[發(fā)明專利]用于燃?xì)鉁u輪機的主動間隙控制系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210428945.4
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103089339A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.I.阿拉
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D11/24
• 分類號: F01D11/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃?xì)鉁u輪機，所述燃?xì)鉁u輪機具有主動間隙控制系統(tǒng)，以確保旋轉(zhuǎn)葉片不會摩擦燃?xì)鉁u輪機的固定殼體中的密封件。

背景技術(shù)

在燃?xì)鉁u輪機中，燃燒氣體流經(jīng)渦輪機的殼體與轉(zhuǎn)子之間的環(huán)形氣體通道。槳葉等旋轉(zhuǎn)葉片從轉(zhuǎn)子徑向伸出，并且伸入該環(huán)形氣體通道。流經(jīng)葉片的熱燃燒氣體使渦輪機旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動燃?xì)鉁u輪機。

為了實現(xiàn)熱燃燒氣體的能量到機械能的轉(zhuǎn)換最大化，需要使所有燃燒氣體流經(jīng)渦輪機的葉片，并且避免燃燒氣體泄露而進入渦輪機的殼體、或穿過渦輪機葉片的葉尖與渦輪機殼體的內(nèi)表面之間的空隙。殼體可包括圍繞渦輪機槳葉的葉尖延伸的環(huán)形密封表面。使環(huán)形密封表面與葉片的葉尖之間的空隙最小化，會減少燃燒氣體的泄露并且增加燃?xì)鉁u輪機的熱力學(xué)效率。

由于在殼體中的密封件與葉片的葉尖之間的空隙較小，因此存在一種風(fēng)險，即葉片的葉尖將影響，例如摩擦，密封件。當(dāng)燃?xì)鉁u輪機在開機期間受熱并且在停機期間冷卻時，這種摩擦的風(fēng)險增大。殼體和密封件的熱膨脹率可能不同于包括葉片的渦輪機轉(zhuǎn)子的熱膨脹率。殼體與轉(zhuǎn)子之間的熱膨脹差異導(dǎo)致葉片的葉尖與密封件之間的間隙在開機、停機、以及其他負(fù)載變化期間燃?xì)鉁u輪機轉(zhuǎn)變時變化。如果間隙變得非常小，那么葉尖可能影響，例如摩擦，殼體的密封件。摩擦可能對燃?xì)鉁u輪機造成損壞，例如，使葉片和密封件斷裂或者以其他方式損壞。因此，長期需要用于主動控制燃?xì)鉁u輪機中葉尖間隙的改進方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種針對具有多級壓縮機以及渦輪機的燃?xì)鉁u輪機而構(gòu)想的間隙控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：第一壓縮氣體通道，所述第一壓縮氣體通道經(jīng)連接以從所述壓縮機的一個級抽取壓縮氣體；第二壓縮氣體通道，所述第二壓縮氣體通道經(jīng)連接以從所述壓縮機的另一級抽取壓縮氣體；閥組件，用于調(diào)節(jié)通過所述第一和第二壓縮氣體通道的所述壓縮氣體的流動，其中所述閥組件經(jīng)致動以使抽取的壓縮氣體選擇性地從第一和第二氣體通道中的所選一個通道通過；以及第三壓縮氣體通道，所述第三壓縮氣體通道將所述抽取的壓縮氣體從所述閥傳輸?shù)剿鰷u輪機的殼體。

連接到所述第一壓縮氣體通道的所述級是所述壓縮機的末級。所述間隙控制系統(tǒng)進一步包括熱交換器，其連接到所述第一和第二壓縮氣體通道中的至少一個，其中所述熱交換器向所述壓縮氣體增加熱能。所述氣體通道中的每個通道均具有所述熱交換器中的相應(yīng)一個熱交換器。所述間隙控制系統(tǒng)進一步包括控制器，其中所述控制器從所述燃?xì)鉁u輪機接收關(guān)于所述燃?xì)鉁u輪機的運行模式的數(shù)據(jù)，并且所述控制器基于所述運行模式，致動所述閥以引導(dǎo)氣體從所述壓縮氣體通道中的一個通道通過所述閥。

本發(fā)明還提供一種針對具有多級壓縮機以及渦輪機的燃?xì)鉁u輪機提供間隙控制的方法，所述渦輪機具有在渦輪機殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的渦輪機槳葉，所述方法包括：選擇第一壓縮機級，以從中抽取壓縮空氣；管輸(ducting)來自所述第一壓縮機級的所述壓縮空氣到所述渦輪機殼；輸送來自所述第一壓縮機級的所述壓縮空氣，以使所述渦輪機殼熱收縮；選擇第二壓縮機級，從中抽取壓縮空氣并且取消選擇所述第一壓縮機級；管輸來自所述第二壓縮機級的所述壓縮空氣到所述渦輪機殼；以及輸送來自所述第二壓縮機級的所述壓縮空氣，以使所述渦輪機殼熱膨脹。

所述第二壓縮機級是所述壓縮機中的壓縮機末級，并且來自所述壓縮機末級的所述壓縮空氣是壓縮機排氣。所述第一壓縮機級是所述壓縮機的中間部分中的壓縮機級。其中，通過致動與所抽取的壓縮空氣流體連通的閥，來選擇所述第二壓縮機級而不選擇所述第一壓縮機級。所述方法進一步包括在所述壓縮空氣從所述壓縮機抽取出之后、并且在所述壓縮空氣進入所述渦輪機殼之前，向所述壓縮空氣增加熱能。其中，在確定環(huán)境空氣溫度低于閾值溫度的基礎(chǔ)上，增加所述熱能。所述管輸來自所述第二壓縮機級的所述壓縮氣體到所述渦輪機殼的步驟發(fā)生在所述燃?xì)鉁u輪機的開機和停機運行模式中的至少一個模式期間。所述管輸來自所述第一壓縮機級的所述壓縮氣體到所述渦輪機殼的步驟發(fā)生在所述燃?xì)鉁u輪機的負(fù)載或基本負(fù)載運行模式期間。