CN102691534B - 涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机，所述涡轮机具有至少一个第一和一个第二叶轮(1，2)、承载径向叶轮(1，2)的转子轴(4)、和轴承***，至少一个第一和一个第二叶轮(1，2)的背面(3a，3b)彼此相面对，其中，轴向轴承(5a，5b)与每个径向叶片式叶轮(1，2)相邻，每个轴向轴承具有一个相应的转子轴承半部(6a，6b)和一个相应的定子轴承半部(7a，7b)，转子轴承半部(6a，6b)分别形成在相应径向叶轮(1，2)的背面(3a，3b)上，第一径向叶轮(1)永久地安装而第二径向叶轮(2)可拆卸地安装在转子轴(4)上，并且转子轴(4)具有从第一径向叶轮(1)朝向第二径向叶轮(2)越来越小的横截面尺寸，或者具有恒定的直径。

Description

涡轮机
技术领域
本发明涉及一种涡轮机，具有背面彼此相面对的至少一个第一叶轮和至少一个第二叶轮、承载径向叶轮的转子轴、以及轴承***，其中轴向轴承(axialbearing)与每个径向叶片式叶轮相邻，每个轴向轴承具有一个相应的转子轴承半部和一个相应的定子轴承半部，并且转子轴承半部各自形成在相应径向叶轮的背面上。
背景技术
实际上，为了包含使用磁轴承***的涡轮机的转子的轴向推力，习惯上使用直接形成在轴上或者由固定在轴上的附加轴向轴承垫圈形成的轴向轴承表面。相应地，具有轴向的、通过磁力安装的转子轴的涡轮机是已知的，其中用于轴向轴承的磁轴承半部位于轴向轴承垫圈上或者位于热装到转子轴上的相对的轴肩上。
EP2017435A2描述了一种用于涡轮机的具有上述特征的设计方案，该涡轮机具有尽可能短的转子和尽可能小的转子质量。因为转子轴承半部形成在径向叶轮的背面上，轴向轴承占据的空间可明显减少，轴向轴承半部集成于壳体壁中并且还集成于径向叶轮的后侧中，该径向叶轮其必定也存在而与轴承无关。因此减少了单独部件的数量。由EP2017435A2获知的设计方案在两个径向叶轮之间从在转子中心定位的电机开始基本对称。从电机开始、沿双向顺序地为径向磁轴承，安全轴承，穿过具有内部轴衬垫的指定定子轴承半部的开口，最后在转子轴端部处，相应的叶轮悬垂地安装。从电机开始，根据沿该转子轴设置的上述部件，转子轴的直径在双向上连续减小。组装期间，首先转子轴必须与电机一起穿过***壳体，然后将其他部件以及最后将两个叶轮安装到轴端部上。为了可以实现后续维护，涡轮机必须在两侧可通达，并且两个轴向叶轮必须也是可拆卸的。
发明内容
考虑到以上背景技术，本发明的目的是简化组装和拆卸以及提高维护的可能性。
根据本发明，基于具有本文开始所述特征的涡轮机，问题的解决在于第一径向叶轮是永久地安装的而第二径向叶轮是可拆卸地安装在转子轴上并且转子轴从第一径向叶轮朝向第二径向叶轮具有越来越小的横截面尺寸或者具有恒定的直径。
根据本发明，提供一种对称设计方案，第一叶轮固定不可拆卸地安装到转子轴上。在本发明范围内，这意味着第一径向叶轮是不可与转子轴分离的，或者仅仅在使用非常大的力或者采取特殊步骤时才能与转子轴分离。因此，举例来说，可以将第一轴向叶轮热装、焊接或者挤压到转子轴上。然后，在组装期间，从不可拆卸地连接的第一径向叶轮开始，顺序安装其他部件，即至少有定子轴承半部和最后安装第二径向叶轮。为此，转子轴必须具有从第一径向叶轮开始朝向第二径向叶轮的恒定直径或者优选逐渐变细。在优选的逐渐变细的设计方案中，在各个部分的外径适合于要安装到该处的部件的内径之处，设置各个台阶。可容易地将各个部件一直推到其需要安装于的部分。由于第二径向叶轮的可移动设计—取决于该设计—，可以进行上述部件的拆卸或者至少维护。尤其是，轴向轴承的部件可由第二径向叶轮开始来接触到。
在本发明范围内，定子轴承半部还可以按照特别有利的方式包括相应整体式支撑件，该整体式支撑件具有用于转子轴的通孔。因为定子轴承半部在组装期间是从一侧推到转子轴上的，不需要分成两个半壳体或部分，因此稳定性和不渗透性得到提高并且生产成本也降低。
为了形成轴向轴承，尤其是可主动控制的轴向轴承，每个轴承的半部之一上的励磁绕组产生一操作相应的另一个轴承半部的磁场，优选为可根据需要控制的。出于实际理由，当励磁绕组位于固定的定子轴承半部中时是有利的。
为了形成磁性轴向轴承，转子轴承半部必须包括与线圈磁性相互作用的合适材料或者覆有永磁体。通常，用作叶轮的材料不适于形成磁轴承的转子轴承半部。在这种情况下，至少一个径向叶轮可由包括叶片***和盘的叶轮主体形成，该盘由不同材料组构成，紧固在叶轮主体后侧，该盘形成相应轴向轴承的转子轴承半部。举例来说，具有用于转子轴的中心开口的这种盘或这种环可焊接到叶轮主体上。为了实现精确焊接，特别地，可提供摩擦焊连接。替代地，还可在径向叶轮后侧上提供合适的材料，例如永磁体，或者扇形形式的磁性材料，尤其是将它们***相应凹槽中。
为了形成完整的轴承***，还必须提供径向轴承。例如，这种轴承可位于转子轴上两个所述的轴向相对作用的轴承之间。特别是，具有转子环和定子环的磁轴承也可用作径向轴承。
在本发明范围内，由一侧进行组装和可任选提供的拆卸允许第一径向叶轮与其他机器部件一起也固定安装在主壳体内。有利地，于是使转子轴伸出主壳体，因此第二径向叶轮相应地位于主壳体外部。
具有至少两个背面彼此相面对(背靠背设置)的径向叶轮的涡轮机可用作压缩机、扩张器或压缩扩张器。虽然对具有两个压缩机叶轮的压缩机来说，提供驱动装置，特别是电机，但在具有两个叶轮的扩张器的情况下，释放的能量可以被发电机形式的电机回收并使用。在具有压缩机叶轮和扩张器叶轮的压缩扩张器的情况下，电机仅仅是任选提供的，其可以根据应用作为发电机或者作为电动机运行。
根据本发明的一种优选设计方案，两个径向叶轮悬垂地安装在转子轴的相应端部。不过原则上，还可以设想在两个径向叶轮中的至少一个上，转子轴伸出该径向叶轮外，还有至少一个其他装置可安装在转子轴上，例如另一个径向叶轮。
因此，根据本发明，提供了一种涡轮机，所述涡轮机具有至少一个第一径向叶轮和一个第二径向叶轮、承载第一径向叶轮和第二径向叶轮的转子轴、和轴承***，所述至少一个第一径向叶轮和一个第二径向叶轮的背面彼此相面对，其中，轴向轴承与每个第一径向叶轮和第二径向叶轮相邻，每个轴向轴承具有一个相应的转子轴承半部和一个相应的定子轴承半部，转子轴承半部分别形成在相应第一径向叶轮和第二径向叶轮的背面上，第一径向叶轮作为分离的部件制造，并且热装、焊接或者挤压到所述转子轴上以永久地安装，而第二径向叶轮可拆卸地安装在转子轴上，并且转子轴具有从第一径向叶轮朝向第二径向叶轮越来越小的横截面尺寸，或者具有恒定的直径，其中，第一径向叶轮固定安装在主壳体中，转子轴伸出主壳体，并且第二径向叶轮安装在主壳体外部，且电机设在第一径向叶轮和第二径向叶轮之间。
可选地，定子轴承半部分别具有整体式支撑件，所述整体式支撑件具有用于转子轴的通孔。
可选地，定子轴承半部具有励磁绕组或永磁体。
可选地，至少一个第一径向叶轮是由叶轮主体形成的，所述叶轮主体包括叶片***，由不同材料构成的盘安装在叶轮主体后侧上，该盘形成相应轴向轴承的转子轴承半部。
可选地，在轴向轴承之间，径向轴承安装在转子轴上。
可选地，第一径向叶轮和第二径向叶轮悬垂地安装在转子轴的相应端部处。
附图说明
接下来将借助于示出了仅一个实施例的附图解释本发明。其中：
图1显示了根据本发明的涡轮机的部件；
图2显示了附接到主壳体上的根据图1的***。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的涡轮机的主要部件，其中第一叶轮1和第二叶轮2具有所谓背靠背设置的背面3a和3b。两个径向叶片式叶轮1和2通过安装在轴承***上的转子轴4支撑。紧挨着两个径向叶轮1和2中的每一个，轴承***包括相应的轴向轴承5a和5b，每个轴向轴承都具有相应的转子轴承半部6a或6b以及相应的定子轴承半部7a或7b，转子轴承半部6a和6b形成在相应的指定径向叶轮1和2的背面3a和3b上。
根据本发明，虽然第二径向叶轮2可拆卸，但第一径向叶轮1例如通过热装而永久地安装到转子轴4上。因此，在组装期间，两个定子轴承半部7a和7b以及随后第二径向叶轮2可被顺序地推到转子轴4上，在所示实施例中，转子轴4从第一径向叶轮1向第二叶轮2逐渐变细。也可以按相反顺序拆卸转子***。
图1还示出了定子轴承半部7a和7b，每个定子轴承半部都具有相应的整体式支撑件8和电磁绕组9，整体式支撑件8具有用于转子轴4的通孔，而电磁绕组9设在在相应支撑件8中形成的槽内。相反地，位于径向叶轮1和2的背面3a和3b上的转子半部6a和6b包括与磁绕组9相互作用的材料。举例来说，转子轴承半部6a和6b装配有永磁体、可磁化的材料或感应出反向磁场的材料。
根据图1的特定实施例以举例方式示出了一种设计方案，其中第一径向叶轮1包括叶轮主体11，该叶轮主体包括叶片***10和由形成叶轮主体11后侧的不同材料制成的盘。该盘形成相应轴向轴承5a的转子轴承半部6a，材料根据其磁性性能选择。设计为具有通孔的盘或环的转子半部6a例如通过摩擦焊接而永久地连接到叶轮主体11上。
图1还示出了轴向相对作用的轴承5a和5b在安装于转子轴4上的径向轴承12的侧面，该径向轴承12形成为具有转子环13和定子环14的磁轴承。定子环14具有励磁绕组，而转子环包括具有合适磁性性能的材料，从而与定子环的励磁绕组一起形成径向磁轴承。
可以看出，在组装期间，一个接一个地首先安装一个定子轴承半部7a，然后是径向轴承12，然后是另一个定子轴承半部7b，最后是第二径向叶轮2及安装到其背面3b上的相应的转子轴承半部6b。为了便于组装，转子轴4逐步地逐渐变细，以用来承载所述部件中的相应部件。
在根据本发明的设计范围内，所述构造不仅连续地安装，还可以按相反顺序至少部分地拆卸，因此仍可以进行随后的维护或各个部件的更换。
举例来说，第一叶轮1可与其他机器部件一起固定在主壳体15内，使转子轴4伸出主壳体15，并且第二径向叶轮2安装在主壳体15外部。相应的设计示于图2中。优势在于，在轴承***的组装、维护和拆卸期间，主壳体15可保持封闭，而只有覆盖轴承***的辅助壳体16必须拆卸。
原则上，涡轮机还可以具有未示于图中的电机，该电机可，尤其是与径向轴承12一起，位于径向叶轮1和2之间。
此外，径向叶轮1和2还可悬垂地安装，也就是说分别安装在转子轴4的相应端部。但是本发明不限于此类设计方案。原则上，转子轴4也可以伸到两个径向叶轮1和2中的至少一个之外。

Claims (6)

1.一种涡轮机，所述涡轮机具有至少一个第一径向叶轮(1)和一个第二径向叶轮(2)、承载第一径向叶轮(1)和第二径向叶轮(2)的转子轴(4)、和轴承***，所述至少一个第一径向叶轮(1)和一个第二径向叶轮(2)的背面(3a，3b)彼此相面对，其中，轴向轴承(5a，5b)与每个第一径向叶轮(1)和第二径向叶轮(2)相邻，每个轴向轴承具有一个相应的转子轴承半部(6a，6b)和一个相应的定子轴承半部(7a，7b)，转子轴承半部(6a，6b)分别形成在相应第一径向叶轮(1)和第二径向叶轮(2)的背面(3a，3b)上，第一径向叶轮(1)作为分离的部件制造，并且热装、焊接或者挤压到所述转子轴上以永久地安装，而第二径向叶轮(2)可拆卸地安装在转子轴(4)上，并且转子轴(4)具有从第一径向叶轮(1)朝向第二径向叶轮(2)越来越小的横截面尺寸，或者具有恒定的直径，其中，第一径向叶轮(1)固定安装在主壳体(15)中，转子轴(4)伸出主壳体(15)，并且第二径向叶轮(2)安装在主壳体(15)外部，且电机设在第一径向叶轮(1)和第二径向叶轮(2)之间。
2.如权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，定子轴承半部(7a，7b)分别具有整体式支撑件(8)，所述整体式支撑件具有用于转子轴(4)的通孔。
3.如权利要求1或2所述的涡轮机，其特征在于，定子轴承半部(7a，7b)具有励磁绕组(9)或永磁体。
4.如权利要求1或2所述的涡轮机，其特征在于，至少一个第一径向叶轮(1)是由叶轮主体(11)形成的，所述叶轮主体包括叶片***(10)，由不同材料构成的盘安装在叶轮主体(11)后侧上，该盘形成相应轴向轴承(5a)的转子轴承半部(6a)。
5.如权利要求1或2所述的涡轮机，其特征在于，在轴向轴承(5a，5b)之间，径向轴承(12)安装在转子轴(4)上。
6.如权利要求1或2所述的涡轮机，其特征在于，第一径向叶轮(1)和第二径向叶轮(2)悬垂地安装在转子轴(4)的相应端部处。
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