[發明專利]用于操作渦輪機的系統和方法

有效

• 申請號: 201210247353.2
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102889099A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: B.納努庫坦;R.阿杜爾;H.森達拉姆;J.阿達伊卡拉薩米;P.潘納
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D11/16
• 分類號: F01D11/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 金飛;傅永霄

技術領域

本發明總體上涉及一種用于操作渦輪機的系統和方法。在本發明的特定實施例中，所述系統和方法調節渦輪機中的旋轉部件和非旋轉部件之間的間隙。

背景技術

渦輪機在各種航空、工業和發電應用中廣泛地使用以做功。每個渦輪機一般包括周邊安裝的定子輪葉和旋轉葉片的交替級。定子輪葉可以附連到固定部件，例如圍繞渦輪機的殼體，并且旋轉葉片可以附連到沿著渦輪機的軸向中心線定位的轉子。壓縮工作流體(例如蒸汽、燃氣或空氣)沿著氣體路徑流動通過渦輪機以產生功。定子輪葉加速并且將壓縮工作流體引導到后續級的旋轉葉片上以使旋轉葉片運動，因此轉動轉子而做功。在定子輪葉或旋轉葉片周圍泄漏的或繞過它們的壓縮工作流體降低渦輪機的效率。因此，圍繞渦輪機的殼體常常包括護罩或護罩段，所述護罩或護罩段圍繞并且限定氣體路徑的外周邊以減小繞過定子輪葉或旋轉葉片的壓縮工作流體的量。

在渦輪機中，護罩和旋轉葉片之間的間隙是平衡一方面的效率和性能與另一方面的制造和維護成本的重要設計考慮因素。例如，減小護罩和旋轉葉片之間的間隙，一般通過減小繞過旋轉葉片的燃氣的量而改善渦輪機的效率和性能。然而，減小的間隙也可能導致為獲得減小的間隙而產生的額外制造成本，以及由于護罩和旋轉葉片之間的增加的磨擦、摩擦或撞擊而造成增加的維護成本。該增加的維護成本可能是下面這樣的渦輪機中特別關心的：該渦輪機中，旋轉葉片在超過每分鐘1,000轉的速度下旋轉、具有較大的質量、并且包括精細的空氣動力表面。另外，當殼體和/或護罩在啟動、停止或其它操作變化期間以不同于旋轉葉片的速率而膨脹或收縮時，在瞬時操作期間減小的間隙可能導致護罩和旋轉葉片之間的過度磨擦、摩擦或撞擊。

在本領域中已知用于控制或調節護罩和旋轉葉片之間的偏心距的各種系統和方法。例如，美國專利6,126,390描述了一種被動加熱-冷卻系統，其中，取決于進入空氣的溫度，來自壓縮器或燃燒器的氣流被計量送到渦輪機殼體，以加熱或冷卻渦輪機殼體。轉讓給與本發明相同的受讓人的美國專利公告2009/0185898描述了另一種被動系統，所述被動系統包括在頂部和底部具有假凸緣(false?flanges)的內部渦輪機殼以減小由瞬時操作導致的偏心距。

然而，控制或調節護罩和旋轉葉片之間的偏心距的常規被動系統假定轉子和/或護罩的均勻圓周膨脹，并且一般不考慮護罩和旋轉葉片之間的間隙的制造或操作變化。例如，制造或組裝公差可能產生內部護罩和旋轉葉片之間的固有制造的偏心距，從而改變護罩和旋轉葉片之間的圍繞渦輪機的圓周的間隙。類似地，軸承油壓支承(oil?lift)、軸承結構的熱生長、振動、渦輪機部件的不均勻熱膨脹、殼體滑移、重力下垂等可能隨著時間的推移會進一步改變護罩和旋轉葉片之間的圍繞渦輪機的圓周的間隙。

可以設計護罩和旋轉葉片之間的最小間隙以考慮預期制造的偏心距；并且，可以在冷裝配期間對護罩和旋轉葉片之間的最小和/或最大間隙進行靜態調節，以考慮某些預期操作的偏心距，。然而，可以基于實際操作參數和/或感測到的操作狀態而主動調節護罩和旋轉葉片之間間隙的附加系統和方法將是有用的。

發明內容

本發明的方面和優點在以下描述中進行闡述，這些方面和優點或者可以通過該描述顯而易見，或者可以通過本發明的實施而獲悉。

本發明的一個實施例是一種用于操作渦輪機的系統，該系統包括旋轉部件和通過間隙與該旋轉部件分離的非旋轉部件。第一致動器連接到非旋轉部件，并且第一致動器包括形狀記憶合金。

進一步的，所述第一致動器重新定位所述非旋轉部件的至少一部分以調節所述非旋轉部件和所述旋轉部件之間的所述間隙。

進一步的，所述形狀記憶合金包括大約15-35重量％的鉑。

進一步的，所述非旋轉部件包括固定部件和可移動部件，并且所述第一致動器使所述可移動部件的至少一部分與所述固定部件分離。

進一步的，所述可移動部件樞轉地連接到所述固定部件。

進一步的，所述系統還包括第二致動器，所述第二致動器連接到所述非旋轉部件并且從所述第一致動器軸向地或徑向地移位。

進一步的，所述系統還包括傳感器，所述傳感器提供反映所述非旋轉部件和所述旋轉部件之間的最大間隙和最小間隙中的至少一個的參數信號。

進一步的，所述系統還包括連接到所述傳感器的控制器，其中所述控制器接收來自所述傳感器的所述參數信號并且基于所述參數信號生成到達所述第一致動器的控制信號。