[发明专利]用于操作涡轮机的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于操作涡轮机的系统和方法。在本发明的特定实施例中，所述系统和方法调节涡轮机中的旋转部件和非旋转部件之间的间隙。

背景技术

涡轮机在各种航空、工业和发电应用中广泛地使用以做功。每个涡轮机一般包括周边安装的定子轮叶和旋转叶片的交替级。定子轮叶可以附连到固定部件，例如围绕涡轮机的壳体，并且旋转叶片可以附连到沿着涡轮机的轴向中心线定位的转子。压缩工作流体(例如蒸汽、燃气或空气)沿着气体路径流动通过涡轮机以产生功。定子轮叶加速并且将压缩工作流体引导到后续级的旋转叶片上以使旋转叶片运动，因此转动转子而做功。在定子轮叶或旋转叶片周围泄漏的或绕过它们的压缩工作流体降低涡轮机的效率。因此，围绕涡轮机的壳体常常包括护罩或护罩段，所述护罩或护罩段围绕并且限定气体路径的外周边以减小绕过定子轮叶或旋转叶片的压缩工作流体的量。

在涡轮机中，护罩和旋转叶片之间的间隙是平衡一方面的效率和性能与另一方面的制造和维护成本的重要设计考虑因素。例如，减小护罩和旋转叶片之间的间隙，一般通过减小绕过旋转叶片的燃气的量而改善涡轮机的效率和性能。然而，减小的间隙也可能导致为获得减小的间隙而产生的额外制造成本，以及由于护罩和旋转叶片之间的增加的磨擦、摩擦或撞击而造成增加的维护成本。该增加的维护成本可能是下面这样的涡轮机中特别关心的：该涡轮机中，旋转叶片在超过每分钟1,000转的速度下旋转、具有较大的质量、并且包括精细的空气动力表面。另外，当壳体和/或护罩在启动、停止或其它操作变化期间以不同于旋转叶片的速率而膨胀或收缩时，在瞬时操作期间减小的间隙可能导致护罩和旋转叶片之间的过度磨擦、摩擦或撞击。

在本领域中已知用于控制或调节护罩和旋转叶片之间的偏心距的各种系统和方法。例如，美国专利6,126,390描述了一种被动加热-冷却系统，其中，取决于进入空气的温度，来自压缩器或燃烧器的气流被计量送到涡轮机壳体，以加热或冷却涡轮机壳体。转让给与本发明相同的受让人的美国专利公告2009/0185898描述了另一种被动系统，所述被动系统包括在顶部和底部具有假凸缘(false flanges)的内部涡轮机壳以减小由瞬时操作导致的偏心距。

然而，控制或调节护罩和旋转叶片之间的偏心距的常规被动系统假定转子和/或护罩的均匀圆周膨胀，并且一般不考虑护罩和旋转叶片之间的间隙的制造或操作变化。例如，制造或组装公差可能产生内部护罩和旋转叶片之间的固有制造的偏心距，从而改变护罩和旋转叶片之间的围绕涡轮机的圆周的间隙。类似地，轴承油压支承(oil lift)、轴承结构的热生长、振动、涡轮机部件的不均匀热膨胀、壳体滑移、重力下垂等可能随着时间的推移会进一步改变护罩和旋转叶片之间的围绕涡轮机的圆周的间隙。

可以设计护罩和旋转叶片之间的最小间隙以考虑预期制造的偏心距；并且，可以在冷装配期间对护罩和旋转叶片之间的最小和/或最大间隙进行静态调节，以考虑某些预期操作的偏心距，。然而，可以基于实际操作参数和/或感测到的操作状态而主动调节护罩和旋转叶片之间间隙的附加系统和方法将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点在以下描述中进行阐述，这些方面和优点或者可以通过该描述显而易见，或者可以通过本发明的实施而获悉。

本发明的一个实施例是一种用于操作涡轮机的系统，该系统包括旋转部件和通过间隙与该旋转部件分离的非旋转部件。第一致动器连接到非旋转部件，并且第一致动器包括形状记忆合金。

进一步的，所述第一致动器重新定位所述非旋转部件的至少一部分以调节所述非旋转部件和所述旋转部件之间的所述间隙。

进一步的，所述形状记忆合金包括大约15-35重量％的铂。

进一步的，所述非旋转部件包括固定部件和可移动部件，并且所述第一致动器使所述可移动部件的至少一部分与所述固定部件分离。

进一步的，所述可移动部件枢转地连接到所述固定部件。

进一步的，所述系统还包括第二致动器，所述第二致动器连接到所述非旋转部件并且从所述第一致动器轴向地或径向地移位。

进一步的，所述系统还包括传感器，所述传感器提供反映所述非旋转部件和所述旋转部件之间的最大间隙和最小间隙中的至少一个的参数信号。

进一步的，所述系统还包括连接到所述传感器的控制器，其中所述控制器接收来自所述传感器的所述参数信号并且基于所述参数信号生成到达所述第一致动器的控制信号。