专利名称：旋转机器特别是汽轮机的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转机器的领域。它涉及旋转机器特别是汽轮机用的转子。
背景技术：
汽轮机的转子暴露于由离心力和温差而产生的高应力。前者主要限制能够安装的转子的直径，而后者由于LCF(低周期疲劳)应力而主要地缩短使用寿命。
至今为止，转子主要用合金钢制成，在某些情况下利用大的空腔，如在焊接到一起的各转子的环的情况中所形成的(例如参见WO-A1-2004/101209)。
另一方面，已知用海绵状金属制造多孔的金属构件。已利用海绵铝进行广泛的试验(例如参见US-B1-6,840,301)。也知道原则上所有金属包括钢都能制成海绵(例如参见US-A-6,263,953)。在这种情况下海绵状金属有一连续表面。因此从外面看不到海绵构件。
发明概要现在本发明的目的是提供这样一种转子，该转子利用密度减小的金属构件如海绵状金属的优点，能适应离心力和温差而暴露于高负荷。
该目的通过采用本发明的适当的解决方案达到的，按照本发明，该转子至少在子区域中是用一种密度减小且包括多个精细分布的空腔的金属构件制成的。
按照本发明的转子的第一构型的特征在于，该密度减小的金属构件是一种海绵状金属，该海绵状金属为海绵钢或海绵状镍基合金，以及该金属构件有一连续的表面。
另一第二构型是，该密度减小的金属构件有多个金属片，它们互相交叉而形成空腔并相互连接，特别是通过焊接、螺钉连接或铆钉连接。
具有密度减小的金属构件的子区域在生产转子期间可以在转子上整体形成。
但是，也可考虑将具有密度减小的金属构件的子区域做成分离的部件并连接在该转子的其余部分上，在这种情况下，这些分离的部件至少用一种可靠锁紧的方式连接在转子的其余部分上/或焊接在转子的其余部分上或利用收缩配合连接而连接在转子的其余部分上。
这些具有密度减小的金属构件的子区域最好设置在与子区域有关的减小的热传导和/或重量减小很有利的部位。特别是，如果该转子有一平衡柱塞，那么一个具有密度减小的金属构件的子区域全部设置在该平衡柱塞的外侧的周围。
附图简述下面在示范实施例的基础上连接附图更详细地说明本发明，附图中
图1表示通过一个按照本发明的用于汽轮机的转子的第一示范实施例的简化的纵向截面图，该转子有一带整体形成的海绵状金属的外子区域的平衡柱塞；图2表示本发明的用于汽轮机的转子的与图1相似的第二示范实施例，该转子有一带一个以可靠锁紧方式附接的海绵状金属的外子区域的平衡柱塞；图3表示通过图2的平衡柱塞的截面图；图4表示本发明的用于汽车轮机的转子的与图1相似的第三示范实施例，该转子有一带一个附接的由金属片组成的并且有减少的密度的金属构件的子区域的平衡柱塞；以及图5表示通过图4的外平衡柱塞子区域的金属构件的放大的纵向截面图。
实施本发明的方法图1表示通过一个按照本发明的用于汽轮机的转子的第一示范实施例的简化的纵向截面图。转子10相对于转子轴线18基本上成转动轴对称。图示为实心，但内部也可以有空腔。在转子的两端11和13，转子10有转子联轴器12和14，利用这两个联轴器可以将转子连接在一根轴或类似机构上。在其中段，转子10设有叶片7，流过该汽轮机的蒸汽在叶片7处作功。为了补偿而后产生的轴向剪切力，在转子10上以本质上已知的方式设置一个平衡柱塞15(例如参见US-A-4,661,043)。
按照本发明的转子部分地或全部由一种海绵状金属特别是海绵钢(在极高温度下为海绵状镍基合金)制成。转子的建造最好是部分包括海绵状金属而部分包括非海绵状金属。该非海绵状金属即传统的金属在这种情况下主要用于承受因叶片离心力而产生的高应力的位置处。海绵状金属特别用于相应的重量节省或相应的低热量的产生所带来的效果很有利的部位。一个这样的部位特别是如图1所示的平衡柱塞15。
作为例子，一个变化的实施例是，转子的整个围绕平衡柱塞外侧的子区域16用海绵状金属制成，而转子的中心用非海绵状金属制成(图1和图2、3)。
如果只在转子的选定部位处需要海绵状金属，那么它或者可能只是因采用的工艺而在转子中局部产生(图1)，或者是分离产生而只是随后连接到转子上(图2和3)。
但是，作为海绵状金属的替代，也可以使用含有精细分布的空腔的另一种金属构件(图4和5中的子区域23)。作为例子，一种此类型的空腔构件可以通过焊接彼此交叉的金属片而制成(图5)。
所描述的用于平衡柱塞的构件具有下列优点由于平衡柱塞的重量减轻了，转子中心处的离心力应力也显著减轻了。但是，如果转子中心处由非海绵状金属制成，那么该部位处能像传统的转子一样地承受同样的应力。结果，可以采用显著地较大的平衡柱塞。
其次，由于海绵状气泡，减小了海绵中的热传导。在由海绵状金属制成的表面区域中，特别是在位于输入气流区中因而其周围具有最热的蒸汽流动的平衡柱塞处，引入转子的热量要少得多。这样就减小了热应力，因而延长了转子的使用寿命。再次，由于引入转子的热量减少了，在平衡柱塞的情况下，柱塞侧转子端部处(图1中11)和转子中心内的温度较低，结果那里的转子强度甚至增大了。
图1表示本发明的一个示范实施例，其中在平衡柱塞15的环状子区域16中具有海绵状金属(图1示出该截面转子的上半)。在子区域16的表面上，海绵状金属为闭合的网格状，因此从外面看不见内部的(多孔状)金属构件，而蒸汽也不能渗入海绵状金属的孔中。
图2和图3中示出另一个示范实施例。正如图1中的示范实施例一样，平衡柱塞15的外区域中的子区域16充有海绵状金属。但是，该区域现在是一个与转子20的其余部分分离制造的部件，并且是利用焊缝22以压力气密方式连接在转子20上的。其次，该海绵状部件16在其径向内边界表面19上是利用可靠锁紧方式连接在转子20上的，从而使当转子20转动时产生的离心力从海绵状金属16传送到转子20上。图3以通过平衡柱塞15的截面图形式表示此种可靠锁紧连接。海绵状部件16与转子20的其余部分分别制造的好处是，可以利用超声波来更好地检查转子20的其余部分中材料的缺陷。
在其它方面与第二示范实施例相同的第三示范实施例中，压力气密焊缝22用平衡柱塞15上对置侧面上的焊缝21替代。
第四示范实施例对应于第二和第三示范实施例，不同之处是并不采用如图3中所示的可靠锁紧连接和图2中所示的焊缝21、22，子区域16现在利用收缩配合的连接而安置在转子20上。
图4表示第五示范实施例。该实施例不采用多孔的海绵状金属，而是在平衡柱塞15的外面子区域23中使用设有精细分布的空腔31的金属构件；在该例子中，在边界表面19上收缩配合在转子30上。
图5表示子区域23及其金属构件的放大图。子区域23的外侧面被较厚的外金属片26…29围绕，而在内部，较薄的内金属片24和25分别沿垂直平面和水平平面设置。在该例子中，内金属片全都利用焊接互相连接，虽然图5中没有示出焊缝。
第六示范实施例对应于第五实施例，不同之处是空腔构件的内金属片24、25利用螺钉相互连接。
第七示范实施例同样对应于第五实施例，不同之处是金属构件的内金属片24、25利用铆钉相互连接。
内金属片24、25的数目和分布与所形成的空腔31的尺寸和分布是子区域23的机械稳定性及其导热性能的决定因素。它们必须按要求来选择和限定。如果子区域(图1、2中16)采用海绵状金属，那么孔的尺寸和分布也是决定因素。
部件清单10，20，30转子(汽轮机)11转子端部(柱塞侧)12转子联轴器(柱塞侧)13转子端部(蒸汽出口侧)14转子联轴器(蒸汽出口侧)15平衡柱塞16，23子区域(平衡柱塞)17叶片18转子轴线19边界表面21，22焊缝24，25内金属片26…29外金属片31空腔
权利要求
1.一种旋转机器特别是汽轮机的转子(10，20，30)，其特征在于，转子(10，20，30)至少在子区域(16，23)中是用一种密度减小且包含多个精细分布的空腔(31)的金属构件构成的。
2.如权利要求1中所述的转子，其特征在于，该密度减小的金属构件是一种海绵状金属。
3.如权利要求2中所述的转子，其特征在于，该海绵状金属是海绵钢。
4.如权利要求2中所述的转子，其特征在于，该海绵状金属是一种镍基合金海绵。
5.如权利要求2～4之一所述的转子，其特征在于，该金属构件有一连续的表面。
6.如权利要求1中所述的转子，其特征在于，该密度减小的金属构件包括多个金属片(24，25)，它们互相交叉而形成空腔(31)并且特别是通过焊接、螺钉连接或铆钉连接互相连接。
7.如权利要求1中所述的转子，其特征在于，具有密度减小的金属构件的子区域(16)是在转子(10，20，30)上整体形成的。
8.如权利要求1中所述的转子，其特征在于，具有密度减小的金属构件的子区域(16)是作为分离的部件而形成的，并被连接在转子(10，20，30)的其余部分上。
9.如权利要求8中所述的转子，其特征在于，该分离的部件(16)至少以可靠锁紧的方式被连接在转子(10，20，30)的其余部分上。
10.如权利要求8中所述的转子，其特征在于，该分离的部件(16)是被焊接在转子(10，20，30)的其余部分上的。
11.如权利要求8中所述的转子，其特征在于，该分离的部件(16)是利用收缩配合的连接方法被连接在转子(10，20，30)的其余部分上的。
12.如权利要求1～11之一中所述的转子，其特征在于，具有密度减小的金属构件的子区域(16)被设置在转子(10，20，30)的与这些子区域(16)相关的热传导降低和/或重量减小有利的部位上。
13.如权利要求12中所述的转子，其特征在于，转子(10，20，30)有一平衡柱塞(15)，而有一密度减小的金属构件的子区域(16，23)被全部设置在平衡柱塞(15)的外侧周围。
全文摘要
通过至少在子区域(16)中用一种密度减小且包括多个精细分布的空腔的金属连接来制成转子(10)，可以提高旋转机器特别是汽轮机的转子(10)的负荷承载能力。
文档编号F01D3/00GK101046158SQ20061007100
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者M·赖格尔 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司