带有堆叠式叶轮的涡轮机转子和涡轮机的制作方法

本文所公开的主题的实施方案涉及用于包括多个叶轮的涡轮机的转子，以及涉及包括所述转子的涡轮机。

背景技术：

1、若干涡轮机包括由组装在一起的多个转子节段构成的转子。例如，离心式压缩机包括转子，该转子包括沿着转子的旋转轴线按顺序布置的多个叶轮。

2、可以按各种方式组装叶轮。组装叶轮的一种方式包括将叶轮收缩装配在轴上。主要由于在高旋转速度下叶轮因作用在其上的离心力而径向膨胀，因此这种组装技术存在一些缺点。这可能会导致叶轮与旋转轴之间的收缩装配连接松动。因此，收缩装配叶轮的使用限于旋转相对缓慢的涡轮机和/或小型叶轮。

3、为了用更大型的叶轮实现更高的旋转速度，使用所谓的堆叠构型。在这种情况下，每个叶轮设置有轴向贯通孔口。叶轮在轴向上彼此相邻堆叠，并且通过堆叠的叶轮的孔口引入轴向拉杆。拉杆从第一个叶轮以及从最后一个叶轮轴向突出，使得可借助于拉杆将轴向力施加到第一个叶轮和最后一个叶轮，以将所有叶轮紧紧地保持在一起。相互堆叠的叶轮设置有诸如hirth耦接头之类的前耦接头，以将叶轮彼此以扭转地连接。

4、堆叠式叶轮在高速涡轮机中具有有益效果，但是仍然受到一些限制。具体地，无法随意选择拉杆的轴向长度和/或包括拉杆的涡轮机的工作旋转速度。拉杆作为旋转机器的任何旋转部件，其特征在于其自身的谐振频率。涡轮机的工作旋转速度不能等于或高于拉杆的第一谐振频率。为了提高涡轮机的旋转速度，必须使用较短的拉杆，这对可安装在相同拉杆上的叶轮的数量造成限制。可堆叠在相同转子上的少量叶轮继而限制可利用单个压缩机实现的压缩比。如果需要更高的压缩机比，则必须按顺序布置两个或更多个压缩机。这增加了压缩排布结构的成本和占有面积。

5、ep-1970528公开了一种涡轮转子，该涡轮转子包括彼此轴向相邻布置的多个叶轮以及延伸穿过叶轮的孔口的拉杆。布置在拉杆的第一轴向端部和第二轴向端部处的相对的第一锁定构件和第二锁定构件将叶轮彼此锁定以及将叶轮锁定到拉杆。为了降低拉杆在涡轮转子旋转期间发生的振动，将中间支撑构件布置在转子的中间位置中的其中一个叶轮的贯通孔口中。中间支撑构件由彼此组合的多个单独的机械部件构成。具体地，中间支撑构件包括收缩装配在拉杆上的内部环形部件，以及围绕内部环形部件周向布置的多个外部部件。每个外部部件受到径向弹簧和切向弹簧弹性偏压抵靠叶轮的贯通孔口的内部表面，其中，中间支撑构件容纳在该通孔中。预装载弹簧，使得外部部件被永久地偏压抵靠中间叶轮的贯通孔口的内部表面，并且拉杆在涡轮转子的任何旋转速度下以及当转子静止不动时被弹性地支撑在孔口中。

6、将中间支撑构件组装在转子中是复杂且耗时的操作。

技术实现思路

1、为了解决或减轻现有技术涡轮机转子的一个或多个缺点，在本公开的一些实施方案中，提供了一种用于涡轮机的转子，该转子包括彼此轴向相邻布置的多个转子节段，其中，每个转子节段包括中心贯通孔口或孔。拉杆延伸穿过转子节段的孔口，并且与相对的第一轴向端部和第二轴向端部从第一个转子节段和最后一个转子节段轴向突出。相对的第一锁定构件和第二锁定构件布置在拉杆的第一轴向端部和第二轴向端部处，并且适配于将转子节段彼此锁定以及将转子节段锁定到拉杆。为了提高拉杆的第一谐振频率，将至少一个中间支撑构件布置在拉杆与其中一个转子节段之间以及在拉杆的第一轴向端部与第二轴向端部之间的中间位置中。中间支撑构件包括内部环形部件和外部环形部件，其中，外部环形部件由多个环形节段形成。每个环形节段通过布置在内部环形部件和相应的环形节段之间的至少一个弹性构件弹性地耦接到内部环形部件。例如通过增材制造将内部环形部件、外部环形部件的环形节段和弹性构件形成为单一的机器部件。

2、简单且快速地将中间支撑构件安装在转子中。将中间环形部件装配在拉杆上。不预装载中间支撑构件的弹性构件，使得能够简单地将其上压装配有中间支撑构件的拉杆引入到堆叠的转子构件的轴向贯通孔口中。只有当转子被驱动旋转并且外部环形节段在离心力的作用下膨胀时，环形节段才会膨胀并且与容纳中间支撑构件的孔口的内部表面共同作用。在实现拉杆的第一临界(谐振)速度之前，使孔口与外部环形节段之间共同作用，从而提高临界速度。

3、为了进一步便于转子的组装，根据本文公开的实施方案，在静止时，即在转子的旋转速度为零时，外部环形部件的外径小于其中容纳有中间支撑构件的孔口的内径。当转子被驱动旋转时，环形节段膨胀并且按压抵靠容纳中间支撑构件的孔口的内部表面。

4、因此，可以实现更长的拉杆和/或更高的转子旋转速度，而没有在拉杆的第一临界(谐振)频率附近操作转子的风险。

5、在以下描述中对转子以及包括转子的涡轮机的特征和实施方案进行更详细的描述，以下描述参考附图，附图示出转子和涡轮机的示例性实施方案。

技术特征：

1.一种用于涡轮机的转子，所述转子包括：

2.根据权利要求1所述的转子，其中，每个环形节段与相邻的环形节段机械分离。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其中，所述内部环形部件、所述环形节段和所述弹性构件通过增材制造形成为单个主体。

4.根据权利要求1或2或3所述的转子，其中，在静止时，所述外部环形部件的外径小于所述转子节段的孔口的内径，其中，所述中间支撑构件容纳在所述孔口中；并且其中，当所述转子被驱动旋转时，所述环形节段在作用于其上的离心力的作用下膨胀并且为所述拉杆提供中间支撑约束，促使其具有刚性并且因此提高所述拉杆的第一谐振频率。

5.根据权利要求4所述的转子，其中，所述弹性构件的特征在于使得所述环形节段在等于或低于所述转子的标称旋转速度的70％的旋转速度下与所述转子节段的所述孔口接合。

6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的转子，其中，所述拉杆包括中间区段、从所述第一轴向端部延伸到所述中间区段的第一侧面区段以及从所述第二轴向端部延伸到所述中间区段的第二侧面区段；其中，所述中间区段的直径比所述第一侧面区段和所述第二侧面区段中的至少一者的直径更大，并且所述至少一个中间支撑构件在所述中间区段处被锁定到所述拉杆。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的转子，其中，所述转子节段包括离心式压缩机叶轮，并且其中，所述中间支撑构件布置在其中一个所述离心式压缩机叶轮的中心贯通孔口中。

8.根据权利要求1至6中的一项或多项所述的转子，其中，所述转子节段包括第一套离心式压缩机叶轮和第二套离心式压缩机叶轮；其中，所述第一套离心式压缩机叶轮和所述第二套离心式压缩机叶轮布置成背对背构型；其中，所述转子节段还包括布置在所述第一套离心式压缩机叶轮和所述第二套离心式压缩机叶轮之间的相间筒(interphase drum)；并且其中，所述中间支撑构件布置在所述相间筒的所述中心贯通孔口中。

9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的转子，所述转子还包括在所述拉杆的所述第一轴向端部处的第一短插芯轴以及在所述拉杆的所述第二轴向端部处的第二短插芯轴。

10.一种涡轮机，所述涡轮机包括壳体以及根据前述权利要求中的一项或多项所述的转子，所述转子布置成在所述壳体中旋转。

11.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述涡轮机是压缩机。

12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中，所述压缩机是离心式压缩机。

技术总结
转子包括彼此轴向相邻布置的多个转子节段。拉杆延伸穿过转子节段。布置在拉杆的轴向端部处的相对的第一锁定构件和第二锁定构件将转子节段彼此锁定以及将转子节段锁定到拉杆。至少一个中间支撑构件布置在拉杆与其中一个转子节段之间以及在拉杆的两个轴向端部之间的中间位置中。

技术研发人员：F·坎焦利,A·古列尔莫,G·万尼尼,M·福米奇尼,M·坦佩斯蒂尼,D·马蒂纳
受保护的技术使用者：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16