[发明专利]涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机，具有背面彼此相面对的至少一个第一叶轮和至少一个第二叶轮、承载径向叶轮的转子轴、以及轴承系统，其中轴向轴承(axial bearing)与每个径向叶片式叶轮相邻，每个轴向轴承具有一个相应的转子轴承半部和一个相应的定子轴承半部，并且转子轴承半部各自形成在相应径向叶轮的背面上。

背景技术

实际上，为了包含使用磁轴承系统的涡轮机的转子的轴向推力，习惯上使用直接形成在轴上或者由固定在轴上的附加轴向轴承垫圈形成的轴向轴承表面。相应地，具有轴向的、通过磁力安装的转子轴的涡轮机是已知的，其中用于轴向轴承的磁轴承半部位于轴向轴承垫圈上或者位于热装到转子轴上的相对的轴肩上。

EP 2017435 A2描述了一种用于涡轮机的具有上述特征的设计方案，该涡轮机具有尽可能短的转子和尽可能小的转子质量。因为转子轴承半部形成在径向叶轮的背面上，轴向轴承占据的空间可明显减少，轴向轴承半部集成于壳体壁中并且还集成于径向叶轮的后侧中，该径向叶轮其必定也存在而与轴承无关。因此减少了单独部件的数量。由EP 2017435 A2获知的设计方案在两个径向叶轮之间从在转子中心定位的电机开始基本对称。从电机开始、沿双向顺序地为径向磁轴承，安全轴承，穿过具有内部轴衬垫的指定定子轴承半部的开口，最后在转子轴端部处，相应的叶轮悬垂地安装。从电机开始，根据沿该转子轴设置的上述部件，转子轴的直径在双向上连续减小。组装期间，首先转子轴必须与电机一起穿过插入壳体，然后将其他部件以及最后将两个叶轮安装到轴端部上。为了可以实现后续维护，涡轮机必须在两侧可通达，并且两个轴向叶轮必须也是可拆卸的。

发明内容

考虑到以上背景技术，本发明的目的是简化组装和拆卸以及提高维护的可能性。

根据本发明，基于具有本文开始所述特征的涡轮机，问题的解决在于第一径向叶轮是永久地安装的而第二径向叶轮是可拆卸地安装在转子轴上并且转子轴从第一径向叶轮朝向第二径向叶轮具有越来越小的横截面尺寸或者具有恒定的直径。

根据本发明，提供一种对称设计方案，第一叶轮固定不可拆卸地安装到转子轴上。在本发明范围内，这意味着第一径向叶轮是不可与转子轴分离的，或者仅仅在使用非常大的力或者采取特殊步骤时才能与转子轴分离。因此，举例来说，可以将第一轴向叶轮热装、焊接或者挤压到转子轴上。然后，在组装期间，从不可拆卸地连接的第一径向叶轮开始，顺序安装其他部件，即至少有定子轴承半部和最后安装第二径向叶轮。为此，转子轴必须具有从第一径向叶轮开始朝向第二径向叶轮的恒定直径或者优选逐渐变细。在优选的逐渐变细的设计方案中，在各个部分的外径适合于要安装到该处的部件的内径之处，设置各个台阶。可容易地将各个部件一直推到其需要安装于的部分。由于第二径向叶轮的可移动设计-取决于该设计-，可以进行上述部件的拆卸或者至少维护。尤其是，轴向轴承的部件可由第二径向叶轮开始来接触到。

在本发明范围内，定子轴承半部还可以按照特别有利的方式包括相应整体式支撑件，该整体式支撑件具有用于转子轴的通孔。因为定子轴承半部在组装期间是从一侧推到转子轴上的，不需要分成两个半壳体或部分，因此稳定性和不渗透性得到提高并且生产成本也降低。

为了形成轴向轴承，尤其是可主动控制的轴向轴承，每个轴承的半部之一上的励磁绕组产生一操作相应的另一个轴承半部的磁场，优选为可根据需要控制的。出于实际理由，当励磁绕组位于固定的定子轴承半部中时是有利的。

为了形成磁性轴向轴承，转子轴承半部必须包括与线圈磁性相互作用的合适材料或者覆有永磁体。通常，用作叶轮的材料不适于形成磁轴承的转子轴承半部。在这种情况下，至少一个径向叶轮可由包括叶片系统和盘的叶轮主体形成，该盘由不同材料组构成，紧固在叶轮主体后侧，该盘形成相应轴向轴承的转子轴承半部。举例来说，具有用于转子轴的中心开口的这种盘或这种环可焊接到叶轮主体上。为了实现精确焊接，特别地，可提供摩擦焊连接。替代地，还可在径向叶轮后侧上提供合适的材料，例如永磁体，或者扇形形式的磁性材料，尤其是将它们插入相应凹槽中。

为了形成完整的轴承系统，还必须提供径向轴承。例如，这种轴承可位于转子轴上两个所述的轴向相对作用的轴承之间。特别是，具有转子环和定子环的磁轴承也可用作径向轴承。

在本发明范围内，由一侧进行组装和可任选提供的拆卸允许第一径向叶轮与其他机器部件一起也固定安装在主壳体内。有利地，于是使转子轴伸出主壳体，因此第二径向叶轮相应地位于主壳体外部。