CN100491700C - 燃气轮机中的定子叶片致动器 - Google Patents

燃气轮机中的定子叶片致动器 Download PDF

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Abstract

一种燃气轮机(202)中的可调节的定子叶片(24)的致动器。扭转管(71)可绕其轴线(73)转动并支承着U型座(76)，U型座(76)连接在连接杆(51)上。这些连接杆(51)连接在环(39)上，并且当扭转管(71)转动时使这些环(39)转动，由此调节连接在环(39)上的定子叶片(24)。具有平行于扭转管(71)的运动轴线的线性致动器(105)通过直线-转动转换器(210)驱动该扭转管(71)。本发明在该燃气轮机上占有较少的空间，并且在安装之后不需要调节该直线-转换器。

Description

燃气轮机中的定子叶片致动器
技术领域
本发明涉及使燃气轮机中的定子叶片转动的致动系统。
背景技术
现代轴流式烯气轮机中的压气机通常装设有可变的定子叶片。图1及2表示该定子叶片的功能.它们是从具有透明壁的压气机外部看到的视图，瞧向转动轴线，并注视该叶片的顶部。
这些图不是按比例绘制的，并且细节方面在空气动力学上是不精确的。它们仅仅被介绍用来解释对位于该定子叶片下游的一压气机级使用定子叶片去改变进入气流的冲角的原理.
图1解释压气机的两个级3及级6。在矢量9方向上移动的进入空气被第一级3所压缩.矢量9被画成纸面的水平方向。然而，从第一级3实际看到的空气方向是矢量9(1)与级3速度(2)的矢量和.矢量12代表该速度，而矢量15代表该矢量和。
矢量15代表特定的冲角，在该冲角处第一级3遭遇进入空气9.在第一级3压缩该空气之后，该空气在不同方向排放，以矢量18表示.矢量18不仅被置于与矢量9不同的方向，而且由于压缩过程，其速度将变得较高。矢量18不一定代表第二级6的优化冲角.
可变的定子叶片提供了一种解决办法。如果提供了如图2中的可变定子导向叶片24，则图1的矢量18可改变为具有正确的冲角的图2的矢量18A。本发明者提出：定子叶片24不和级3及级6一起转动。它们是静止的，虽然如现在将解释的个别的叶片可能转动.
为了调节冲角，许多种形式的定子叶片是可调节的，该冲角是以压气机级观察的，该定子叶片和该压气机级输出排放的空气。例如，它们可如箭头27所指示绕轴线26转动.
图3表示用于调节该定子叶片的一个机构，而图4以简化、示意方式表示图3的许多部件.图3及图3中的轴线26，即定子叶片24绕其转动的轴线，对应于图2中的轴线26。一杆36连接在每个定子叶片上。定子叶片的给定级的所有杆都连接在可动的环上，诸如图3中的环39及42。图4显示的是环39。
每个环绕轴线45转动，从而转动它的定子叶片的级.诸如直角杠杆48的直角杠杆转动每个环.例如，当直角杠杆48绕图4的轴线48转动时，连接件51使环39绕轴线45转动.因此曲柄36绕轴线26转动，从而转动定子叶片24。
通过连接在臂54上，所有的直角杠杆被迫一致地运动.通过图5中以箭头63表示的连接件，下面描述的致动器60使该多个直角杠杆一致地运动。
本发明者发现了对这种形式结构的一种改进结构。
发明内容
在本发明的一种形式中，调节烯气轮机中的可调节定子叶片的位置的一种机械致动器在该燃气轮机的圆周上占有一个部分，该部分与先有技术的相比尺寸缩小了。
附图说明
图1表示燃气轮机的轴流压气机中的转动叶片.
图2表示定子叶片24如何能调节空气进入压气机级6叶片的冲角.
图3是可变的定子叶片阵列的简化立体视图.
图4是图3的设备的零件的简化表示图。
图5及6表示在先有技术中可发现的切向安装的致动器60.
图7表示本发明的一种形式.
图8表示沿图7的箭头8-8截取的图7设备的视图.
图9、10、11及22是图7的设备的简化立体视图，具有所强调的各种特点。
图12及13表示本发明的某些部件经历的运动的某些特征.
图14表示本发明的一种形式。
图15、16及17表示可替代图7的直角杠杆91的机构.
图18、19、20及21表示图7的设备的各种变型。
部件列表
级3和级6、矢量9、矢量12、矢量15、矢量18、矢量18A、定了导向叶片24、轴线26、箭头27、轴26、杆36、环39及42、轴线45、直角杠杆48、轴线49、连接件51、轴线26、臂54、液压致动器60、连接件63、螺栓孔64、安装平台68、壳体70、扭转管71、轴线73、轴承79及82、底板85、曲柄88、臂90、直角杠杆91、连接杆93、螺套96、端部96A、端部96B、臂99、杆102、液压致动器105、轴线108、几何平面110、箭头113、轴线116、区域118、角度121、箭头124、轴线127、U型安装座130、箭头140、平面150、圆柱体175、线性液压致动器200、燃气轮机202、运动轴线205、转换器210、凸轮225、螺旋槽230、轴233、凸轮从动件235、齿237、箭头240、伸出部250、箭头255、顶部256、箭头260、眼睛265、U型座76A、虚线270、虚线275、垫片280、孔300。
具体实施方式
本发明者在上面描述的系统中已发现的一个问题表示在图6中。当液压致动器60如图5中所示布置在切向位置时，可能发生不希望有的某些现象.一个现象是叠加间隙引起的定位误差，该定位误差在安装后必须通过调整加以消除.
例如，图6中致动器60安装板的螺栓孔64构造成位于特定的位置，在该位置螺栓孔66与螺栓孔64是相配的.然而，因为不可避免的制造公差，两组孔将稍有错位.还有，由于相似的理由，轴线49的位置也稍有错位。还有，构成连接件63的各部件也有小的尺寸误差.
因此，该可变的定子叶片将会稍为移离它们的预期的设计位置。作为特定的例子，如果致动器60是液压活塞，该系统将会这样构成：当该活塞60退回至其最远位置时，该定子叶片将呈现一特定的角度.实际上在该活塞条件下，该角度将稍有误差。
因此，在致动器60安装之后，必须作各种调节.这些调节要花费安装技术工人的时间。
此外，致动器60的安装平台68可完全连接在不同的部件上而不是固定件(未图示)上，该固定件支承着直角杠杆48.那两个部件的互相连接也可遇到刚描述过的叠加问题。
除了刚描述过的叠加问题之外，图6的结构还有另一个特点.在工作中，由于温度变化，支承安装平台68的壳体70在尺寸上将发生变化.这个变化改变了致动器60与直角杠杆48之间的距离，并且产生至少两个变化.一个变化来自壳体70直径的改变.另一个变化来自轴向长度的改变，即是说在图4中沿轴线45的距离方面的改变.这些变化改变了该系统的传递功能或增益.
本发明通过使用图7中所示的设备减轻或消除许多这些特点，在图9中该设备以简化的立体视图来显示.图7包含绕轴线73转动的扭转管71。4个U型座76固定在扭转管71上.该U型座连接在诸如图4中的连接件51的多个连接件上.每根连接件连接在诸如图4所示的环39的环上。
扭转管71由轴承79及82支承，依次轴承79及82由底板85支承。曲柄88连接在扭转管71上，并且通过连接杆93连接在直角杠杆91的臂90上。螺套96允许调节连接杆93的长度.
该直角杠杆的另一个臂99连接在杆102上，杆102由液压致动器105移动。液压致动器105绕轴线108转动.
该图中所示的所有部件直接地或间接地由底板85支承.现将通过参考图8-11来解释图7的设备的若干显著特点.
在图10中安置了几何平面110.如包含在平面110内的箭头113所示，直角杠杆91在平面110内转动.这就是说，直角杠杆91的轴线116垂直于平面110.如由角度121所指示的，平面110与底板85的区域118成倾斜.角121的量值将取决于该燃气轮机的尺寸，底板85装在该机器上，但为方便起见，本文将假定该角度为约30°。
如箭头124所指示，液压致动器105也在平面110内运动。即是说，工作期间，致动器105绕其U型安装座130的轴线127转动.杆102上的任何点都经过由箭头124表示的弧线。该弧线位于平面110中。轴线127垂直于平面110并平行于轴线116。
因此，工作期间，三个部件保持在平面110内，或平行于它.液压致动器105绕轴线127摆动.杆102在箭头140的方向上移动，但仍保留在该同一平面内，该平面与平面110重叠或平行.直角杠杆91如箭头113指示那样转动，并保留在平面110内.
其它的各部件在不同的平面内运动.图11显示了垂直于扭转管71的轴线73的平面150。曲柄88在这个平面150内转动.然而，如图12及13中所示，连接曲柄88与直角杠杆91的连接杆93不保持在这个平面150内。
可以看到连接件96的端部96A保持在图10的平面110内或平行于平面110而移动.连接件96的另一个端部96B保持在图11的平面150内.然而，连接件96的杆体发生复杂形式的运动，并且不保持在单一平面内或不沿单一轴线运动。
重申一遍，端部96A沿图10的平面110内的弧线。端部96B沿图11的平面150内的弧线。平面110与平面150互相垂直.
这些结构关系提供了若干有利的特点.一个特点是液压致动器105的杆102的运动方向平行于扭转管71的轴线73.在某些情况下，可能希望使致动器105移动致图11中通常以圆柱体175表示的位置，以便节省空间。
第二个特点是：一旦图7中的螺套96已调节好，图7的整个组件可被安装在燃气轮机上。不需要进一步调节该组件中的任何连接件，虽然可能需要调节图5中的连接件51。
第三个特点是：图6中的壳体70尺寸方面的热变化基本上对图7的杆102的轴向位置(1)与扭转管71的角度位置(2)之间传递功能或增益没有影响.一个主要原因是：任何这种膨胀仅仅移动图7中的底板85.然而，该膨胀没有改变支承在底板85上的各个部件之间的相对尺寸，这些部件例如是杆102及扭转管71.
图14表示了本发明的一个实施例.直线运动的液压致动器200被布置在以椭圆202表示的燃气轮机上。致动器200的运动轴线205平行于燃气轮机202的转动轴线45。
具有转动轴线73的扭转管71被布置成使轴线73平行于轴线205.扭转管71含有移动各连接件的各U型座76，只显示了其中一个连接件51。每个连接件51控制一环，只显示了其中一个环39，环39的运动通过未显示的曲柄系统来改变定子叶片角度.
通过转换器210使致动器200的直线运动转换为该扭转管的旋转运动。可能有许多种形式的转换器210.图7表示了一直角杠杆。可应用止转棒轭(Scotch Yoke)。齿轮及滑动也是可用的.
图15-17表示了另一种形式的直线-转动转换器.在图15中，显示了在轴233上采取螺旋槽230形式的凸轮225.显示了凸轮从动件235，如图16所示，其中齿237与槽230结合.凸轮225被约束而不转动。
致动器105使凸轮225移入和移出从动件235，由此使从动件235转动。如图17的箭头240所标示，通过连接件、齿轮、曲柄或类似物，它们中没有一个是已图示的，从动件235连接在扭转管(未图示)上。在一个实施例中，图17的致动器105被定位在图11的250位置处.凸轮225及从动件235被定位在扭转管71内部.
图10存在角度121，以便使连接杆93的作用线与曲柄88的端部对齐。这就是说，如果角度121为零，连接杆93的作用线将与扭转管71的轴线73相交.对于使扭转管71转动将不存在力矩臂。
另一个方法可能获得连接杆93作用线的力矩臂.在图18中，在直角杠杆91上附加有伸出部250。在图19中，直角杠杆91如箭头255所示地绕杆102(未图示)的轴线103转动，以便抬升顶部256.这就是说，由此顶部256移出包含轴线73及103的平面。
在图20中，轴线103如箭头260所示地转动。这个转动或许在图21中看得更清楚，图21是从图8中的眼睛265所见的视图.在图21中，轴线103逆时针转动，由此抬升直角杠杆91。
U型座76可调节成在扭转管71上成倾斜位置，并在高度上可调节.例如，图22中的U型座76A可被布置在如虚线270或虚线275所示的位置。在扭转管71上不同倾斜位置处的各不同的U型座的移动允许调节各环之间的相对相位角，诸如图3中的环39，它们是弧形的.
通过增加垫片280来达到调节高度.所希望的是每个垫片10mils(密耳)范围的非常小的调节.该垫片增大各U型座移动的曲率半径，由此增大该连接件的摆动幅度，该连接件类似于图3及4中的连接件51。
包含在部分305内的图8的各设备包括了为调节图3及4中的连接件51所需的每一件东西。在图3-6的现有技术各设备中，为调节连接件51所需的各设备包括直角杠杆48及同步杆54。
可以采用无数的替代物及变型而不背离本发明的真实精神及目标。我希望保证的有关本发明的专利证书由下列各权项限定.

Claims (16)

1.一种燃气轮机，该燃气轮机具有在其中限定的燃气轮机轴线，并具有多排可变的定于叶片，每排定于叶片由各自的环致动，而每个环由各自的致动连接杆致动，一种使该致动连接杆致动的设备包括：
a)扭转管，该扭转管具有平行与该燃气轮机轴线的轴线并支承着多个U型座，每个U型座连接在各自的致动连接杆上；
b)线性致动器，线性致动器具有平行于燃气轮机轴线的轴线并致动扭转管；以及
c)底板，底板能够被移离燃气轮机，底板支承扭转管和线性致动器两者。
2.一种用于在具有燃气轮机轴线的燃气轮机中调节定子叶片角度的设备，该设备包括：
a)具有平行于燃气轮机轴线的管轴线的扭转管，扭转管构造成围绕管轴线转动；
b)随着扭转管的转动使定子叶片角度产生变化的装置；
c)在平行于管轴线的直线运动中移动杆的液压致动器；以及
d)将杆的直线运动转换成扭转管围绕管轴线的旋转运动的转换器.
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，转换器包括直角杠杆。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，转换器包括带螺旋槽的凸轮和与其配合的带有齿的凸轮从动件，以便将杆的直线运动转换成扭转管的旋转运动.
5.一种设备，该设备包括：
a)构造成围绕一个轴线转动的扭转管；
b)线性液压致动器，线性液压致动器平行于所述轴线移动杆；
c)将杆连接在扭转管上的连接件，连接件使杆的移动造成扭转管围绕所述轴线转动；以及
d)连接在扭转管上的一个或多个连接件，每个连接件连接在各自的环上，环致动燃气轮机上的定子叶片。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，将杆连接在扭转管上的连接件包括：
e)具有第一臂及第二臂的直角杠杆，
i)第一臂连接在杆上，以及
ii)第二臂连接在连接杆上，连接杆在运动时使扭转管转动。
7.一种能够安装在燃气轮机的压气机壳体上以便致动定子叶片的设备，其中定子叶片能够被调节，该设备包括：
a)扭转管，构造成围绕一个轴线转动；
b)在扭转管上的U型座，该U型座用于致动定子叶片的一级；
c)液压致动器，平行于所述轴线移动杆；
d)将液压致动器连接在扭转管上的连接件系统；以及
e)支承着扭转管、液压致动器及连接件系统的底板。
8.一种在燃气轮机中安装调节定子叶片的致动器的方法，该方法包括：
a)安装致动器组件，该组件含有经由致动器和扭转管之间的连接件连接到扭转管上的致动器，其中致动器平行于扭转管的轴线移动杆，以便转动扭转管和连接件；
b)实现该致动器与该扭转管之间的连接件的无调节，其中底板支承扭转管和致动器，并支承致动器和扭转管之间的连接件；以及
c)把该扭转管连接在叶片连接件上，该叶片连接件调节该定子叶片。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
d)调节一个或多个叶片连接件.
10.一种用于控制燃气轮机中的定子叶片的设备，其中定子叶片能够被调节，该设备包括：
a)含有U型座的扭转管，U型座连接在连接件上，连接件调节定子叶片；
b)单个致动器；以及
c)位于致动器和扭转管之间并将致动器连接在扭转管上的连接件，在该设备连接在燃气轮机上之后，由于底板支承扭转管和致动器，而不需要调节该连接件，其中致动器平行于扭转管的轴线移动杆，以便转动扭转管。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，由于在连接之前进行调节，在该设备连接在燃气轮机上之后，不需要调节连接件。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，在该设备连接在燃气轮机上之前，进行连接件的调节。
13.如权利要求10所述的设备，其特征在于，段落(c)中的连接件能够被调节.
14.如权利要求10所述的设备，其特征在于，在正常操作下，致动器本身控制定子叶片的角度。
15.一种系统，该系统包括：
a)具有转动轴线(45)的轴流式燃气轮机(202)；
b)具有移动轴线(205)的线性致动器(200)，该移动轴线(205)平行于转动轴线(45)；
c)具有管轴线(73)的扭转管(71)，管轴线(73)平行于转动轴线(45)和移动轴线(205)；
d)安装在扭转管(71)上的多个U型座(76)；
e)将每个U型座(76)连接在各自环(39)上的连接杆(51)，环(39)使一组定子叶片(24)转动；以及
f)用于把线性致动器(200)的直线运动转换成该扭转管的旋转运动的转换器(210)，由此使这些环转动。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，用于把线性致动器(200)的直线运动转换成该扭转管的旋转运动的转换器(210)包括直角杠杆(91)。
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