CN102758654A - 独立控制的燃气涡轮进口导叶和变距定子叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及独立控制的燃气涡轮进口导叶(IGV)和变距定子叶片(VSV)。一种系统调节IGV和VSV的位置。系统包括液压动力单元、IGV伺服器和VSV伺服器。IGV缸体组经由IGV伺服器与液压动力单元流体连通并连接到IGV。IGV缸体组影响IGV在闭合位置与完全打开位置之间的移动。VSV缸体组经由VSV伺服器与液压动力单元流体连通。VSV包括与扭转轴联结在一起的多个级。VSV缸体组连接到扭转轴，并且VSV缸体组影响VSV的级在闭合位置与完全打开位置之间的同时移动。IGV伺服器和VSV伺服器各自控制液压流体从液压动力单元到IGV缸体组和VSV缸体组的输送，并且IGV伺服器和VSV伺服器可独立控制。

Description

独立控制的燃气涡轮进口导叶和变距定子叶片
技术领域
本发明大体涉及燃气涡轮，并且更具体地涉及用于燃气涡轮的变距定子叶片(variable stator vane)组件。
背景技术
在燃气涡轮中，空气在压缩器中加压并且引导到燃烧器，在燃烧器中空气与燃料混合并且点燃用于生成热燃烧气体。热燃烧气体向下游流动进入一个或多个涡轮级中，涡轮级从热燃烧气体抽取能量用于产生有用功。至少一些已知压缩器具有多个轴向级，这些轴向级在空气向下游流动时依次压缩它。各压缩器级可包括从压缩器线轴或盘径向朝外延伸的成排的转子桨叶和从环形外壳径向朝内延伸的合作的成排的定子叶片。
可期望使压缩器进口导叶(IGV)和变距定子叶片(VSV)的独立液压促动能够实现，用于改进的燃气涡轮效率、性能和负荷降低能力。在两个分离的叶片组之间的叶片角设置可独立地调节以允许燃气涡轮压缩机更有效地操作。进一步将期望包括切断功能以提供在事故停车情况期间的压缩器保护。
发明内容
在示范实施例中，一种系统调节燃气涡轮进口导叶(IGV)和变距定子叶片(VSV)的位置。该系统包括提供液压流体供应的液压动力单元、与液压动力单元流体连通的IGV伺服器和与液压动力单元流体连通的VSV伺服器。IGV缸体组提供成经由IGV伺服器与液压动力单元流体连通并且连接到IGV。IGV缸体组影响IGV在闭合位置与完全打开位置之间的移动。VSV缸体组提供成经由VSV伺服器与液压动力单元流体连通。VSV包括与扭转轴联结在一起的多个级。VSV缸体组连接到扭转轴，并且VSV缸体组影响VSV的级在闭合位置与完全打开位置之间的同时移动。IGV伺服器和VSV伺服器各自控制液压流体从液压动力单元到IGV缸体组和VSV缸体组的输送，并且IGV伺服器和VSV伺服器可独立控制。
在另一示范实施例中，一种燃气涡轮包括接收进口空气并且混合进口空气与燃料的压缩器、接收进口空气和燃料混合物并且燃烧混合物以产生热燃烧产物的燃烧器、和接收热燃烧产物并且将热燃烧产物转换为功的涡轮。压缩器包括进口导叶(IGV)和变距定子叶片(VSV)，其中IGV和VSV的各自位置影响燃气涡轮的性能效率。压缩器包括用于调节IGV和VSV的位置的所述系统。
在又一示范实施例中，一种调节燃气涡轮进口导叶(IGV)和变距定子叶片(VSV)的位置的方法包括如下步骤：利用液压动力单元提供液压流体供应；连接与液压动力单元流体连通的IGV伺服器；连接与液压动力单元流体连通的VSV伺服器；利用IGV缸体组使IGV在闭合位置与完全打开位置之间移动，IGV缸体组经由IGV伺服器与液压动力单元流体连通；并且利用VSV缸体组使VSV在闭合位置与完全打开位置之间移动，VSV缸体组经由VSV伺服器与液压动力单元流体连通，VSV包括与扭转轴联结在一起的多个级，其中VSV缸体组连接到扭转轴，移动VSV的步骤包括经由扭转轴同时移动VSV的级。IGV伺服器和VSV伺服器各自控制液压流体从液压动力单元到IGV缸体组和VSV缸体组的输送，并且IGV伺服器和VSV伺服器可独立控制。
附图说明
图1是包括IGV/VSV促动系统的燃气涡轮的示意框图；
图2和图3示出促动系统的液压回路图；
图4示出示范促动器和内部构件；
图5是示出缸体组和叶片组的压缩器区段的一侧的透视图；并且
图6是示出缸体组和叶片组的压缩器区段的相对侧的透视图。
附图标记
10    燃气涡轮
12    液压促动系统
14    进口导叶(IGV)
16    变距定子叶片(VSV)
18    压缩器
20    燃烧器
22    涡轮
24    液压动力单元
26    液压控制组件
28    IGV缸体
30    VSV缸体
32    歧管
34    过滤器
36    IGV伺服阀
38    VSV伺服阀
40，42  促动器杆
44    管线内筛网(screen)
46    放气孔
48    内部LVDT
50    杆端塞
52    切断阀
54    同步环(unison ring)
56    扭转轴
58    杆
具体实施方式
图1是包括用于独立地控制燃气涡轮压缩器进口导叶(IGV)14和变距定子叶片(VSV)16的液压促动系统12的燃气涡轮10的示意框图。在燃气涡轮中，空气在压缩器18中加压并且在燃烧器20中与燃料混合并且点燃，从而产生热燃烧气体。热燃烧气体向下游流动进入包括一个或多个涡轮级的涡轮22中，涡轮级从热燃烧气体中抽取能量以产生有用功。
期望通过调节IGV 14和VSV 16的位置来控制进入压缩器的空气流。促动系统12提供用于可经由液压促动器独立控制的IGV 14和VSV 16，液压促动器连接到液压动力单元24并且通过液压控制组件26控制。
图2和图3示出促动系统12的液压回路图。大体上，处于额定压力的液压流体从在液压动力单元24中的容器提供。液压流体在液压控制组件26的控制下提供到IGV促动器或缸体28和VSV促动器或缸体30。如图所示，两个缸体28、30与IGV和VSV中的每一个相关联，每一个各与单元的每一侧对应。缸体28、30被控制以控制IGV 14和VSV 16在禁止空气流的闭合位置与容许最大空气流的完全打开位置之间的各自位置。
来自液压动力单元24的液压流体供应利用管子输送到歧管32，其将供应流在促动系统12的IGV和VSV部分之间分开。过滤器34用来在流体进入歧管32中时过滤流体，以保护下游阀使之免于可能的碎片等。
到缸体28、30的流体流通过用于IGV的IGV伺服阀36控制并且通过用于VSV的VSV伺服阀38控制。虽然通过单一源控制，但是IGV伺服器36和VSV伺服器38各自控制液压流体从液压动力单元24到IGV缸体28和VSV缸体30的输送并且可独立控制。
伺服阀36、38作用以将流体供应转移到缸体28、30的头部端或盖端以产生促动器杆40、42的“收缩”或“延伸”运动。在优选结构中，使杆40、42收缩对应于打开叶片14、16，并且使杆40、42延伸对应于闭合叶片14、16。液压流体从促动器28、30的非供应侧(头部侧或盖侧，取决于意图的运动)转移开，返回控制模块26。控制模块26与主燃气涡轮控制系统通信并且因此转移流体以达到和/或保持用于IGV和VSV的期望叶片位置。在示范结构中，排气温度可测量作为涡轮操作/效率的指示。IGV 14和VSV 16的位置可根据排气温度调节以改进燃气涡轮输出。
回路包括在伺服器36、38和缸体28、30之间的管线内筛网44。管线内筛网44用来防止碎片进入伺服阀36、38，尤其是当液压流体从缸体28、30回到伺服器36、38时。
放气孔46使空气能够在高点从系统移除。优选地，放气孔46包括在维护或停车操作期间要求作业者促动的手控阀或按钮。
用于叶片14、16的位置反馈被测量并且经由在缸体28、30内部的线性可变差动变换器(LVDT)48传递回燃气涡轮控制系统。图4示出示范IGV促动器，其示出内部LVDT 48。在优选结构中，各促动器具有两个独立的LVDT 48。杆端塞50密封LVDT 48并且防止现场调节。
继续参考图2和图3，液压回路的IGV侧和VSV侧中的每一个包括切断阀52，其用于转移液压流体到各缸体28、30中的一侧，从而强迫它进入在其中IGV 14和VSV 16是闭合的位置。在优选结构中，切断阀52强迫缸体28、30进入它们的延伸位置。当切断信号传递到控制模块时，系统绕过伺服器36、38并且将流体转移通过切断阀52直接到各缸体28、30的盖端。切断命令在燃气涡轮事故停车期间使用，该事故停车可由IGV/VSV系统内部或者外部的各种因素引起。该切断功能提供在事故停车情况期间的压缩器保护，以限制空气流并且防止单元经受危险的超速事件。此外，在优选结构中，切断阀构造成使得IGV总是先于VSV闭合，由此防止压缩器失速或喘振事件。
图5和图6是示出IGV 14和VSV 16的压缩器的右侧和左侧区段的透视图。如图所示，存在两个促动器/缸体28、30，用于IGV 14和VSV 16中的每一个，每一侧有一个。IGV 14连接到同步环54，其附连到叶片销(在同步环的c通道部分内)。同步环54使串列的叶片14运动，并且IGV缸体28作用于同步环54。如图所示，IGV 14包括最靠近燃气涡轮压缩器的空气进口的变距叶片的单一级。
VSV 16包括多级变距叶片，其在本实例中带有与机械轴或扭转轴56联结在一起的三个单独级。杆58在一端连接到扭转轴56并且在相对端连接到VSV级的每一个的同步环54。VSV缸体30作用于扭转轴56。
所述实施例使分离的变距叶片组的液压促动能够独立地实现，用于改进的燃气涡轮效率、性能和负荷降低能力。在两个分离的叶片组之间的可独立控制的叶片角设置允许燃气涡轮压缩器更有效地操作。而且，切断功能在事故停车情况期间提供压缩器保护。将带有单一供应和单一排放连接的液压歧管与成对的伺服阀和切断阀组装在一起允许更小的安装覆盖区。
所述实施例对进出容器的现场安装的液压互连管道提供简单接口。因为促动器装配到燃气涡轮外壳，所以IGV/VSV系统硬件可载运并安装在燃气涡轮上，由此降低安装时间并且更容易地维持液压构件的清洁。
虽然本发明已经结合当前认为是最实用并且优选的实施例进行了描述，但是应当理解本发明不受限于公开的实施例，而是正相反，本发明意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效配置。

Claims (15)

1.一种用于调节燃气涡轮进口导叶(IGV)(14)和变距定子叶片(VSV)(16)的位置的系统，所述系统包括：
提供液压流体供应的液压动力单元(24)；
与所述液压动力单元流体连通的IGV伺服器(36)；
与所述液压动力单元流体连通的VSV伺服器(38)；
经由所述IGV伺服器与所述液压动力单元流体连通并且连接到所述IGV的IGV缸体组(28)，所述IGV缸体组影响所述IGV在闭合位置与完全打开位置之间的移动；和
经由所述VSV伺服器与所述液压动力单元流体连通的VSV缸体组(30)，所述VSV包括与扭转轴(56)联结在一起的多个级，其中，VSV缸体组连接到所述扭转轴，并且其中，所述VSV缸体组影响所述VSV的级在闭合位置与完全打开位置之间的同时移动，
其中，所述IGV伺服器和所述VSV伺服器各自控制液压流体从所述液压动力单元到所述IGV缸体组和所述VSV缸体组的输送，并且其中，所述IGV伺服器和所述VSV伺服器可独立控制。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述IGV缸体组(28)包括用于所述IGV的一侧的第一IGV缸体(28)和用于所述IGV的相对侧的第二IGV缸体(28)，并且其中，所述VSV缸体组(30)包括用于所述VSV的一侧的第一VSV缸体(30)和用于所述VSV的相对侧的第二VSV缸体(30)，所述液压流体均等地输送到所述第一IGV缸体和第二IGV缸体，并且均等地输送到所述第一VSV缸体和第二VSV缸体。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括位置探测组件(48)，其产生表示所述IGV和所述VSV的位置的信号。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述位置探测组件包括线性可变差动变换器(LVDT)(48)，其定位在所述IGV缸体组(28)和所述VSV缸体组(30)的每一个中的内部，所述LVDT测量各自缸体组的长度。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括插入在所述液压动力单元(24)与所述IGV伺服器(36)和VSV伺服器(38)之间的歧管(32)，所述歧管分配液压流体到所述IGV伺服器和VSV伺服器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括测量所述燃气涡轮的排气温度的温度传感器，其中，所述IGV(14)和所述VSV(16)的位置根据所述排气温度调节。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括过滤器，其定位在所述IGV伺服器(36)与所述IGV缸体组(28)之间并且定位在所述VSV伺服器(38)与所述VSV缸体组(30)之间。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括过滤器，其定位在所述液压动力单元(24)与所述IGV伺服器(36)和VSV伺服器(38)之间。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括能够与所述IGV伺服器(36)和所述VSV伺服器(38)中的每一个合作的切断阀(52)，所述切断阀中的每一个被触发以各自绕过所述IGV伺服器和VSV伺服器，并且闭合所述IGV(14)和所述VSV(16)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述IGV缸体组(28)和所述VSV缸体组(30)朝向与所述IGV(14)和所述VSV(16)的闭合位置对应的延伸位置偏置，并且其中，所述切断阀(52)构造成使得所述切断阀的触发从所述IGV缸体组和所述VSV缸体组排放所述液压流体，由此闭合所述IGV和所述VSV。
11.一种燃气涡轮，包括：
接收进口空气并且混合所述进口空气与燃料的压缩器(18)；
接收所述进口空气和燃料混合物并且燃烧所述混合物以产生热燃烧产物的燃烧器(20)；和
接收所述热燃烧产物并且将所述热燃烧产物转换为功的涡轮(22)，
所述压缩器包括进口导叶(IGV)(14)和变距定子叶片(VSV)(16)，其中，所述IGV和所述VSV的各自位置影响所述燃气涡轮的性能效率，并且所述压缩器包括用于调节所述IGV和所述VSV的位置的系统，所述系统包括：
提供液压流体供应的液压动力单元(24)，
与所述液压动力单元流体连通的IGV伺服器(36)，
与所述液压动力单元流体连通的VSV伺服器(38)，
经由所述IGV伺服器与所述液压动力单元流体连通并且连接到所述IGV的IGV缸体组(28)，所述IGV缸体组影响所述IGV在闭合位置与完全打开位置之间的移动，和
经由所述VSV伺服器与所述液压动力单元流体连通的VSV缸体组(30)，所述VSV包括与扭转轴(56)联结在一起的多个级，其中，VSV缸体组连接到所述扭转轴，并且其中，所述VSV缸体组影响所述VSV的级在闭合位置与完全打开位置之间的同时移动，
其中，所述IGV伺服器和所述VSV伺服器各自控制液压流体从所述液压动力单元到所述IGV缸体组和所述VSV缸体组的输送，并且其中，所述IGV伺服器和所述VSV伺服器可独立控制。
12.根据权利要求11所述的燃气涡轮，其特征在于，所述IGV缸体组包括用于所述IGV(14)的一侧的第一IGV缸体(28)和用于所述IGV的相对侧的第二IGV缸体(28)，并且其中，所述VSV缸体组包括用于所述VSV(16)的一侧的第一VSV缸体(30)和用于所述VSV的相对侧的第二VSV缸体(30)，所述液压流体均等地输送到所述第一IGV缸体和第二IGV缸体，并且均等地输送到所述第一VSV缸体和第二VSV缸体。
13.一种调节燃气涡轮进口导叶(IGV)(14)和变距定子叶片(VSV)(16)的位置的方法，所述方法包括：
利用液压动力单元(24)提供液压流体供应；
连接与所述液压动力单元流体连通的IGV伺服器(36)；
连接与所述液压动力单元流体连通的VSV伺服器(38)；
利用IGV缸体组(28)使所述IGV在闭合位置与完全打开位置之间移动，所述IGV缸体组(28)经由所述IGV伺服器与所述液压动力单元流体连通；并且
利用VSV缸体组(30)使所述VSV在闭合位置与完全打开位置之间移动，所述VSV缸体组(30)经由所述VSV伺服器与所述液压动力单元流体连通，所述VSV包括与扭转轴(56)联结在一起的多个级，其中，VSV缸体组连接到所述扭转轴，移动所述VSV的步骤包括经由所述扭转轴同时移动所述VSV的级，
其中，所述IGV伺服器和所述VSV伺服器各自控制液压流体从所述液压动力单元到所述IGV缸体组和所述VSV缸体组的输送，并且其中，所述IGV伺服器和所述VSV伺服器可独立控制。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括产生表示所述IGV和所述VSV的位置的信号。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括测量所述燃气涡轮的排气温度，并且根据所述排气温度调节所述IGV和所述VSV的位置。
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Conclusion of examination: The patent right for invention No. 201210138743.6 was declared partially invalid, and the patent right was maintained valid on the basis of claims 1-14 submitted by the patentee on May 28, 2018

Decision date of declaring invalidation: 20181105

Decision number of declaring invalidation: 37669

Denomination of invention: Independently controlled gas turbine inlet guide vanes and variable pitch stator vanes

Granted publication date: 20150923

Patentee: General Electric Co.