專利名稱：具有密封盤的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有密封盤的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
例如燃?xì)廨啓C(jī)的軸流式渦輪機(jī)具有渦輪，在所述渦輪中熱氣膨脹。為了實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的高的熱效率，熱氣的溫度在進(jìn)入到渦輪時(shí)能夠盡可能高地選擇。熱氣的最大可行的溫度水平通過對(duì)渦輪的強(qiáng)度要求來限制，所述強(qiáng)度要求通過渦輪的構(gòu)件的構(gòu)造和材料選擇來限定。構(gòu)件的溫度載荷和機(jī)械應(yīng)力規(guī)定了構(gòu)件的使用壽命，所述使用壽命由于經(jīng)濟(jì)性和安全性的原因需在確定的界限之上。傳統(tǒng)的渦輪轉(zhuǎn)子具有軸和在其上轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱地安裝的圓盤，在所述圓盤的外緣上， 在圓周上并排地固定有多個(gè)動(dòng)葉片。動(dòng)葉片和圓盤有時(shí)是在渦輪中受到最強(qiáng)的應(yīng)力的構(gòu)件，由此首先通過這些構(gòu)件限定燃?xì)廨啓C(jī)的維護(hù)周期。為了延長動(dòng)葉片和圓盤的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間已知的是，動(dòng)葉片和圓盤通過冷卻空氣來冷卻，所述冷卻空氣傳統(tǒng)地從燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)中抽出。特別地，動(dòng)葉片由復(fù)雜的結(jié)構(gòu)制成，所述結(jié)構(gòu)由冷卻通道穿過，冷卻空氣流過所述冷卻通道，以用于冷卻動(dòng)葉片。所述冷卻通道通入動(dòng)葉根內(nèi)，在所述動(dòng)葉根上冷卻通道供應(yīng)有冷卻空氣。傳統(tǒng)地，例如在根據(jù)US 2005/(^65849Α1的實(shí)施形式中，在葉根區(qū)域內(nèi)的圓盤上設(shè)有冷卻空氣入流通道，其構(gòu)成在圓盤和與之相鄰的環(huán)形密封盤之間，所述密封盤徑向在葉根上直接相鄰地設(shè)置。針對(duì)一體的圓盤形的密封盤提出如下設(shè)計(jì)要求，即保持冷卻空氣的泄露盡可能低并且阻止熱氣進(jìn)入到冷卻通道內(nèi)。因此，在密封盤的徑向外部的邊緣上設(shè)有密封環(huán)，其在離心力的作用下達(dá)到緊貼在葉片平臺(tái)的下側(cè)上。代替密封環(huán)，還能夠設(shè)有密封尖端。但是，由于在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)構(gòu)件的不同的熱膨脹以及密封盤和葉根的由此獲得的相對(duì)位置，出現(xiàn)密封尖端的磨損。因此密封尖端的密封作用變差，使得在密封盤上，冷卻空氣能夠流入到渦輪的熱氣區(qū)域內(nèi)。此外，存在如下危險(xiǎn)，從密封尖端上經(jīng)過的熱氣能夠侵入到冷卻通道內(nèi)并且因此動(dòng)葉片的熱載荷增加，由此加大了動(dòng)葉片的過早的失靈的風(fēng)險(xiǎn)。此外，從WO 2007/028703A1中已知一種冷卻空氣輸送通道的端側(cè)密封，其中代替一體的、環(huán)形密封盤，設(shè)有多個(gè)密封盤段，其共同地構(gòu)成密封環(huán)。在離心力的作用下，這些密封盤段緊貼在動(dòng)葉片的平臺(tái)的下側(cè)上。在此不需要借助于密封環(huán)的單獨(dú)的密封。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種具有高的使用壽命的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子具有圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成的轉(zhuǎn)子體； 具有多個(gè)動(dòng)葉片動(dòng)葉片環(huán)，所述動(dòng)葉片分別借助其葉根固定在轉(zhuǎn)子體上；以及圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成的密封盤，所述密封盤借助其外緣徑向內(nèi)側(cè)相鄰地設(shè)置在葉根的軸向延伸的凸起上，使得在葉根和密封盤之間構(gòu)成空腔，其中在外緣上設(shè)有徑向向外開口的槽，在所述槽內(nèi)安裝密封環(huán)，在轉(zhuǎn)子工作時(shí)，所述密封環(huán)在離心力的作用下能夠徑向向外在槽中滑動(dòng)，直到密封環(huán)徑向緊貼在凸起的內(nèi)側(cè)上并且因此密封在葉根上的空腔。在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)，發(fā)生在凸起和密封環(huán)之間的徑向相對(duì)移動(dòng)。因此能夠在密封環(huán)上出現(xiàn)能夠影響密封環(huán)的密封效果的磨損。如果密封環(huán)嚴(yán)重磨損，使得不再提供足夠的密封效果，那么例如在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的維護(hù)周期中，能夠在密封盤上更換密封環(huán)。由此有利的是，不需要更換整個(gè)密封盤，由此實(shí)現(xiàn)軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的簡單的且有效的維護(hù)。由于在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)，密封環(huán)通過離心力被壓到凸起上，因此密封環(huán)在整個(gè)圓周上預(yù)張緊地緊貼在凸起上。因此良好地密封在密封環(huán)和凸起之間的接觸，由此在凸起和密封盤之間的密封效果高。如果空腔例如是用于將冷卻空氣輸送到葉根的通道，例如能夠設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪內(nèi)，那么冷卻空氣在密封環(huán)上的泄露少。因此動(dòng)葉片的借助冷卻空氣的片冷卻是有效的，由此軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的使用壽命高。密封盤包括多個(gè)密封盤段，這允許在固定式燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子(焊接或者由轉(zhuǎn)子圓盤堆疊的)的制造之后，安裝動(dòng)葉片和密封盤。優(yōu)選的是，密封盤段分別在圓周方向上借助階梯形折邊彼此耦聯(lián)。因此密封盤可簡單地安裝在轉(zhuǎn)子體上，其中借助階梯形折邊在各個(gè)密封盤段在圓周方向上彼此偏移時(shí)阻止了密封盤的開裂。此外，密封環(huán)由多個(gè)在圓周方向上一個(gè)接一個(gè)設(shè)置的密封環(huán)段構(gòu)成，所述密封環(huán)段分別插入到在與其相關(guān)聯(lián)的密封盤段的外緣上的槽內(nèi)。因此，密封環(huán)或者其部段僅支撐在平臺(tái)和動(dòng)葉片上，這改善了密封效果。同時(shí)，密封環(huán)段從現(xiàn)在開始徑向地直接支撐在轉(zhuǎn)子圓盤上。因此能夠降低每個(gè)單獨(dú)的動(dòng)葉片固定件的離心力負(fù)載，這提高了轉(zhuǎn)子圓盤和動(dòng)葉片的使用壽命。密封環(huán)段優(yōu)選具有兩個(gè)彼此背離的縱向端部，其分別由卷邊構(gòu)成，所述卷邊與在槽上設(shè)有的凹部形成接合，使得密封環(huán)段在圓周方向上形狀接合地固定在外緣上。因此有利地阻止密封環(huán)段在圓周方向上的移動(dòng)。卷邊優(yōu)選地構(gòu)成為在軸向方向上變形為L形的支腳。在此，支腳中的每一個(gè)的曲率半徑優(yōu)選至少大于相關(guān)的支腳的縱向長度的一半。因此達(dá)到，密封環(huán)段的縱向端部氣密地緊貼在密封盤段上。此外優(yōu)選的是，支腳指向相反的方向， 使得密封環(huán)段構(gòu)成Z形。優(yōu)選的是，凸起具有徑向向內(nèi)開口的槽，外緣可徑向移動(dòng)地接合到所述槽中，并且密封環(huán)能夠緊貼在所述槽底部上。因此有利的是，密封盤的外緣安置在凸起的槽內(nèi)，由此降低對(duì)密封環(huán)的尤其是機(jī)械和/或熱載荷的不利的影響。此外，降低橫向于密封環(huán)的壓力差， 使得密封環(huán)的密封效果好。優(yōu)選的是，密封環(huán)段構(gòu)成為具有長形的橫截面的帶，所述橫截面的長邊在徑向方向上延伸并且所述橫截面的外部的短邊能夠緊貼在葉根上。由于密封環(huán)段的長邊在徑向方向上延伸，因此密封環(huán)段在其徑向移動(dòng)時(shí)被引導(dǎo)到密封環(huán)段的槽內(nèi)。因此阻止密封環(huán)段在密封盤段的槽內(nèi)扭轉(zhuǎn)和傾斜。軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子優(yōu)選是軸流式渦輪轉(zhuǎn)子，并且動(dòng)葉片優(yōu)選具有空氣通道，所述空氣道在葉根處通入空腔內(nèi)，其中空腔設(shè)置用于冷卻空氣通道的冷卻空氣供給和/或冷卻空氣排出。


接下來借助示意的附圖描述根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪轉(zhuǎn)子的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式。附圖示出
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪轉(zhuǎn)子的實(shí)施形式的縱剖面的剖視圖；圖2示出圖1中的細(xì)節(jié)A ；圖3示出圖1中的細(xì)節(jié)B;圖4示出密封盤段的立體圖；圖5示出圖4中的細(xì)節(jié)D ；以及圖6示出圖4中的細(xì)節(jié)C。
具體實(shí)施例方式如從圖1至圖6可見，軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子1具有多個(gè)動(dòng)葉片2，所述動(dòng)葉片在軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子1的圓周上排成行并且由此構(gòu)成動(dòng)葉片柵。此外，軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子1具有圓盤3，動(dòng)葉片2固定在所述圓盤上。每個(gè)動(dòng)葉片2具有葉身4，借助所述葉身動(dòng)葉片2起到空氣動(dòng)力作用。為了固定動(dòng)葉片2，這個(gè)動(dòng)葉片具有葉根5，其形狀接合地保持在圓盤3中， 使得動(dòng)葉片2通過葉跟5在徑向方向上固定。在葉身4和葉根5之間設(shè)有動(dòng)葉片2的基板 7，所述基板在軸線方向和在圓周方向上延伸，以及在其徑向外側(cè)上起到空氣動(dòng)力作用。圓盤2在端側(cè)借助垂直于軸流式渦輪轉(zhuǎn)子的軸線延伸的平面限定。密封盤7設(shè)置成軸向地與這個(gè)平面具有一定距離，由此在密封盤7和圓盤3之間構(gòu)成空腔。因此，所述空腔通過密封盤7限定與軸流式渦輪轉(zhuǎn)子的熱氣側(cè)8隔開。空腔是冷卻空氣輸送通道9，其設(shè)置用于將冷卻空氣輸送到葉根5。密封盤7的相對(duì)于密封盤7的平均壁厚變厚的內(nèi)緣22 借助圓盤3徑向卡住，由此在工作中，密封盤7直接由圓盤3徑向保持。密封盤7的外緣10設(shè)置成徑向相鄰于基板6的徑向內(nèi)側(cè)，其中密封盤7的外緣10 接合到在基板6的徑向內(nèi)側(cè)中設(shè)有的、環(huán)繞的槽11內(nèi)。在密封盤7的外緣10內(nèi)設(shè)有環(huán)繞的槽12，其徑向向外通入基板6的槽11內(nèi)。密封盤7的外緣10設(shè)置成徑向與基板6的槽 11的底部具有一定距離，使得設(shè)有徑向間隙13。密封環(huán)14插入在密封盤7的槽12內(nèi)，所述密封環(huán)具有在徑向方向上構(gòu)成長形或者矩形的橫截面。在密封盤7內(nèi)的槽12如此深地設(shè)置在密封盤7內(nèi)，使得密封環(huán)14能夠下沉在槽12內(nèi)而與密封盤7的外緣10齊平。在軸流式渦輪轉(zhuǎn)子1工作時(shí)，離心力作用到密封環(huán)14上，所述離心力導(dǎo)致密封環(huán)的徑向移動(dòng)15。徑向移動(dòng)15由密封環(huán)14來執(zhí)行，直到密封環(huán)14緊貼在基板6內(nèi)的槽11 的底部上。徑向間隙13根據(jù)密封環(huán)14的徑向延伸調(diào)節(jié)成，使得在密封環(huán)14緊貼在基板6 的槽11的底部上時(shí)，密封環(huán)14仍然與在密封盤7的外緣10內(nèi)的槽12形成接合。密封盤7由多個(gè)密封盤段16構(gòu)成，所述多個(gè)密封盤段在圓周上并排地排成行。在它們的彼此相鄰地設(shè)置有密封盤段16的邊緣上分別構(gòu)成階梯形折邊17，所述階梯折邊由一個(gè)密封盤段16的止擋18和另一相鄰的密封盤段的相應(yīng)于該止擋18的階梯部19構(gòu)成。類似于將密封盤7分成密封盤段16，密封環(huán)14劃分成密封環(huán)段20，其中每個(gè)密封環(huán)段20在圓周方向上橫跨與其關(guān)聯(lián)的密封盤段14的外緣10。每個(gè)密封環(huán)段20具有兩個(gè)彼此背離的密封環(huán)段縱向端部21。每個(gè)密封環(huán)段縱向端部21在軸向方向上翻轉(zhuǎn)，由此在每個(gè)密封環(huán)段縱向端部21上形成支腳22，借助所述支腳，密封環(huán)段縱向端部21構(gòu)成L形。 在每個(gè)支腳上設(shè)有具有曲率半徑23的彎曲部，其中在密封盤段16的外緣10上制成相應(yīng)地成型的凹部24。支腳22和凹部M在密封盤段16的外緣10上設(shè)置成，使得支腳22在軸向方向上遠(yuǎn)離止擋18或者階梯部19指向。因此在階梯形折邊17區(qū)域內(nèi)的密封盤段16的強(qiáng)度不由于設(shè)有凹部M而受到不利的影響。
權(quán)利要求
1.一種軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，具有圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成的轉(zhuǎn)子體(3)，具有多個(gè)動(dòng)葉片O)的動(dòng)葉片環(huán)，所述動(dòng)葉片分別借助其葉根(5)固定在所述轉(zhuǎn)子體(3)上；以及圍繞所述轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成的密封盤(7)，所述密封盤借助其外緣(10)徑向內(nèi)側(cè)相鄰地設(shè)置在所述葉根(5)的軸向延伸的凸起(6)上，使得在所述葉根( 和所述密封盤(7)之間構(gòu)成空腔(9)，其中在所述外緣(10)上設(shè)有徑向向外開口的槽(12)，在所述槽內(nèi)安裝密封環(huán)(14)，在轉(zhuǎn)子(1)工作時(shí)，所述密封環(huán)在離心力(15)的作用下能夠徑向向外在所述槽(12)中滑動(dòng)， 直到所述密封環(huán)(14)徑向緊貼在所述凸起(6)的內(nèi)側(cè)上并且因此密封在所述葉根(5)上的所述空腔(9)，其特征在于，所述密封盤(7)由多個(gè)密封盤段(16)構(gòu)成，并且所述密封環(huán)(14)由多個(gè)在圓周方向上一個(gè)接一個(gè)設(shè)置的密封環(huán)段00)構(gòu)成，其中所述相應(yīng)的密封環(huán)段00)插入到在與其相關(guān)聯(lián)的密封盤段(16)的外緣(10)上的槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述密封環(huán)段00)具有兩個(gè)彼此背離的縱向端部(21)，所述縱向端部分別由卷邊0 構(gòu)成，所述卷邊與在所述槽(1 上設(shè)有的凹部04)形成接合，使得所述密封環(huán)段OO)在圓周方向上形狀接合地固定在所述外緣 (10)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述凸起具有徑向向內(nèi)開口的槽(11)，所述外緣(10)能徑向移動(dòng)地接合到所述槽中，并且所述密封環(huán)(14)能夠緊貼在所述槽的底部上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述密封盤段(16)分別在圓周方向上借助階梯形折邊(17)彼此耦聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述卷邊構(gòu)成為在軸向方向上變形為L形的支腳02)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述支腳0 中的每一個(gè)的曲率半徑 (23)至少大于所述相關(guān)的支腳02)的縱向長度的一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述支腳0 指向相反的方向，使得所述密封環(huán)段OO)構(gòu)成Z形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述密封環(huán)段OO)構(gòu)成為具有長形的，優(yōu)選矩形的橫截面的帶，所述橫截面的長邊在徑向方向上延伸并且所述橫截面的外部的短邊能夠緊貼在所述葉根( 上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其中所述軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子是軸流式渦輪轉(zhuǎn)子(1)，并且所述動(dòng)葉片(2)具有冷卻空氣通道，所述冷卻空氣道通在所述葉根(5)處通入所述空腔(9)內(nèi)，其中所述空腔(9)設(shè)置用于所述冷卻空氣通道的冷卻空氣供給和/或冷卻空氣排出。
全文摘要
一種軸流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子，具有圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成的轉(zhuǎn)子體(3)；帶有多個(gè)動(dòng)葉片(2)的動(dòng)葉片環(huán)，所述動(dòng)葉片分別借助其葉根(5)固定在轉(zhuǎn)子體(3)上；以及圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)成的密封盤(7)，所述密封盤借助其外緣(10)徑向內(nèi)側(cè)相鄰地設(shè)置在葉根(5)的軸向延伸的凸起(6)上，使得在葉根(5)和密封盤(7)之間構(gòu)成空腔(9)，其中在外緣(10)上設(shè)有徑向向外開口的槽(12)，在所述槽內(nèi)安裝密封環(huán)(14)，在轉(zhuǎn)子(1)工作時(shí)，所述密封環(huán)在離心力(15)的作用下能夠徑向向外在槽(12)中滑動(dòng)，直到密封環(huán)(14)徑向緊貼在凸起(6)的內(nèi)側(cè)上并且因此密封在葉根(5)上的空腔(9)。
文檔編號(hào)F01D11/00GK102378850SQ201080014725
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者彼得·施羅德, 薩沙·鄧斯 申請(qǐng)人:西門子公司