[发明专利]用于涡轮机的转子轴

说明书

本发明涉及用于涡轮机的转子轴，公开一种适于围绕其转子轴线(110)旋转的转子轴(100)。该转子轴(100)包括转子空腔(120)，其与转子轴线(110)同心地配置在转子轴(100)内。转子轴(100)还包括多个冷却孔(130)，其从转子空腔(120)径向向外延伸，以将冷却空气供给至叶片中的内部冷却系统。每个冷却孔(130)包括孔入口部分(132)和远端孔出口部分(134)。各个孔入口部分(132)终止于高台(124)中，该高台(124)在转子空腔(120)的外周轮廓(122)上方突出。因此，冷却孔入口(132)移至低应力区域，并且转子的使用寿命被改进。

技术领域

本发明涉及遭受高热负荷的涡轮机尤其是燃气涡轮的技术领域，并且更特别地，本发明用于这种涡轮机的转子轴。

背景技术

涡轮机中的部件，例如压缩机、燃气涡轮或蒸汽涡轮，暴露于高热应力和机械应力，降低了这些部件的使用寿命。为了降低操作期间的热应力，这些部件由冷却介质例如蒸汽或空气冷却。

在燃气涡轮中，叶片由冷却空气以对流方式冷却。冷却空气从压缩机分支并导向至转子轴内部的中央冷却空气供应孔中。冷却空气从该中央孔径向向外通过转子空腔和多个单独的径向延伸冷却孔被导向至叶片的内部冷却通道中。

EP 1705339公开了一种用于燃气涡轮的转子轴，其带有：冷却空气供应部，其以中央轴向延伸孔的形式设置于所述转子轴内部；多个单独的冷却空气管，其从中央冷却空气供应部沿基本径向方向向外延伸至将被冷却的叶片。这些冷却空气管将冷却空气供给到叶片的内部冷却通道中。根据优选实施例，冷却空气管从空腔发出，关于转子轴线同心地布置。该结构的关键区域是这些转子空腔的外周处的冷却空气管入口的区段。多个冷却孔起始于转子空腔的弯曲外区段。它们沿着转子空腔的外周对称地分布。由于所需的高冷却空气质量流，冷却空气孔的数量和尺寸被给出，并导致各个冷却空气孔之间极小的保留壁厚。这导致转子轴硬度的弱化。由于该区域中的高作用应力，小壁厚导致转子的有限使用寿命。

为了增加最小壁厚，需要改变冷却孔的数量和/或尺寸。或者备选地，需要降低作用的机械负荷(离心叶片负荷)和热负荷。然而，这些选项共同对叶片冷却和/或对发动机性能具有消极的影响。

所以，存在对于改进的转子轴设计的需要，其用于在受热负荷的涡轮机中降低转子轴的机械应力并增加使用寿命。

发明内容

本发明的目标是提供用于涡轮机例如燃气涡轮的转子轴，其遭受高热负荷，配备有多个径向延伸的冷却孔，该转子轴相对于所述技术状态是有利的，尤其是在其使用寿命方面。

此目标可通过根据本发明实施例的转子轴来实现。

根据本发明的转子轴至少包括：冷却空气供应部，其设置在转子轴内部且基本平行于转子轴线延伸；至少一个转子空腔，其与转子轴线同心地布置在转子轴内，由此，冷却空气供应部开向至少一个转子空腔；一些冷却孔，其连接至至少一个转子空腔并从该转子空腔径向向外延伸，每个冷却孔具有入口部分和远端出口部分，各个孔入口部分适于紧靠至少一个转子空腔的外周。该转子轴的特征为：至少一个冷却孔的入口部分形成为在转子空腔壁的外周轮廓上方突出的高台。

该措施的有利影响为：冷却孔由此进一步延伸至转子空腔内，并且冷却孔入口从原来的空腔轮廓移至低应力区域中。结果，转子的机械应力显著减小，并且该转子的减少机械应力是增加其使用寿命的因素。

根据本发明的优选实施例，每个冷却孔的入口区段布置在相应的高台上。

根据备选的实施例，一些冷却孔的入口区段布置在共同的高台上。

根据又一实施例，周向高台形成于转子空腔中，并且所有冷却孔的入口区段终止于该周向高台中。

周向高台的优点是其易于制造。

在其径向外部，高台经由相对较小的半径从原轮廓偏离，从而在空腔壁上形成台阶。