CN102782330A - 轴向-径向涡轮机 - Google Patents
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Abstract
轴向-径向涡轮机(1),其包括:具有至少一个轴向级(11)的轴向部分(10)、具有至少一个径向级(21)的径向部分(20)、具有内腔的壳体(30),所述内腔通过沿径向延伸的隔板(40’)在轴向上被划分为第一部分空间(31)和第二部分空间(32),所述轴向部分被容纳在所述第一部分空间中,而所述径向部分被容纳在所述第二部分空间中;所述轴向-径向涡轮机还具有轴(50),所述轴在轴向上延伸穿过内腔和隔板并且所述轴向部分和径向部分的叶轮(12、22)支承在所述轴上,其中在隔板和与隔板相邻并且轴向固定在壳体上的、径向部分的导流元件(23)之间形成了径向间隙(RS),并且其中在所述径向间隙中布置有多个沿圆周方向分布的固定单元(60),所述固定单元分别提供了隔板的在导流元件上的轴向固定。
Description
本发明涉及一种轴向-径向涡轮机,该轴向-径向涡轮机具有带有至少一个轴向级的轴向部分和带有至少一个径向级的径向部分。
如图1中所示的轴向-径向涡轮机1具有带有多个轴向级11的轴向部分10、带有多个径向级21的径向部分20、带有内腔的壳体30,所述内腔通过沿壳体30的径向RR延伸的隔板40沿壳体30的轴向AR被划分为第一部分空间31和第二部分空间32,轴向部分10被容纳在所述第一部分空间中,而径向部分20被容纳在所述第二部分空间中;所述轴向-径向涡轮机还具有轴50,该轴沿轴向AR延伸穿过壳体30的内腔以及其隔板40并且轴向部分10和径向部分20的叶轮12、22容纳在所述轴上。
由于轴50延伸穿过隔板40,隔板40的强度结构被减弱,这使得隔板40更容易例如沿壳体30的轴向AR变形。出于该原因依据现有技术,隔板40构造成具有这样大小的壁厚S(见图2),从而隔板40的变形被减小到容许的程度。
这样坚固的或者说较大的壁厚S的例子在图2中示出,该图示出了图1中的区域A的放大的部分视图。示例性地,一种工业大型涡轮机在径向RR上具有大约4000mm的外部尺寸,其中壁厚S(在隔板40的轴向AR上)可以为大约500mm。
如可以容易看出的那样,这样的壁厚增加显著地提高了材料成本和轴向-径向涡轮机1的重量。
本发明的任务在于,提供一种轴向-径向涡轮机,其中隔板被可靠地保护从而沿壳体的轴向不发生过度的变形并且由此可以具有与现有技术相比更小的壁厚。
这通过依据权利要求1的轴向-径向涡轮机实现。本发明的改进方案在各个从属权利要求中定义。
依据本发明的轴向-径向涡轮机具有:带有至少一个轴向级的轴向部分、带有至少一个径向级的径向部分、带有内腔的壳体,该内腔通过沿壳体径向延伸的隔板沿壳体轴向被划分为第一部分空间和第二部分空间,轴向部分被容纳在所述第一部分空间中,而径向部分被容纳在所述第二部分空间中;所述轴向-径向涡轮机还具有轴,该轴沿轴向延伸穿过壳体的内腔以及其隔板并且轴向部分和径向部分的叶轮容纳在所述轴上,其中在隔板和径向部分的、与隔板相邻并且轴向固定在壳体上的导流元件之间形成径向间隙,并且其中在该径向间隙中布置有多个沿壳体的圆周方向分布的固定单元,这些固定单元分别提供隔板在导流元件上的轴向固定。
由于依据本发明在径向间隙中布置有多个沿壳体的圆周方向分布的固定单元,所述固定单元分别提供隔板相对于导流元件的轴向固定,所以隔板被可靠地保护从而沿壳体轴向不发生过度的变形,由此隔板可以构造成具有相对于现有技术更小的壁厚。
例如对于一种工业大型涡轮机来说,例如在径向上能够具有大约4000mm的尺寸,隔板的壁厚(在轴向上)依据本发明可以从500mm减小到250mm。隔板的这样的壁厚减小可以因此形成轴向-径向涡轮机的数吨、例如大约25吨的重量减小。
此外,通过隔板的壁厚减小,用于支承叶轮的轴的旋转轴承(共同形成轴向-径向涡轮机的转子)的轴向的轴承间距可以被更小地实施,由此整个轴向-径向涡轮机可以更紧凑并且特别是在轴向上更短地实施。
导流元件例如可以由径向部分的回流装置(Rückführung)或者扩散部件(Diffusoreinsatz)形成。
依据本发明的一种实施方式,固定元件分别在隔板和/或导流元件上具有搭接沿壳体的轴向的径向间隙的突起。
利用本发明的设计方案,以简单的方式提供了隔板的在导流元件上轴向支承和/或轴向支撑形式的轴向固定,由此在轴向上从轴向部分出发朝向径向部分和/或从径向部分出发朝向轴向部分作用到隔板上的力可以被可靠地拦截(abfangen)。
依据本发明的实施方式,所述突起可以构造成单体的或者说与隔板和/或导流元件(例如作为浇口)集成地构造,或者还可以作为单独的零件装配在隔板或导流元件上。
依据本发明的另一种实施方式固定单元分别具有螺栓,所述螺栓沿壳体的轴向延伸穿过隔板和导流元件,其中螺栓与隔板和导流元件中的至少一个保持螺纹啮合。
在这种情况下,螺栓优选轴向支承在分别不与其保持螺纹啮合的零件(隔板或导流元件)上,从而在这里也提供了隔板的在导流元件上轴向支承形式的轴向固定,由此在轴向上从轴向部分出发朝向径向部分作用到隔板上的力可以被可靠地拦截。
依据本发明的另一种实施方式,螺栓还不仅可以与隔板而且可以与导流元件保持螺纹啮合,由此实现了隔板的两侧的轴向固定。
依据本发明的另一种实施方式,固定单元此外分别具有一个间隔衬套,该间隔衬套被布置在螺栓上的径向间隙中并且沿壳体的轴向搭接径向间隙。
在这种情况下当希望时,螺栓可以仅仅用于间隔衬套的径向固定,因为间隔衬套在轴向上不仅贴靠在隔板上而且贴靠在导流元件上并且因此提供了隔板的在导流板上的轴向支撑形式的轴向固定,由此在轴向上从轴向部分出发朝向径向部分作用到隔板上的力可以被可靠地拦截。
依据本发明的另一种实施方式,螺栓由具有设有外螺纹的轴区段和相对于轴区段扩大构造的头区段的螺纹件形成,其中螺栓从第一部分空间出发穿过隔板中的贯通通道(Durchgangspassage)进行安装,从而使得第一部分空间的侧面上的头区段支承在隔板上并且轴区段的外螺纹与导流元件中的内螺纹保持啮合。
本发明的这种设计方案实现了隔板的两侧的轴向固定,其中不仅在轴向上从径向部分出发朝向轴向部分而且从轴向部分出发朝向径向部分作用到隔板上的力可以被可靠地拦截。
更准确地说在这种情况下,间隔衬套一方面作为用于径向间隙的轴向间隙尺寸的间隔保持器并且另一方面作为隔板的相对于在轴向上从轴向部分出发朝向径向部分作用到隔板上的力的支承部起作用。螺栓作为隔板的在导流元件上相对于在轴向上从径向部分出发朝向轴向部分作用到隔板上的力的轴向支撑部起作用。
依据本发明的一种实施方式轴向-径向涡轮机由一种轴向-径向压缩机形成。
依据本发明的这种实施方式,轴向部分和径向部分之间的显著的压力差可以例如由此产生,即径向部分的最后一级与隔板相邻。在这种情况下可能的是,即使当轴向部分的最后一级同样与隔板相邻布置时,在轴向上从径向部分出发朝向轴向部分作用到隔板上的、基于压力差的力也会产生影响,因为利用径向部分比利用轴向部分可以产生更大的压力。
利用隔板的依据本发明的轴向固定、特别是利用那种实施为螺纹件的螺栓(带有头区段和轴区段),这种隔板的负载情况也被可靠地拦截。
接下来本发明借助于一种优选的实施方式并且参考附图进行详细说明,
图1示出了轴向-径向涡轮机的侧面的剖面图;
图2示出了依据现有技术的图1中的轴向-径向涡轮机的区域A的示意性的部分视图;
图3示出了依据本发明的一种实施方式的图1中的轴向-径向涡轮机的区域A’的、在第一剖面中观察的示意性的部分视图;
图4示出了依据本发明的一种实施方式的图1中的轴向-径向涡轮机的区域A’的、在第二剖面中观察的示意性的部分视图;
图5示出了依据图3和图4的轴向-径向涡轮机在隔板区域中被径向地剖切的示意性的透视视图;
图6示出了依据本发明的一种实施方式的图1中的轴向-径向涡轮机的区域A’的部分视图,其中示出了隔板的变形情况。
接下来参考图1以及图3至图6说明依据本发明的一种实施方式的轴向-径向涡轮机1。依据本发明的这种实施方式轴向-径向涡轮机1由一种轴向-径向压缩机(带有组装为一个结构单元的轴向压缩机和径向压缩机的压缩机)形成。
依据本发明的轴向-径向涡轮机1具有带有多个轴向级11的轴向部分10、带有多个径向级21的径向部分20、带有内腔的壳体30,该内腔通过沿壳体30的径向RR延伸的隔板40’沿壳体30的轴向AR被划分为第一部分空间31和第二部分空间32,轴向部分10被容纳在所述第一部分空间中,而径向部分20被容纳在所述第二部分空间中;所述轴向-径向涡轮机还具轴50,该轴沿轴向AR延伸穿过壳体30的内腔以及其隔板40’并且轴向部分10和径向部分20的叶轮12、22支承在所述轴上。
依据本发明的轴向-径向涡轮机1的径向部分20具有在轴向上固定在壳体30上的、在这里构造为用于径向部分20的各个级21的回流部件或者扩散部件的导流元件23,其中在隔板40’和径向部分20的导流元件23的与隔板40’相邻的区段之间形成了径向间隙RS,该径向间隙通向径向部分20的扩散通道24。
在径向间隙RS中布置有多个沿壳体30的圆周方向UR(见图5)分布的固定单元60,这些固定单元分别提供了隔板40’的在导流元件23上的轴向固定。
如从例如图3可以清楚地看出的那样,固定单元60分别形成沿壳体30的轴向AR搭接径向间隙RS的突起,该突起依据该实施方式以及如以下还要详细说明的那样不仅安装在隔板40’上而且安装在导流元件23上。
固定单元60具有在这里分别构造为螺纹件的螺栓61以及间隔衬套62,所述螺栓沿壳体30的轴向AR延伸穿过隔板40’和导流元件23,所述间隔衬套布置在螺栓61上的径向间隙RS中并且沿壳体30的轴向AR搭接径向间隙RS,从而使得间隔衬套62不仅贴靠在隔板40’上而且贴靠在导流元件23上。
螺栓61具有在其端部上设有外螺纹的轴区段61a以及相对于轴区段61a放大构造的头区段61b。
螺栓61从第一部分空间31出发(或者说从轴向部分10出发)穿过隔板40’中的贯通通道(没有示出)如此进行安装,从而使得第一部分空间31的侧面上的头区段61b支承在隔板40’上的凹部或者说凹槽(没有示出)中并且轴区段61a的外螺纹与导流元件23中的内螺纹(没有示出)保持啮合。
螺栓61以这种方式形成了关于在轴向上从径向部分20出发朝向轴向部分20作用到隔板40’上的力的拉杆(Zuganker),该拉杆可靠地承受这种力并且因此避免了隔板40’在轴向上朝向轴向部分10的过度的变形。
另一方面间隔衬套62一方面作为径向间隙RS的轴向间隙尺寸的间隔保持器,并且另一方面保证了隔板40’的相对于在轴向上从轴向部分10出发朝向径向部分20作用到隔板40’上的力、如在这里例如通过螺栓61的拧紧的通过其头区段61b施加到隔板40’上的力的轴向支承。
依据本发明的一种示范性的实施方式,示范性地设有十二(12)个固定单元60,如在图5中看到的那样,其中螺栓被示范性地分别构造为M48螺纹件。
依据本发明的一种示范性的实施方式,被构造为轴向-径向压缩机的轴向-径向涡轮机1是一种工业大型涡轮机,其在径向RR上的示范性的外部尺寸大约为4000mm并且隔板40’的壁厚S’为大约250mm。因此相对于开始时依据图2所说明的示范性的来自现有技术的轴向-径向涡轮机相比,依据本发明的轴向-径向涡轮机节省了大约为25吨的重量。
依据本发明的一种实施方式,构造为轴向-径向压缩机的轴向-径向涡轮机1在其运行时可以在轴向部分10和径向部分20之间示范性地具有大约为14bar的压力差,其中示范性地在径向部分20中存在较高的压力。
该压力差导致了隔板40’朝向轴向部分10的变形。当然从发明人所进行的研究中得知,通过固定单元60隔板40’的变形可以被保持在可接受的范围内,并且在相同的运行条件下,隔板40’的变形相对于开始时依据图2所说明的来自现有技术的轴向-径向涡轮机的隔板40的变形甚至可以被减小。
更准确地说(对于一种外部尺寸大约为4000mm的轴向-径向涡轮机来说,径向部分20中的压力比轴向部分10中的压力高大约14bar),对于依据本发明的轴向-径向涡轮机1的隔板40’(壁厚为250mm)来说,在隔板40’与轴50相邻的端部上测量到隔板40’朝向轴向部分10的大约为1.3mm的最大变形行程并且测量到螺栓61中大约为700N/mm2的最大拉应力。
另一方面(对于一种外部尺寸大约为4000mm的轴向-径向涡轮机来说,径向部分20中的压力比轴向部分10中的压力高大约14bar),对于开始时依据图2所说明的来自现有技术的轴向-径向涡轮机的隔板40(壁厚为500mm)来说,在隔板40与轴50相邻的端部测量到隔板40朝向轴向部分10的大约1.7mm的最大变形行程。
因此依据本发明的轴向-径向涡轮机1的隔板40’的最大变形行程仅仅为开始时依据图2所说明的来自现有技术的轴向-径向涡轮机的隔板40的最大变形行程的大约80%。
此外,由发明人在研究的范围中得知,所引起的变形(例如变形行程)与径向部分20的导流元件23的结构极为相关。也就是说,导流元件23应该被尽可能刚性地构造并且作用的力可以被尽可能有效地传导到壳体30的外部区域中、如通过在图6中示出的变形情况所说明的那样。
最后由发明人在研究的范围中还得知,固定单元60、特别是其间隔衬套62仅仅闭锁了由径向间隙RS形成的、用于有待在径向部分20中压缩的工作流体的流动通道的大约10%,并且径向部分20的效率仅仅被固定单元60降低了十分之一个百分点。
附图标记列表
Claims (6)
1.轴向-径向涡轮机(1),其具有:
具有至少一个轴向级(11)的轴向部分(10);
具有至少一个径向级(21)的径向部分(20);
具有内腔的壳体(30),所述内腔通过沿壳体(30)径向(RR)延伸的隔板(40’)沿壳体(30)轴向(AR)被划分为第一部分空间(31)和第二部分空间(32),所述轴向部分(10)被容纳在所述第一部分空间中,而所述径向部分(20)被容纳在所述第二部分空间中;
轴(50),所述轴沿轴向(AR)延伸穿过壳体(30)的内腔以及其隔板(40’)并且所述轴向部分(10)和径向部分(20)的叶轮(12、22)支承在所述轴上,
其中,在所述隔板(40’)和与所述隔板(40’)相邻并且轴向固定在所述壳体(30)上的、径向部分(20)的导流元件(23)之间形成了径向间隙(RS),并且
其中在该径向间隙(RS)中布置有多个沿壳体(30)的圆周方向(UR)分布的固定单元(60),所述固定单元分别提供了所述隔板(40’)的在导流元件(23)上的轴向固定。
2.按权利要求1所述的轴向-径向涡轮机(1),其中所述固定单元(60)分别具有在所述隔板(40’)上和/或在所述导流元件(23)上沿所述壳体(30)的轴向(AR)搭接所述径向间隙(RS)的突起。
3.按权利要求1或2所述的轴向-径向涡轮机(1),其中所述固定单元(60)分别具有螺栓(61),所述螺栓沿所述壳体(30)的轴向(AR)延伸穿过所述隔板(40’)和所述导流元件(23),并且其中所述螺栓(61)与所述隔板(40’)和所述导流元件(23)中的至少一个保持螺纹啮合。
4.按权利要求3所述的轴向-径向涡轮机(1),其中此外所述固定单元(60)分别具有间隔衬套(62),所述间隔衬套被布置在所述螺栓(61)上的径向间隙(RS)中,并且沿所述壳体(30)的轴向(AR)搭接所述径向间隙(RS)。
5.按权利要求3或4所述的轴向-径向涡轮机(1),其中所述螺栓(61)由具有设有外螺纹的轴区段(61a)和相对于所述轴区段(61a)扩大地构造的头区段(61b)的螺纹件形成,其中所述螺栓(61)被从所述第一部分空间(31)出发穿过所述隔板(40’)中的贯通通道进行安装,从而使得所述第一部分空间(31)的侧面上的头区段(61b)支承在所述隔板(40’)上并且所述轴区段(61a)的外螺纹与所述导流元件(23)中的内螺纹保持啮合。
6.按权利要求1至5中任一项所述的轴向-径向涡轮机(1),其中所述轴向-径向涡轮机(1)由轴向-径向压缩机形成。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121114 |