用于熱力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于熱力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子被配置在內(nèi)部用于傳導(dǎo)介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]從全面可用現(xiàn)有技術(shù)中已知用于熱力渦輪機(jī)諸如軸流壓縮機(jī)和燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子具有不同的設(shè)計(jì)。例如，焊接的轉(zhuǎn)子已知用于燃?xì)鉁u輪機(jī)，在該情況下，不同寬度的焊接轉(zhuǎn)子鼓彼此焊接以形成單片轉(zhuǎn)子。其次，已知的是堆疊多個(gè)盤(pán)形元件(也稱(chēng)為轉(zhuǎn)子盤(pán))并在一個(gè)或多個(gè)系桿的幫助下支撐它們，以形成固定結(jié)構(gòu)。甚至所述設(shè)計(jì)的組合也是已知的。轉(zhuǎn)子葉片被安裝在所有轉(zhuǎn)子的外側(cè)上，在燃?xì)鉁u輪機(jī)的情況下，該轉(zhuǎn)子葉片可被分配給例如壓縮機(jī)或渦輪機(jī)單元。不管何種設(shè)計(jì)，介質(zhì)可以經(jīng)由被設(shè)置在轉(zhuǎn)子外殼中的孔被引入轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，以從供給位置將所述介質(zhì)傳導(dǎo)到第二軸向位置，在所述第二軸向位置該介質(zhì)被從轉(zhuǎn)子再次移除。這種方法特別是在燃?xì)鉁u輪機(jī)中被使用，以從轉(zhuǎn)子側(cè)燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)主流動(dòng)路徑中移除冷卻空氣，并將其傳導(dǎo)到渦輪機(jī)單元，從那里被再次引導(dǎo)出轉(zhuǎn)子內(nèi)部，它可以用于冷卻空氣的目的和/或密封空氣的目的。
[0003]為了使得燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的空氣的空氣動(dòng)力學(xué)高效移除和在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的空氣的高效傳導(dǎo)成為可能，不同結(jié)構(gòu)是已知的。
[0004]例如，DE19617539A1公開(kāi)了傳導(dǎo)空氣到轉(zhuǎn)子中心，其考慮到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)由徑向延伸的肋條旋流流動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)子腔。傳導(dǎo)使得從孔離開(kāi)的空氣的圓周速度隨著半徑變小而降低，從而防止不允許的大渦流的形成。出于這個(gè)原因，肋條在英語(yǔ)中被稱(chēng)為“去旋流器(deswielers) ”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種替代解決方案，其中首先，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的壓力和流動(dòng)損失進(jìn)一步被降低，并且其次其是可以簡(jiǎn)單并因此經(jīng)濟(jì)地被制造的解決方案。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的特征的轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)的。有利的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中被指定，其特征可以根據(jù)反向引用彼此結(jié)合。
[0007]本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在現(xiàn)有技術(shù)中流動(dòng)損失可以發(fā)生在徑向肋條的區(qū)域，因?yàn)樗隼邨l傾向于在圓周方向上彼此間隔比較寬，并且因此在該點(diǎn)對(duì)于從渦輪機(jī)移除的介質(zhì)存在大流動(dòng)橫截面。這是更真實(shí)的，因?yàn)橐阎邨l之間的流動(dòng)通道也具有比較大的軸向延伸。為了消除所述缺點(diǎn)，提出也軸向地劃定肋條之間的流動(dòng)通道的流動(dòng)橫截面。軸向劃定優(yōu)選被配置成至少通過(guò)沿著肋條的徑向范圍的大部分。
[0008]出于這個(gè)原因，單獨(dú)制造的葉輪被設(shè)置在相互毗鄰的轉(zhuǎn)子盤(pán)的輪轂區(qū)域之間，其中兩個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)中的一個(gè)具有孔，用于引入介質(zhì)進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，葉輪用第一側(cè)抵靠第二轉(zhuǎn)子盤(pán)的輪轂區(qū)域，并且與第一側(cè)相對(duì)設(shè)置的所述葉輪的第二側(cè)具有多個(gè)從外部延伸到內(nèi)部的肋條。
[0009]與已知解決方案相反，因此它以本發(fā)明的方式被首先提出，即肋條不是兩個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)中的一個(gè)的單件部分，而是葉輪的一部分，作為肋條載體，其包括肋條被緊固其上的板狀環(huán)。
[0010]因此，上述改進(jìn)方案可以基本上比轉(zhuǎn)子盤(pán)更簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)地制造，其中肋條是轉(zhuǎn)子盤(pán)的一個(gè)整體組成部分。此外，葉輪可以由不同于轉(zhuǎn)子盤(pán)本身的材料來(lái)制造，因?yàn)檫吔鐥l件，例如最大使用溫度，可以不同。因此，轉(zhuǎn)子盤(pán)的肋條的相對(duì)復(fù)雜的幾何形狀從后者分離，因?yàn)榘l(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，肋條也可以被設(shè)置在單獨(dú)的組件，即葉輪上。葉輪可由實(shí)心環(huán)機(jī)械地制造。作為替代方案，葉輪也可以由單個(gè)部件(環(huán)和多個(gè)肋條)通過(guò)焊接方式接合。在肋條的復(fù)雜幾何形狀的情況下，用于制造葉輪的鑄造方法也是適用的。
[0011]應(yīng)當(dāng)注意的是，術(shù)語(yǔ)“軸向”和“徑向”以及“外側(cè)”和“內(nèi)側(cè)”總是相對(duì)于轉(zhuǎn)子盤(pán)或轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線。此外，轉(zhuǎn)子內(nèi)部應(yīng)被理解為在轉(zhuǎn)子內(nèi)部由轉(zhuǎn)子盤(pán)劃定的腔。換句話說(shuō)，第一轉(zhuǎn)子盤(pán)的孔不是轉(zhuǎn)子內(nèi)部的一部分。
[0012]根據(jù)葉輪的第一有利發(fā)展，肋條載體的外緣位于比肋條的外端更大半徑處，其結(jié)果是，在安裝狀態(tài)下，當(dāng)葉輪被安裝在相關(guān)轉(zhuǎn)子盤(pán)的輪轂區(qū)域之間時(shí)，考慮到被徑向進(jìn)一步引導(dǎo)到外側(cè)的肋條載體，從孔離開(kāi)的介質(zhì)可以以改進(jìn)的方式向內(nèi)被傳導(dǎo)。因此，可避免在流動(dòng)通道的流入?yún)^(qū)域內(nèi)的渦流，其將降低介質(zhì)傳導(dǎo)過(guò)程中的壓力損失。
[0013]在本發(fā)明的另一個(gè)有利改進(jìn)中，每個(gè)肋條具有面向第一轉(zhuǎn)子盤(pán)的邊緣，并且在輪轂區(qū)域內(nèi)其徑向輪廓對(duì)應(yīng)于第一轉(zhuǎn)子盤(pán)的徑向輪廓。其結(jié)果是，肋條的邊緣和第一轉(zhuǎn)子盤(pán)的輪轂輪廓之間的間隙可以被保持沿著整個(gè)徑向肋條范圍相當(dāng)小，這使得能夠沿著肋條進(jìn)行介質(zhì)的高效傳導(dǎo)，而沒(méi)有穿過(guò)由肋條和輪轂區(qū)域形成的間隙的橫向流動(dòng)發(fā)生。
[0014]根據(jù)進(jìn)一步有利的改進(jìn)，葉輪被固定，防止在圓周方向上相對(duì)于第二轉(zhuǎn)子盤(pán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為此，葉輪可以在肋條載體上具有一個(gè)或多個(gè)孔，在該孔中容置有銷(xiāo)，所述銷(xiāo)接合進(jìn)入相鄰的第二轉(zhuǎn)子盤(pán)內(nèi)的槽中。作為替代方案，該葉輪也可以被擰入第二轉(zhuǎn)子盤(pán)。
[0015]葉輪優(yōu)選收縮配合在第二轉(zhuǎn)子盤(pán)上。為此，葉輪在面對(duì)第二轉(zhuǎn)子盤(pán)的一側(cè)上具有環(huán)形凸圈，該環(huán)形凸圈橫向伸出。雖然所述側(cè)然后不再完全平面到這種程度，它仍然是無(wú)肋條的。以與環(huán)形凸圈對(duì)應(yīng)的方式，第二轉(zhuǎn)子盤(pán)在輪轂區(qū)域內(nèi)具有圓筒狀向外指向的支座，環(huán)形凸圈可收縮配合在該支座上。收縮配合能提供簡(jiǎn)單可靠的緊固。為了避免在第二轉(zhuǎn)子盤(pán)和葉輪之間造成磨損的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，凸輪可被設(shè)置于收縮配合所涉及的兩個(gè)部件中的一個(gè)上，凸輪盡可能以正鎖定的方式接合進(jìn)入凹槽，所述凹槽被設(shè)置在收縮配合的兩個(gè)部件的另一個(gè)上。除了正鎖定凸輪/凹槽配對(duì)，防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)的其他固定裝置也可被使用，諸如固定螺釘。
[0016]其中葉輪是徑向在肋條之間的內(nèi)側(cè)上的第二側(cè)上的中空通道狀結(jié)構(gòu)以便偏轉(zhuǎn)流的研發(fā)方案是特別優(yōu)選的。這減少了當(dāng)介質(zhì)不得不從主要徑向指向流被偏轉(zhuǎn)到主要軸向指向流方向時(shí)，在介質(zhì)中的空氣動(dòng)力學(xué)損失。不言而喻，這也同樣適用于相反的流方向。
[0017]由本發(fā)明整體產(chǎn)生的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:首先，制造的簡(jiǎn)化，即潛在的制造缺陷的減少，可以通過(guò)減少組件的復(fù)雜性的方式被限定。此外，復(fù)雜的幾何形狀不再設(shè)置在相對(duì)較昂貴的部件(轉(zhuǎn)子盤(pán))上，而是被實(shí)現(xiàn)在單獨(dú)制造的組件(葉輪)上。此外，復(fù)雜幾何形狀的分離導(dǎo)致該轉(zhuǎn)子盤(pán)的成本降低，通過(guò)轉(zhuǎn)子盤(pán)介質(zhì)從主流動(dòng)路徑的移除被實(shí)現(xiàn)。另一方面，第二轉(zhuǎn)子盤(pán)可以具有經(jīng)典的配置，因?yàn)槿~輪承擔(dān)在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部改進(jìn)的流傳導(dǎo)的功能。作為結(jié)構(gòu)分離的結(jié)果，不同的材料可以被使用和結(jié)合。
[0018]因此，本發(fā)明總體涉及一種用于熱力渦輪機(jī)，特別是燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子被構(gòu)造成在其內(nèi)部傳導(dǎo)介質(zhì)，例如壓縮機(jī)空氣。為了以低流損失地在內(nèi)部傳導(dǎo)所述介質(zhì)，并為了同時(shí)限定可以相對(duì)簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)地制造的轉(zhuǎn)子，單獨(dú)制造的葉輪被提供，其被設(shè)置在相互毗鄰的兩個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)的輪轂區(qū)域之間，其平面的第一側(cè)抵靠第二轉(zhuǎn)子盤(pán)的輪轂區(qū)域，并且與第一側(cè)相對(duì)設(shè)置的其第二側(cè)具有若干從外部朝向內(nèi)部延伸的肋條。
[0019]本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)和特征將使用單一的示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1示出了通過(guò)渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的縱剖面，
[0021]圖2示出了通過(guò)根據(jù)渦輪機(jī)的本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的縱剖面的細(xì)節(jié)，其具有被設(shè)置在兩個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)之間的葉輪，
[0022]圖3以透視圖中示出葉輪，
[0023]圖4以剖面示出了葉輪在第二轉(zhuǎn)子盤(pán)上的收縮配合，
[0024]圖5以剖面透視圖示出了第二轉(zhuǎn)子盤(pán)的輪轂區(qū)域中的細(xì)節(jié)，
[0025]圖6以透視圖示出了葉輪的后側(cè)。
[0026]在所有附圖中，相同的特征設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示出了熱力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子10的主要示意性構(gòu)造，在組裝狀態(tài)下，其被安裝使得它可以繞其旋轉(zhuǎn)軸線13旋轉(zhuǎn)。在示出的該示例性實(shí)施例中，這是固定式燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子10也可以在飛機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)中使用?？紤]在燃?xì)廨啓C(jī)中使用，轉(zhuǎn)子10包括壓縮機(jī)段12和渦輪