[發明專利]用于壓縮流體的渦輪機

在審

• 申請號: 201310680181.2
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103775355A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: S·博森;A·佐佩爾;H·維蒂希;F·維貝
• 申請（專利權）人: 阿特拉斯·科普柯能源有限公司
• 主分類號: F04D19/00
• 分類號: F04D19/00;F04D29/053;F04D29/056;F04D29/32
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王會卿

技術領域

本發明涉及一種渦輪機。更特別地，本發明涉及用于壓縮流體的此類機械。

背景技術

典型的渦輪機具有固定殼體，其具有沿軸線延伸并且容納轉子的通道形成腔室，轉子具有由軸承支撐的主體以繞軸線旋轉。軸向延伸的葉片也從轉子主體的外表面徑向向外伸出，并在使流體軸向流過殼體的同時壓縮流體。

工業應用例如化學或石化設備中所使用的渦輪機通常在預定產能和轉速范圍內在可精確控制的條件下運行。轉子針對此運行點進行優化并由實心軸形成，轉子葉片附接在軸上。生產和平衡這種類型的轉子結構是昂貴的。為此目的，設置流體潤滑軸承系統，例如油潤滑系統，因此需要有效的密封系統來防止潤滑劑污染流過渦輪機的流體。

與渦輪機葉片一起形成的盤，稱為整體葉盤，是飛機制造業中公知的。將渦輪機葉片集成到盤能節省大量的材料，并且因而不需要組裝和調校各個葉片。特別地，可以在盤的中心處形成空隙。但是，這樣做的后果是將多個整體葉盤堆疊意味著各個制造和裝配公差進行累積，因此需要更加結實可靠的軸承結構，并且導致最大允許轉速受到限制。

發明內容

因此本發明的一個目的是提供一種改進的用于壓縮流體的渦輪機。

另一個目的是提供這樣一種克服了上述缺點的改進的用于壓縮流體的渦輪機，特別是其能利用小型軸承結構恰當地運行并能在高速下運行。

用作壓縮機的渦輪機具有以軸線為中心的管狀外殼、在外殼內至少基本上以軸線為中心的轉子、和在外殼內支撐轉子以繞軸線旋轉的軸承。轉子由沿軸線延伸并以軸線為中心的小直徑軸和軸向地裝配在一起的多個環形盤形成，該軸具有至少一個安裝軸套，并由軸承支撐，所述盤具有徑向向外延伸的葉片。至少一個盤與安裝軸套裝配并固定到安裝軸套上。

在實踐中有兩個此類軸套且只有端部盤接合軸套。中間盤與轉子的軸沒有徑向接觸。所選的軸直徑盡可能的小，從而減少轉子的總質量。同時，直徑的大小被確定為使得在所有的預期運行狀態下都保證可靠的力傳遞和轉子的尺寸精度。

安裝軸套與軸一體形成，并從軸徑向伸出。由轉子盤構成的套件通過軸套被附接到軸。帶有集成轉子葉片的這類盤也被稱為帶葉片的整體盤(整體葉盤)，并被作為單個件通常通過機加工生產。該盤是環形的并具有與外圓周表面共心的中心孔，在被安裝時，一段細軸以一定間距在中心穿過該孔。軸和整體葉盤的內圓周之間存在間隙。

根據本發明，轉子由外殼內的軸承支撐。細中心軸、轉子的輕重量結構設計、精確平衡的整體葉盤的使用以及低摩擦軸承的相互作用為轉子提供了極為平滑的運行特征，并使得渦輪機在工業應用中能在非常高的速度下運行。

至少部分軸承結構優選以磁軸承的形式設置。由于整體葉盤的使用使得轉子的質量被減少到使磁軸承的使用是經濟上可行的程度，所以磁軸承結構是可行的。僅采用磁軸承的設計方案具有完全不需要潤滑劑的額外優點。

在其他優選實施例中，至少部分軸承以滾柱接觸軸承、液力滑動軸承或靜壓滑動軸承的形式設置。

兩個軸套優選被整體地模制在軸上，這些表面之間布置有狹窄區域。組件的每個末端盤之一接觸兩個軸套和/或被附接到軸套。在此兩個末端盤能被附接到兩個軸套，盤組件能支撐在它們之間。

在包括兩個軸套的一種結構中，轉子優選被軸向地和徑向地支撐在軸承上，所述軸承被設置在帶有軸套的突起的外側。所述軸承在此能以分離的軸承的形式或者作為組合的推力/徑向軸承設置。

渦輪機至少部分地優選被實施為軸流式設計。在這種情況下，氣體或蒸氣流體至少部分地沿平行于轉子旋轉軸線的方向流動。另外，提供徑向運行渦輪機的元件也是可行的。

在一個優選實施例中，轉子的盤包括形成徑向臺階狀肩部的安裝法蘭。相鄰盤的臺階狀肩部彼此互補地接合。通過這種附接方式，有效地防止堆疊的盤發生側向(徑向)滑動。這產生了可靠的剛度，即使是在僅有端部盤被彼此撐靠的組件中。另外，相應的中間的連續盤也能被彼此成對地附接，例如通過螺栓。

轉子的盤有利地在中心包括不同直徑的不具有渦輪葉片的區域。

轉子盤的不具有渦輪葉片的區域徑向地限定了一個圍繞旋轉中心旋轉對稱的且是錐形的公共圓周區域。在截面上的均一錐形意味著在渦輪機中不連續的直徑過渡處沒有不希望的紊流發生。

附圖說明

通過參考附圖進行的以下描述，前述的和其他的目的、特征和優點將變得更易理解，其中：

圖1是貫穿根據本發明的渦輪機的縱向剖視圖；

圖2是本發明的軸承區域的放大剖視圖。

具體實施方式