專利名稱：具有可軸向移動(dòng)的渦輪轉(zhuǎn)子軸的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子、一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)以及用于這種燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)的依此的轉(zhuǎn)子軸和用于這種燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪的依次的轉(zhuǎn)子軸。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)除了一個(gè)或多個(gè)燃燒室之外基本上包括壓縮機(jī)和連接在下游的渦輪，所述壓縮機(jī)和渦輪經(jīng)由共同的轉(zhuǎn)子軸在軸向方向上連接。如在用于產(chǎn)生能量的任意機(jī)器中，盡可能高的效率、即產(chǎn)生的能量與所使用的能量之比是重要的參量。因此，在燃?xì)廨啓C(jī)方面在EP1131537B1中描述的方法應(yīng)用所謂的液壓間隙優(yōu)化，以便優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)的總效率。在此，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子相反于熱氣的流動(dòng)方向移動(dòng)，以便在構(gòu)造為錐形的熱氣通道中將轉(zhuǎn)子葉片尖部和熱氣通道壁之間的徑向間隙最小化。在此，將渦輪轉(zhuǎn)子與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子連接的拉桿如此支承，使得所述拉桿能夠沿軸向方向移動(dòng)。由此，為了優(yōu)化，能夠移動(dòng)有助于渦輪效率的渦輪間隙。但是同時(shí)，通過(guò)伴隨于此的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的移動(dòng)同時(shí)調(diào)整出了不利于壓縮機(jī)效率的徑向的壓縮機(jī)間隙。為了避免這種矛盾的效果進(jìn)而進(jìn)一步優(yōu)化總效率已經(jīng)設(shè)想:將共同的轉(zhuǎn)子在壓縮機(jī)與渦輪的交界處分離并且經(jīng)由軸向聯(lián)接器將兩個(gè)轉(zhuǎn)子部分力接合地聯(lián)接。但是在此，聯(lián)接器必須構(gòu)造為，使得即使在相對(duì)于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸軸向地移動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子軸時(shí)仍存在力接合。因此，能夠移動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子進(jìn)而優(yōu)化其效率，而不必同時(shí)移動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。因此，通過(guò)液壓間隙優(yōu)化引起的渦輪效率提高不再同時(shí)造成壓縮機(jī)效率的變差，這與原本的目標(biāo)相反。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子。借助燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸和可相對(duì)于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸軸向移動(dòng)的渦輪轉(zhuǎn)子軸以及將兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸一直連接的聯(lián)接裝置，其中壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸構(gòu)成為空心軸，渦輪轉(zhuǎn)子軸被引導(dǎo)穿過(guò)所述空心軸。通過(guò)將渦輪轉(zhuǎn)子軸延長(zhǎng)超過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸的總軸向長(zhǎng)度，得到用于聯(lián)接裝置的尤其大的支撐面，進(jìn)而得到從渦輪轉(zhuǎn)子到壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的力矩傳遞。如果壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸構(gòu)成為空心軸，那么渦輪轉(zhuǎn)子軸的延長(zhǎng)的端部被引導(dǎo)穿過(guò)所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸，使得兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸在燃?xì)廨啓C(jī)中具有共同的軸線。如果將聯(lián)接裝置分成位于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸的兩個(gè)端部處的兩個(gè)區(qū)域，那么存在尤其堅(jiān)固的聯(lián)接裝置。如果在燃?xì)廨啓C(jī)中設(shè)有兩個(gè)軸承，一個(gè)用于軸向地定位壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸并且一個(gè)用于軸向地定位渦輪轉(zhuǎn)子軸，那么壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子能夠關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)殼體彼此獨(dú)立地移動(dòng)。因此，能夠?qū)τ趦蓚€(gè)部分一渦輪和壓縮機(jī)一彼此分開(kāi)地進(jìn)行間隙優(yōu)化，使得能夠?qū)崿F(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的最佳的總效率。因此能夠避免壓縮機(jī)中的效率損失，所述效率損失在兩個(gè)軸的已知的剛性聯(lián)接的情況下基于有助于渦輪效率的軸向移動(dòng)而出現(xiàn)。因此，通過(guò)將兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)型與具有用于軸向地移動(dòng)的兩個(gè)軸承的聯(lián)接裝置組合能夠在壓縮機(jī)中和在渦輪中相互獨(dú)立地進(jìn)行間隙優(yōu)化，而沒(méi)有限制燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的功能。由于這種單獨(dú)的調(diào)整，燃?xì)廨啓C(jī)也能夠在擴(kuò)展的工作范圍內(nèi)例如在部分負(fù)荷或者熱啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行。因此，尤其在熱啟動(dòng)中可能必要的是，甚至擴(kuò)大間隙，以便避免在該臨界狀態(tài)下壓縮機(jī)葉片觸及殼體。


現(xiàn)在將根據(jù)下面的附圖示例地闡明本發(fā)明。其示出:圖1示出燃?xì)廨啓C(jī)的已知的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的示意圖，圖2示出聯(lián)接裝置的根據(jù)本發(fā)明的第一構(gòu)型的示意圖，圖3示出橫貫圖2中示出的實(shí)施例的剖面圖，圖4示出第二實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1中示意地示出用于燃?xì)廨啓C(jī)的已知的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子。燃?xì)廨啓C(jī)除了用于產(chǎn)生熱氣的燃燒裝置I之外包括具有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100的壓縮機(jī)10、渦輪20，所述渦輪具有渦輪轉(zhuǎn)子軸200以及在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸和渦輪轉(zhuǎn)子軸之間的力接合的聯(lián)接裝置300。兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸100和200經(jīng)由相應(yīng)的支架(示意地示出)來(lái)支承，使得可以軸向地移動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸。在此，聯(lián)接器300構(gòu)成為，使得即使在兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸相向或相反地限定移動(dòng)的情況下仍總是存在力接合。圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的第一具體的實(shí)施形式。在此渦輪20的轉(zhuǎn)子軸200，朝著壓縮機(jī)10的方向延長(zhǎng)遠(yuǎn)至使得延長(zhǎng)的端部210完全地搭疊壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100。通過(guò)在此僅示出的軸承R以已知的方式徑向地支承所述延長(zhǎng)的渦輪轉(zhuǎn)子軸200。此夕卜，為了在渦輪20中進(jìn)行液壓間隙優(yōu)化而設(shè)有用于軸向地移動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子軸200的軸向軸承T-HS0。在此處示出的實(shí)施例中，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100構(gòu)成為空心軸，所述空心軸為了在壓縮機(jī)10中進(jìn)行液壓間隙優(yōu)化而還具有用于軸向地移動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100的軸向軸承V-HS0。由于渦輪轉(zhuǎn)子軸200延長(zhǎng)超過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100，能夠在渦輪轉(zhuǎn)子軸延長(zhǎng)部210的外周上大面積地構(gòu)成聯(lián)接裝置300。因此，渦輪轉(zhuǎn)子軸延長(zhǎng)部210在此同時(shí)形成壓縮機(jī)的徑向軸承。在此，兩個(gè)軸向軸承T-HSO和V-HSO設(shè)置在壓縮機(jī)10的冷的、入流側(cè)的端部處。借助兩個(gè)軸向軸承T-HSO、V-HSO可以彼此獨(dú)立地定位和彼此獨(dú)立地移動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸100、200。如根據(jù)橫貫燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的圖3中示出的剖面圖可見(jiàn)，聯(lián)接裝置例如能夠構(gòu)成為花鍵軸連接裝置310。在此，花鍵軸連接裝置310的一個(gè)花鍵軸圈(Keilwellenkranz)在構(gòu)成為空心軸的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100的內(nèi)面上延伸，與第一花鍵軸圈相對(duì)應(yīng)的第二花鍵軸圈在渦輪轉(zhuǎn)子軸200的延長(zhǎng)的端部210的外面上延伸。在此，兩個(gè)花鍵軸圈接合到彼此中，使得確保壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100與渦輪轉(zhuǎn)子軸200的力接合的聯(lián)接。為了更好的理解在燃?xì)廨啓C(jī)之內(nèi)的布置，在圖2和圖4中示出作為收斂的流動(dòng)通道的壓縮機(jī)10和作為擴(kuò)散的流動(dòng)通道的渦輪20，設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)子葉片位于這些流動(dòng)通道中。圖4示出一個(gè)替選的實(shí)施方案，其中聯(lián)接裝置分成在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸100的兩側(cè)上的兩個(gè)區(qū)域321和322。在此，嚙合進(jìn)而壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸和渦輪轉(zhuǎn)子軸100、200之間的力接合的聯(lián)接也能夠如在圖3中示出的那樣構(gòu)成。此外，所述聯(lián)接裝置具有與圖2中的實(shí)施方案相同的特征。本發(fā)明不限于之前描述的實(shí)施方案。相反地，也能夠考慮各個(gè)特征的組合、變型或者補(bǔ)充，所述特征能夠引出根據(jù)本發(fā)明的思想的其他可能的實(shí)施形式。因此，也能夠例如以適當(dāng)?shù)姆绞窖娱L(zhǎng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸并且接合到構(gòu)成為空心軸的渦輪轉(zhuǎn)子軸中。此外，兩個(gè)示出的實(shí)施方案的聯(lián)接裝置能夠組合，以便實(shí)現(xiàn)還更好的力矩傳遞。在此總是重要的是，根據(jù)本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成為，使得在進(jìn)行液壓間隙優(yōu)化時(shí)壓縮機(jī)中的效率損失不提高并且可能甚至能夠通過(guò)壓縮機(jī)10的單獨(dú)的移動(dòng)而得到改善。因此，通過(guò)在壓縮機(jī)的側(cè)上進(jìn)行這種超過(guò)正常狀態(tài)的單獨(dú)的間隙優(yōu)化能夠?qū)崿F(xiàn)獲得整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)的附加的效率和擴(kuò)展的工作范圍。通過(guò)相對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)殼體來(lái)分開(kāi)地移動(dòng)壓縮機(jī)和渦輪和由此實(shí)現(xiàn)的分開(kāi)的間隙優(yōu)化，燃?xì)廨啓C(jī)能夠匹配于相應(yīng)的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)而也能夠使用在部分負(fù)荷工作中。
權(quán)利要求
1.關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子，包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)和能相對(duì)于所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)軸向移動(dòng)的渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)以及將這兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸(100，200) 一直連接的聯(lián)接裝置(300 )，其特征在于，所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100 )構(gòu)成為空心軸，所述渦輪轉(zhuǎn)子軸(200 )被引導(dǎo)穿過(guò)所述空心軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述聯(lián)接裝置是花鍵軸連接裝置(310)，所述花鍵軸連接裝置的一個(gè)花鍵軸圈在構(gòu)成為空心軸的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)面上沿周向方向延伸，并且所述花鍵軸連接裝置的與第一花鍵軸圈相對(duì)應(yīng)的第二花鍵軸圈在所述渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)的延長(zhǎng)端部(210)的外面上沿周向方向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2之一所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述聯(lián)接裝置包括用于將壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)與渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)力接合地連接的兩個(gè)區(qū)域(321，322)，其中第一區(qū)域(321)位于所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)的一個(gè)端部處并且第二區(qū)域(322)位于所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)的第二端部處。
4.氣輪機(jī)，具有壓縮機(jī)(10)、渦輪(20)和根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，第一軸向軸承(V-HSO)設(shè)置用于軸向地定位所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)，并且第二軸向軸承(T-HSO)設(shè)置用于軸向地定位所述渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其特征在于，所述第一軸向軸承(V-HSO)和所述第二軸向軸承(T-HSO)設(shè)置在所述壓縮機(jī)(10)的入流側(cè)的端部處。
7.關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)，所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸構(gòu)成為空心軸，使得所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸用作為根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子中的聯(lián)接裝置(310，321，322)的一部分。
8.關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)，所述渦輪轉(zhuǎn)子軸在一個(gè)端部上延長(zhǎng)，使得所述渦輪轉(zhuǎn)子軸用作為根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子中的聯(lián)接裝置(310，321，322)的一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子，所述燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子具有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)，渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)和將兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸連接的、力接合的聯(lián)接裝置(310)，其中聯(lián)接裝置(310)構(gòu)成為，使得即使當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸(100，200)相對(duì)彼此移動(dòng)時(shí)仍存在力接合連接。在此，渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)在朝向壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)的端部上延長(zhǎng)，使得所述渦輪轉(zhuǎn)子軸在軸向方向(A)上搭疊壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)并且聯(lián)接裝置(300)將渦輪轉(zhuǎn)子軸(200)的延長(zhǎng)端部(210)與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸(100)沿徑向方向(R)相互連接。
文檔編號(hào)F01D11/22GK103097664SQ201180038609
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者斯特凡·布老恩, 克里斯托弗·布策克, 于爾根·黑恩, 彼得·施羅德, 休伯特斯·米夏埃爾·維格爾 申請(qǐng)人:西門子公司