[發(fā)明專利]渦輪機及用于操作此渦輪機的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510678427.1
• 申請日: 2015-10-20
• 公開（公告）號: CN105525955B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設計）人: J.法卡斯;G.卡塔迪;M.羅奇
• 申請（專利權）人: 安薩爾多能源英國知識產權有限公司
• 主分類號: F01D25/10
• 分類號: F01D25/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;胡斌

本發(fā)明涉及渦輪機及用于操作此渦輪機的方法。具體而言，本發(fā)明涉及渦輪機，尤其是燃氣渦輪，其包括轉子，該轉子圍繞水平機器軸線旋轉，且其由包括金屬殼(24)的同軸封殼(21)包圍，由此電加熱系統(tǒng)(28?34,35)設在所述金屬殼的下半部分上。安全操作通過具有構造為冗余系統(tǒng)的所述加熱系統(tǒng)(28?34,35)實現。

技術領域

本發(fā)明涉及渦輪機的技術。

其還涉及用于操作此渦輪機的方法。

背景技術

圖1在透視圖中示出了申請人的GT24或GT26型的燃氣渦輪的形式的渦輪機的示例的透視圖。圖1的燃氣渦輪10包括圍繞機器軸線20旋轉且由(內)殼12包圍的轉子11。燃氣渦輪10包括沿機器軸線20布置的進氣口13、壓縮機14、第一燃燒器15、第一高壓(HP)渦輪16、第二燃燒器17、第二低壓(LP)渦輪18和排氣出口19。

在操作中，空氣通過進氣口13進入機器，由壓縮機14壓縮，且進給到第一燃燒器15以用于焚燒燃料。所得的熱氣體驅動HP渦輪16。在其仍含有空氣時，然后借助于第二燃燒器17將其再加熱，在該處，燃料噴射到熱氣流中。加熱的熱氣體然后驅動LP渦輪18，且在排氣出口19處離開機器。

在全速操作期間流過此渦輪機的軸向質量流很高。該高質量流確定殼中的溫度分布，如果冷卻空氣流動且殼的幾何形狀足夠對稱，其繼而是軸對稱的。

當發(fā)動機關閉時，其開始減速；因此，內部的質量流也減小。在低軸向質量流下，自然對流變?yōu)榘l(fā)動機的溫度分布的主要貢獻者。通常，殼的底部比其頂部更快開始冷卻。

在燃氣渦輪中，出口朝著將空氣排至環(huán)境的排氣管打開。此情況下的現象主要由于發(fā)動機內的空氣流的自然層流。另一個示例為蒸汽渦輪的冷卻，其出口對冷凝器打開。對于此渦輪機，內殼通常比外殼熱得多，該效果引起兩個殼之間的空氣的自然對流。

兩個殼導致發(fā)動機在頂部上具有高于底部上的較高的殼金屬溫度。由于溫差，頂部上和底部上的熱膨脹也不同，導致殼相對于其軸線向上彎曲。例如，在其軸承之間具有~10m的距離的渦輪機的彎曲程度可達到1mm或更大。

殼彎曲導致旋轉部分與靜止部分之間的非軸對稱徑向空隙，局部地減小轉子葉片與定子之間以及定子靜葉與轉子之間的空隙。當殼向上彎曲時，頂部上的空隙增大，而底部上的空隙減小。這可導致轉子阻擋和隨后的轉子變形。重啟彎曲的發(fā)動機可導致葉片/靜葉摩擦、葉片/靜葉材料的涂抹、葉片/靜葉中的裂縫產生，以及渦輪機的可能的壽命和性能降低。

內殼和軸承殼體機械地聯接至外殼，因此它們在殼彎曲時傾斜。這增大了內殼處的摩擦和轉子阻擋的風險，且尤其是在軸承內(在那里外殼的傾斜遠非水平的)。軸承對傾斜很敏感，因為通常它們以底部上的很小空隙操作(即，很薄，~0.1mm的軸承油厚度)。

因此，遇到的問題可歸納如下：

·在燃氣渦輪和蒸汽渦輪或其它渦輪機的冷卻階段期間，發(fā)生了外殼的底半部分相比頂半部分損失熱更快。這歸因于各種物理現象，其最終都關聯以下事實：由于重力，在準停滯或緩慢移動的流中，較冷的部分趨于向下移動和成層，同時流的較熱部分趨于在頂半部分中成層。

·以上導致了殼的上半部分與下半部分之間的差異熱膨脹，這繼而又導致殼相對于GT軸線的向上彎曲。

·由于此向上的殼彎曲，葉片/靜葉與殼之間以及機器的底半部分中的軸承內的徑向空隙變得更緊。

·由于殼的熱慣性且由于新式渦輪機的快速啟動瞬變，在重啟期間沒有足夠的時間使殼再變直。

·最終結果是底部部分中的摩擦以及隨后部件壽命和/或機器性能的損失。

解決該問題的現有解決方案都是低效的或成本較高。