[发明专利]涡轮机对齐控制系统和方法

说明书

声明

本发明是利用政府的支持根据能源部批准的合同号DE-FC26-05NT42643而做出的。政府可拥有本发明中的某些权利。

技术领域

本发明一般地涉及旋转机械，例如动力发生涡轮机。特别地，本发明描述并使得能够实施一种用于控制涡轮机中旋转和固定部件之间的间隙的系统和方法。

背景技术

涡轮机和其它形式的商用设备常包括位于固定部件内部或接近固定部件的旋转部件。例如，典型的燃气轮机包括位于前部的压缩机、径向地围绕中部设置的一个或多个燃烧器以及位于后部的涡轮。压缩机包括多级旋转叶片和固定导叶。环境空气进入压缩机，而旋转叶片和固定导叶逐级将动能给予工作流体(空气)，从而将其带至高赋能状态。工作流体离开压缩机并流向燃烧器，在此处其与燃料混合并点燃，以产生具有高温高压的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧器并流过外壳到达涡轮。涡轮典型地包括旋转叶片或轮叶以及固定叶片或喷嘴的交替级。旋转叶片或轮叶连接于转子，固定叶片或喷嘴连接于外壳。当燃烧气体流过轮叶时，它们膨胀而导致轮叶旋转，并由此导致转子旋转以产生功。

涡轮机中旋转部件和固定部件之间的间隙是一个重要的设计考虑，其一方面平衡效率和性能且另一方面平衡制造和维修费用。例如，减小旋转部件和固定部件之间的间隙通常通过减小绕过涡轮机轮叶的燃烧气体的量而提高涡轮机的效率和性能。然而，减小的间隙同样将产生用于实现该减小的间隙的额外的制造费用，以及由于旋转部件和固定部件之间增加的磨损、摩擦或冲击而增加的维修费用。增加的维修费用可以是涡轮机中一个特别关注的问题，其中旋转部件经常在超过1000转每分钟的速度下旋转，旋转部件可具有相对大的质量并且可包括精密的气动表面。现有技术中已知试图在旋转部件和固定部件之间获得一致的间隙的主动和被动的方法和系统。例如，美国专利6126390描述了一种被动系统，其中根据进入空气的温度，对从压缩机或燃烧器到涡轮机外壳的气流进行计量供给，从而加热或冷却该涡轮机外壳。然而，传统的空冷系统依赖于转子、涡轮机轮叶、护罩和周围外壳的均衡的周向膨胀。这些空冷系统经常无法解决固定部件和旋转部件之间的偏心率，偏心率通过制造或组装公差或涡轮机运转期间由于轴承油上升、轴承结构的热生长、振动、不均匀的涡轮机部件热膨胀、外壳滑动、重力下垂或类似情况可能形成的偏差而引入。在设计公差中，应当优先考虑固定部件和旋转部件之间的预期固有偏心率以及运转偏心率，从而产生最小的设计间隙，其防止旋转部件和固定部件之间的磨损。另外，组装期间可使用对固定组件和旋转组件的相对位置的静态调节，以补偿偏心状态。然而，静态调节不能总是精确地解决涡轮机工作寿命期间形成的偏心率的变化。

因此，主动对齐控制系统和方法对于调节宽范围运行条件上涡轮机部件之间形成的偏心率是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下的描述中进行了陈述，或可从该描述而显而易见，或可通过本发明的实践而获悉。

本发明的一个实施例是一种涡轮机，其包括转子、内涡轮机罩、外涡轮机罩和位于内涡轮机罩与外涡轮机罩之间的滑动接合件。内涡轮机罩为完整地环绕转子的至少一部分的单件式构造，而外涡轮机罩环绕该内涡轮机罩。

本发明的另一个实施例是一种涡轮机，其包括转子、完整地环绕转子的至少一部分的内涡轮机罩和环绕该内涡轮机罩的外涡轮机罩。内涡轮机罩包括第一支承面，且外涡轮机罩包括与第一支承面相对的第二支承面。该涡轮机还包括位于第一支承面和第二支承面之间的轴承组件。

本发明还包括一种用于对齐涡轮机部件的方法。该方法包括使单件式内涡轮机罩基本上与转子同心地对齐并用外涡轮机罩环绕该单件式内涡轮机罩。该方法还包括采用单件式内涡轮机罩与外涡轮机罩之间的轴承组件相对于外涡轮机罩支撑内涡轮机罩。

在查看了本说明书后，本领域普通技术人员将更好地理解此类及其它实施例的特征和方面。

附图说明

在本说明书的剩余部分中，包括参考附图，更详细地陈述了对本发明的完整而能够实施的公开，包括对本领域技术人员而言的最佳模式，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的涡轮机的简化局部截面图；

图2是沿线A-A所取的图1中所示涡轮机的简化轴向截面图；

图3是根据本发明的一个实施例的轴承组件的特写平面图；

图4是根据本发明的一个备选实施例的轴承组件的特写平面图。

零部件清单

10 涡轮机

12 转子

14 内涡轮机罩

16 外涡轮机罩

18 涡轮机叶轮

20 间隔件

22 螺栓

24 涡轮机轮叶