具有至少一个盖的涡轮机壳体、涡轮机、用于制造盖的方法

文档序号:789072 发布日期:2021-04-09 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 具有至少一个盖的涡轮机壳体、涡轮机、用于制造盖的方法 (Turbine housing with at least one cover, turbine, method for producing a cover ) 是由 L·科布马赫 M·迈耶 S·彼得里 K·施克曼 于 2019-08-06 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种涡轮机壳体(TMC),尤其是径向涡轮机(RTM)的涡轮机壳体,该径向涡轮机将机械功传递至工艺流体(PFL)或者将机械功从工艺流体(PFL)传出,涡轮机壳体包括:沿轴线(X)延伸的开口(OP),用于在轴向上引导沿轴线(X)延伸的轴(SH)通过;沿相对于轴线(X)的周向(CDR)延伸的靠接面(CSF),用于靠接在涡轮机壳体(TMC)的外壳(CCT)上。为了以在空间和成本上最优的方式来构造具有至少一个盖的涡轮机壳体、涡轮机以及为了低成本地制造盖而提出,设置有作为工艺流体(PFL)的供流部(INL)或排流部(EXL)的流管线(PFC),其被构造为盖(COV)的一体组成部分。(The invention relates to a turbine housing (TMC), in particular of a Radial Turbine (RTM) which transfers mechanical work to or from a Process Fluid (PFL), comprising: an Opening (OP) extending along the axis (X) for guiding a Shaft (SH) extending along the axis (X) in an axial direction therethrough; an abutment surface (CSF) extending in a Circumferential Direction (CDR) with respect to the axis (X) for abutment on a casing (CCT) of a turbine casing (TMC). In order to design a turbine housing with at least one cover, a turbine and to produce the cover in a space-and cost-optimized manner, and in order to produce the cover at low cost, a flow line (PFC) is provided as a supply (INL) or discharge (EXL) for a Process Fluid (PFL), which is designed as an integral component of the Cover (COV).)

具有至少一个盖的涡轮机壳体、涡轮机、用于制造盖的方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮机壳体,尤其是径向涡轮机的涡轮机壳体,该径向涡轮机将机械功传递至工艺流体或将机械功从工艺流体传出,该涡轮机壳体包括:

-外壳,具有大致呈柱形的形状,其中柱形形状沿轴线延伸;

-第一盖,第一盖被设置为在轴向上以封闭的方式可拆卸地固定在涡轮机壳体的第一端面上;

-供流部,使得工艺流体能够流入到涡轮机壳体中;

-排流部,使得工艺流体能够从涡轮机壳体流出。

此外,本发明涉及一种用于制造涡轮机壳体的这种盖的方法,并且涉及一种具有这种涡轮机壳体的涡轮机。

背景技术

在大多数涡轮机中都会经历如下过程,借助于工艺流体沿轴的轴向方向对叶片或叶轮施加流体。通常,流体总是在径向方向上流入在具有先前所限定的类型的盖的涡轮机壳体中。为此,涡轮机壳体通常具有相对于旋转轴线径向定向的供流口。在不是本发明主题的另一种可行方案中提出,例如为了轴向供流,径向压缩机叶轮以悬浮的方式被安装在轴端部处,就例如从用于齿轮式压缩机的压缩机所已知的那样。针对这些高耗费的几何形状,壳体上的径向流入口同时伴随着相对较高的成本,并显着增加了对径向空间的需求。另外,为了对叶片或叶轮供流就必须从径向方向偏执到轴向方向,这一方面会导致损耗,并且另一方面占据了轴向和径向的结构空间。

文献WO 2016/041841A1,US 3131877A,US 2760719A,US979634A,GB 780463A,US2775945A,US 2017/082070A1,部分地公开了构造一个具有针对不同目的的流管线的盖。

发明内容

本发明的目的在于避免这类缺陷。为了实现根据本发明的目的,提出了一种盖、一种涡轮机壳体、一种用于制造盖的方法以及一种先前所限定的类型的涡轮机,它们具有分别在权利要求中限定的、根据本发明的额外特征。本发明的连接元件是根据本发明的盖,其中相关的从属权利要求包含本发明的有利改进方案。

诸如轴向、径向、切向或周向之类的表述,总是以盖的开口的中心轴线为参照,或者在已经组装好的涡轮机的情况下,以延伸穿过盖的开口的轴的轴线为参照。

在本发明中,工艺流体的主要份额应理解为至少51%、优选至少80%、特别优选100%的份额。本发明的一种优选设计方案提出,被设置为工艺流体的供流部或排流部的、用于工艺流体的至少主要份额的流管线被设置为:工艺流体的供流部或排流部的流管线被构造为盖的一体组成部分,使得通过盖的供流将工艺流体的主要份额从外引导到涡轮机壳体的内部中,或者使得通过盖的排流将工艺流体的主要份额从涡轮机壳体的内部向外引导。

由于根据本发明的盖具有构造为供流部或排流部的集成的流管线,因此具有这种盖的相应涡轮机壳体可以被构造为除此之外不具有常规的供流部或排流部。根据本发明的新颖的功能模块性具有独特优点,这不仅在于当在根据本发明的盖中设置了流管线时,可以省下壳体外壳上的相应流管线,而且还在于由于在盖的区域中输送工艺流体,所以在进入涡轮机之前工艺流体就已经更好地指向了对叶片或叶轮供流的方向上。换句话说,根据本发明,与通过壳体的径向流入口的常规径向供流相比,对具有根据本发明的盖的涡轮机输送工艺流体时,输送更偏向轴向。

本发明的一种有利的改进方案提出,盖具有作为集成在盖中的组成部分的供应管线,其用于气密封件和/或油加热器和/或传感器(尤其是压力传感器)。这种布置方式是特别有利的,因为盖可以特别优选地是轴密封件的载体和/或径向轴承的载体和/或用于压力传感和/或温度传感器的安装部位。

另一种有利的改进方案提出,集成的流管线具有将工艺流体的总流划分成分流的通道。特别有利地,这些以这种方式划分的通道结构使得能够根据对随后的空气动力学部件的供流来进行对工艺流体在流体技术上的准备。空气动力学部件通常是旋转构件,例如径向压缩机叶轮或轴向叶片。在这种情况下,各个通道彼此可以在周向上仅被导向叶片分离,或者构造为在更狭隘的意义上具有彼此在周向上分离的实体通道壁的通道。以这种方式,可以对从通道流出的工艺流体施加特定旋流,从而确保以最优方式对转子供流。

本发明的另一有利的改进方案提出,构造有轴承座底部作为盖的一体组成部分,其用于支撑针对沿轴线延伸的轴的径向轴承。

在一个具有壳体的涡轮机中,该壳体具有设置在端面处的根据本发明的盖,盖必须满足多种功能。通常,所需要的这些功能包括:针对不同的驱动流体进行输送和排送,并且此外引导用于电流供应管线和信号线通过。此外,盖本身也可以用作借助于这些管线进行供应的多个组合件的载体。例如,盖可以是用于轴密封件和轴承的载体,尤其是用于径向轴承的载体。如果相应地将用于这些组合件的供应管线布置为使它们至少部分地穿过盖的体积,则通常针对相应的管线延伸而在盖中设置孔。这是非常高耗费的,主要因为相应的孔只能具有直的延伸轴线,并且在管线延伸的每个转弯处都必须制造出单独的孔,该孔经常必须被封闭,因为针对管线延伸只需要孔的轴向部分区域。

常规的利用切削来制造根据本发明的盖是比较困难或高耗费的。本发明认识到,作为优选的生产可行方案,可以有利地借助于增材制造方法来制造盖或盖的铸模的部分。借助于增材制造方法在体积和几何形状方面进行自由三维形状的生成,具有独特的自由度,本发明可以很好地对此加以利用,因为对用于将工艺流体通过盖供入涡轮机或将其从中排出的流管线进行流体技术上的优化,以这种方式可以毫不妥协地执行。此外,可以以最优的方式将作为盖的一体组成部分的、用于轴密封件、径向轴承、油加热器和不同传感器的相应的供应管线布置在剩余的容积自由空间中。用于供应轴密封件或气密封件的供应管线、用于油加热器的供应管线可以作为管线(类似于软管)在盖的容积内被布置为,使得几乎不存在对于优化用于工艺流体的流管线的限制。根据本发明,工艺流体的输送管线是盖的一体组成部分的流管线,其可以借助于现代的流量优化器在几何形状上被设计为,使得工艺流体首先被引入到设置在盖中的集流环空间中,并且随后集流环空间将工艺流体的总流以分成不同的子流的方式划分至连接的通道中,以供送至涡轮机的导流的转子。特别有利的是,集流环空间具有沿环周不恒定的横截面。有利地,集流环空间构造在工艺流体的供流区域的最宽阔处。

在将工艺流体输送至转子的情况中,集成在盖中的流管线可以在轴向上将工艺流体引导至紧接例如径向压缩机的第一叶轮的前方,从而一方面实现了经流体优化的供流,并且两一方面大大节省了轴向结构空间。

附图说明

下面借助一个具体的实施例并在参考附图的情况下对本发明进行更详细的描述。其中:

图1示出了沿着一个轴线贯穿根据本发明的盖的纵截面的示意图;

图2示出了贯穿具有根据本发明的涡轮机壳体的根据本发明的涡轮机的轴向纵截面的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了贯穿涡轮机壳体TMC的根据本发明的盖COV的纵截面,在图2中示出了该盖与涡轮机TRM的结合。图2所示的涡轮机TRM被实施为径向涡轮机RTM,其中本发明原则上也可以被用于轴向涡轮机中。附图中相同的标记各自表示功能上相同的主题。

图2所示的涡轮机TRM是径向压缩机,其将机械功传递到工艺流体PFL。具体地,借助于转子ROT的叶轮IMP使工艺流体PFL在流过时被加速,并在相应的叶轮IMP的下游的扩散器中,在形成升压的情况下被减速。因此,在通过供流部INL流入涡轮机TRM之后,直到通过排流部EXL从涡轮机TRM中流出为止,工艺流体PFL经历了压力增加。原则上,本发明也可以用于逆向过程,即在获得机械功的情况下,对工艺流体减压。

图1所示的盖COV具有沿轴线X延伸的开口OP。如同样在图2中所示那样,用于在轴向上引导沿该轴线X延伸的轴SH通过。为了靠接在涡轮机壳体TMC的壳体CCT上,盖具有在相对于轴线X的周向CTR上延伸的靠接面SF。靠接面一方面用作在涡轮机运行期间对抗在内部压力与环境压力之间的压差的机械阻碍,并且另一方面用作防止工艺流体PFL从涡轮机TRM流出到环境中的密封。出于密封的目的,也可以设置(在此未示出的)密封元件。

盖COV具有设置为工艺流体PFL的供流部INL或排流部EXL的流管线PFC,流管线是盖COV的一体组成部分。在图2中,在左侧设置有第一盖COV1,其示出相应的盖COV具有设置为供流部INL的流管线PFC,并且在右侧还提供有第二盖COV2,其示出集成在盖COV中的流管线PFC构造为用于处理流体PFL的排流部EXL的情况。第一盖COV1位于涡轮机壳体TMC的第一端面FF1上,第二盖COV2位于第二端面FF2上。

图1示出了具有用于工艺流体PFL的、构造为供流部INL的流管线PFC的第一盖COV1,第一盖在图2中设置在第一端面FF1上。图1所示的盖COV或第一盖COV1、同样还有第二盖COV2都是借助于增材制造来制造的。该制造过程使得盖COV的不同功能元件的三维几何形状能够以特别自由的方式来设计。第一盖COV1是附加功能元件的载体,附加功能元件例如是油加热器OLH、径向轴承RBE和构造为气密封件的轴密封件SHS。针对轴密封件SHS、径向轴承RBE和传感器SNR(即用于在供流部INL中测量工艺流体PFL的压力和温度的温度传感器TSN和压力传感器PSN)设置有供应管线SPL。油加热器OLH制备用于向径向轴承RBE供给的轴承油,其中用于该油加热器OLH的供给管线SPL是盖COV的一体组成部分。这些用于油加热器OLH的供给管线SPL一方面可以供给电热,另一方面可以将加热的流体供入油加热器OLH或将其从油加热器OLH引出。

可以构造为输送管线INL或排送管线EXL的流管线PFC,包括集流空间COL(集流环空间),该收集空间COL基本上呈环形地在绕着轴线X的周向CDR上延伸,并且各个通道CHV从该集流空间延伸出来,并且通道以在流体技术上最优的定向方式将工艺流体PFL引导至下游的转子ROT的叶片或叶轮IMP。集流空间COL的横截面沿环周是不恒定的。

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