专利名称：制作用于蒸汽涡轮机的转子的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及蒸汽涡轮机且，更特定地，涉及制作用于蒸汽涡 轮机的转子的方法和系统。至少一些已知的转子制作成包括转子端、轴承区、填塞区、和蒸汽 路径段的单个锻造件。 一般地，这种转子的重量导致转子在运行期间通 过第一临界速度。特别地，第一临界速度等于转子的硬度与转子重量的商的平方根。更特别地，第一临界速度可以数学地表示为其中k代表转子的硬度且w代表转子的重量。因此，转子的重量的增加 导致更低的临界速度。在临界速度，由于转子以一般地等于转子的自然 频率的频率旋转，转子的振动可能变得不稳定。为了避免对转子和/或者 发动机的损坏，转子必须运行在低于第一临界速度的速度，或者转子必 须很快地加速到比第 一 临界速度更快的运行速度。其他已知的转子设计成具有更轻的重量，使得第 一临界速度增加。 这种转子的至少一些包括大致同心地延伸通过转子轴的孔。然而，为了 满足结构要求，这种已知的转子一般地制作成有在外部孔直径和外部转 子直径之间测量的大的壁厚度。因此，这种转子的坚固性一般地没有降 低至足够使转子能够在低于第一临界速度的速度运行。发明内容一方面，提供制作涡轮机转子的方法。该方法包括制作多个大致圆 柱形的盘。制作每个盘包括制作大致圆柱形的主体且大致同心地延伸孔 通过主体。该方法也包括将多个盘的至少两个联接在一起，以形成具有 轴向地延伸通过其的孔的转子。
背景技术：
另一方面，提供用于涡轮机的转子。该转子包括多个大致圆柱形的 盘。每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔的大致圆柱形的主体。 该转子也包括联接在一起的盘的至少两个，使得孔一般地轴向地延伸通 过该转子。在进一步的方面，提供涡轮发动机。该涡轮发动机包括涡轮机和轴 向地延伸通过涡轮机的转子。该转子包括多个大致圆柱形的盘。每个盘 包括具有大致同心地延伸通过其的孔的大致圆柱形的主体。该转子也包 括联接在一起的盘的至少两个，使得孔一般地轴向地延伸通过该转子。
图1为示范性的相对流动蒸汽涡轮发动机的截面示意图；图2为可以与图1显示的蒸汽涡轮机使用的示范性的转子的示意图；图3为图2显示的转子的部分的前透视图；和 图4为图3显示的转子的该部分的后透视图。
具体实施方式
图1为示范性的相对流动蒸汽涡轮发动机100的截面示意性的图 示，该相对流动蒸汽涡轮发动机100包括高压(HP)段102和中压(IP) 段104。HP壳或者壳体106轴向地分别分为上半段和下半段108和110。 同样地，IP壳112轴向地分别分为上半段和下半段114和116。在这种 示范性的实施例中，壳106和112为内部壳体。可替换地，壳106和112 为外部壳体。定位在HP段102和IP段104之间的中间段118包括高压 蒸汽进口 120和中压蒸汽进口 122。在壳体106和112内，HP段102和 IP段104分别地布置在由轴颈轴承126和128支撑的单个轴承跨距内。 蒸汽密封装置130和132分别位于每个轴颈轴承126和128内。在这个 示范性的实施例中，壳106和U2为外部壳体。可替换地，壳106和112 为内部壳体。环形段分隔物134从中间段118向在HP段102和IP段1(M之间延 伸的转子轴140径向地向内延伸。更特定地，分隔物134围绕转子轴140 的在第一HP段进口喷嘴136和第一IP段进口喷嘴138之间的部分周向 延伸。分隔物134被接收到限定在填塞壳体144内的槽142内。更特别 地，槽142为径向延伸进入填塞壳体144且围绕填塞壳体144的外部圆 周延伸的C-形槽，使得槽142的中心开口径向地朝外。在运行期间，高压蒸汽进口 120从蒸汽源，例如动力锅炉(图1中 未显示)，接收高压/高温蒸汽。蒸汽从进口喷嘴136传递通过HP段102， 其中通过联接到轴140的多个涡轮机叶片，或者轮叶(图1中未显示) 从蒸汽中提取功以旋转转子轴140。每套轮叶包括便于蒸汽传递至关联 的轮叶的相应的定子组件(图1中未显示)。蒸汽从HP段102排出且 回到锅炉，其中，蒸汽再加热。再加热的蒸汽然后传递至中压蒸汽进口 122且通过进口喷嘴138在比蒸汽进入HP段102降低的压力，但是在 大约等于蒸汽进入HP段102的温度的温度回到IP段104。通过旋转和 静止部件的系统以大致类似于用于HP段102的方式从IP段104内的蒸 汽提取功。从而，HP段102内的运行压力高于IP段104内的运行压力， 使得HP段102内的蒸汽趋向于通过可以在HP段102和IP段104之间 产生的泄漏路径流向IP段104。在这个示范性的实施例中，蒸汽涡轮机ioo为相对流动高压和中压 蒸汽涡轮机组合。可替换地，蒸汽涡轮机IOO可以与任何单个的涡轮机 包括，但不限于低压涡轮机使用。此外，本发明不限于与相对流动蒸汽 涡轮机使用，而可以与包括，但不限于，单流和双流涡轮蒸汽涡轮机的 蒸汽涡轮机构造使用。而且，本发明不限于蒸汽涡轮机，而可以与燃气 涡轮发动机使用。图2为可以与蒸汽涡轮机100 (图1中显示)使用的示范性的转子 200的示意图。特别地，在这个示范性的实施例中，转子200为延伸通 过涡轮机IP段104的转子140 (图1中显示)的部分。在这个示范性的 实施例中，类似的转子部分从转子200延伸通过HP段102。在可替换 的实施例中，转子200独立地与单流蒸汽涡轮机使用。在另一可替换的 实施例中，转子200与双流蒸汽涡轮机使用。转子200包括联接到第一 轴承段204的第一端段202和联接到第二轴承段210的第二端段208。 第 一填塞段206在第 一端段202和第 一填塞段206之间延伸。第二填塞 段212在第二端段208和第二填塞段212之间延伸。蒸汽路径段214在 第一填塞段206和第二填塞段212之间延伸。在这个示范性的实施例中，第一端段202，第一轴承段204,和第 一填塞段206从单块钢合金或者任一其他适合在蒸汽涡轮机中使用的材
料锻造。在可替换的实施例中，第一端段202，第一轴承段204，和第 一填塞段206单独地锻造且用任一适当的联接方法例如，但不限于，螺 栓连接、螺紋联接、焊接、钎焊接、摩擦配合、和/或者收缩配合联接在 一起。类似地，在这个示范性的实施例中，第二端段208,第二轴承段 210，和第二填塞段212从单块钢合金或者任一其他适合在蒸汽涡轮机 中使用的材料锻造。在可替换的实施例中，第二端段208，第二轴承段 210,和第二填塞段212单独地锻造且用任一适当的联接方法例如，但 不限于，螺栓连接、螺紋联接、焊接、钎焊接、摩擦配合、和/或者收缩 配合联接在一起。而且，在这个示范性的实施例中，蒸汽路径段214使 用任一适当的联接方法例如，但不限于，螺栓连接、螺紋联接、焊接、 钎焊接、摩擦配合、和/或者收缩配合联接到第一填塞段296和第二填塞 段212。蒸汽路径段214包括多个联接在一起的周向的盘220。盘220从钢 合金或者任一其他适合在涡轮机中使用的材料单独地锻造。在这个示范 性的实施例中，图示了 12个盘220。然而，在可替换的实施例中，蒸汽 路径段214包括任何合适数量的盘220。特别地，在这个示范性的实施 例中，每个盘220代表蒸汽路径段214的级。在可替换的实施例中，蒸 汽路径段214的每个级包括一组盘220。在这样的实施例中，盘220的 每个组包括任一适当数量的盘220。买个盘220包括上游构件222和下 游构件224。特别地，上游构件222包括多个翼片(未显示)且下游构 件224在翼片之间提供定子组件延伸通过的空间。在这个示范性的实施例中，每个盘220的下游构件224靠着相邻的 盘220的上游构件222联接。在可替换的实施例中，周向密封件、周向 垫圈、和/或者平衡轮的至少一个在构件222和相邻的盘220之间联接。 可替换地，平衡轮可以联接到转子200的任何部分。而且，在这个示范 性的实施例中，每个后续的盘220具有比定位在紧接上游的盘220更大 的圆周。在可替换的实施例中，盘220每个具有大致相同的直径D!。在 实施例中，其中盘220在级中组合在一起，在各自的级内的每个盘220 具有大约相同的直径D!且盘220的每个后续的级具有比在紧接上游的 级内的盘220更大的直径Di。图3为盘22的前透视图。图4为盘220的后透视图。特别地，图3 为下游端224的图，且图4为上游端222的图。盘220为大致周向的且
包括大致周向延伸通过其的孔230,使得盘主体232从孔230径向向外 地延伸。特别地，主体232从径向内部缘234延伸至径向外部缘236。 在这个示范性的实施例中，每个盘主体232构造成联接到相邻的盘主体 232，使得孔230延伸通过蒸汽路径段214的整个长度。在这个示范性 的实施例中，径向内部缘234的下游端224包括一般轴向从其延伸和围 绕主体232大致周向延伸的突出238。更进一步地，在这个示范性的实 施例中，径向内部缘234的上游端222包括围绕主体232大致周向延伸 的凹口 240。在这个示范性的实施例中，突出238定尺寸为被接收到在 相邻的盘220中限定的凹口 240内，使得每个盘220大致同心地对准。 在可替换的实施例中，突出238定尺寸为被接收到周向密封件、周向垫 圈、和/或者平衡轮的至少一个中形成的凹口内。盘主体232也包括多个周向隔开且延伸通过其的孔口 242。在这个 示范性的实施例中，盘主体232包括18个孔口 242。可替换地，盘主体 232可以包括任一适当的数量的孔口 242。每个相邻的盘220的孔口 242 大致同心地对准以便于盘220联接在一起。特别地，盘220使用延伸通 过每个孔口 242的轴向螺栓、双头螺栓、螺杆、或者任一其他适当的联 接机构的至少一个联接。可替换地，盘220通过焊接过程、钎焊接过程、或者任一其他适当的保持过程的至少一个联接。联接在盘上游端222处的多个翼片244从主体232径向向外地延 伸。翼片244定向为使得当盘220联接在一起时，在下游端224处在每 个相邻的盘220的多个翼片244之间限定间隙。而且，间隙使得定子组 件能够延伸通过其。在这个示范性的实施例中，翼片244制作成与主体 232成一体。在可替换的实施例中，主体232包括多个每个定尺寸为接 收和保持翼片244的燕尾槽。更进一步地，在这个示范性的实施例中， 盘220包括联接到每个翼片244且围绕盘220延伸的整体的密封尖端 246。在可替换的实施例中，密封尖端246由多个联接在一起的段制作， 以形成单体的周向的密封尖端。在另一可替换的实施例中，盘220不包 括密封尖端246。在转子200的制作期间，盘220联接在一起，如上文所述，以提供 具有延伸通过其的一般同心的孔230的转子200。在这个示范性的实施 例中，孔230延伸通过蒸汽路径^殳214。在可替换的实施例中，转子200 的其他段制作为使得孔230大致延伸通过转子200的整个长度。孔230 降低转子200的重量，从而，在涡轮机100的运行期间，第一临界速度 增加。因此，涡轮机IOO在正常的运行条件下可以运行，而不会达到第 一临界速度。因此，在涡轮机100内的振动便于降低。而且，孔230便 于降低与涡轮机IOO有关的维持，同时改进涡轮机效率和寿命。更进一步地，孔230大致地降低与涡轮机转子有关的成本。特别地， 盘220的设计降低制造成本和与具有要求转子通过第一临界速度的运行 速度的已知转子有关的支撑设备的成本。更进一步地，转子200的设计 便于减少转子的重量和尺寸，以致与锻造转子有关的时间和成本降低。 而且，转子尺寸和重量的减少增加可用于转子制作的材料卖主的数量。 此外，转子200的设计减少转子锻造和轮叶材料的不用的和浪费的数在这个示范性的实施例中，提供制作涡轮机转子的方法。该方法包 括制作多个大致圆柱形的盘。制作每个盘包括制作大致圆柱形的主体且 大致同心地延伸孔通过主体。该方法也包括将多个盘的至少两个联接在 一起，以形成具有轴向地延伸通过其的孔的转子。如在这里使用的，以单数陈述的和在词"a"或者"an"后面的元件 或者步骤应该理解为不排除复数的所迷的元件或者步骤，除非这种排除 清楚地陈述。更进一步地，参见本发明的"一个实施例"并不意味解释 为排除也合并陈述特征的另外的实施例的存在。虽然在这里描述的装置和方法在制作用于蒸汽涡轮机的转子的背 景中描述，需要理解该装置和方法并不限于转子或者蒸汽涡轮机。同样 地，图示的转子部件并不限于在这里介绍的具体的实施例，但相反地， 转子的部件能够和在这里描述的其他部件独立地且分开地使用。尽管本发明已经根据不同的具体的实施例描述，本领域的技术人员 将认识到本发明能够通过在权利要求书的精神和范围内的改动来实 施。
零件列表相对流动蒸汽涡4合发动;t几100高压(HP)段102中压(IP)段104HP壳或者壳体106HP壳上半段108HP壳下半段110IP壳112IP壳上半段IMIP壳下半段116中间段118高压蒸汽进口 120中压蒸汽进口 122用于支撑HP段的轴颈轴承126用于支撑IP段的轴颈轴承128用于HP轴颈轴承的蒸汽密封装置130用于IP轴颈轴承的密封装置132环形段分隔物134HP段进口喷嘴136IP段进口喷嘴138转子轴140槽142填塞壳体144转子200第一端段202第一轴承段204第 一填塞段206第二端段208第二轴承段210第二填塞段212蒸汽路径段214
盘220盘上游端或者上游构件222盘下游端或者下游构件224孔230盘主体232径向内部缘234径向外部缘236突出238凹口 240孔口 242翼片244密封尖端24权利要求
1.一种用于涡轮机(100)的转子(200)，所述转子包括多个大致圆柱形的盘(220)，每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔(230)的大致圆柱形的主体(232)，该盘的至少两个联接在一起，使得孔一般地轴向地延伸通过所述的转子。
2. 根据权利要求1所述的转子(200)，其中每个所述的盘(220) 进一步地包括槽口以联接所述的多个盘。
3. 根据权利要求l所述的转子(200),其进一步地包括 围绕每个所述的盘(220)的所述的主体(232)周向限定的多个孔口 (242);和延伸通过所述的多个孔口以将所述的至少两个盘联接在一起的多 个联接设备。
4. 根据权利要求3所述的转子(200)，其进一步地包括联接在所 述的联接在一起的至少两个相邻的盘(220)之间的周向密封件、周向 垫圏、和平衡轮的至少一个。
5. 根据权利要求1所述的转子(200)，其中每个所述的盘(220) 进一步地包括多个围绕所述的主体(232)周向隔开的翼片(244),所 述翼片的每个从所述的主体径向向外地延伸。
6. 根据权利要求5所述的转子(200),其中所述的多个翼片(244) 每个定向为使得在所述的联接在一起的相邻的至少两个盘(220)之间 限定间隙。
7. 根据权利要求5所述的转子(200),其进一步地包括多个在所 述的主体(232)中形成的燕尾槽，所述的多个翼片(244)的每个联接 在所述的多个燕尾槽的一个内。
8. —种涡轮发动机，其包括 涡轮机(100);和轴向地延伸通过所述的涡轮机的转子(200),所述的转子包括多 个大致圆柱形的盘(220)，每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的 孔(230)的大致圓柱形的主体(232)，该盘的至少两个联接在一起， 使得该孔一般地轴向地延伸通过所述转子。
9. 根据权利要求8所述的涡轮发动机，其中每个所述的盘(220) 进一步地包括槽口以联接所述的多个盘。
10.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其进一步地包括 围绕每个所述的盘(220)的所述的主体(232)周向限定的多个孔 口 (242);和延伸通过所述的多个孔口以将所述的至少两个盘联接在一起的多 个联接设备。
全文摘要
提供用于涡轮机(100)的转子(200)。该转子包括多个大致圆柱形的盘(220)，每个盘包括具有大致同心地延伸通过其的孔(230)的大致圆柱形的主体，这些盘的至少两个联接在一起，使得孔一般地轴向地延伸通过所述的转子。
文档编号F01D5/06GK101131092SQ200710146849
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者C·格拉齐洛, J·C·拉瓦什, J·R·辛金斯, J·T·墨菲, R·J·布拉肯, R·W·科尔尊, S·R·斯万 申请人:通用电气公司