CN101131092A - 制作用于蒸汽涡轮机的转子的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

提供用于涡轮机(100)的转子(200)。该转子包括多个大致圆柱形的盘(220)，每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔(230)的大致圆柱形的主体，这些盘的至少两个联接在一起，使得孔一般地轴向地延伸通过所述的转子。

Description

制作用于蒸汽涡轮机的转子的方法及装置
技术领域
本发明一般地涉及蒸汽涡轮机且，更特定地，涉及制作用于蒸汽涡轮机的转子的方法和系统。
背景技术
至少一些已知的转子制作成包括转子端、轴承区、填塞区、和蒸汽路径段的单个锻造件。一般地，这种转子的重量导致转子在运行期间通过第一临界速度。特别地，第一临界速度等于转子的硬度与转子重量的商的平方根。更特别地，第一临界速度可以数学地表示为：
Figure A20071014684900041
其中k代表转子的硬度且w代表转子的重量。因此，转子的重量的增加导致更低的临界速度。在临界速度，由于转子以一般地等于转子的自然频率的频率旋转，转子的振动可能变得不稳定。为了避免对转子和/或者发动机的损坏，转子必须运行在低于第一临界速度的速度，或者转子必须很快地加速到比第一临界速度更快的运行速度。
其他已知的转子设计成具有更轻的重量，使得第一临界速度增加。这种转子的至少一些包括大致同心地延伸通过转子轴的孔。然而，为了满足结构要求，这种已知的转子一般地制作成有在外部孔直径和外部转子直径之间测量的大的壁厚度。因此，这种转子的坚固性一般地没有降低至足够使转子能够在低于第一临界速度的速度运行。
发明内容
一方面，提供制作涡轮机转子的方法。该方法包括制作多个大致圆柱形的盘。制作每个盘包括制作大致圆柱形的主体且大致同心地延伸孔通过主体。该方法也包括将多个盘的至少两个联接在一起，以形成具有轴向地延伸通过其的孔的转子。
另一方面，提供用于涡轮机的转子。该转子包括多个大致圆柱形的盘。每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔的大致圆柱形的主体。该转子也包括联接在一起的盘的至少两个，使得孔一般地轴向地延伸通过该转子。
在进一步的方面，提供涡轮发动机。该涡轮发动机包括涡轮机和轴向地延伸通过涡轮机的转子。该转子包括多个大致圆柱形的盘。每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔的大致圆柱形的主体。该转子也包括联接在一起的盘的至少两个，使得孔一般地轴向地延伸通过该转子。
附图说明
图1为示范性的相对流动蒸汽涡轮发动机的截面示意图；
图2为可以与图1显示的蒸汽涡轮机使用的示范性的转子的示意图；
图3为图2显示的转子的部分的前透视图；和
图4为图3显示的转子的该部分的后透视图。
具体实施方式
图1为示范性的相对流动蒸汽涡轮发动机100的截面示意性的图示，该相对流动蒸汽涡轮发动机100包括高压(HP)段102和中压(IP)段104。HP壳或者壳体106轴向地分别分为上半段和下半段108和110。同样地，IP壳112轴向地分别分为上半段和下半段114和116。在这种示范性的实施例中，壳106和112为内部壳体。可替换地，壳106和112为外部壳体。定位在HP段102和IP段104之间的中间段118包括高压蒸汽进口120和中压蒸汽进口122。在壳体106和112内，HP段102和IP段104分别地布置在由轴颈轴承126和128支撑的单个轴承跨距内。蒸汽密封装置130和132分别位于每个轴颈轴承126和128内。在这个示范性的实施例中，壳106和112为外部壳体。可替换地，壳106和112为内部壳体。
环形段分隔物134从中间段118向在HP段102和IP段104之间延伸的转子轴140径向地向内延伸。更特定地，分隔物134围绕转子轴140的在第一HP段进口喷嘴136和第一IP段进口喷嘴138之间的部分周向延伸。分隔物134被接收到限定在填塞壳体144内的槽142内。更特别地，槽142为径向延伸进入填塞壳体144且围绕填塞壳体144的外部圆周延伸的C-形槽，使得槽142的中心开口径向地朝外。
在运行期间，高压蒸汽进口120从蒸汽源，例如动力锅炉(图1中未显示)，接收高压/高温蒸汽。蒸汽从进口喷嘴136传递通过HP段102，其中通过联接到轴140的多个涡轮机叶片，或者轮叶(图1中未显示)从蒸汽中提取功以旋转转子轴140。每套轮叶包括便于蒸汽传递至关联的轮叶的相应的定子组件(图1中未显示)。蒸汽从HP段102排出且回到锅炉，其中，蒸汽再加热。再加热的蒸汽然后传递至中压蒸汽进口122且通过进口喷嘴138在比蒸汽进入HP段102降低的压力，但是在大约等于蒸汽进入HP段102的温度的温度回到IP段104。通过旋转和静止部件的系统以大致类似于用于HP段102的方式从IP段104内的蒸汽提取功。从而，HP段102内的运行压力高于IP段104内的运行压力，使得HP段102内的蒸汽趋向于通过可以在HP段102和IP段104之间产生的泄漏路径流向IP段104。
在这个示范性的实施例中，蒸汽涡轮机100为相对流动高压和中压蒸汽涡轮机组合。可替换地，蒸汽涡轮机100可以与任何单个的涡轮机包括，但不限于低压涡轮机使用。此外，本发明不限于与相对流动蒸汽涡轮机使用，而可以与包括，但不限于，单流和双流涡轮蒸汽涡轮机的蒸汽涡轮机构造使用。而且，本发明不限于蒸汽涡轮机，而可以与燃气涡轮发动机使用。
图2为可以与蒸汽涡轮机100(图1中显示)使用的示范性的转子200的示意图。特别地，在这个示范性的实施例中，转子200为延伸通过涡轮机IP段104的转子140(图1中显示)的部分。在这个示范性的实施例中，类似的转子部分从转子200延伸通过HP段102。在可替换的实施例中，转子200独立地与单流蒸汽涡轮机使用。在另一可替换的实施例中，转子200与双流蒸汽涡轮机使用。转子200包括联接到第一轴承段204的第一端段202和联接到第二轴承段210的第二端段208。第一填塞段206在第一端段202和第一填塞段206之间延伸。第二填塞段212在第二端段208和第二填塞段212之间延伸。蒸汽路径段214在第一填塞段206和第二填塞段212之间延伸。
在这个示范性的实施例中，第一端段202，第一轴承段204，和第一填塞段206从单块钢合金或者任一其他适合在蒸汽涡轮机中使用的材料锻造。在可替换的实施例中，第一端段202，第一轴承段204，和第一填塞段206单独地锻造且用任一适当的联接方法例如，但不限于，螺栓连接、螺纹联接、焊接、钎焊接、摩擦配合、和/或者收缩配合联接在一起。类似地，在这个示范性的实施例中，第二端段208，第二轴承段210，和第二填塞段212从单块钢合金或者任一其他适合在蒸汽涡轮机中使用的材料锻造。在可替换的实施例中，第二端段208，第二轴承段210，和第二填塞段212单独地锻造且用任一适当的联接方法例如，但不限于，螺栓连接、螺纹联接、焊接、钎焊接、摩擦配合、和/或者收缩配合联接在一起。而且，在这个示范性的实施例中，蒸汽路径段214使用任一适当的联接方法例如，但不限于，螺栓连接、螺纹联接、焊接、钎焊接、摩擦配合、和/或者收缩配合联接到第一填塞段296和第二填塞段212。
蒸汽路径段214包括多个联接在一起的周向的盘220。盘220从钢合金或者任一其他适合在涡轮机中使用的材料单独地锻造。在这个示范性的实施例中，图示了12个盘220。然而，在可替换的实施例中，蒸汽路径段214包括任何合适数量的盘220。特别地，在这个示范性的实施例中，每个盘220代表蒸汽路径段214的级。在可替换的实施例中，蒸汽路径段214的每个级包括一组盘220。在这样的实施例中，盘220的每个组包括任一适当数量的盘220。买个盘220包括上游构件222和下游构件224。特别地，上游构件222包括多个翼片(未显示)且下游构件224在翼片之间提供定子组件延伸通过的空间。
在这个示范性的实施例中，每个盘220的下游构件224靠着相邻的盘220的上游构件222联接。在可替换的实施例中，周向密封件、周向垫圈、和/或者平衡轮的至少一个在构件222和相邻的盘220之间联接。可替换地，平衡轮可以联接到转子200的任何部分。而且，在这个示范性的实施例中，每个后续的盘220具有比定位在紧接上游的盘220更大的圆周。在可替换的实施例中，盘220每个具有大致相同的直径D1。在实施例中，其中盘220在级中组合在一起，在各自的级内的每个盘220具有大约相同的直径D1且盘220的每个后续的级具有比在紧接上游的级内的盘220更大的直径D1。
图3为盘22的前透视图。图4为盘220的后透视图。特别地，图3为下游端224的图，且图4为上游端222的图。盘220为大致周向的且包括大致周向延伸通过其的孔230，使得盘主体232从孔230径向向外地延伸。特别地，主体232从径向内部缘234延伸至径向外部缘236。在这个示范性的实施例中，每个盘主体232构造成联接到相邻的盘主体232，使得孔230延伸通过蒸汽路径段214的整个长度。在这个示范性的实施例中，径向内部缘234的下游端224包括一般轴向从其延伸和围绕主体232大致周向延伸的突出238。更进一步地，在这个示范性的实施例中，径向内部缘234的上游端222包括围绕主体232大致周向延伸的凹口240。在这个示范性的实施例中，突出238定尺寸为被接收到在相邻的盘220中限定的凹口240内，使得每个盘220大致同心地对准。在可替换的实施例中，突出238定尺寸为被接收到周向密封件、周向垫圈、和/或者平衡轮的至少一个中形成的凹口内。
盘主体232也包括多个周向隔开且延伸通过其的孔口242。在这个示范性的实施例中，盘主体232包括18个孔口242。可替换地，盘主体232可以包括任一适当的数量的孔口242。每个相邻的盘220的孔口242大致同心地对准以便于盘220联接在一起。特别地，盘220使用延伸通过每个孔口242的轴向螺栓、双头螺栓、螺杆、或者任一其他适当的联接机构的至少一个联接。可替换地，盘220通过焊接过程、钎焊接过程、或者任一其他适当的保持过程的至少一个联接。
联接在盘上游端222处的多个翼片244从主体232径向向外地延伸。翼片244定向为使得当盘220联接在一起时，在下游端224处在每个相邻的盘220的多个翼片244之间限定间隙。而且，间隙使得定子组件能够延伸通过其。在这个示范性的实施例中，翼片244制作成与主体232成一体。在可替换的实施例中，主体232包括多个每个定尺寸为接收和保持翼片244的燕尾槽。更进一步地，在这个示范性的实施例中，盘220包括联接到每个翼片244且围绕盘220延伸的整体的密封尖端246。在可替换的实施例中，密封尖端246由多个联接在一起的段制作，以形成单体的周向的密封尖端。在另一可替换的实施例中，盘220不包括密封尖端246。
在转子200的制作期间，盘220联接在一起，如上文所述，以提供具有延伸通过其的一般同心的孔230的转子200。在这个示范性的实施例中，孔230延伸通过蒸汽路径段214。在可替换的实施例中，转子200的其他段制作为使得孔230大致延伸通过转子200的整个长度。孔230降低转子200的重量，从而，在涡轮机100的运行期间，第一临界速度增加。因此，涡轮机100在正常的运行条件下可以运行，而不会达到第一临界速度。因此，在涡轮机100内的振动便于降低。而且，孔230便于降低与涡轮机100有关的维持，同时改进涡轮机效率和寿命。
更进一步地，孔230大致地降低与涡轮机转子有关的成本。特别地，盘220的设计降低制造成本和与具有要求转子通过第一临界速度的运行速度的已知转子有关的支撑设备的成本。更进一步地，转子200的设计便于减少转子的重量和尺寸，以致与锻造转子有关的时间和成本降低。而且，转子尺寸和重量的减少增加可用于转子制作的材料卖主的数量。此外，转子200的设计减少转子锻造和轮叶材料的不用的和浪费的数量。
在这个示范性的实施例中，提供制作涡轮机转子的方法。该方法包括制作多个大致圆柱形的盘。制作每个盘包括制作大致圆柱形的主体且大致同心地延伸孔通过主体。该方法也包括将多个盘的至少两个联接在一起，以形成具有轴向地延伸通过其的孔的转子。
如在这里使用的，以单数陈述的和在词“a”或者“an”后面的元件或者步骤应该理解为不排除复数的所述的元件或者步骤，除非这种排除清楚地陈述。更进一步地，参见本发明的“一个实施例”并不意味解释为排除也合并陈述特征的另外的实施例的存在。
虽然在这里描述的装置和方法在制作用于蒸汽涡轮机的转子的背景中描述，需要理解该装置和方法并不限于转子或者蒸汽涡轮机。同样地，图示的转子部件并不限于在这里介绍的具体的实施例，但相反地，转子的部件能够和在这里描述的其他部件独立地且分开地使用。
尽管本发明已经根据不同的具体的实施例描述，本领域的技术人员将认识到本发明能够通过在权利要求书的精神和范围内的改动来实施。
零件列表
相对流动蒸汽涡轮发动机100
高压(HP)段102
中压(IP)段104
HP壳或者壳体106
HP壳上半段108
HP壳下半段110
IP壳112
IP壳上半段114
IP壳下半段116
中间段118
高压蒸汽进口120
中压蒸汽进口122
用于支撑HP段的轴颈轴承126
用于支撑IP段的轴颈轴承128
用于HP轴颈轴承的蒸汽密封装置130
用于IP轴颈轴承的密封装置132
环形段分隔物134
HP段进口喷嘴136
IP段进口喷嘴138
转子轴140
槽142
填塞壳体144
转子200
第一端段202
第一轴承段204
第一填塞段206
第二端段208
第二轴承段210
第二填塞段212
蒸汽路径段214
盘220
盘上游端或者上游构件222
盘下游端或者下游构件224
孔230
盘主体232
径向内部缘234
径向外部缘236
突出238
凹口240
孔口242
翼片244
密封尖端246

Claims (10)

1.一种用于涡轮机(100)的转子(200)，所述转子包括多个大致圆柱形的盘(220)，每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔(230)的大致圆柱形的主体(232)，该盘的至少两个联接在一起，使得孔一般地轴向地延伸通过所述的转子。
2.根据权利要求1所述的转子(200)，其中每个所述的盘(220)进一步地包括槽口以联接所述的多个盘。
3.根据权利要求1所述的转子(200)，其进一步地包括：
围绕每个所述的盘(220)的所述的主体(232)周向限定的多个孔口(242)；和
延伸通过所述的多个孔口以将所述的至少两个盘联接在一起的多个联接设备。
4.根据权利要求3所述的转子(200)，其进一步地包括联接在所述的联接在一起的至少两个相邻的盘(220)之间的周向密封件、周向垫圈、和平衡轮的至少一个。
5.根据权利要求1所述的转子(200)，其中每个所述的盘(220)进一步地包括多个围绕所述的主体(232)周向隔开的翼片(244)，所述翼片的每个从所述的主体径向向外地延伸。
6.根据权利要求5所述的转子(200)，其中所述的多个翼片(244)每个定向为使得在所述的联接在一起的相邻的至少两个盘(220)之间限定间隙。
7.根据权利要求5所述的转子(200)，其进一步地包括多个在所述的主体(232)中形成的燕尾槽，所述的多个翼片(244)的每个联接在所述的多个燕尾槽的一个内。
8.一种涡轮发动机，其包括：
涡轮机(100)；和
轴向地延伸通过所述的涡轮机的转子(200)，所述的转子包括多个大致圆柱形的盘(220)，每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔(230)的大致圆柱形的主体(232)，该盘的至少两个联接在一起，使得该孔一般地轴向地延伸通过所述转子。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其中每个所述的盘(220)进一步地包括槽口以联接所述的多个盘。
10.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其进一步地包括：
围绕每个所述的盘(220)的所述的主体(232)周向限定的多个孔口(242)；和
延伸通过所述的多个孔口以将所述的至少两个盘联接在一起的多个联接设备。
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