CN102900541B - 用于在涡轮机内部支撑轴的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在涡轮机内部支撑轴的系统和方法。具体而言，一种用于在涡轮机内部支撑轴的系统包括具有负荷部分和配重部分的支撑部件。支点在负荷部分和配重部分之间，并且负荷部分被构造成配合在所述涡轮机内部。定位圈在负荷部分和配重部分之间连接到支撑部件，并且定位圈被构造成将轴刚性地连接到支撑部件。配重被连接成仅在支撑部件的配重部分上沿支撑部件移动。一种用于在涡轮机内部支撑轴的方法包括将支撑部件插入涡轮机内部以及将轴连接到支撑部件。该方法还包括：将起重机连接到支撑部件上的支点；用起重机升起支撑部件和轴；以及在支撑部件上移动配重以改变支撑部件的水平角度。
Description
技术领域
本发明大体上涉及用于在涡轮机内部支撑轴的系统和方法。在特定实施例中，该系统和方法可用于在维护和检修期间安装轴和/或从涡轮机移除轴。
背景技术
涡轮机在用于从流体提取能量并将所提取的能量转化为功的领域中是已知的。例如，典型的涡轮机包括附连到外壳的固定喷嘴的交替级和附连到转子的旋转叶片。当诸如蒸汽、空气或燃烧气体的工作流体流动通过涡轮机时，固定喷嘴将工作流体在旋转叶片的后续级上改变方向并加速，以导致旋转叶片转动转子。轴通常将转子联接到工件，使得转子的旋转转动工件。例如，轴可将转子联接到发电机，使得转子的旋转操作该发电机以产生电力。
轴通常延伸穿过隧道，该隧道自身位于围绕涡轮机的排气框架内部。有时必须从涡轮机移除轴的区段以便于对涡轮机或相关构件的维护和/或检修。轴的区段被精密地平衡且可以为从数百磅至数千磅或更多的任何重量。此外，对轴的接近在一定程度上受到周围的隧道和排气框架的限制。结果，轴的移除和安装呈现了一些困难，例如，受限的空间、挤夹点以及轴的不方便的人工升起。此外，不存在用于升起、支撑和移除安装有排气框架的轴的专用工具。结果，轴的重量暗含着对于避免人员受伤和/或轴或附近设备的损坏的安全和健康忧虑，并且安全地移动轴所需的时间暗含着与维护和/或检修相关联的停机时间。
已经使用了各种系统和方法来在安装轴和从涡轮机移除轴期间支撑轴。例如，轴可以由足够数量的工人人工支撑直到轴离开排气框架，并且可由倒链和/或起重机来支撑。虽然该方法相对有利，但它可能对工人形成不期望的健康或安全风险，可能需要部分或完全地移除排气框架，并且可能对于更重的轴而言是不可能的。另一种技术是在隧道或排气框架中架设临时轨道来支撑轴。虽然轨道降低了健康和安全风险，但轨道的架设和后续的移除本身是耗时的，并且可能延长与维护和/或检修相关联的停机时间。因此，用于在安装和/或移除期间支撑轴的改进的系统和方法将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点在下面阐述在下文的描述中，或者根据该描述可能是明显的，或者可通过实施本发明来了解。
本发明的一个实施例是一种用于在涡轮机内部支撑轴的系统。该系统包括具有负荷部分和配重部分的支撑部件。支撑部件上的支点在负荷部分和配重部分之间，并且负荷部分被构造成配合在涡轮机内部。多个定位圈在负荷部分和配重部分之间连接到支撑部件，并且所述多个定位圈被构造成将轴刚性地连接到支撑部件。配重被连接成仅在支撑部件的配重部分上沿支撑部件移动。
本发明的另一实施例是一种用于在涡轮机内部支撑轴的系统，该系统包括具有负荷部分和配重部分的支撑部件。支撑部件上的支点在负荷部分和配重部分之间。多个紧固件在负荷部分和配重部分之间从支撑部件延伸且被构造成将轴刚性地连接到支撑部件。该系统还包括用于仅在配重部分上移动配重朝向或远离支点的装置。
本发明还可包括一种用于在涡轮机内部支撑轴的方法。该方法包括将支撑部件至少部分地插入涡轮机内部以及将轴连接到支撑部件。该方法还包括：将起重机连接到支撑部件上的支点；用起重机升起支撑部件和轴；以及在支撑部件上移动配重以改变支撑部件的水平角度。
通过阅读说明书，本领域的普通技术人员将会更好地意识到这些实施例和其它实施例的特征和方面。
附图说明
在说明书的其余部分中，包括参考附图，更详尽地阐述了本发明的全面且能够实施的公开内容，包括对于本领域技术人员而言的它的最佳模式，在附图中：
图1是示例性燃气涡轮机的简化平面图；
图2是根据本发明的一个实施例的用于支撑轴的系统的透视图；
图3是移除轴的图2所示的系统的俯视平面图；
图4是移除轴的图2所示的系统的侧视平面图；以及
图5是刚性地连接到轴的图4所示的系统沿着线A－A截取的轴向剖视图。
附图标记：
10 燃气涡轮机
12 压缩机
14 燃烧器
16 涡轮机
18 旋转叶片
20 静叶
22 燃烧室
24 燃料源
26 热气体路径
28 固定喷嘴
30 动叶
32 轴
34 隧道
36 排气框架
38 工件
40 系统
42 支撑部件
44 定位圈(nest)
46 配重
48 负荷部分
50 配重部分
52 支点
54 起重机(crane)
56 紧固件
58 第一部分或上区段
60 第二部分或下区段
62 凸缘
64 螺栓孔
66 螺丝扣
68 紧固件的内表面
70 轴的外表面
72 衬垫
74 螺栓
76 传感器
78 控制器
80 方位角信号
82 控制信号。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的当前实施例，这些实施例的一个或更多示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相同或类似的标记已用于指代本发明的相同或类似的部分。
每个示例以本发明的说明而不是本发明的限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中做出修改与变型。例如，作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可用于另一实施例而产生又一实施例。因此，本发明意图包括这样的落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改与变型。
本发明的各种实施例包括用于支撑涡轮机中的轴的系统和方法。在特定实施例中，可将支撑部件插入与轴相邻的隧道中并刚性地附连到轴。当附连到支撑部件上的支点的起重机将支撑部件和所附连的轴升出涡轮机时，可使用配重来平衡支撑部件上的轴的重量。该系统和方法因而降低了相对于涡轮机移除和/或安装轴的健康和安全风险以及所需时间。
图1是示例性燃气涡轮机10的简化平面图。如图所示，燃气涡轮机10大体包括在前面的轴流式压缩机12、压缩机12下游的一个或更多燃烧器14以及燃烧器14下游的涡轮机16。如本文所用，术语“上游”和“下游”是指构件在流体经路中的相对位置。例如，如果流体从构件A流至构件B，则构件A在构件B的上游。反之，如果构件B接收来自构件A的流体流，则构件B在构件A的下游。
环境空气可以被供应至压缩机12，并且压缩机12中的旋转叶片18和静叶20逐渐地将动能赋予工作流体(空气)，以产生处于高能态的压缩工作流体。压缩工作流体离开压缩机12并流入每个燃烧器14中的燃烧室22内。与每个燃烧器14流体连通的燃料源24将燃料供应至每个燃烧室22，并且压缩工作流体与燃料混合且点燃而生成具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体沿着热气体路径26流动通过涡轮机16，在这里它们膨胀而产生功。具体而言，燃烧气体可流过热气体路径26中的交替的各级固定喷嘴28和旋转动叶30而使轴32旋转。如图1所示，轴32的至少一部分可延伸穿过隧道34内部和涡轮机16的排气框架36。这样，轴32可以连接到涡轮机16外部的工件38以产生功。
图2至图4分别提供了根据本发明的一个实施例的用于支撑轴32的系统40的透视图、俯视图和侧视图，并且图5提供了沿着线A－A截取的刚性地连接到轴32的图4所示系统40的轴向剖视图。在特定实施例中，系统40可包括支撑部件42、多个定位圈44和配重46。支撑部件42可包括用于支撑轴32、定位圈42和配重46的组合重量的任何合适的结构，如果存在的话。例如，支撑部件42可包括工字梁、加筋杆或者本领域普通技术人员已知的另一合适结构。支撑部件42通常分成负荷部分48和配重部分50，两者由负荷部分48和配重部分50之间的支点52分开。支撑部件42在负荷部分48和配重部分50之间可以是对称或不对称的。在任何情况下，负荷部分48被构造成或尺寸设计成在涡轮机16、排气框架36和/或隧道34内部配合或延伸，这取决于特定实施例。这样，可以将支撑部件42的负荷部分48插入涡轮机16、排气框架36和/或隧道34的内部，并且可以按需要将起重机54连接到支点52以升起系统40。起重机54可包括适于升起系统40和轴32的组合重量的任何合适的装置。例如，起重机54可包括固定起重机、轻便起重机或高架起重机，如图2和图4所示。
多个定位圈44可以在负荷部分48和配重部分50之间的期望位置处连接到支撑部件42，以将轴32刚性地连接到支撑部件42。定位圈44可包括例如夹具、绳、索、托架和/或紧固件56，如图2和图5中最清楚示出的。紧固件56可从支撑部件42向下延伸以将轴32刚性地连接到支撑部件42。例如，如图2和图5中最清楚示出的，每个紧固件56可包括可释放地连接到第二部分或下区段60的第一部分或上区段58。
上区段58可以例如通过将上区段58的凸缘62螺栓连接到支撑部件42而固定地连接到支撑部件42。在特定实施例中，一个或更多紧固件56的上区段58可以滑动地连接到支撑部件42，从而可以在负荷部分48和配重部分50之间调节一个或更多紧固件56的位置，这取决于轴32的特定尺寸、形状和长度。例如，如图2中最清楚示出的，支撑部件42可包括多个螺栓孔64，其允许上区段58的凸缘62在螺栓连接至期望位置之前沿支撑部件42滑动。
下区段60与上区段58相对并且可以使用例如螺栓、夹具或如图2和图5所示的螺丝扣66可释放地连接到上区段58。当上区段58和下区段60彼此连接时，它们可以限定基本上符合轴32的外表面70的内表面68，以将轴32刚性地连接到支撑部件42。例如，紧固件56的内表面68可以是圆形的，以更精确地符合轴32的外表面70。备选地，如图2和图5所示，内表面68可以是多边形的，以基本上符合具有变化和/或非圆形的外表面70的轴32。在特定实施例中，定位圈44或紧固件56还可包括一个或更多衬垫72或类似的减震材料，以在轴32连接到支撑部件42时进一步支撑和缓冲轴32。
如图2和图4中最清楚示出的，配重46可连接到支撑部件42且被构造成仅在支撑部件42的配重部分50上沿支撑部件42移动，以越过支点52平衡轴32的重量。例如，系统40可包括用于沿支撑部件42的配重部分50移动配重46朝向或远离支点52的装置。用于移动配重46的装置可包括用于将一个物体相对于另一物体移动的任何合适的机构。例如，用于移动配重46的装置可包括气动活塞、液压活塞、齿轮、棘轮和棘爪或者本领域普通技术人员已知的其它机械或伺服机械装置。在图2至图4所示的特定实施例中，用于移动配重46的装置包括与支撑部件42螺纹接合的螺栓74。可以将扳手、钻机或其它合适的工具施加到螺栓74而使螺栓74顺时针或逆时针旋转，以交替地移动配重朝向或远离支撑部件42的配重部分50上的支点52。
通过包括轴32的重量、配重46的重量以及负荷部分48和配重部分50的力矩臂在内的计算，可以确定越过支点52平衡轴32的重量所需的配重46在支撑部件42的配重部分50上的精确位置。在特定实施例中，系统40可包括连接到支撑部件42的传感器76，以测量或确定支撑部件42的水平角度。传感器76可包括用于检测和测量支撑部件42的水平方位角的任何合适的仪器。例如，如图2和图3中最清楚示出的，传感器76可包括包含粘稠流体的水准仪(level)，其易于指示支撑部件42的水平方位角。这样，当定位圈44将轴32刚性地连接到支撑部件42时，传感器76将指示支撑部件42的水平方位角的任何变化，并且可以调节配重46在支撑部件42的配重部分50上的位置，以实现支撑部件42的期望的水平方位角，从而便于轴32移动进入或离开涡轮机16、排气框架36和/或隧道34。
在特定实施例中，系统40还可包括连接到传感器76和用于移动配重46的装置的控制器78。控制器78的技术效果是接收来自传感器76的方位角信号80并生成控制信号82到用于移动配重46的装置，以在支撑部件42上移动配重46，从而以预定的水平角度或方位角将支撑部件42定位。如本文所用，控制器78可包括微处理器、电路或其它编程逻辑电路的任何组合，并且不限于任何特定的硬件架构或配置。本文所阐述的系统和方法的实施例可通过一个或更多通用或定制的控制器78来实现，这些控制器适于以任何合适的方式提供期望的功能。控制器78可适于提供与本主题互补或无关的额外功能。例如，一个或更多控制器78可适于通过存取以计算机可读形式表现的软件指令来提供所述功能。当使用软件时，可以使用任何合适的编程语言、脚本语言或其它类型的语言或语言的组合来实现本文所含的教导。然而，不必排他性地使用软件或根本不使用软件。例如，如本领域普通技术人员在不需要额外的详细讨论的情况下将理解的那样，本文所阐述和公开的系统和方法的一些实施例也可通过硬连线逻辑电路或其它电路来实现，包括但不限于专用电路。当然，计算机执行的软件和硬连线逻辑电路或其它电路的各种组合也可能是合适的。
因此，关于图2至图5所描述及示出的系统40可提供用于在涡轮机16内部支撑轴32的方法。该方法大体上包括：将支撑部件42至少部分地插入涡轮机16内部；将定位圈44定位在支撑部件42上以对应于轴32上的预定位置；以及将轴32连接到支撑部件。然后，轴32可由系统40支撑并从涡轮机16和工件38断开连接。起重机54可连接到支点48以升起支撑部件42和轴32，并且，在移动轴32的同时可以在支撑部件42上移动配重46，以实现支撑部件42的期望的水平方位角。取决于特定实施例，该方法还可包括测量支撑部件42的水平角度以及当轴32在涡轮机16内部移动时调节配重46的位置。结果，在安装轴32或将轴32从涡轮机16移除时，该方法允许轴32被安全、可靠且高效地支撑。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利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示例。如果这种其它示例包括与权利要求的字面语言没有差别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。
Claims (14)
1.一种用于在涡轮机(16)内部支撑轴(32)的系统(40)，包括：
a. 支撑部件(42)，其中，所述支撑部件(42)包括负荷部分(48)和配重部分(50)；
b. 所述支撑部件(42)上的支点(52)，所述支点(52)在所述负荷部分(48)和所述配重部分(50)之间；
c. 多个定位圈(44)，所述多个定位圈(44)在所述负荷部分(48)和所述配重部分(50)之间连接到所述支撑部件(42)，其中，所述多个定位圈(44)被构造成将所述轴(32)刚性地连接到所述支撑部件(42)；以及
d. 配重(46)，所述配重(46)被连接成仅在所述支撑部件(42)的所述配重部分(50)上沿所述支撑部件(42)移动，
其中，所述多个定位圈(44)中的至少一个和所述负荷部分(48)的至少一部分被尺寸设计成配合在所述涡轮机(16)的排气框架(36)内。
2.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，每个定位圈(44)包括夹具，所述夹具具有固定地附连到所述支撑部件(42)的第一部分(58)和与所述第一部分(58)相对的第二部分(60)。
3.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，每个定位圈(44)包括基本上符合所述轴的外表面(70)的内表面(68)。
4.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，所述多个定位圈(44)中的至少一个滑动地连接到所述支撑部件(42)。
5.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，还包括用于沿所述支撑部件(42)的所述配重部分(50)移动所述配重(46)的装置。
6.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，还包括连接到所述支点(52)的起重机(54)。
7.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，还包括连接到所述支撑部件(42)的传感器(76)，其中，所述传感器(76)确定所述支撑部件(42)的水平角度。
8.根据权利要求1所述的系统(40)，其特征在于，还包括控制器(78)，所述控制器(78)被构造成在所述支撑部件(42)上移动所述配重(46)，以便以预定的水平角度将所述支撑部件(42)定位。
9.一种用于在涡轮机(16)内部支撑轴(32)的方法，包括：
a. 将支撑部件(42)至少部分地插入所述涡轮机(16)内部；
b. 将所述轴(32)连接到所述支撑部件(42)；
c. 将起重机(54)连接到所述支撑部件(42)上的支点(52)；
d. 用所述起重机(54)升起所述支撑部件(42)和所述轴(32)；以及
e. 在所述支撑部件(42)上移动配重(46)以改变所述支撑部件(42)的水平角度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括测量所述支撑部件(42)的水平角度。
11.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述轴(32)连接到所述支撑部件(42)包括将所述轴(32)刚性地连接到所述支撑部件(42)。
12.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括将定位圈(44)定位在所述支撑部件(42)上以对应于所述轴(32)上的预定位置。
13.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括靠着所述支撑部件(42)缓冲所述轴(32)。
14.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括从所述涡轮机(16)移开连接到所述轴(32)的所述支撑部件(42)。
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