用于热处理涡轮机的转子或转子盘的装置和方法

相关申请的交叉引用

本专利申请请求享有从2021年11月26日提交的欧洲专利申请第21425058.1号的优先权，该欧洲专利申请的全部公开通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于热处理涡轮机的转子或转子盘的装置和方法。

涡轮机例如可为燃气涡轮、蒸汽涡轮或诸如涡轮发电机或水力发电机的另一涡轮机。

背景技术

转子或转子盘（在下文中两者称为转子）在制造期间经受热处理以松弛应力并且改进材料性质。在该起始热处理之后，转子通常不经受进一步的热处理，因为材料性质将不可避免地受到影响。例如，燃气涡轮的转子可通过将多个盘焊接在一起来制造；通常，在焊接之后，转子盘经受热处理以松弛受热影响区域中的应力。

在操作期间，转子经受大应力，大应力可引起裂纹起始；例如，转子易于裂纹起始的区域是限定槽的齿，叶片（例如涡轮叶片或压缩机叶片）或发电机绕组在该处连接。当这发生时，通常监测裂纹，并且在其尺寸变得太大的情况下，更换转子。因此，在制造之后不可能在转子上进行热处理阻碍了在识别出裂纹时修复转子。

发明内容

本发明的一个方面包括提供一种用于在制造期间进行起始热处理之后热处理转子或转子盘的装置和方法。

这些和其它方面通过提供根据所附权利要求书的装置和方法来达成。

例如，当识别出转子上的裂纹时，可在涡轮机的保养期间需要起始热处理之后的热处理。在此情况下，裂纹可通过例如焊接来修复，并且可能需要热处理以松弛由焊接引起的应力并且改进进行焊接所处的区域处的材料性质。

有利地，热处理是局部热处理，使得转子材料的大部份不受热处理的影响并且其材料性质因此不受影响，但是例如发生修复或需要应力松弛所处的局部区域经历由热处理预见的加热/停留/冷却循环。

附图说明

从在附图中以非限制性示例的方式示出的装置和方法的优选但非排他性实施例的描述，其它特征和优点将更加明显，在附图中：

图1示出了诸如燃气涡轮的涡轮机的转子的侧视图；

图2示出了通过图1的转子的线II-II的截面的一部分；

图3A至5B示出了装置的实施例，以其部分被向外压；

图6示出了装置的实施例，以其部分被向内压；

图7示出了应用到转子上以进行该方法的多个装置；

图8是连接到燃气涡轮的转子或转子盘的齿的装置的细节。

具体实施方式

参考附图，图1示出了用于诸如燃气涡轮或蒸汽涡轮或涡轮发电机或水力发电机的涡轮机的转子1。

转子1通常由例如通过螺栓或焊接而连接在一起的多个转子盘2制成。备选地，转子也可制成一件，例如锻造成一件。

图2示出了通过图1的线II-II的截面的一部分，并示出了具有齿3的转子或转子盘的轮廓，齿3在其间限定槽4；槽4容纳并且保持例如涡轮或压缩机的叶片。在不同的实施例中，槽也可保持涡轮发电机或水力发电机的绕组。图2具体示出了燃气涡轮的齿3和槽4，涡轮转子叶片经由其根部在该处连接。

用于热处理转子或转子盘的装置7具有元件8，该元件具有布置成用于接触转子或转子盘2的待处理的表面10的至少一个表面区域9。

装置7具有连接器12，该连接器布置成用于将元件8的表面区域9弹性地压靠转子或转子盘2的待处理的表面10。

装置7进一步具有连接到元件8的诸如电阻器的一个或多个加热器15，以及也连接到元件8的诸如热电偶的一个或多个温度传感器16。

控制单元17提供成用于基于由温度传感器16测量的温度来驱动加热器15。

在优选实施例中，元件8包括具有至少一个加热器15和至少一个温度传感器16的至少两个部分18。

在这方面，部分18具有容纳加热器15的至少一个第一孔。加热器可为可互换的，使得可根据待进行的热处理提供能够供应所需要热通量的具体加热器。

有利地，第一孔与元件的表面区域9相邻。这是因为热经由元件8的接触表面区域9和转子或转子盘的表面10传递到转子或转子盘。

部分18进一步具有容纳一个或多个温度传感器16的一个或多个第二孔。例如，第二孔为在部分18的相对侧处开口的盲孔；作为温度传感器16的热电偶插入第二孔中的每个中。

部分18有利地位于元件8的相对侧处，使得元件8可稳定地连接到槽4中。在此情况下，热绝缘体22提供在部分8之间，使得在元件8的一侧处提供的热不会影响另一侧。例如，在仅在元件8的一侧处进行热处理的情况下，另一侧不受加热或以非有效方式（即，以非有效改变转子或转子盘的性质的方式）受到加热。热绝缘体可由气隙或由热绝缘材料限定。

对于连接器12，可预见不同的实施例。

连接器12可提供在部分18之间，并且可布置成用于向外弹性地压部分。

例如，连接器12可包括一个或多个弹簧，诸如板簧、特殊弹簧（如V形弹簧）、螺旋弹簧等。

在不同的实施例中，连接器12可包括一个或多个楔形体23、34；相应地，元件8的相对侧处的部分18可限定楔形座24，并且楔形体23、34的表面滑动地连接到楔形座24。还提供了将楔形体23、34压靠楔形座24的弹簧。

另外，元件8可进一步包括也具有加热器15的底部部分25。螺栓27连接到底部部分25并且延伸通过楔形体23、34。弹簧28在提供在与连接到底部部分25的端部相对的螺栓端部处的止挡件29与楔形体23、34之间插入螺栓27上。例如，两个螺栓27可将楔形体23压到底部部分25，并且另外两个螺栓27可将楔形体34压到底部部分25。由于楔形体23、34的形状和楔形座24的形状，故表面区域9压到表面10以保证导热性。

附图示出了其中元件8具有枞树表面轮廓30的实施例，其中枞树表面轮廓30限定侧突出部32。有利地，每个侧突出部32由一个部分18限定。

连接器12也可围绕部分18提供，并且可布置成用于向内弹性地压部分18。在此情况下，连接器12可包括围绕元件提供的一个或优选多于一个弹性带。连接器12的其它实施例可包括由刚性元件制成的带，其中刚性元件的端部由弹性元件连接；例如，可设想其端部由螺旋弹簧连接的金属丝。

现在具体参考附图来描述特别实施例。

图3A示出了装置7的实施例，装置具有由五个部分18制成的元件8。元件8的侧处的每个部分18具有容纳作为加热器15的热电阻的第一孔，以及在其相对侧处开口并且各自容纳作为温度传感器16的热电偶的第二孔。板簧提供在并排的部分18之间作为连接器12，以保证表面区域9与表面10之间的接触和导热性。

同样，图3B示出了与图3A的实施例类似的实施例；该实施例布置成用于仅在其一侧处热处理齿3，并且因此图3B的右侧处的部分18未提供有加热器和温度传感器。在此情况下，有可能提供没有用于容纳加热器15或温度传感器16的孔的部分，或可将孔留空，或还有加热器15和温度传感器16，即使提供，也不使用，即不连接到控制单元17或其信号不用于驱动热处理。无论如何，温度测量可用于控制未经受热处理的齿3处的温度。图3B还示出了限定切口35的具有不对称形状的底部部分18，使得其仅接触待处理的齿3（图3B中在左侧的齿）但不接触不必经受热处理的齿3（图3B中在右侧的齿）。

图4示出了装置7的实施例，装置具有由六个部分18制成的元件8。每个部分18具有容纳作为加热器15的热电阻的第一孔，以及容纳作为温度传感器16的热电偶的第二孔。作为连接器12的V形弹簧提供在并排部分18之间以保证表面区域9与表面10之间的接触和导热性。

图5A-5B示出了装置7的实施例，装置具有由四个部分18和附加底部部分25制成的元件8。侧处的部分18具有容纳作为加热器15的热电阻的第一孔，以及容纳作为温度传感器16的热电偶的第二孔。侧部分18限定楔形座24，并且楔形体23和34滑动地提供在座24中。底部部分25具有容纳作为加热器15的热电阻的第一孔，以及容纳作为温度传感器16的热电偶的第二孔。

图6示出了装置7的实施例，装置具有由六个部分18制成的元件8。每个部分18具有容纳作为加热器15的热电阻的一个第一孔，以及容纳作为温度传感器16的热电偶的第二孔。弹性带围绕部分18提供来作为连接器12。

在下文中，参考图7，描述了转子或转子盘的布置，转子或转子盘连接到用于热处理其的一个或多个装置7。

元件8的表面轮廓30配合齿3的表面轮廓31；元件8容纳在凹槽4中，以其表面轮廓30匹配齿4的表面轮廓31。元件8的表面区域9接触转子或转子盘的待处理的表面10，并且与表面区域9相邻的元件8的表面部分33不接触表面轮廓31。

由于该装置，故转子或转子盘可被局部热处理。

事实上，由于热从装置7传递到转子或转子盘所通过的表面区域9与待处理的表面10接触，故可在表面10和与其相邻的转子或转子盘的区域处进行热处理。这些是例如进行了焊接修复并且需要热处理以降低应力的转子或转子盘的区域。相比之下，由于元件8的表面部分33不接触表面轮廓31，因此没有热或没有明显的热通过这些表面传递。这样，可很容易地控制传递的热并且因此控制热处理。

本发明还涉及一种用于热处理涡轮机的转子或转子盘的方法。

该方法包括由一个或多个装置7在其两侧处加热转子齿3。

有利地，由于装置7，故可在保持通过齿3的温度均匀或基本均匀（即通过齿的温差在有限范围内，例如20℃或10℃或更低）的同时进行热处理。热处理期间的该温度均匀性保证了不会因为热处理而在齿3中引起应力，而是相反，应力可得到缓解。另外，转子或转子盘的整体的材料性质不受影响，因为热处理只在其一部分处进行。

装置7的操作从所描述和示出的内容清楚，并且基本上如下。

在下文中具体对图3至5的实施例进行参考。

装置7提供在一个齿3相对侧处的槽4中。

控制单元17然后驱动加热器15，使得它们将热供应到部分18，并且经由表面区域9供应到待处理的表面10和与其相邻的区域。

控制单元17可基于由温度传感器16测量的温度来驱动加热器15。在这方面，控制单元17可独立于其它并且仅基于由与其相邻并且容纳在相同部分18中的温度传感器16测量的温度来驱动每个加热器15。不同的控制自然地是可能的，并且控制单元17可基于由温度传感器16的全部或部分测量的平均温度来驱动加热器15。

另外，控制单元17可基于温度传感器16的测量值来驱动加热器15，以便随着时间的推移引起通过齿3的预定的温度分布。

在特别有利的实施例中，首先计算待提供的加热或转子齿3必须经受的温度循环，并且控制单元17基于温度传感器16的测量值来驱动加热器15，以再现计算的加热或温度循环。

有利地，由于装置7，故热处理仅在齿3处进行。因为与叶片根部相互作用，故通过其传递热的齿的表面10（即与表面区域9接触的表面10）是操作期间更加受应力的表面。

限定元件8的部分18、加热器15、温度传感器16、连接器12可限定构件的套件，其可如针对按照待传递的加热和待处理的齿而待进行的每个具体热处理所需要来组装以进行热处理并且然后拆卸。

自然地，描述的特征可独立于彼此提供。在实践中，可根据需要和现有技术随意选择所使用的材料和尺寸。