CN102797706A - 用于在涡轮发动机中使用的加热系统及其运行方法 - Google Patents

用于在涡轮发动机中使用的加热系统及其运行方法 Download PDF

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CN102797706A CN2012101635525A CN201210163552A CN102797706A CN 102797706 A CN102797706 A CN 102797706A CN 2012101635525 A CN2012101635525 A CN 2012101635525A CN 201210163552 A CN201210163552 A CN 201210163552A CN 102797706 A CN102797706 A CN 102797706A
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CN2012101635525A
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M.P.曼基肯蒂
J.D.梅默
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General Electric Co
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General Electric Co
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components

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Abstract

本发明涉及用于在涡轮发动机中使用的加热系统及其运行方法。提供一种用于涡轮发动机的压缩机加热系统。涡轮发动机包括定位在压缩机壳体内的转子组件。压缩机壳体加热系统包括联接到压缩机上以选择性地加热压缩机壳体的加热组件。第一传感器构造成感测转子组件的旋转速度，以及产生指示感测到的转子组件速度的信号。控制器联接到第一传感器和加热组件上。控制器构造成至少部分地基于感测到的转子组件速度来确定涡轮发动机系统是否在第一运行模式中运行，其中，在第一运行模式期间，在转子组件和压缩机壳体之间限定最小间隙距离。如果涡轮发动机处于第一运行模式，则加热涡轮发动机的压缩机壳体，以增大压缩机壳体和转子组件之间的间隙距离。

Description

用于在涡轮发动机中使用的加热系统及其运行方法
技术领域
本文描述的主题大体涉及涡轮发动机系统，并且更具体而言，涉及用于在涡轮发动机系统中使用的加热系统。
背景技术
至少一些已知的燃气轮机发动机包括燃烧器、联接到燃烧器的下游的压缩机、涡轮，以及可旋转地联接在压缩机和涡轮之间的转子组件。至少一些已知的转子组件包括转子轴、联接到转子轴上的至少一个转子盘，以及联接到各个转子盘上的多个沿周向隔开的压缩机叶片。各个压缩机叶片包括自平台朝压缩机壳体沿径向向外延伸的翼型件。
在至少一些已知的涡轮的运行期间，压缩机压缩空气，空气与燃料混合且被引导到燃烧器。然后混合物被点燃，从而产生热的燃烧气体，然后燃烧气体被引导到涡轮。涡轮从燃烧气体中抽取能量，以对压缩机供应动力，以及产生有用功来对诸如发电机的负载供应动力，或者在飞行中推进航空器。
在运行期间，部分地由于与涡轮运行相关联的较高的温度所导致的热膨胀的原因，以及至少部分地由于与转子组件的旋转相关联的离心力所引起的机械膨胀的原因，涡轮的各种构件以不同和不定的速率膨胀和收缩。将限定在叶片的尖部和壳体之间的间隙距离设计成防止在运行期间有其中叶片尖部接触壳体的尖部-摩擦事件。尖部-摩擦事件可对压缩机叶片和/或壳体引起过度的振动和/或损害。通过容许叶片在不接触壳体的情况下膨胀，间隙距离会降低涡轮损害的风险。但是，如果间隙距离变得过度，则可显著降低涡轮的效率，因为受加热的气体的一部分流经叶片，而没有执行有用功。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种运行涡轮发动机的方法。该方法包括将加热组件联接到涡轮发动机上，以选择性地加热压缩机壳体。传感器将指示转子组件的速度的第一监测信号传输给控制器。控制器至少部分地基于接收到的第一监测信号来确定涡轮发动机是否在第一运行模式中运行，其中，在第一运行模式期间，在转子组件和压缩机壳体之间限定最小间隙距离。如果涡轮发动机处于第一运行模式，则加热涡轮发动机的压缩机壳体，以增大压缩机壳体和转子组件之间的间隙距离。
在另一个实施例中，提供了一种用于涡轮发动机的压缩机加热系统。涡轮发动机包括定位在压缩机壳体内的转子组件。压缩机壳体加热系统包括联接到压缩机上以选择性地加热压缩机壳体的加热组件。第一传感器构造成感测转子组件的旋转速度，以及产生指示感测到的转子组件速度的信号。控制器联接到第一传感器和加热组件上。控制器构造成至少部分地基于感测到的转子组件速度来确定涡轮发动机系统是否在第一运行模式中运行，其中，在第一运行模式期间，在转子组件和压缩机壳体之间限定最小间隙距离。如果涡轮发动机处于第一运行模式，则加热涡轮发动机的压缩机壳体，以增大压缩机壳体和转子组件之间的间隙距离。
在又一个实施例中，提供了一种涡轮发动机。涡轮发动机系统包括包含壳体的压缩机、定位在压缩机壳体内的转子组件，以及涡轮，涡轮联接成与压缩机处于流连通，以接收所述压缩机排出的空气中的至少一些。发电机联接到转子组件上。压缩机加热系统联接到压缩机上，并且包括联接到压缩机壳体上以选择性地加热压缩机壳体的外表面的加热组件。第一传感器构造成感测转子组件的旋转速度，以及产生指示感测到的转子组件速度的信号。控制器联接到第一传感器和加热组件上。控制器构造成至少部分地基于感测到的转子组件速度来确定涡轮发动机系统是否在第一运行模式中运行，其中，在第一运行模式期间，在转子组件和压缩机壳体之间限定最小间隙距离。如果涡轮发动机处于第一运行模式，则加热涡轮发动机的压缩机壳体，以增大压缩机壳体和转子组件之间的间隙距离。
附图说明
图1是包括示例性加热组件的示例性涡轮发动机系统的示意图；
图2是可用于图1中示出的涡轮发动机系统的示例性压缩机区段的放大横截面图；
图3是在图1中示出的涡轮发动机系统的启动运行期间可存在于构件之间的间隙距离的示例性迹线的示例性曲线图；
图4是可用于图1中示出的涡轮发动机系统的示例性控制系统的框图；
图5是可用来增大图1中示出的涡轮发动机系统的构件之间的径向间隙的示例性方法的流程图。
部件列表
10     涡轮发动机系统
12     加热系统
14     压缩机区段
15     大约10密耳
16     进气区段
18     燃烧器区段
20     涡轮区段
22     排气区段
24     转子组件
26     传动轴
28     燃烧器
30     燃料组件
32     发电机
34     涡轮轮叶
36     转子
38     多个级
40     排
42     固定的排
44     定子静叶
46     转子盘
48     中心线轴线
50     壳体
52     尖部端
54     内表面
56     尖部端
58     径向外表面
60     加热组件
62     热交换器
63     热传递线路
64     外表面
100   控制系统
102   控制器
104   传感器
106   第一传感器
108   第二传感器
110   第三传感器
200   示例性曲线图
202   X轴
204   Y1轴
206   Y2轴
208   迹线208代表转子组件24的旋转速度
210   迹线210代表间隙距离
212   迹线212代表随着时间的过去的发电机32的功率负荷
214   运行循环
216   重启运行循环
218   第一吹扫阶段
220   斜坡上升阶段
222   FSNL阶段
224   FSFL阶段
226   斜坡下降阶段
228   第二吹扫阶段
230   斜坡上升阶段
232   第二FSNL阶段
234   第二FSFL阶段
236   全速
238   全电功率负荷
240   最小旋转速度
242   在最小间隙距离处
300   包括处理器
302   存储器装置
304   控制接口
306   控制装置
308   传感器接口
310   至少一个传感器
400   方法
402   包括联接的方法
404   传输
406   控制器102确定涡轮发动机系统10
408   加热系统
410   方法400还包括传输
412   至少部分地基于第一监测信号和第二监测信号来确定412涡轮发动机系统10是否在第一运行模式中运行
414   包括传输的方法
416   加热
418   包括加热的方法。
具体实施方式
通过提供加热壳体以促进壳体的热膨胀的加热系统，本文描述的示例性方法和系统克服了至少一些已知的涡轮发动机系统的至少一些缺点。此外，本文描述的实施例包括控制系统，该控制系统确定涡轮发动机何时以最小间隙距离运行，并且使压缩机壳体受加热而使压缩机壳体热膨胀，使得间隙距离在运行期间得到选择性地增大。通过在涡轮发动机以最小间隙距离运行时加热压缩机壳体，能减小设计到涡轮发动机系统中的间隙距离，从而提高涡轮发动机的运行效率。
图1是包括加热系统12的示例性涡轮发动机系统10的示意图。图2是可用于涡轮发动机系统10的示例性压缩机区段14的放大横截面图。在该示例性实施例中，涡轮发动机系统10包括进气区段16、联接到进气区段16的下游的压缩机区段14、联接到压缩机区段14的下游的燃烧器区段18、联接到燃烧器区段18的下游的涡轮区段20，以及排气区段22。转子组件24联接到涡轮区段20和压缩机区段14上，并且包括在涡轮区段20和压缩机区段14之间延伸的传动轴26。燃烧器区段18包括多个燃烧器28。燃烧器区段18联接到压缩机区段14上，使得各个燃烧器28与压缩机区段14处于流连通。
燃料组件30联接到各个燃烧器28上，以将燃料流提供给燃烧器28。涡轮区段20利用传动轴26可旋转地联接到压缩机区段14和发电机32上。压缩机区段14和涡轮区段20各自包括联接到转子组件24上的至少一个转子叶片或压缩机叶片34。转子组件24包括联接到发电机32上且在涡轮发动机系统10的运行期间对发电机32施加功率负荷的转子36。发电机32联接到功率源上，诸如例如公共电网(未示出)，以用于将电功率分配给公共电网。涡轮发动机系统10可为9FA涡轮或纽约的斯克内克塔迪的通用电气公司提供的类似的装置。可在本文中使用其它类型的燃气轮机发动机。涡轮发动机系统10可具有其它构造，以及使用其它类型的构件。可使用多个燃气轮机发动机、其它类型的涡轮和/或其它类型的动力发生装备。
在该示例性实施例中，各个转子组件24包括各自包括成排40的压缩机叶片34和成固定的排42的压缩机静叶44的多个级38。各个压缩机叶片34自转子盘46沿径向向外延伸。各个转子盘46联接到传动轴26上，并且绕着传动轴26所限定的中心线轴线48旋转。压缩机壳体50在转子组件24和压缩机静叶44的周围沿周向延伸。各个压缩机静叶44联接到壳体50上，并且自壳体50朝转子盘46沿径向向内延伸。各个压缩机叶片34朝壳体50向外延伸，使得压缩机叶片34的尖部端52与壳体50的内表面54隔开径向间隙距离d1。类似地，各个压缩机静叶44朝转子盘46向内延伸，使得各个压缩机静叶44的尖部端56与各个转子盘46的径向外表面58隔开径向间隙距离d2。
在运行期间，进气区段16将空气引导向压缩机区段14。压缩机区段14将入口空气压缩到较高的压力和温度，并且将压缩空气排向燃烧器区段18。燃料被从燃料组件30引导到各个燃烧器28，在燃烧器28中，燃料与压缩空气混合，并且在燃烧器区段18中被点燃。燃烧器区段18将燃烧气体引导到涡轮区段20，在涡轮区段20中，气体流热能转化成机械旋转能，以驱动压缩机区段14和/或发电机32。排气离开涡轮区段20，并且通过排气区段22而流到环境大气中。
在运行期间，转子组件24和壳体50的运行温度可波动到不同的温度，这可导致间隙距离d1和d2随着时间的过去而改变。此外，在运行期间，基于涡轮发动机系统10运行参数，诸如例如转子组件24的旋转速度、转子组件24和壳体50的材料温度，以及涡轮区段20和压缩机区段14内的流体压力，间隙距离d1和d2可有所改变。在该示例性实施例中，压缩机区段14设计成在尖部端52和壳体50之间限定最小间隙距离d3，以防止尖部摩擦事件。如本文所用，用语“尖部摩擦事件”指的是其中尖部端52在涡轮发动机系统10的运行期间接触壳体50的事件。尖部摩擦事件会在压缩机区段14内引起振动，振动可对壳体50、压缩机静叶44、压缩机叶片34、转子盘46和/或轴26造成损害。
在该示例性实施例中，涡轮发动机系统10包括加热系统12，加热系统12提高压缩机区段14的温度，以使得能够在涡轮发动机系统10的运行期间选择性地调节间隙距离d1和d2。加热系统12包括联接到壳体50上的加热组件60，以及联接到加热组件60上以将加热流体流提供给加热组件60的热交换器62。在一个实施例中，热交换器62包括联接到涡轮区段20和加热组件60上的热回收蒸汽发生器(HRSG)(未示出)。来自涡轮区段20的排气通过多个热传递线路63而被引导到HRSG，以用于从回收自排气的废热中产生加热流体，诸如例如蒸汽。HRSG将加热流体引导到加热组件60，以用于加热壳体50。加热组件60包括联接到壳体50的外表面64上的多个导管(未示出)。导管包围壳体50，以促进将热从加热流体传递到壳体50，以提高壳体50的温度。加热组件60构造成基本均匀地加热外表面64。在一个实施例中，加热组件60可包括联接到外表面64上的多个电阻加热线圈。备选地，热交换器62可构造成将排气从涡轮区段20引导到加热组件60，以促进提高壳体50的温度。
在该示例性实施例中，涡轮发动机系统10包括控制系统100，控制系统100包括联接成与多个传感器104连通的控制器102。各个传感器104探测与涡轮发动机系统10的运行和环境状况有关的各种参数。传感器104可包括(但不限于仅包括)温度传感器、加速度传感器、流体压力传感器、功率负荷传感器，以及/或者感测与涡轮发动机系统10的运行有关的各种参数的任何其它传感器。如本文所用，用语“参数”指的是其值能用来限定涡轮发动机系统10的运行和环境状况的物理属性，诸如温度、流体压力、电功率负荷、旋转速度和在限定的位置处的流体流量。在该示例性实施例中，控制系统100联接成与热交换器62和加热组件60处于操作性连通，以调节压缩机区段14的温度。
控制系统100包括第一传感器106，第一传感器106联接到转子组件24上以感测传动轴26的旋转速度，并且将指示感测到的速度的信号传输给控制器102。第二传感器108联接到发电机32上，以感测从转子36对发电机32施加的功率负荷，并且将指示感测到的功率负荷的信号传输给控制器102。第三传感器110联接到压缩机区段14上，以感测压缩机壳体50的温度，并且将指示感测到的壳体温度的信号传输给控制器102。
在该示例性实施例中，控制器102在涡轮发动机系统10的运行期间确定间隙距离d1和/或d2是否大约等于或小于预先限定的距离，诸如例如最小间隙距离d3，以防止尖部摩擦事件。控制器102还运行加热系统12来加热壳体50，以促进在涡轮发动机系统10的运行期间选择性地增大间隙距离d1和/或d2。通过在间隙距离d1处于最小间隙距离d3时加热壳体50来促进增大间隙距离d1，从而减小原来设计到涡轮发动机系统10中的最小间隙距离d3，以防止尖部摩擦事件。
图3是在涡轮发动机系统10的启动运行期间可出现的间隙距离d1的示例性迹线的示例性曲线图200。X轴202显示时间。Y1轴204显示转子组件24的旋转速度。Y2轴206显示发电机32的功率负荷。迹线208代表转子组件24的旋转速度。迹线210代表间隙距离d1。迹线212代表发电机32的随着时间的过去的功率负荷。在涡轮发动机系统10的启动运行期间，涡轮发动机系统10运行通过各自包括多个运行阶段的一系列运行循环。在该示例性实施例中，涡轮发动机系统10的启动运行包括冷启动运行循环214和热重启运行循环216。在冷启动运行循环214期间，涡轮发动机系统10在多个运行阶段中按顺序运行，这包括第一吹扫阶段218、第一转子组件速度斜坡上升(ramp-up)阶段220、第一全速无负荷(FSNL)阶段222和第一全速度全负荷(FSFL)阶段224。热重启运行循环216包括多个顺序运行阶段，这包括转子组件速度斜坡下降(ramp-down)阶段226、第二吹扫阶段228、第二转子组件速度斜坡上升阶段230、第二FSNL阶段232和第二FSFL阶段234。
在涡轮发动机系统10在冷启动运行循环214中运行的期间，诸如例如空气的吹扫流体被引导通过涡轮发动机系统10，以在第一吹扫阶段218期间移除流体空隙和/或气穴。然后转子组件24的旋转速度在第一速度斜坡上升阶段220期间以预先限定的加速速率提高，从而导致壳体50和转子组件24的温度升高。然后涡轮发动机系统10在第一FSNL阶段222中运行，其中，在不对发电机32施加电功率负荷的情况下，转子组件24以全速236旋转。在第一FSNL阶段222完成之后，涡轮发动机系统10在第一FSFL阶段224中运行，其中，在转子组件24处于全速的情况下，对发电机32施加全电功率负荷238。在第一FSFL阶段224中运行达预先限定的时段之后，涡轮发动机系统10在速度斜坡下降阶段226中运行，其中，不对发电机32施加功率负荷，并且转子组件速度以预先限定的减速速率降低，直到转子组件24达到小于全速236的最小旋转速度240为止。
在冷启动运行循环214完成之后，涡轮发动机系统10在热重启运行循环216中运行。在第二吹扫阶段228期间，吹扫流体被引导通过涡轮发动机系统10，以移除流体空隙和/或气穴。吹扫流体促进将热从壳体50传递到吹扫流体，从而导致壳体50的温度降低。完成第二吹扫阶段228之后，转子组件24的旋转速度在第二速度斜坡上升阶段230期间提高，直到转子组件24在第二FSNL阶段232中以全速236和无电功率负荷运行为止。在完成第二FSNL阶段232之后，施加功率负荷，并且涡轮发动机系统10在第二FSFL阶段234中运行，其中，在转子组件24处于全速236的情况下，对发电机32施加电功率负荷238。
在该示例性实施例中，在第二吹扫阶段228期间，壳体50的温度不同于转子组件24。另外，至少部分地基于壳体温度降低所导致的壳体50的热收缩来减小间隙距离d1。在第二FSNL阶段232期间，间隙距离d1包括在转子组件24和壳体50之间的最小间隙距离242。另外，在壳体50内的内部流体压力和热膨胀可导致壳体50从基本圆形的横截面形状变形成基本椭园形的横截面形状。在该示例性实施例中，加热组件60构造成在第二FSNL阶段232之前、期间和/或之后提高壳体50的温度，以在第二FSNL阶段232期间增大间隙距离d1，以促进增大最小间隙距离242，以及防止尖部摩擦事件。此外，加热组件60还构造成在壳体外表面64上施加均匀的热，以均匀地加热壳体50，以促进减小壳体50的周向变形。
图4是示例性控制系统100的框图。在该示例性实施例中，控制器102包括处理器300和存储器装置302。处理器300包括任何适当的可编程电路，可编程电路可包括一个或多个系统和微控制器、微处理器、简精指令集电路(RISC)、特定用途集成电路(ASIC)、可编程的逻辑电路(PLC)、现场可编程的门阵列(FPGA)，以及能够执行本文描述的功能的任何其它电路。上面的示例仅是示例性的，并且因而无论如何不意图限制用语“处理器”的定义和/或含义。存储器装置302包括计算机可读介质，诸如(无限制)随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、硬盘驱动器、固态驱动器、磁盘、闪速驱动器、致密盘、数字视频盘，以及/或者使得处理器300能够存储、取回和/或执行指令和/或数据的任何适当的装置。
在该示例性实施例中，控制器102包括控制加热系统12的运行的控制接口304。控制接口304联接到一个或多个控制装置306上，诸如例如热交换器62和/或加热组件60。控制器102还包括传感器接口308，传感器接口308联接到至少一个传感器310上，诸如例如第一传感器106、第二传感器108和第三传感器110。各个传感器310传输对应于壳体50、发电机32和/或转子组件24的感测到的运行参数的信号。各个传感器310可持续地、定期地或仅一次地以及/或者在使得控制系统100能够如本文描述的那样起作用的任何其它信号时刻传输信号。此外，各个传感器310可按或者数字形式或者数字形式来传输信号。
在控制接口304和控制装置306之间、在传感器接口308和传感器310之间以及在处理器300和存储器装置302之间有各种连接可用。这样的连接可包括(无限制)导电体、诸如建议标准(RS)232或RS-485的低水平的串行数据连接、诸如的通用串行总线(USB)或电气和电子工程师协会(IEEE)1394(a/k/a FIREWIRE)的高水平的串行数据连接、诸如IEEE 1284或IEEE 488的并行数据连接、诸如BLUETOOTH的小范围无线通信通道，以及/或者无论是有线还是无线的私人(例如不可在外部动力发生系统10的外部访问)网络连接。
在该示例性实施例中，涡轮发动机系统10在多个模式中运行。控制器102接收来自第一传感器106的、指示转子组件24的旋转速度的信号，并且至少部分地基于感测到的转子组件速度来确定涡轮发动机系统10是否在包括最小间隙距离242的第一运行模式中运行。控制器102选择性地运行加热系统12，以提高壳体50的温度，以在涡轮发动机系统10在第一运行模式中运行时增大间隙距离d1。控制器102还接收来自第二传感器108的、指示从转子36对发电机32施加的功率负荷的信号，并且至少部分地基于感测到的发电机功率负荷来确定涡轮发动机系统10是否在第一运行模式中运行。在该示例性实施例中，当转子组件24以全速236旋转时，以及当发电机32处于无电功率负荷时，控制器102确定涡轮发动机系统10会以最小间隙距离242运行。
在该示例性实施例中，当涡轮发动机系统10已经完成冷启动运行循环214且在热重启运行循环216中运行时，控制器102确定涡轮发动机系统10会以最小间隙距离242运行。另外，当涡轮发动机系统10处于第二FSNL阶段232时，控制器102确定涡轮发动机系统10会以最小间隙距离242运行。
在一个实施例中，控制器102接收来自第三传感器110的、指示壳体50的温度的信号，并且至少部分地基于感测到的壳体温度来确定涡轮发动机系统10会在第二吹扫阶段228中运行。此外，如果感测到的壳体温度低于预先限定的温度，以及/或者如果感测到的壳体温度的降低速率大约等于预先限定的速率，则控制器102确定涡轮发动机系统10会处于第二吹扫阶段228中。在完成第二吹扫阶段228之后，控制器102确定涡轮发动机系统10会以最小间隙距离242运行。
在该示例性实施例中，当涡轮发动机系统10在第二FSNL阶段232中运行时，控制器102选择性地加热壳体50达预先限定的时段。在一个实施例中，在第二FSNL阶段232之前和/或在此期间，控制器102加热壳体50达大约二十分钟的时期。备选地，控制器102在第二FSNL阶段232期间加热壳体50，使得间隙距离d1在第二FSNL阶段232期间增大大约10密耳至15密耳。
图5是可用来增大限定在涡轮发动机系统10的构件之间的径向间隙的示例性方法400的流程图。在该示例性实施例中，方法400包括将加热组件60联接402到涡轮发动机系统10上，以及将指示转子组件24的速度的第一监测信号传输404给控制器102。控制器102至少部分地基于接收到的第一监测信号来确定406涡轮发动机系统10是否在第一运行模式中运行，其中，第一运行模式在转子组件24和壳体50之间包括最小间隙距离242。如果涡轮发动机系统10处于第一运行模式，则加热系统12加热408壳体50，以增大壳体50和转子组件24之间的间隙距离d1。
方法400还包括传输410指示从转子36对发电机32施加的功率负荷的第二监测信号，以及至少部分地基于第一监测信号和第二监测信号来确定412涡轮发动机系统10是否在第一运行模式中运行。在一个实施例中，方法400包括在确定转子组件24处于全速状况之后，以及在确定发电机32处于无功率负荷状况之后，确定涡轮发动机系统10会处于第一运行模式。备选地，方法400可包括确定涡轮发动机系统10是否处于吹扫运行模式，以及在吹扫运行模式之后确定涡轮发动机系统10会处于第一运行模式。在该示例性实施例中，方法400包括传输414指示壳体50的温度的第三监测信号，以及加热416压缩机区段14，直到感测到的温度大约等于预先限定的壳体温度为止。
在一个备选实施例中，方法400包括在涡轮发动机系统10在第一运行模式中运行之前，加热418壳体达预先限定的时段。方法400还包括加热壳体50，使得转子组件24和壳体50之间的运行间隙距离增大大约10密耳和15密耳。在一个实施例中，壳体50受加热，使得壳体50的周边基本均匀地受加热，以促进减小壳体50的周向变形。
选择加热系统12的定向和位置，以在涡轮发动机系统10以限定在压缩机叶片34和壳体50之间的最小间隙距离d3运行时，促进提高壳体50的温度，以在涡轮发动机系统10的运行期间增大间隙距离d1。另外，通过确定涡轮发动机系统10何时以最小间隙距离运行以及加热壳体50以增大间隙距离d1，能减小设计到涡轮发动机系统10中的间隙距离，以促进使涡轮发动机系统10比已知的涡轮发动机以更高的效率运行。
通过选择性地加热壳体以增大在涡轮发动机系统的运行期间的最小间隙距离，上面描述的系统和方法克服了已知的涡轮发动机系统的至少一些缺点。此外，本文描述的实施例包括这样的控制系统，即，其确定涡轮发动机何时以最小间隙距离运行，并且导致壳体受加热，以使壳体热膨胀，以及选择性地增大运行期间的间隙距离。因而，能减小原来设计到涡轮发动机系统中的间隙距离，从而使得涡轮发动机系统能够比已知的涡轮发动机系统以更高的运行效率运行，从而降低运营涡轮发动机的费用，以及延长涡轮发动机的工作寿命。
本文描述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括下者中的至少一个：(a)将指示转子组件的速度的第一监测信号从传感器传输给控制器；(b)将指示从转子组件对发电机施加的功率负荷的第二监测信号从传感器传输给控制器；(c)至少部分地基于接收到的第一监测信号和第二监测信号，通过控制器确定涡轮发动机是否在第一运行模式中运行，其中，第一运行模式包括转子组件和压缩机壳体之间的最小间隙距离；以及(d)如果涡轮发动机处于第一运行模式，则加热压缩机壳体，以增大压缩机壳体和转子组件之间的间隙距离。
在上面详细地描述了加热系统及其运行方法的示例性实施例。系统和方法不限于本文描述的具体实施例，而是相反，系统的构件和/或方法的步骤可独立地并且与本文描述的其它构件和/或步骤分开来使用。例如，方法也可与其它动力发生系统结合起来使用，并且不限于仅用本文描述的涡轮发动机系统来实践。相反，示例性实施例能与许多其它动力发生系统应用结合起来实现和使用。
虽然可在一些图中示出本发明的各种实施例的具体特征，而在其它图中不显示，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，图的任何特征可结合任何其它图的任何特征来参照和/或声明。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果这样的其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们意图处于权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮发动机(10)的压缩机加热系统(12)，所述压缩机壳体加热系统包括：
联接到压缩机(14)上以选择性地加热压缩机壳体(50)的加热组件(60)；
构造成感测转子组件(24)的旋转速度以及产生指示感测到的转子组件速度的信号的第一传感器(106)；以及
联接到所述第一传感器和所述加热组件上的控制器(102)，所述控制器构造成进行下者：
至少部分地基于感测到的转子组件速度来确定所述涡轮发动机是否在第一运行模式中运行，其中，在所述第一运行模式期间，在所述转子组件和所述压缩机壳体之间限定最小间隙距离；以及
如果所述涡轮发动机处于所述第一运行模式，则加热所述涡轮发动机的所述压缩机壳体，以增大所述压缩机壳体和所述转子组件之间的间隙距离。
2.根据权利要求1所述的压缩机加热系统(12)，其特征在于，所述转子组件(24)可旋转地联接到发电机(32)上，所述压缩机加热系统进一步包括第二传感器(108)，所述第二传感器(108)构造成感测从所述转子组件对所述发电机施加的功率负荷，以及产生指示感测到的发电机功率负荷的信号，所述控制器(102)构造成至少部分地基于感测到的发电机功率负荷来确定所述涡轮发动机(10)是否在所述第一运行模式中运行。
3.根据权利要求2所述的压缩机加热系统(12)，其特征在于，所述控制器(102)构造成在所述转子组件(24)以全速旋转且所述发电机(32)处于无功率负荷状况时，确定所述涡轮发动机(10)会处于所述第一运行模式。
4.根据权利要求2所述的压缩机加热系统(12)，其特征在于，所述压缩机加热系统(12)进一步包括第三传感器(110)，所述第三传感器(110)构造成感测所述压缩机壳体(50)的温度，以及产生指示感测到的壳体温度的信号，所述控制器(102)构造成加热所述压缩机(14)，直到感测到的温度大约等于预先限定的壳体温度为止。
5.根据权利要求1所述的压缩机加热系统(12)，其特征在于，所述控制器(102)进一步构造成在所述涡轮发动机(10)在所述第一运行模式中运行之前，加热所述压缩机壳体(50)达预先限定的时段。
6.根据权利要求1所述的压缩机加热系统(12)，其特征在于，所述控制器(102)进一步构造成确定所述涡轮发动机(10)是否处于吹扫运行模式，以及在所述吹扫运行模式之后，确定所述涡轮发动机会处于所述第一运行模式。
7.根据权利要求1所述的压缩机加热系统(12)，其特征在于，所述加热组件(60)构造成均匀地加热所述压缩机壳体(50)的外表面(64)，以促进减小所述压缩机壳体的周向变形。
8.一种涡轮发动机(10)，包括：
包括壳体(50)的压缩机(14)；
定位在所述压缩机壳体内的转子组件(24)；
涡轮(20)，其联接成与所述压缩机处于流连通，以接收所述压缩机排出的空气中的至少一些；
联接到所述转子组件上的发电机(32)；以及
联接到所述压缩机上的压缩机加热系统(12)，所述压缩机壳体加热系统包括：
联接到所述压缩机壳体上以选择性地加热所述压缩机壳体的外表面的加热组件(60)；
构造成感测所述转子组件的旋转速度以及产生指示感测到的转子组件速度的信号的第一传感器(106)；以及
联接到所述第一传感器和所述加热组件上的控制器(102)，所述控制器构造成进行下者：
至少部分地基于感测到的转子组件速度来确定所述涡轮发动机系统是否在第一运行模式中运行，其中，在所述第一运行模式期间，在所述转子组件和所述压缩机壳体之间限定最小间隙距离；以及
如果所述涡轮发动机处于所述第一运行模式，则加热所述涡轮发动机的所述压缩机壳体，以增大所述压缩机壳体和所述转子组件之间的间隙距离。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机(10)，其特征在于，所述压缩机加热系统(12)进一步包括第二传感器(108)，所述第二传感器(108)构造成感测从所述发电机(32)对所述转子组件(24)施加的功率负荷，以及产生指示感测到的发电机功率负荷的信号，所述控制器(102)构造成至少部分地基于感测到的发电机功率负荷来确定所述涡轮发动机系统是否在所述第一运行模式中运行。
10.根据权利要求9所述的涡轮发动机(10)，其特征在于，所述控制器(102)构造成在所述转子组件(24)以全速旋转且所述发电机处于无功率负荷状况时，确定所述涡轮发动机系统会处于所述第一运行模式。
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