CN103842620A - 促动器装置及用于将所述促动器整合到涡轮机中的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将促动器整合到涡轮机中且基于与涡轮机相关联的过程流体来操作促动器的装置及方法。整合的促动器机构(204)包括促动器外壳；具有曲径密封件(214)的平衡鼓(218)，以及构造成将力施加到促动器外壳中的平衡鼓上的恢复弹簧(212)；连接到平衡鼓上且构造成沿平衡鼓的方向线性移动的促动杆(206)；以及连接机构，其将涡轮机过程流体的转移部分连接到促动器外壳用于沿与弹簧力相反的方向将力施加到平衡鼓上。曲径密封件允许转移的涡轮机过程流体流过且回到涡轮机。

Description

促动器装置及用于将所述促动器整合到涡轮机中的方法

技术领域

本文公开的主题的实施例大体上涉及方法及装置，并且更具体地涉及用于促动涡轮机的一个或多个可动系统的机构及技术。

背景技术

涡轮机大体上具有内部旋转构件，通常是导叶，例如，导叶可基于涡轮机的操作状态来调整。在自动系统中，调整可动构件需要使用附接到杠杆上的促动器，该杠杆连接到可动构件上。在可用的促动器解决方案中，如现有技术的图1中所示，促动器102安装在涡轮机的外侧上，且与杠杆的机械连接必须穿过涡轮机的外壳108。该设计要求暴露了问题区域中的一个，市场压力推动了改变将促动器臂连接到杠杆上且使促动器/杠杆连接穿过涡轮机的外壳的昂贵且复杂的密封凸缘106,108的要求。

在当前设计技术的另一个方面中，控制元件动力源必须提供给促动器102来操作促动器的运动。例如，促动器102可由电力、液压流体或气动地供能，但不论如何，源、缆线、管线或管都必须从动力提供者延伸至涡轮机上的促动器102。在另一个问题中，基于促动器102的中等供能的损失，外部动力源提供了涡轮机停工时间的风险的另一个可能的要素。

与涡轮机上的外部安装的促动器102相关联的另一个问题在于过程气体从凸缘密封件106,108泄漏的风险，其中促动器102臂穿过涡轮机外壳108或从促动器102直接地穿过。在一些情况下，过程气体可为可燃的、有毒的、温度极高的等，如果密封件应失效且允许过程气体排放到大气，则导致重大事件。此外，当促动器102从涡轮机外壳108突出时，存在促动器102可被其它设备接触且受损的风险，导致涡轮机不操作，以及过程气体灾难性地排放至大气。

因此，将期望的是提供避免前述问题和缺陷的装置及方法。

发明内容

根据一个示例性实施例，存在一种促动器外壳，其包括配合至促动器外壳的内表面上的平衡鼓、构造成允许流体进入促动器外壳且将第一力施加在平衡鼓上的促动器外壳上的第一连接件、构造成将第二力施加在平衡鼓上的恢复弹簧、以及构造成允许流体离开促动器外壳的促动器外壳上的第二连接件。在示例性实施例的一个方面中，促动杆连接到平衡鼓上。在示例性实施例的另一个方面中，调节阀位于与第一连接件相关联的管线，且控制通向第一连接件的流体流。

根据另一个示例性实施例，存在一种包围涡轮机的外壳和无缝地整合到外壳中且构造成调整流体入流的促动器。示例性实施例以一种促动器继续，该促动器包括促动器外壳，其包括平衡鼓、构造成允许流体进入促动器外壳且将第一力施加在平衡鼓上的所述促动器外壳上的第一连接件、构造成将第二力施加在平衡鼓上的恢复弹簧、以及构造成允许流体离开促动器外壳的促动器外壳上的第二连接件。以示例性实施例继续，促动杆在一端连接到平衡鼓上，且在另一端连接到促动器环的杠杆上。接下来在示例性实施例中，调节阀位于与第一连接件相关联的管线，且控制通向第一连接件的流体流。

根据另一个示例性实施例，存在一种用于将促动器无缝地整合到涡轮机中的方法。该方法包括构成涡轮机外壳来无缝地包括促动器外壳。接下来在示例性实施例中，插入配合到促动器外壳上的平衡鼓。以示例性实施例继续，构造恢复弹簧来将第一力施加到平衡鼓上。示例性实施例继续，将促动杆连接到平衡鼓上，且连接到与涡轮机相关联的杠杆上，使得促动杆沿由平衡鼓移动的方向线性地移动。以示例性实施例继续，将涡轮机的过程流体的一部分转移经过调节阀，且转移到促动器外壳中，以与第一力相反地将第二力施加到平衡鼓上。

附图说明

并入且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，且结合描述而阐释了这些实施例。在附图中：

图1为具有附接到外部凸缘上的促动器的涡轮机的现有技术的示例性实施例；

图2为具有整合的促动器的涡轮机的示例性实施例；以及

图3为示出根据示例性实施例的用于操作与涡轮机整合的促动器的步骤的流程图。

具体实施方式

示例性实施例的以下描述涉及附图。不同图中的相同参考标号表示相同或相似的元件。以下详细描述并未限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。以下实施例为了简单起见参照了涡轮机的术语和结构来论述，涡轮机包括但不限于压缩机和膨胀机。

整个说明书中涉及的"一个实施例"或"实施例"意指结合实施例描述的特定的特性、结构或特征包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各种位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"不一定是指相同的实施例。此外，特定的特性、结构或特征可以以任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。

如图2中所示，示例性实施例200绘出了具有整合的促动器204的涡轮机。在示例性实施例的一个方面中，涡轮机外壳202和整合的促动器为涡轮机的单构件壳体，而不需要连接凸缘。应当注意的是，在示例性实施例中，整合的促动器204可表现为涡轮机外壳的附件，但不具有与需要密封的涡轮机的任何接缝。在示例性实施例的另一个方面中，整合的促动器可并入涡轮机中，使得不存在整合的促动器204的可见指示。

以示例性实施例继续，整合的促动器由涡轮机的操作下的过程流体的压差供能。例如，具有入口与出口之间的气体压差的压缩机可向整合的促动器204供能。在示例性实施例的另一个方面中，具有整合的促动器204的涡轮机包括促动杆206、动力流体输送管线208、压力调节阀210、恢复弹簧212、曲径密封件214以及促动器平衡鼓218。应当注意的是，在示例性实施例中，动力流体输送管线208连接到涡轮机上的高压P2位置上，穿过压力调节阀210，然后到达平衡鼓218的一侧上的促动器204。还应当注意的是，由于平衡鼓218上的曲径密封件214，故动力流体可围绕平衡鼓218且沿促动器杆206流动，以回到涡轮机上的低压P1位置。在示例性实施例的另一个方面中，动力流体压力P1可基于压力调节阀210的设定而在压力调节阀210下游减小至PB。

接下来在示例性实施例中，促动器杆206连接到平衡鼓218上，且在平衡鼓218移动时沿平衡鼓218的方向线性地移动。在示例性实施例的另一个方面中，平衡鼓218平衡于在动力流体的压力PB下作用于一侧上的动力流体的力和由恢复弹簧212施加的作用于平衡鼓218的相反侧上的力之间。应当注意的是，在示例性实施例中，恢复弹簧还可连接在平衡鼓218的与来自于动力流体的力同一侧上，但沿与动力流体力相反的方向施加恢复弹簧力。以示例性实施例继续，当基于调节阀210的闭合或涡轮机的关机来移除动力流体的力时，恢复弹簧212使平衡鼓218和附接的促动器杆206回到启动位置。

因此，示例性实施例描述了通过控制调节阀210的位置来控制促动器杆206的线性位置。促动器杆206可沿平衡鼓218的方向连接到接受线性运动的任何杠杆上来用于操作。例如，促动器杆206可连接到杠杆上，该杠杆操作压缩机促动环216上的导叶，以用于优化压缩机的性能。

现在参看图3来论述用于使涡轮机与促动器整合的示例性方法实施例。图3示出了用于将促动器整合于涡轮机中来基于涡轮机中的过程流体的压差操作的示例性方法实施例的步骤。示例性方法实施例包括将促动器整合到涡轮机外壳中的步骤302。在示例性实施例的一个方面中，促动器可见作为涡轮机外壳的附件，但为整合的构件，其不具有接缝或需要促动器与涡轮机之间的密封件。在示例性方法实施例的另一个方面中，促动器完全包围在涡轮机内，且不可在涡轮机的外壳上识别到。

接下来，在示例性方法实施例的步骤304处，平衡鼓插入促动器外壳中的腔中。在示例性方法实施例的另一个方面中，密封系统置于平衡鼓的外表面与促动器外壳的内表面之间。应当注意的是，在示例性实施例中，密封系统可为曲径密封件但不限于曲径密封件。还应当注意的是，曲径密封件尽管限制围绕平衡鼓的流体流，但允许流体流过且围绕平衡鼓流动。

以示例性方法实施例的步骤306继续，恢复弹簧插入促动器外壳中，且置于平衡鼓附近，使得恢复弹簧将力施加在平衡鼓上，其使平衡鼓位移至促动器外壳的一端。应当注意的是，在示例性方法实施例中，恢复弹簧可取决于恢复弹簧的类型和与平衡鼓的连接来通过将压缩力或膨胀力施加在平衡鼓上来操作。在示例性方法实施例的另一个方面中，不管弹簧类型和连接类型，当单独作用时，恢复弹簧力使平衡鼓位移至用于涡轮机的启动位置。

接下来，示例性方法实施例的步骤308继续，将促动杆连接到平衡鼓上。应当注意的是，在示例性实施例中，促动杆沿平衡鼓的移动方向以线性运动来移动。在示例性实施例的另一个方面中，流过曲径密封件且围绕平衡鼓流动的过程流体沿着促动杆的通路回到涡轮机的更低压区域。应当注意的是，在示例性实施例中，促动杆用作用于将受控运动输送至涡轮机的连接点。

在步骤310处继续，示例性方法实施例使更高压的过程流体的一部分转移经过连接到促动器外壳上且包含调节阀的管线。在示例性方法实施例中，过程流体沿与由恢复弹簧施加在平衡鼓上的力相反的方向将其压力的力施加在平衡鼓的表面上。以示例性实施例继续，由过程流体压力和相关联的促动杆的移动施加的力的量基于期望的移动而通过开启和闭合调节阀来控制。例如，最大限度地增大压缩机的输出可通过将促动杆连接到杠杆上来实现，该杠杆控制促动环上的导叶，且调整调节阀来定位导叶以优化压缩机的吞吐量。应当注意的是，在示例性实施例中，与平衡鼓相关联的曲径密封件允许过程流体围绕平衡鼓流动且回到涡轮机的更低压区域，以此方式，过程流体可流过整合的促动器，且允许整合的促动器在涡轮机关机时自动地回到启动设定。

公开的示例性实施例提供了用于将促动器整合到涡轮机中且基于穿过涡轮机的过程流体压力梯度而操作促动器的装置及方法。应当理解的是，该描述并不旨在限制本发明。相反，示例性实施例旨在覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的备选方案、改型和等同方案。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐明了许多具体细节以便提供所要求的发明的全面理解。然而，本领域的技术人员将理解的是各种实施例可在没有此类具体细节的情况下实践。

尽管在实施例中以特定组合描述了本示例性实施例的特性和要素，但各个特性或要素可在没有实施例的其它特性和要素的情况下单独使用，或在具有或没有本文公开的其它特性和要素的情况下以各种组合使用。

所撰写的说明书使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，并还能够使本领域的任何技术人员实践发明，包括制造并使用任何装置或系统且执行任何所并入的方法。发明的可专利的范围由权利要求限定，并可以包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言无实质区别的等同的结构元件，那么，这样的其他示例将在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种促动器装置，包括：

促动器外壳，其包括：

    平衡鼓，其配合到所述促动器外壳的内表面上；

    所述促动器外壳上的第一连接件，其构造成允许流体进入所述促动器外壳且将第一力施加在所述平衡鼓上；

    恢复弹簧，其构造成将第二力施加在所述平衡鼓的第一侧上；以及

    所述促动器外壳上的第二连接件，其构造成允许所述流体离开所述促动器外壳；

连接到所述平衡鼓上的促动杆；以及

调节阀，其位于与所述第一连接件相关联的管线且控制通向所述第一连接件的所述流体流。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述促动器外壳还包括密封件，所述密封件包括曲径密封件，所述密封件构造在所述平衡鼓的外表面与所述促动器外壳的内表面之间。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的促动器，其特征在于，当所述调节阀闭合时，所述恢复弹簧使所述平衡鼓回到启动位置。

4.根据任一前述权利要求所述的促动器，其特征在于，所述促动杆沿与所述平衡鼓的线性移动相关联的线性方向移动。

5.根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述促动杆经过所述第二连接件延伸出所述促动器外壳。

6.根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一连接件处的所述流体处于高于第二连接件处的所述流体的压力。

7.根据任一前述权利要求所述的促动器，其特征在于，所述曲径密封件允许所述流体围绕所述平衡鼓流动。

8.根据任一前述权利要求所述的装置，其特征在于，所述弹簧从所述平衡鼓的与所述第一侧相反的一侧且沿相反方向施加所述第二力。

9.一种装置，包括：

包围涡轮机的外壳；以及

无缝地整合到所述外壳中且构造成调整流体入流的促动器，其中所述促动器包括：

    促动器外壳，其包括：

       平衡鼓，其配合到所述促动器外壳的内表面上；

       所述促动器外壳上的第一连接件，其构造成允许流体进入所述促动器外壳且将第一力施加在所述平衡鼓上；

       恢复弹簧，其构造成将第二力施加在所述平衡鼓上；以及

       所述促动器外壳上的第二连接件，其构造成允许所述流体离开所述促动器外壳；

    促动杆，其连接到所述平衡鼓上且连接到与所述涡轮机相关联的杠杆上；以及

    调节阀，其位于与所述第一连接件相关联的管线且控制通向所述第一连接件的所述流体流。

10.一种用于将促动器整合到涡轮机中的方法，所述方法包括：

构成涡轮机外壳来包括促动器外壳；

将配合到所述促动器外壳上的平衡鼓插入所述促动器外壳中；

将恢复弹簧构造成将第一力施加到所述平衡鼓上；

将促动杆连接到所述平衡鼓上用于与所述平衡鼓移动相关联的移动，且连接到与所述涡轮机相关联的杠杆上；以及

将所述涡轮机过程流体的一部分转移经过调节阀且进入所述促动器外壳中，以与所述第一力相反地将第二力施加到所述平衡鼓上，且控制所述促动杆的位置。

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