外部”和“內部”總是與轉子盤或轉子的旋轉軸線有關。此外，轉子內部應被理解為在轉子內部由轉子盤劃界的腔。
[0011]無論盤稍后是否被彼此焊接或通過一個或多個系桿彼此支撐，由盤組裝的轉子至少包括第一轉子盤，該第一轉子盤具有周向盤幅和，在其徑向外端，用于接收轉子葉片的環區域以及，在環區域和盤幅之間的兩側上，用于抵靠相鄰盤支承的軸向加寬軸環(collar)。在其相對于旋轉軸線的徑向內端，盤幅包括具有中央開口的轂區域，該中央開口相對于旋轉軸線同心。此外，轉子盤具有孔，以便將介質從外部傳遞到轉子內部。。
[0012]根據本發明，延伸穿過盤幅的孔以這樣的方式傾斜，即在環區域中，孔在第一轉子盤的下游側敞開，關于渦輪機的主流動路徑中的介質的通流方向。因此，用于待被取出的介質的移除位置位于轉子葉片的下游，轉子葉片由相關的轉子盤支撐。換言之，孔以下游方式，關于它們的內端傾斜。
[0013]傾斜孔有助于轉子盤的均勻加熱，其降低了轉子盤中的熱應力。同時，從渦輪機的主流動移除介質在軸向位置發生，其中渦輪機的主流動路徑中的介質的周向速度基本上對應于轉子的周向速度。這有利于介質流入孔，這降低了空氣動力學損失。因此，用于待從主流動中移除的介質的正流入條件被提供。以有利的方式，第一轉子盤具有用于促進介質流動的多個肋，介質可以流過孔。在轉子的內側，孔在轉子的環面中敞開，該環面相對于徑向方向傾斜布置。肋在內側徑向地相對于其緊鄰地結束。
[0014]以有利的方式，根據本發明的用于轉子的第二轉子盤包括循環盤幅，其在相對于旋轉軸線的徑向內端具有帶中心開口的輪轂區域，所述中心開口相對于旋轉軸線同心，并且所述盤幅在其徑向外端，具有軸向加寬環形區域，用于抵靠相鄰盤并用于接收轉子葉片，輪轂區域相對于盤幅的厚度在軸向方向上在兩側被加寬，其結果是向外指向自由終止環狀輔助幅被設置在以這種方式形成的突出長度中的至少一個上，其在盤幅和輔助幅之間形成環形凹部。
[0015]這里，可以在徑向方向上被檢測的肋的范圍，和包括突出長度的輔助幅的范圍以它們大致相同大的方式適應彼此，即肋和輔助幅或突出長度優選終止于在外部和內部上的相同半徑處。
[0016]在第一轉子盤的情況下，肋可沿著徑向方向從內部朝向外部延伸。這導致在從外部流入的介質的特別有效的消渦，從而降低了流動損失。
[0017]進一步優選地，肋中的至少一個肋，優選所有的肋，在其徑向向外指向的端部具有自由終止延伸，其結果是在轉子內側的孔開口和相應肋的徑向外端之間的間隔可以進一步減小。所述間隔的減小導致從孔排出的介質的改進的引導，這進一步降低了流動損失。
[0018]在兩個盤側的環形區域內，兩個轉子盤優選包括橫向突出的具有套環高度的套環，所述套環高度能在旋轉軸線的軸向方向上被檢測，其套環高度比以類似的方式檢測出的相關突出長度或肋的高度稍大。與稍大的套環的幫助下，轉子盤在其徑外部區域比徑向內部區域具有更大的軸向寬度，從而防止當兩轉子盤彼此抵靠時，輔助幅與肋接觸。但是，所述接觸可能導致從而可以避免的機械磨損。轉子盤在環形區域的高度和軸向寬度優選以這樣的方式被選擇，即肋和相對設置的輔助幅的側表面之間的軸向間隔被保持得盡可能小，考慮到操作過程中出現的熱膨脹，所述輔助幅的側表面相對設置。
[0019]本發明總體涉及一種用于熱渦輪機，特別是燃氣渦輪機的轉子，該轉子被構造成在其內部傳導介質，例如壓縮機空氣。為了以低流動損失在內部傳導所述介質，規定提供了一對彼此抵靠的轉子盤并且所述對的兩個轉子盤中的第一個具有孔，以從外部供給介質進入該轉子內部。以有利的方式，第一轉子盤具有肋形肋，以在旋轉軸線的方向上進一步引導介質，并且所述對的第二轉子盤在輔助幅的幫助下以這樣的方式被配置，即如沿圓周方向看，在肋之間形成的流動通道至少在肋的徑向范圍的大部分上被軸向劃界。
[0020]本發明的進一步優點和特征將使用單一的示例性實施例進行說明。
【附圖說明】
[0021 ]圖1示出了通過渦輪機的轉子的縱剖面，以及
[0022]圖2示出了通過渦輪機的根據本發明的轉子的縱剖面的細節，該轉子基本上具有兩個轉子盤。
[0023]在兩圖中，相同的特征設置有相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出了熱渦輪機的轉子10的主要圖解構造，在組裝狀態下，其被安裝成使得它可以繞其旋轉軸線13旋轉。在示出的該示例性實施例中，這是固定式燃氣渦輪機的轉子10。轉子10也可以在飛機燃氣渦輪機中使用。考慮在燃氣渦輪機中使用，轉子10包括壓縮機段12和渦輪機段14。
[0025]管16被設置在兩段12，14之間。壓縮機段12和渦輪機段14都是盤式設計。在所示的示例性實施例中，壓縮機段12包括16個轉子盤18，并且渦輪機段14包括4個轉子盤18。系桿20延伸通過所有的轉子盤18和管16，系桿20的兩端上旋擰有所謂的前中空軸22和所謂的后中空軸24。兩個中空軸22、24將所有轉子盤18和管16彼此支撐，其結果是在圓周方向上的相對運動被盡可能避免。詳細地說，這是通過被設置在接觸面23上的端面齒齒接(Hirthtoothing)系統實現的。但是它們不再進一步詳細示出。
[0026]根據本發明的特征沒有在圖1中示出。在這方面，參考圖2，其示出了來自于圖1中形成盤對25的壓縮機段12的兩個任意轉子盤18的細節，但是是以放大的比例示出的。
[0027]在操作狀態，空氣沿箭頭方向27在轉子10外部在主流動路徑(未進一步詳細示出)內作為介質流動，其中空氣在此過程中被壓縮機壓縮。
[0028]每個轉子盤18均具有盤幅26，其繞旋轉軸線13環形延伸。在其徑向內端，盤幅26具有輪轂區域28，該輪轂區域具有相對于旋轉軸線同心的中心開口 30，并且在其徑向外端，盤幅具有輪緣區域32。輪緣區域用于緊固轉子葉片31(圖1)，并且包括套環33，其被設置在兩側并且在其上相鄰的轉子盤18彼此抵靠。在圖2中間的右手側示出的轉子盤18在下文中被稱為第一轉子盤34。此外，第一轉子盤34具有孔，孔從輪緣區域向內延伸通過盤幅26，并且沿盤幅26的圓周均勻分布。僅有一個孔被示出并標有附圖標記36。孔36以這樣一種方式相對于徑向方向傾斜，即它們從一側到另一側穿透盤幅26。孔36開放，其徑向內端在環面38內，其中環面38相對于轉子盤34的徑向方向傾斜設置。多個肋40被相對于環面38緊密毗鄰地設置在輪轂區域28內。肋40從外端延伸到內端。此外，肋40被沿圓周均勻地分布。肋40可以被焊接到第一轉子盤34的輪轂區域28，或者可以和輪轂區域同時被制造。關于肋40的緊固段，每個肋均具有在肋40的外端的延伸，以保持在環面38的41處的間隔和孔36的開口的間隔盡可能小。就結構力學而言，關鍵是要避免肋40也被固定在周向中空通道50內，但在環面38和輪轂區域28之間結構力學方面同樣是必須的。
[0029]肋40用作從孔36中流出并流入到轉子10內部的空氣的流動引導。第一轉子盤34上設置有肋40的那一側，由第二轉子盤42鄰接。就像每一個常規的轉子盤18—樣，第二轉子盤42也具有輪轂區域28，考慮到兩個突出長度44，其軸向范圍比相關聯的盤幅26的范圍更寬。由于對稱的原因，向外指向自由終止環狀輔助幅46被設置在兩突出長度44上，在盤幅26和輔助幅46之間形成環形凹部48，雖然只有輔助幅46將是必要的，其直接與肋40相對設置。與突出長度44相結合的輔助幅46，在肋40的整個徑向范圍劃界流動通道，自孔36排出的冷卻空氣進入并被傳導遠至系桿20。這避免了在每個流動通道入口的空氣渦流，從而提高了空氣傳導的效率。
[0030]由于轉子盤18的中心開口 30比系桿20的直徑大，在相應的輪轂區域28與系桿20之間形成環形空間，被傳導到系桿20的空氣可以通過該環形空間在軸向方向上沿系桿20從壓縮機段12被傳導至渦輪機段14。
[0031 ]不言而喻，上述盤對25也可以被用來傳導沿著系桿20朝向外部傳導的空氣，如在渦輪機段14的轉子盤18的情況下所必要的。
【主權項】
1.一種用于轉子(10)的轉子盤(34)，用于在壓縮機，特別是燃氣渦輪機中使用，所述轉子盤具有盤幅(26)，所述盤幅繞旋轉軸線(13)轉動，并且具有轂區域(28)，所述轂區域在指向所述旋轉軸線(13)的一側毗鄰所述盤幅(26)，所述轂區域具有中央開口(30)并且具有用于接收轉子葉片(31)的徑向向外指向環區域(32)并且具有軸環(33)，所述軸環在所述盤幅(26)和所述環區域(32)之間在軸向方向上在兩側突出，以及多個孔(36)，所述孔在圓周中分布，朝向內部穿透所述盤幅(26)，相對于徑向方向以傾斜方式從所述軸環(33)和/或環區域(32)開始，其特征在于，所述孔(36)從所述環區域(32)的下游側延伸到所述盤幅(26)的上游側。2.根據權利要求1所述的轉子盤(34)，其特征在于，所述孔(36)通向所述轉子盤(34)的環面(38)，所述環面(38)相對于徑向方向傾斜布置。3.根據權利要求1或2所述的轉子盤(34)，其特征在于，相對于所述環面(38)以徑向向內鄰近方式，所述上游轂區域(28)具有多個肋(40)用于促進能流過所述孔(36)的空氣流。4.一種用于燃氣渦輪機的轉子(10)，其具有根據前述權利要求中的任一項所述的第一轉子盤(34)。5.根據權利要求4所述的轉子(10)，其特征在于，包括第二轉子盤(42)，所述第二轉子盤在上游側毗鄰所述第一轉子盤(34)并且包括周向盤幅(26)和，在指向旋轉軸線(13)的一側上的轂區域(28)，所述轂區域具有中央開口(30)和在其徑向外端處的用于接收轉子葉片(31)的環區域(32)，所述轂區域(28)具有在軸向方向上在兩側的突出長度(44)，至少上游突出長度(44)具有向外指向的自由結束的環形輔助幅(46)，所述環形輔助幅具有環形凹槽(48)的形式。6.根據權利要求5所述的轉子(10)，其特征在于，所述肋(40)和所述輔助幅(46)彼此限定定位。
【文檔編號】F01D5/06GK105864101SQ201610243940
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年6月26日
【發明人】K·科斯塔馬格納, K·科爾克, S·斯托克, V·威茲曼
【申請人】西門子股份公司