CN103097665B - 具有卸载区域的用于蒸汽轮机的转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有卸载区域的用于涡轮机的转子（5），其中所述卸载区域的特征在于在周向方向（16）上设置的多个凹部（15），其中所述多个凹部（15）几乎螺旋形地延伸。

Description

具有卸载区域的用于蒸汽轮机的转子
技术领域
本发明涉及一种用于具有卸载区域的用于涡轮机的转子。
背景技术
用于涡轮机、尤其用于蒸汽轮机的转子必须符合提高的要求。当前，这种转子必须经受高的蒸汽温度，这导致对具有良好材料强度的良好材料的需求。此外，要求具有始终较高的涡轮机功率的蒸汽轮机，这导致，转子上的阻力矩增大。此外，对用于蒸汽轮机的转子要求细长的实施形式，这又导致增大的极阻力矩。此外，在客户方面通常期望更灵活的运行方式。这种灵活的运行方式导致在快速起动时增大的热应力。这导致转子的增大的负荷。
用于蒸汽轮机的转子基本上沿着转动轴线构造成是圆柱形的并且沿着转动轴线受到不同的热负荷和机械负荷。因此，例如在转子的入流区域中受到高的热负荷。原则上，转子必须符合下述当然相互矛盾的目标的要求。因此，一方面在转子动态方面，期望沿着涡轮机轴线或转动轴线具有尽可能恒定的横截面或恒定的阻力矩变化的转子。这意味着，在考虑到缺口因素的情况下，转子在沿着转动轴线的任一轴向位置上承受得住要传递的功率和由此产生的扭矩。
另一方面，考虑用于降低转子中的热感生应力的卸载槽。这种卸载槽基本上位于蒸汽轮机的入流区域中并且局部地减小横截面以及极阻力矩。
尽管如此，为了符合涉及到蒸汽温度、涡轮机功率、转子和灵活的运行方式的对蒸汽轮机的期望的要求，必须继续优化转子。
已知的用于蒸汽轮机的转子制造成具有卸载槽，所述卸载槽在入流区域中具有旋转对称的和圆形的横截面。通常针对卸载槽的所述结构并且具体地针对最小的转子直径的选择，接受符合更上面描述的相互矛盾的要求的折中方案。
值得期望的是具有符合上述发展趋势的转子。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种符合上述发展趋势的转子。
所述目的通过一种具有卸载区域的用于涡轮机的转子来实现，其中设置有在周向方向上设置的多个凹部。
本发明不同于迄今的构型，在迄今的构型中，在入流区域中设有具有旋转对称的和圆形的横截面的卸载槽。相反地，根据本发明转子在卸载区域中设有凹部，所述凹部沿周向方向设置。所述凹部在周向方向上围绕转动轴线设置并且具有非轴对称的横截面轮廓。横截面轮廓此外具有与螺纹相似地螺旋型地以螺旋线延伸的缺口和侧壁。
通过转子的卸载区域的所述设计方案，首先保证了适当地传递扭矩，因为转子的直径基本上是不变的。此外，还降低了卸载区域中的热感生应力，因为凹部导出热感生应力。
在从属权利要求中提出有利的改进形式。
因此，有利的是，凹部彼此间以等距的间距设置。通过凹部沿周向方向等距的分布，能够阻止不平衡性且阻止不期望的干扰的转子动态。
通过凹部构造成彼此相同的有利的改进形式，能够此外对转子动态产生正面影响。因此能够有效地避免不平衡性。
凹部基本上长形地构成。在另一个有利的改进形式中，凹部以角度α相对于转动轴线倾斜，所述角度α位于10°和80°之间、优选地是45°。通过所述倾斜，螺纹螺旋型的类似于螺旋线地延伸的结构是可能的。
在一个有利的改进形式中，凹部具有深度，其中所述深度在轴向方向上首先增大并且随后减小。通过所述措施，虽然横截面是非轴对称的，但能够实现沿周向方向均匀的卸载作用。
理想地，在一个有利的改进形式中，凹部具有始端区域和末端区域，其中凹部在始端区域和末端区域中与转子表面齐平。通过所述设计方案，几乎最小化缺口应力集中，这对转子动态且对转子的机械特性产生正面影响。
附图说明
根据图1至5详细地阐明本发明的实施例，但不局限于所述实施例。在此示出了：
图1示出蒸汽轮机的横截面图，
图2示出根据现有技术的转子的一部分的横截面图，
图3示出根据本发明的转子的一部分的俯视图，
图4示出根据本发明的转子的横截面图，
图5示出根据本发明的转子的横截面图。
具体实施方式
带有相同的附图标记的部件基本上具有相同的工作原理。
图1示出贯穿蒸汽轮机1的一部分的横截面。蒸汽轮机1基本上具有外壳体2和设置在外壳体2之内的内壳体3。在内壳体3之内以能够旋转的方式支承围绕转动轴线4设置的转子5。转子5具有沿转动轴线的方向依次设置的转子叶片排6，其中仅前两排设有附图标记6。
在转子叶片排6之间设置有设置在内壳体3中的导向叶片7，其中在图1中仅两个导向叶片排7用附图标记7标明。
在工作中，具有高温度和高压力的蒸汽通常流入到蒸汽轮机中且流入到入流区域8中并且在流动通道9中沿转动轴线4的方向膨胀并且在此交替地穿流转子叶片排6和导向叶片排7。蒸汽的温度下降，其中压力降低。转子在此处于旋转并且在工作中通常以3000U/min或3600U/min恒速地转动。高的蒸汽温度和蒸汽压力以及相对较高的转动频率导致高的热负荷和机械负荷。尤其在入流区域8中，对转子5的要求是尤其高的。
在图2中示出根据现有技术的转子的视图。基本上，入流区域8设有卸载槽10。所述卸载槽10根据现有技术基本上构成为是旋转对称的或是圆形的。这意味着，在横截面中观察，卸载槽线11是圆段。当然，圆形的卸载槽10出于强度原因不是理想的，因为内径12减小，这能够导致不期望的强度缺陷。此外，沿转动轴线设有底槽13。在所述底槽13中设置有没有详细示出的转子叶片，其中所述底槽在图2中构成为锤头型底槽。
在图3中示出卸载槽10的根据本发明的设计方案。替代如同在图2中示出的、构成为具有旋转对称的或圆形的表面的卸载槽10，卸载槽表面14构成为基本上平行于转动轴线4。根据本发明，在卸载区域10中设置有凹部15，所述凹部沿着周向方向16设置。所述凹部15能够铣削到卸载槽表面14中或通过其他的处理方法加工。凹部15彼此间具有间距17，其中从凹部15到凹部15的间距17保持不变。因此，凹部15以相互间等距的间距设置。
凹部15具有宽度和长度，其中长度大于宽度。
凹部15在此沿周向方向16构成为基本上彼此相同，以便避免不期望的转子动态。凹部15以角度α相对于转动轴线4倾斜，所述角度α在10°和80°之间、优选地是45°。其他有利的角度范围为10°至70°、20°至60°、30°至50°以及10°至70°、10°至60°、10°至50°以及20°至80°、30°至80°、40°至80°、50°至80°。通过凹部15的所述倾斜，凹部15的延伸类似于螺旋线，这意味着，凹部15螺旋型地以螺旋线延伸。凹部15因此构成为非轴对称的。在相对于转动轴线4的平行线和凹部15的长形结构之间确定角度α。
图4示出沿着图3中的A-A线的横截面图。所述视图因此示出沿着转动轴线4的方向的视角。凹部15在此以等距的间距17沿着周向方向16分布。凹部15具有芯半径18，所述芯半径从凹部的底部19朝向转动轴线4确定。此外，凹部15通过外半径20确定，所述外半径通过卸载槽表面14和转动轴线4确定。在横截面中观察，凹部15构成为是矩形的或梯形的，其中在过渡部21处出于强度原因应不构造有棱角。在过渡部21中，底部19和侧壁22的特征在于流线型的过渡。这意味着，过渡部的特征在于没有详细画出的半径。至少应避免在所述过渡部21中的干扰的缺口应力集中。
图5示出转子5的侧视图。凹部15在此朝转动轴线方向构成为，使得芯半径18朝转动轴线方向发生改变。尤其地，芯半径18在始端区域23和末端区域24中与外半径20齐平。这意味着，凹部15在始端区域23和末端区域24中与卸载槽表面14齐平。此外，凹部15沿其纵向方向具有连续的延伸。图5示出贯穿卸载槽15的截面。这意味着，根据图5的截面构造成不平行于转动轴线4而是基本上平行于侧壁22。芯半径18选择成使得凹部15的底部19的延伸构成为是旋转对称的或圆形的。入流区域（8）构成为用于由新鲜蒸汽流过。

Claims (10)

1.具有卸载区域的用于涡轮机(1)的转子(5)，
其中所述转子(5)以能够围绕转动轴线(4)旋转的方式构成，
其特征在于，
所述转子具有多个在所述转子(5)的表面上、沿周向方向(16)设置在所述卸载区域中的凹部(15)，
其中所述凹部(15)相对于所述转动轴线(4)以角度α倾斜，所述角度α位于10°和80°之间。
2.根据权利要求1所述的转子(5)，
其中所述凹部(15)相对于所述转动轴线(4)以角度α倾斜，所述角度α是45°。
3.根据权利要求1或2所述的转子(5)，
其中所述凹部(15)彼此间以等距的间距(17)设置。
4.根据权利要求1或2所述的转子(5)，
其中所述凹部(15)构造成彼此相同。
5.根据权利要求1或2所述的转子(5)，
其中所述凹部(15)具有宽度和长度，
其中所述长度大于所述宽度。
6.根据权利要求1或2所述的转子(5)，
其中所述凹部(15)在轴向方向上首先增大并且随后减小。
7.根据权利要求6所述的转子(5)，
其中所述凹部(15)具有始端区域(23)和末端区域(24)，并且所述凹部(15)在所述始端区域(23)和所述末端区域(24)中与卸载槽表面(14)齐平。
8.根据权利要求1或2所述的转子(5)，
其中所述凹部(15)在其纵向方向上具有连续的延伸。
9.根据权利要求1或2所述的转子(5)，
其中在横截面中观察，所述凹部(15)构成为是矩形的或梯形的。
10.根据权利要求1或2所述的转子(5)，
其中所述卸载区域设置在入流区域(8)中并且所述入流区域(8)构成为用于由新鲜蒸汽流过。
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