CN103388493A - 内涡轮壳轴向移动 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内涡轮壳轴向移动。一种用于具有定子组件和转子组件的涡轮的间隙控制系统包括液压或气动控制器，其通过轴而轴向地驱动连接至定子组件壳的一个或更多致动器。控制器导致定子组件与转子组件之间的相对移动，以根据涡轮的不同操作状况来调节转子和定子的部分之间的间隙。更特定而言，在涡轮的操作状况期间，控制器使定子相对于转子沿第一和第二轴向方向移动，以补偿热膨胀和热收缩。

Description

内涡轮壳轴向移动
技术领域
本发明涉及蒸汽涡轮或燃气涡轮，并且尤其涉及具有液压或气动致动器系统的燃气涡轮，该致动器系统用于轴向地移动内涡轮壳，以在操作状况期间实现定子与转子之间的更佳间隙。
背景技术
在其它用途中，蒸汽涡轮和燃气涡轮用来驱动发电机。在其它用途中，燃气涡轮也用来推进飞行器和船只。蒸汽涡轮具有蒸汽路径，其通常包括处于串行流关系的蒸汽入口、涡轮以及蒸汽出口。燃气涡轮具有气体路径，其通常包括处于串行流关系的进气口或入口、压缩机、燃烧器、涡轮以及气体出口或排气扩压器。压缩机和涡轮区段包括至少一排周向的旋转动叶。旋转动叶的自由端或顶部被定子壳包围。旋转动叶的基部或柄部被分别设于移动叶片的上游和下游的固定叶片的内罩临靠在上游端和下游端上。
涡轮的效率部分取决于(多个)转子动叶柄部天使翼(angel wing)顶部(密封板翅片)之间的轴向间隙或空隙、相邻固定组件的密封结构、以及旋转动叶的顶部与相对的固定组件之间的空隙的径向尺寸。如果间隙过大，则过量有价值的冷却空气将通过动叶柄部与固定叶片的内罩之间以及旋转动叶的顶部与固定组件之间的空隙而泄漏，从而降低涡轮的效率。如果间隙过小，则旋转叶片将在某些涡轮操作状况期间撞击相邻或相对的定子部分的密封结构。
关于这点，已知在加速或减速期间存在间隙改变，这归因于动叶上变化的离心力、涡轮转子振动和/或旋转转子与固定组件之间的相对热增长。在有差别的离心力、转子振动以及热增长期间，间隙变化可导致例如动叶顶部对固定密封结构或对固定组件的剧烈摩擦。增加顶部至密封件的间隙降低了归因于金属对金属摩擦的损坏，但间隙的增加导致效率损失。
更具体而言，在涡轮操作状况期间，涡轮的构件可能由于超过2000华氏温度的高操作温度而以不同速率热膨胀(或收缩)。定子和转子必须跨所有操作状况维持彼此间隔开，以防止因彼此接触而损坏。然而，如果跨所有操作状况维持定子与转子之间的单个固定位置关系，那么对于至少一些操作状况即启动而言，将存在定子与转子组件之间的压缩流体泄漏，从而导致操作低效率。
在本领域中已知，通过使用以提取空气清洗的气室中的压差而促进压缩机壳移动。在本领域中还已知，使用可热膨胀的联接来促进压缩机壳移动，以及使用空气或蒸汽驱动活塞来促进压缩机壳移动。
发明内容
现在建议液压或气动系统用于轴向移动涡轮内壳，以允许更低操作间隙。建议系统引起定子与转子之间的更佳间隙。建议系统还允许性能增强器的使用，例如天使翼构造上的双重交叠和渐缩转子。
在一个示范性实施例中，建议系统有利地使用液压或气动控制器以直接驱动连接至两个致动器的轴，这两个致动器设于涡轮内壳的水平接头处。更特定而言，在该第一示范性实施例中，两个致动器共同被控制器和轴沿第一方向驱动且共同沿与第一方向相反的第二方向被驱动。
在另一示范性实施例中，建议系统使用液压或气动控制器来驱动轴，以择一地驱动两个致动器中的一个，这两个致动器设在涡轮内壳上的水平接头处。更特定而言，在该第二示范性实施例中，控制器沿第一方向驱动致动器中的一个，或者择一地沿与第一方向相反的第二方向驱动致动器中的第二个。
根据一方面，提供了一种间隙控制系统，用于具有定子组件和转子组件的涡轮，该系统包括：控制器，其用于使定子组件相对于涡轮的转子组件和外壳轴向地移动；一对致动器，其固定地连接至涡轮的外壳；以及致动器轴，其连接至一对致动器并连接至定子组件。其中，控制器使定子组件相对于涡轮的转子组件和外壳沿轴向方向移动，以调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙。
优选地，控制器为液压控制的。
优选地，控制器为气动控制的。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括在旋转动叶的顶部上提供渐缩表面，该旋转动叶包括转子组件。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括调节定子组件和旋转动叶的柄部之间的天使翼间隙。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括减小定子组件和转子组件上的齿之间的轴向空隙。
根据另一方面，提供了一种间隙控制系统，用于具有定子组件和转子组件的涡轮，该系统包括：控制器，其用于使定子组件相对于涡轮的转子组件和外壳轴向地移动；一对致动器，其固定地连接至涡轮的外壳；以及致动器轴，其用于与一对致动器中的一个接合以使定子组件沿第一方向轴向地移动，并且用于与一对致动器中的另一个接合以使定子组件沿第二方向轴向地移动。其中，控制器使定子组件相对于涡轮的转子组件和外壳沿第一和第二方向在轴向方向上移动，以调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙。
优选地，控制器为液压控制的。
优选地，控制器为气动控制的。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括在旋转动叶的顶部上提供渐缩表面，该旋转动叶包括转子组件。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括调节定子组件和旋转动叶的柄部之间的天使翼间隙。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括减小定子组件和转子组件上的齿之间的轴向空隙。
根据又一方面，提供了一种涡轮，其包括：转子组件；定子组件；以及间隙控制系统。其中，间隙控制系统包括：控制器，其用于使定子组件相对于涡轮的转子组件和外壳轴向地移动；以及至少一个致动器，其固定地连接至涡轮的外壳，并且具有连接至定子组件的致动器轴。其中，控制器使定子组件相对于涡轮的转子组件和外壳沿轴向方向移动，以调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙。
优选地，控制器为液压控制的。
优选地，控制器为气动控制的。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括在旋转动叶的顶部上提供渐缩表面，该旋转动叶包括转子组件。
优选地，调节定子组件和转子组件的某些部分之间的间隙包括调节定子组件和旋转动叶的柄部之间的天使翼间隙。
优选地，至少一个致动器包括一对致动器。
优选地，涡轮还包括致动器轴，其连接至一对致动器并连接至定子组件，以使定子组件相对于转子组件轴向地移动。
优选地，涡轮还包括致动器轴，该致动器轴用于与一对致动器中的一个接合以使定子组件沿第一方向轴向地移动，并且用于与一对致动器中的另一个接合以使定子组件沿第二方向轴向地移动。
附图说明
图1是标出涡轮内的区域的涡轮的横截面图，在这些区域，可由所公开主题的示范性实施例获得间隙控制；
图2是根据所公开主题的示范性实施例的可调节间隙控制系统的示意图；
图3是更详细地显示图2中使用的构件的示意图；
图4是使用两个致动器的建议系统的示范性实施例的示意图；
图5是使用一个致动器的建议系统的示范性实施例的示意图；以及
图6A和图6B显示固定定子和旋转动叶的天使翼上的双重交叠之间的可调节间隙。
附图标记：
10：涡轮
14：旋转动叶
20：固定定子组件
24：转子组件
26：液压控制器
28：气动控制器
30：涡轮内壳
32：涡轮外壳
34：轴
36、38、40和42：致动器
44：液压控制器
46：致动器轴
50：致动器轴
52和54：邻接表面
56和58：致动器。
具体实施方式
图1是涡轮10的横截面图，其显示可由本文所述的建议系统的示范性实施例获得改善的间隙控制的地方。在位置12，用于旋转动叶14的顶部(也在16显示)的渐缩设计可促进改善的间隙控制。在位置18，可通过使用建议系统的示范性实施例而改变旋转动叶14(其形成转子组件24的一部分)的柄部与定子组件20之间的天使翼间隙控制。同样，在位置22，通过使用建议系统的示范性实施例减小固定定子组件20和转子组件24上的齿之间的轴向空隙提供了可变的间隙控制。更具体而言，根据热操作状况，通过涡轮内壳和固定定子组件20相对于转子组件24的相对轴向移动，可改变位置12、18和22处的间隙控制。
图2以示意形式显示了用于涡轮中的可变间隙控制的系统，以包括用于使涡轮内壳30相对于涡轮外壳32移动的液压控制器26或气动控制器28。由于图1所示的定子组件20固定地连接至涡轮内壳30，因而涡轮内壳30的移动导致固定定子组件20的移动。因此，涡轮内壳30和固定定子组件20的移动也与转子组件24相关。
图3示意性地显示了液压控制器26或气动控制器28的布置，以使涡轮内壳30相对于转子组件24(图1所示)和涡轮外壳32轴向地移动。控制器26、28驱动连接至致动器36、38的轴34，以实现相对移动。
图4显示建议系统的另一示范性实施例以包括致动器40和42，其固定地连接至涡轮外壳32并被液压控制器44通过致动器轴46驱动，以使固定定子组件20和涡轮内壳30相对于涡轮外壳32和转子组件24(图1所示)沿由方向箭头A显示的第一和第二方向移动。虽然图4已显示为带有液压控制器44，但本领域中普通技术人员将容易认识到，控制器可为气动的。
图5显示建议系统的又一示范性实施例以包括致动器56和58，其由液压控制器44通过致动器轴50和邻接表面52和54驱动，以使涡轮内壳30和固定定子组件20(图1所示)相对于涡轮外壳和转子组件24在轴50的邻接表面52接触致动器56时沿第一方向移动，并且在轴50的邻接表面54接触致动器58时沿相反的第二方向移动，如方向箭头A所示。虽然图5已显示为带有液压控制器44，但本领域普通技术人员将容易认识到，控制器可为气动的。
图6A和图6B显示了再一示范性实施例，其中，致动器(例如在先前示范性实施例中描述的那些)可用于调节和维持固定定子组件和旋转动叶的天使翼构造上的双重交叠之间的重要间隙。更具体而言，图6A显示在天使翼位置60处带有双重交叠的处于后/运行位置的壳，维持了位置62处的必要轴向空隙间隙，同时维持了位置64处的交叠。图6B显示壳已向前移动，从而减轻了位置60处的双重交叠，增加了位置62处的轴向空隙，并且增加了位置64处的双重交叠。
虽然已结合目前被认为是最实际且优选的实施例而描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，意图覆盖包括在所附权利要求的要旨和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种间隙控制系统，用于具有定子组件和转子组件的涡轮，所述系统包括：
控制器，其用于使所述定子组件相对于所述涡轮的所述转子组件和外壳轴向地移动；
一对致动器，其固定地连接至所述涡轮的所述外壳；以及
致动器轴，其连接至所述一对致动器并连接至所述定子组件，
其中，所述控制器使所述定子组件相对于所述涡轮的所述转子组件和所述外壳沿轴向方向移动，以调节所述定子组件和所述转子组件的某些部分之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的间隙控制系统，其特征在于，所述控制器为液压控制的。
3.根据权利要求1所述的间隙控制系统，其特征在于，所述控制器为气动控制的。
4.根据权利要求1所述的间隙控制系统，其特征在于，调节所述定子组件和所述转子组件的某些部分之间的间隙包括在旋转动叶的顶部上提供渐缩表面，该旋转动叶包括所述转子组件。
5.根据权利要求1所述的间隙控制系统，其特征在于，调节所述定子组件和所述转子组件的某些部分之间的间隙包括调节所述定子组件和旋转动叶的柄部之间的天使翼间隙。
6.根据权利要求1所述的间隙控制系统，其特征在于，调节所述定子组件和所述转子组件的某些部分之间的间隙包括减小所述定子组件和转子组件上的齿之间的轴向空隙。
7.一种间隙控制系统，用于具有定子组件和转子组件的涡轮，所述系统包括：
控制器，其用于使所述定子组件相对于所述涡轮的所述转子组件和外壳轴向地移动；
一对致动器，其固定地连接至所述涡轮的所述外壳；以及
致动器轴，其用于与所述一对致动器中的一个接合以使所述定子组件沿第一方向轴向地移动，并且用于与所述一对致动器中的另一个接合以使所述定子组件沿第二方向轴向地移动，
其中，所述控制器使所述定子组件相对于所述涡轮的所述转子组件和所述外壳沿所述第一和第二方向在轴向方向上移动，以调节所述定子组件和所述转子组件的某些部分之间的间隙。
8.根据权利要求7所述的间隙控制系统，其特征在于，所述控制器为液压控制的。
9.根据权利要求7所述的间隙控制系统，其特征在于，所述控制器为气动控制的。
10.根据权利要求7所述的间隙控制系统，其特征在于，调节所述定子组件和所述转子组件的某些部分之间的间隙包括在旋转动叶的顶部上提供渐缩表面，该旋转动叶包括所述转子组件。
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