[發(fā)明專(zhuān)利]用于渦輪轉(zhuǎn)子盤(pán)的感應(yīng)加熱的系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380016567.1
• 申請(qǐng)日: 2013-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104204410A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 哈拉爾德·寧普奇;斯文·埃克斯諾夫斯基;斯特凡·庫(kù)利希
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西門(mén)子公司
• 主分類(lèi)號(hào): F01D5/08
• 分類(lèi)號(hào): F01D5/08;F01D19/02;F01D25/10;H05B6/02
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;李春暉

本發(fā)明涉及一種用于加熱部分燃?xì)鉁u輪的系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種用于加熱燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子盤(pán)的系統(tǒng)和方法。

具有高工作溫度的燃?xì)鉁u輪中的一些部分經(jīng)常遭受循環(huán)機(jī)械應(yīng)力。眾所周知，這樣的部分的一個(gè)示例是包含轉(zhuǎn)子盤(pán)和葉片的渦輪轉(zhuǎn)子，葉片從渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子盤(pán)徑向地向外延伸。盤(pán)由于通過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子的葉片的熱氣的運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。對(duì)葉片這個(gè)影響以及所造成的在轉(zhuǎn)子盤(pán)中心部分處產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子盤(pán)中的循環(huán)機(jī)械應(yīng)力。

此外，在燃?xì)鉁u輪中，在渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)已經(jīng)被發(fā)起的階段，通過(guò)葉片的高溫?zé)釟庋杆俚靥岣吡藴u輪轉(zhuǎn)子的外圍部分溫度，即與盤(pán)的中心部分相比較的盤(pán)的外圍部分，而盤(pán)的中心部分在該工作階段仍具有低溫，這因而在渦輪轉(zhuǎn)子內(nèi)建立了熱梯度。由于氣體溫度非常高，因此熱梯度也是極端的，并且因而導(dǎo)致渦輪轉(zhuǎn)子中的熱應(yīng)力。然而，在被連續(xù)旋轉(zhuǎn)一些時(shí)間之后，熱分布于整個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子，并且梯度下降。

與熱應(yīng)力耦合的循環(huán)機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子的損害。在渦輪的鍛造部件中損害的機(jī)會(huì)更大。眾所周知，在制造期間不管使用什么鍛造技術(shù)，由于鍛造部件包含某一級(jí)別的材料不連續(xù)性，都會(huì)使得損害的機(jī)會(huì)成倍增加，其中所述材料不連續(xù)性根據(jù)例如包含盤(pán)和葉片的渦輪轉(zhuǎn)子的鍛造部件的位置、定向和工作條件而增長(zhǎng)。

因此，由于熱梯度下降，轉(zhuǎn)子盤(pán)材料的斷裂韌度增加，其結(jié)果是，在渦輪轉(zhuǎn)子開(kāi)始旋轉(zhuǎn)之前或在旋轉(zhuǎn)的初始階段期間，盤(pán)的預(yù)熱將使渦輪轉(zhuǎn)子的損害或故障的機(jī)會(huì)最小。

因此，在必要時(shí)，在渦輪轉(zhuǎn)子開(kāi)始旋轉(zhuǎn)之前或在旋轉(zhuǎn)的初始階段期間，使用轉(zhuǎn)子盤(pán)的加熱。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)子緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)引導(dǎo)加熱的空氣通過(guò)轉(zhuǎn)子盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱。該方法和所需的裝置是昂貴的，并且占用額外的設(shè)施空間，這使得渦輪笨重。此外，熱能通過(guò)盤(pán)的表面被間接提供到材料中，并且從盤(pán)的表面，熱能分布到盤(pán)中。因此，這樣的過(guò)程必然伴隨著不期望的能量損失，并且也需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)提供盤(pán)中的最佳溫度，從而導(dǎo)致燃?xì)鉁u輪效率的降低。

加熱盤(pán)的另一方式是在燃燒機(jī)點(diǎn)火之后、在旋轉(zhuǎn)的初始階段中減速運(yùn)行燃?xì)鉁u輪，以允許盤(pán)正常地獲得渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的期望最佳速度所需的最佳溫度。該過(guò)程發(fā)生在相對(duì)于期望旋轉(zhuǎn)速度明顯降低的旋轉(zhuǎn)速度。在此，缺點(diǎn)是在旋轉(zhuǎn)初始階段期間的額外的燃料消耗和污染氣體的排放增加。

因此，本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種用于加熱部分燃?xì)鉁u輪的系統(tǒng)和方法，更具體地，公開(kāi)一種用于以簡(jiǎn)單、高效且經(jīng)濟(jì)的方式加熱燃?xì)鉁u輪的轉(zhuǎn)子盤(pán)的系統(tǒng)和方法。

通過(guò)權(quán)利要求12的方法和權(quán)利要求1的渦輪轉(zhuǎn)子中公開(kāi)的發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。有利發(fā)展出現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。

本發(fā)明的思想是提供一種用于渦輪轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)子盤(pán)的感應(yīng)加熱的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)是具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)的渦輪轉(zhuǎn)子。根據(jù)本發(fā)明的渦輪轉(zhuǎn)子包括用于加熱轉(zhuǎn)子盤(pán)的至少一部分的加熱裝置。加熱裝置包括用于傳導(dǎo)電流的導(dǎo)體。導(dǎo)體相對(duì)于轉(zhuǎn)子盤(pán)被定位成使得在導(dǎo)體中存在電流的情況下，轉(zhuǎn)子盤(pán)中的部分中產(chǎn)生渦電流。導(dǎo)體可以與要被加熱的轉(zhuǎn)子盤(pán)中的部分電絕緣。電流是交流電。轉(zhuǎn)子盤(pán)中的部分中所產(chǎn)生的渦電流導(dǎo)致轉(zhuǎn)子盤(pán)的部分的感應(yīng)加熱。

在渦輪轉(zhuǎn)子的實(shí)施方式中，渦輪轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)，并且導(dǎo)體延伸穿過(guò)渦輪轉(zhuǎn)子中的至少兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子盤(pán)。因此，多個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)中的不同部分可以利用導(dǎo)體而感應(yīng)加熱。作為示例，導(dǎo)體可以被定位成使其沿轉(zhuǎn)子盤(pán)的轉(zhuǎn)軸延伸并且通過(guò)盤(pán)的中心孔。

在渦輪轉(zhuǎn)子的另一實(shí)施方式中，導(dǎo)體包括渦輪轉(zhuǎn)子的系桿。系桿適于傳導(dǎo)電流。本領(lǐng)域中公知的是，系桿是渦輪的公共組件，并且當(dāng)系桿本身用作導(dǎo)體來(lái)傳導(dǎo)電流時(shí)，避免了對(duì)于具有用作導(dǎo)體的附加組件的需求。例如，系桿可以是渦輪轉(zhuǎn)子的中心系桿。這使得渦輪轉(zhuǎn)子的構(gòu)造簡(jiǎn)單且成本有效。

在渦輪轉(zhuǎn)子的另一實(shí)施方式中，導(dǎo)體還包括沿系桿布置的傳導(dǎo)元件。導(dǎo)體可以與系桿電絕緣。傳導(dǎo)元件適于傳導(dǎo)電流。這提供了針對(duì)傳導(dǎo)元件的構(gòu)造而使用任何所需材料的靈活性。另外，傳導(dǎo)元件可以具有適合渦輪構(gòu)造的所需形狀。

在渦輪轉(zhuǎn)子的另一實(shí)施方式中，導(dǎo)體包括多個(gè)傳導(dǎo)元件。傳導(dǎo)元件沿系桿的橫截面的圓周對(duì)稱(chēng)布置。這提供了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子盤(pán)均勻加熱的優(yōu)點(diǎn)。

在渦輪轉(zhuǎn)子的另一實(shí)施方式中，導(dǎo)體包括至少一個(gè)突出部。突出部從導(dǎo)體向外延伸向轉(zhuǎn)子盤(pán)的外周。突出部適于傳導(dǎo)電流且生成轉(zhuǎn)子盤(pán)中的部分中的。這提供的優(yōu)點(diǎn)是加熱具有大中心孔的轉(zhuǎn)子盤(pán)或任何其他類(lèi)型的渦輪轉(zhuǎn)子，對(duì)其而言，轉(zhuǎn)子盤(pán)的內(nèi)表面距位于軸或系桿中或位于軸或系桿上的導(dǎo)體有很大距離，因?yàn)樵摵艽缶嚯x將導(dǎo)致產(chǎn)生渦電流的效率降低，從而導(dǎo)致加熱的效率降低。