CN102966381B - 用于涡轮膨胀器应用的紧凑的igv - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮膨胀器应用的紧凑的IGV。提供一种用于制成紧凑的入口导向静叶系统并且减少操作入口导向静叶系统所需的力的设备与方法。入口导向静叶系统的构件(包括但不限于致动杆、致动环、曲柄杆、曲柄和相关的连接器和衬套)组装在相同平面中。在这点上，当力施加到致动器杆并且传递通过入口导向静叶系统构件时，该力在单一平面中起作用。另外，该平面在致动环的旋转轴向中心上方居中。

Description

用于涡轮膨胀器应用的紧凑的IGV

技术领域

在此公开的本主题的实施例大体涉及方法与装置，并且更具体地涉及用于以更小的施加力更精确地控制涡轮机的入口导向静叶(inletguidevane)的机构和技术。

背景技术

涡轮机通常具有内部旋转构件(例如典型地为入口导向静叶(IGV))，该内部旋转构件基于涡轮机的操作条件而调整。在自动化系统中，调整入口导向静叶需要利用附连于连接在致动器环的致动器杆的致动器，从而操作由在致动环上的固紧销旋转地驱动的四连杆机构或开槽的喷嘴。在可用的入口导向静叶方案中，如在现有技术图1中所示，用于调整静叶的入口导向静叶的控制构件配置在不同的平行平面中。例如，观察图1，该四连杆机构108在静叶106的平面和致动环104的平面之间的平面上，其中致动器杆连接到在致动环104上的销102。在另一示例中，现有技术图2描绘开槽的喷嘴驱动的入口导向静叶组件，其带有在不同平面中的致动器208、致动环204和操作静叶206的杠杆。

当前可用的设计引起在操作期间经受的数个问题。关于四连杆系统，施加以致动静叶的力在与致动器环和四连杆机构不同的平面中，并且因此相对于在致动杆、致动环和四连杆机构之间的衬套和连接点不对称地施加。因此，弯曲力作用在致动杆上，从而增加使致动环旋转所必需的力和连接构件的卡接。类似地，如图2所示，开槽的喷嘴系统产生导向环磨损从而导致增加的致动力要求、卡阻并且增进摆动。对于两种机构，期望特征还将包括入口导向静叶系统的更紧凑的设计，从而导致在质量方面的减少和在操作入口导向静叶系统所必需的力方面的减少两者。现有技术入口导向静叶系统的构建和操作的详细描述呈现于通过引用而并入本文中的美国专利申请号12/415,417中。

因此，将期望提供避免前述的问题和缺点的装置与方法。

发明内容

根据一个示范性实施例，存在入口导向静叶致动设备，其包括：致动环，其具有第一连接器用于连接致动器杆，其中第一连接器将致动器杆配置在致动环的旋转轴向中心上方。接下来，在示范性实施例中，多个曲柄杆，其具有分别连接到定位在致动环的旋转轴向中心上的多个第二连接器的第一端部。继续示范性实施例，多个曲柄，其中各个曲柄具有第三连接器，其分别连接到多个曲柄杆的第二端部并且分别连接到与喷嘴相关的静叶，其中第三连接器定位在致动环的旋转轴向中心上。

根据另一示范性实施例，存在涡轮机，其包括集成到该涡轮机中的入口导向静叶系统。示范性实施例继续，入口导向静叶系统，其包括：致动环，其具有第一连接器用于连接致动器杆，其中第一连接器将致动器杆配置在致动环的旋转轴向中心上方。接下来，在示范性实施例中，多个曲柄杆，其具有分别连接到定位在致动环的旋转轴向中心上的多个第二连接器的第一端部。继续示范性实施例，多个曲柄，其中各个曲柄具有第三连接器，其分别连接到多个曲柄杆的第二端部并且分别连接到与喷嘴相关的静叶，其中第三连接器定位在致动环的旋转轴向中心上。

根据另一示范性实施例，存在用于制造与涡轮机相关的入口导向静叶系统的方法。该方法包括：将致动器杆的第一端部连接到与涡轮机相关的致动环。示范性实施例继续，将致动器杆的第一端部连接到与涡轮机相关的致动环，其中致动器杆在致动环的旋转轴向中心上方居中(centered)。接下来，示范性实施例继续，将多个曲柄杆中的各个的第一端部分别连接到在致动环上的多个连接器，其中多个曲柄杆在致动环的旋转轴向中心上方居中。另外，示范性实施例继续，将多个曲柄分别连接到多个曲柄杆中的各个的第二端部并且分别连接到与涡轮机相关的多个静叶，其中多个曲柄在致动环的旋转轴向中心上方居中。

附图说明

合并在本说明书中并且组成本说明书的一部分的附图示出一个或多个实施例，并且连同描述解释这些实施例。在附图中：

图1为用于具有在不同平面中的操作构件的涡轮机的四连杆入口导向静叶系统的现有技术示范性实施例；

图2为用于具有在不同平面中的操作构件的涡轮机的开槽喷嘴入口导向静叶系统的现有技术示范性实施例；

图3为用于具有在相同平面中的操作构件的涡轮机的紧凑的单一平面入口导向静叶系统的示范性实施例；

图4为流程图，其示出用于操作根据示范性实施例的、与涡轮机集成的单一平面入口导向静叶系统的步骤。

具体实施方式

示范性实施例的以下描述参考附图。在不同附图中的相同参考标号表示相同或相似元件。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。为简单起见，以下实施例关于涡轮机的术语和结构(包括但是不限于压缩机和膨胀器)而讨论。涡轮机典型地包括外壳、旋转轴、附连于旋转轴的转子、附连于外壳的定子、允许工作流体进入涡轮机的连接和允许工作流体离开涡轮机的连接。

在整个说明书中参考“一个实施例”或“一实施例”意指结合实施例而描述的具体的特性、结构、或特征包括在公开的本主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的不同地方，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不是必然指示相同的实施例。另外，具体的特性、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

如图3所示，示范性实施例描绘紧凑的入口导向静叶系统300。在示范性实施例的一个方面中，致动杆302相对于致动环308的轴向宽度在致动环308的中心点处连接到致动环308。示范性实施例描绘从致动环308在径向方向上向外延伸的两个支架304。在致动环308的各边缘处存在一个支架304，从而提供在支架304之间的空间用于连接致动杆，其布置于在致动环上居中的位置中。应当注意到，在示范性实施例中销通过在致动杆302中和在各个支架304中的孔固定，从而允许致动杆302相对于支架304旋转。

继续示范性实施例，当致动杆302通过致动器而运动时，在致动环308上居中的力由致动杆302施加到致动环308并且致动环308基于致动杆302的运动方向顺时针旋转或逆时针旋转。在示范性实施例的另一方面中，致动环308的旋转使曲柄杆310运动，该曲柄杆310在一个端部上连接到致动环308并且在另一个端部上连接到代表性的曲柄306。

应当注意到，在示范性实施例中代表性的曲柄杆310(如致动杆302)相对于致动环308的轴向宽度在致动环308上居中。

另外，应当注意到，在示范性实施例中曲柄306具有用于杆310的连接点，其在设计上类似于针对用于致动杆302的致动环308连接点在前面描述的情况，其中由致动环308作用在曲柄杆310上和由曲柄杆310作用在曲柄306上的力在致动环308的轴向中心平面中。再者，曲柄306通过代表性的花键接头314连接到代表性的喷嘴静叶312并且当曲柄306旋转时，喷嘴静叶312被调整到在流体路径中的期望位置。

因此，示范性实施例描述施加力到致动杆302，并且传递此力通过全部定位于在致动环308的轴向中心处的相同轴向平面中的不同控制和杠杆作用机构，从而以将喷嘴静叶312调整到期望位置的旋转力告终。基于单一轴向平面施力设计，需要更小的力在喷嘴静叶312中产生期望运转，并且因为在与传递该施加的力越过通过多个轴向平面分布的机构相关的连接点和它们衬套上的弯曲力被消除，所以喷嘴静叶粘搭的机会降低了。

用于制造入口导向静叶系统的示范性方法实施例现参考图4讨论。图4示出示范性方法实施例步骤，用于连接入口导向静叶系统的构件，使得(例如并且没有限制)与连接点相关的摩擦和结合损失减少，并且额外的控制准确性可提高，这是因为致动杆的不重合可避免。示范性方法实施例包括将致动器杆302连接到致动环308的步骤402。在示范性方法实施例中的一个方面中，致动环308具有连接点从而允许在两个对称形成的支架304之间的致动器杆302的连接。继续示范性方法实施例，销与衬套系统被插入通过一个支架304、致动器杆302和然后另一个支架304。在示范性方法实施例中的另一方面，由对称支架304呈现的安装位置将致动器杆302定位在与致动环308的旋转轴向中心对应的平面中。

接下来，在示范性方法实施例的步骤404处，多个曲柄杆310中的各个的一个端部分别连接到在致动环308上的连接器。应当注意到，在示范性方法实施例中曲柄杆310可当致动环308旋转时围绕连接点旋转。在示范性方法实施例的另一个方面中，由在致动环308上的连接点呈现的安装位置将曲柄杆310定位在与致动环308的旋转轴向中心对应的平面中。

继续为该示范性方法实施例的步骤406，多个曲柄306分别连接到多个曲柄杆310的第二端部。应当注意到，在示范性方法实施例中曲柄杆310可当致动环308旋转时围绕相应曲柄上的连接点旋转。在示范性方法实施例的另一方面中，多个曲柄306还分别连接到与涡轮机相关的多个静叶312。在示范性方法实施例的另外方面中，由在曲柄杆上的连接点呈现的安装位置将曲柄306定位在与致动环308的旋转轴向中心对应的平面中。

公开的示范性实施例提供装置与方法用于集成致动器到涡轮机中并且基于越过涡轮机的过程流体压力梯度(processfluidpressuregradient)操作致动器。应当理解，此描述不意图限制本发明。相反，示范性实施例意图包含替代物、修改和等同物，它们包括在由附属权利要求限定的本发明的精神和范围中。另外，在示范性实施例的详细描述中，许多特别的细节被陈述，以便提供本主张的发明的全面的理解。但是，本领域技术人员将理解，不同的实施例可在没有这种特别的细节的情况下实践。

尽管本示范性实施例的特性和元件在实施例中以具体组合进行描述，但是各个特性或元件可在没有本实施例的其它特性和元件的情况下单独使用、或可与或可不与在此公开的其它特性或元件进行不同组合地使用。

该书面描述利用实例以公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括形成并且利用任何装置或系统并且执行任何合并的方法。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。如果其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果其它实例包括与在权利要求的字面语言中叙述的结构元件等同的结构元件，则这种其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种入口导向静叶致动设备，其包括：

致动环，其具有第一连接器用于连接致动器杆，其中所述第一连接器将所述致动器杆相对于所述致动环的轴向宽度向外配置在所述致动环的中心上方；

多个曲柄杆，其具有分别连接到多个第二连接器的第一端部，所述第二连接器相对于所述致动环的轴向宽度向外定位在所述致动环的中心上；和

多个曲柄，其中各个曲柄具有第三连接器，其分别连接到所述多个曲柄杆的第二端部并且分别连接到与喷嘴相关的静叶，其中所述第三连接器相对于所述致动环的轴向宽度向外定位在所述致动环的中心上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述曲柄利用花键接头连接到所述静叶。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述花键接头通过衬套居中。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述致动环、所述多个曲柄杆和所述多个曲柄为多个单一平面四连杆机构。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述致动环基于与所述致动器杆相关的运动方向以顺时针或逆时针方向相对于所述轴向宽度围绕所述致动环的中心旋转。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备在尺寸方面小于如下设备，即其中所述四连杆机构的构件越过两个或更多个旋转轴向平面分布。

7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，操作所述设备所需的力小于操作如下设备所需的力，即其中所述四连杆机构的构件越过两个或更多个旋转轴向平面分布。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述第一端部上的所述第二连接器和在所述多个曲柄杆的所述第二端部上的所述第三连接器分别通过多个衬套居中。

9.一种涡轮机，其包括：

外壳，其用于包围所述涡轮机的构件；

多个转子，其安装在与所述外壳相关的旋转轴上；

多个定子，其安装在所述外壳中；

入口连接，其允许工作流体的进入；

出口连接，其允许所述工作流体的离开；和

入口导向静叶致动设备，其包括：

致动环，其具有第一连接器用于连接致动器杆，其中所述第一连接器将所述致动器杆相对于所述致动环的轴向宽度向外配置在所述致动环的中心上方；

多个曲柄杆，其具有分别连接到多个第二连接器的第一端部，所述第二连接器相对于所述致动环的轴向宽度向外定位在所述致动环的中心上；和

多个曲柄，其中各个曲柄具有第三连接器，其分别连接到所述多个曲柄杆的第二端部并且分别连接到与喷嘴相关的静叶，其中所述第三连接器相对于所述致动环的轴向宽度向外定位在所述致动环的中心上。

10.一种用于制造与涡轮机相关的入口导向静叶系统的方法，所述方法包括：

将致动器杆的第一端部连接到与所述涡轮机相关的致动环，其中所述致动器杆相对于所述致动环的轴向宽度向外配置在所述致动环的中心上方；

将多个曲柄杆中的各个的第一端部分别连接到在所述致动环上的多个连接器，其中所述多个曲柄杆相对于所述致动环的轴向宽度向外定位在所述致动环的中心上方；

将多个曲柄分别连接到所述多个曲柄杆中的各个的第二端部并且分别连接到与所述涡轮机相关的多个静叶，其中所述多个曲柄相对于所述致动环的轴向宽度向外定位在所述致动环的中心上方。