专利名称：一种用于转动机械的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转动机械，该转动机械包括一个透平部分，该透平部分至少具有一个与转子轴相连的透平盘，透平盘的外部以一个叶片环的形式与一个气缸壳体相配合，而透平盘通过上述转子由与一个压缩机部分的转子轴相连。有一点对于所说的透平部分的效率和性能是否关重要的，这就是透平盘叶片未端与该透平机部分气缸壳体之间的间隙应尽可能的小。这尤其适用于连续操作状态，在该状况中，透平机是转动的。在起动和载荷变化时，对效率的要求会降底。
透平部分的元件如转子轴、叶片和汽缸壳体在非稳定状态中，例如起动和载荷增加及停车以及载荷减少的情况下的受热或冷却的速率是不同的。这是因为这些元件具有不同的质量并且受到通过该透平部分的热气流的影响程度不同。元件的受热导致线性的膨胀和变形，这就意味着在非稳定状态中转动与静止部件之间的间隙受到影响。
在非稳定状态期间，叶片未端的间隙减小，在遇冷或者受热状态下，如果该间隙选择的太小，该间隙被完全排除。这将导致接触和卡住，这是完全不能允许的。为了避免转动与静止部件的间的接触，应对叶片未端和汽缸壳体之间的间隙进行选择，该间隙的大小应足以防止在起动、停车和载荷变化时叶片未端的接触，而在连续工作期间，为防止不能接受的低效率，该间隙应选择的足够小。
叶片未端和汽缸壳体之间的间隙必须基于工作状态进行选择，同时要考虑到温度不均匀分布以及由于离心力导至叶片伸长等因素的影响，从而给出一个最小的可行的间隙。
在连续工作期间减少叶片未端间隙的一种方法是设计所说的透平机，使该通平机内的质量分布能控制由温度引起的膨胀和变形，这样就克服或者重新分布了上述的移动和形变。
另一种方法是采用运转制限制来避免最困难的工作状态的出现这些工作状态限定了叶片未端与汽缸壳体间的间隙。
这样，问题就在于叶片未端与汽缸壳体之间间隙的尺寸，采用该尺寸可以获得最好的性能和效率，而不会在起动、停车以及负载变化时发生叶片未端与汽缸壳体接触的危险，而且也不会导致该间隙变得象所不希望的那样大。
本发明的目的是提供一种用于制控制叶片未端间隙的方法和装置，也就是说提供一种转动机械中对透平机叶片未端与透平机汽缸壳体之间间隙的控制，该控制实现了在起动，停车以及载荷变化时所说间隙比连续工作时的间隙大，这样便可获得较好的性能和较高的效率而不会产生起动、停车以及载荷变化时叶片未端产生接触的危险。
本发明所述的机器包括一个透平机部分和一个压缩机部分，该透平机部分具有一个汽缸壳体、一个在该汽缸壳体内枢轴旋转的转子轴，该透平机具有至少一个配置若干叶片的透平圆盘，上述转子轴与一个压缩机部分的转子轴固连以形成一个公共转子轴，该公共转子轴轴向轴颈支承于压缩机部分。
在它们的外部，透平机圆盘配置若干叶片，这些叶片外部的倾角与汽缸壳体的锥角相同。汽缸壳体的圆锥部分为后面所述的汽缸圆锥。
本发明包括一种用于起动、停车和载荷变化时将一个透平机圆盘/多个透平机圆盘从汽缸圆锥中向外移动的方法和装置，以使叶片未端和汽缸壳体之间的间隙增加，这个间隙即为下文所述的叶片未端间隙。
由于叶片未端和汽缸圆锥具有角度，当转子轴轴线位移时，可以影响叶片和汽缸壳体之间的间隙。为产生这种转子轴和汽缸壳体之间的位移，可应用下述的方案。
鉴于透平机壳体与基座是固连的，所以压缩机部件的安装应使其能沿轴线方向移动。压缩机部件在轴线方向上移动导致具有若干叶片的透平机圆盘在该轴线方向上的移动，这是因为在压缩机部件中互相连接的转子在轴线向是固定的，所以带有若干叶片的透平机圆盘的轴向移动方向便与压缩机部件相同。
例如，在载荷增加的工况中，压缩机部件在轴线方向位移，随之转子轴也在轴线方向位移，这样叶片间隙便增加，当机器变得充分热时，压缩机发生移动，以便获得最小的叶片未端间隙。载荷重新变化时，叶片未端间隙再次加大，在随后的连续工作期间，该间隙再次被调整到最小的状态。
本发明的优点是工作过程中叶片未端间隙能以简单的方式控制，这样就解决了所说间隙太大或者太小的问题。
图1示意地表示了本发明采用的透平机部分和压缩机部分的局部轴向剖面图。
图2示意地表示了一个用于将压缩机部分朝向和背离透平机部分移动的装置的各向视图。图2b是图2a的b-b剖面图，图2c是图2a的c-c剖面图，图2d是图2c的d-d剖面图。
图3表示汽缸圆锥与叶片未端的之间间隙的轴线剖面图。
图1表示了一个具有一个透平机部分1的转动机器，该透平机部分配置一个透平机圆盘2。透平机圆盘2通过一个转子轴固连到压缩机部分4的转子轴上。压缩机4部分与透平机部分是分离的。形成一个共同转动轴3的压缩机转子轴在压缩机部分4中被轴向地轴颈支承。透平机圆盘2的外部配置若干叶片5。压缩机部分4在其前端和后端被悬挂地支承(图中未示出)，使其有可能在轴向上被推动。所说的机器在透平机部分1的出口壳7和压缩机部分4的入口壳8之间分开。
一个或者更多，优选为两个沿直径方向配置的轴向杆6将压缩机部分4和透平机部分1互相连接起来，该杆6配置在出口壳3和进口壳8中。
图2是所设计的使压缩机部分4沿轴线方向朝向或者背离透平机部分1沿轴线方向移动的装置的一个实例。
压缩机部分4的进口壳8处安装一个常规的柱塞9，该柱塞9可使一个控制臂10动作。该控制臂10借助于一个销12固接在一个偏心柱11上。偏心柱11依次可旋转地连接于固定在进口壳8上的支架13上。通过一个柱形轴14，杆6柱轴地与偏心柱相连，轴14具有相对偏心柱11的转动中心移动的转动中心。
当柱塞9缩短时，控制臂10绕轴14的中心转动。在该旋转运动过程中，偏心柱11因其偏心作用从轴14中心移。由于控制臂10借助于也可绕轴14作枢轴转动的杆6，在透平机部分1的出口壳体7中被固定地轴颈支承，而支架13被固定连接到可轴向移动的压缩机部分4上，故该压缩机部分4沿轴线方向被推离透平机部分1。
图1还表示了透平机部分1中汽缸壳体15围绕透平圆盘2的部分被制成锥形，其最大的圆锥直径面对出口壳体7。这个汽缸壳体15的锥形部分被称作汽缸圆锥16，叶片5的未端角度实际上与汽缸壳体15的锥角相同，当透平圆盘2被近朝透平机部分1的开口壳体7的方向移动时，导叶5未端与汽缸圆锥16之间的间隙将增加(见图3)。当透平圆盘2处于这种位置时，对于机器的起动，停机以及负载变化的工况是适宜的。
在一次起动或者一次负载增加之后，机器被加热，柱塞9被伸长，从而使带有转子轴3和透平圆盘2的压缩机部分4朝向汽缸圆锥16的内部移动，所述的间隙减小。
用于控制叶片未端间隙的柱塞9的操作可由手动或者自动执行。举例来说，柱塞9的伸长右以发生在一次起动后的一个确定时间间隙之后，或者在达到一定功率的时候进行。柱塞9的缩短举例来说可以与对机器的停车操作相连系地进行。
当然，本发明也可以用于周旋多级透平机1中。这样，汽缸壳体15在其环绕透平圆盘2的整个区域内，即从第一级透平到最后一级透平，都被制成锥形。
在本实施例中叙述了一种透平机部分1和压缩机部分4之间是分开的机器，但是，本发明也适用于透平机和压缩机部分1、4连接为一体的机器，这时机器转子轴3在透平机1和压缩机4的外部轴颈地支承。当然，本发明也适用于汽缸圆锥16的朝向与所述实施例方向相反的机器。
权利要求
1.控制一种转动机器中叶片未端间隙的一种方法，该机器包括一个透平机部分(1)和一个压缩机部分(4)，其中，透平机包括一个汽缸壳体(15)以及一个具有至少一个透平机圆盘(2)，并转动地轴颈支承在该汽缸壳体中的转子轴，该透平机圆盘具有若干叶片(5)，它们固定安装在所说的转子轴上，该转子轴与所述的压缩机部分的转子轴可靠连接以形成一个公共转子轴(3)，其中汽缸壳体是由一段汽缸圆锥体(16)组成的，所述叶片未端具有大致与汽缸圆锥体相同的角度，所说的转子轴和汽缸壳体可互相相对移动，其特征在于，所述转子轴(3)在压缩机部分被轴向地轴颈支承，并且所述的压缩机部件，包括所述的转子轴和所述的一个透平机圆盘，若干透平机圆盘可相对所述汽缸壳体轴向移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于压缩机部分在载荷变化的情况下轴向移动，以便所述叶片从汽缸圆锥中外移，叶片末端间隙增大，而在连续运转期间，压缩机部件轴向移动，以使透平圆盘移进汽缸圆锥，叶片未端间隙减小。
3.一种转动机器中用于控制叶片未端间隙的装置，所述的机器包括一个透平机部分(1)和一个压缩机部分(4)，其中，透平机包括一个汽缸壳体(15)，以及一个具有至少一个透平同圆盘(2)，并转动地轴颈支承在该汽缸壳体中的转子轴，该透平机圆盘具有若干叶片，它们固定安装在所说的转子轴上，该转子轴与所述的压缩机部分的转子轴可靠连接以形成一个公共转子轴(3)，其中汽缸壳体是由一段汽缸圆锥体(16)组成的，所述叶片未端具有大致与汽缸圆锥相同的角度，所说的转子轴和汽缸壳体可相互移动，其特征在于，所述转子轴(3)在压缩机部分被轴向地轴颈支承，并且压缩机部分被悬吊地吊挂着，以便保证该压缩机部分，包括所说的转子轴和所述的一个透平机圆盘/若干透平机圆盘可以在轴向上移动。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于至少采用一个轴向杆(6)将透平机部分和压缩机部分相互连接。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于采用一个柱塞(9)使所述压缩机部分在其轴线方向上，朝向以及背离透平机部分移动。
6.根据权利要求3、4或5所述的装置，其特征在于一个控制臂(10)借助于一个销(12)固定到一个偏心柱(11)上，该偏心柱(11)转动地连接到支架(13)上，所述的控制臂、偏心柱、支架和杆(6)围绕一个轴(14)被轴颈地支承。
7.按照权利要求5或6所述的装置，其特征在于借助偏心柱(11)，所述的柱塞导致支架(13)促使压缩机壳体借助于杆6在轴向上移动。
全文摘要
一种在一个转动机器中控制叶片末端间隙的方法和装置，所述的机器包括一个透平机部分(1)和一个与该透平机部分分离的压缩机部分(4)。透平机部分的汽缸壳体(15)是由一个汽缸圆锥(16)组成的。本发明的特征是一个或多个配有叶片(5)的透平机圆盘(2)在非稳定运转期间，例如起动、停车和负载变化期间，从汽缸圆锥向外移动，以使叶片末端间隙增大，在稳定工作状况下透平机圆盘移进汽缸圆锥以使叶片末端间隙减小。
文档编号F01D11/22GK1088655SQ93104419
公开日1994年6月29日 申请日期1993年3月29日 优先权日1992年4月1日
发明者M·曼松 申请人:Abb·碳有限公司