CN104712377B - 涡轮机械及其间隙调整系统及调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种涡轮机械及其冷态间隙调整系统及调整方法。在一个实施例中，涡轮机械已组装，所述涡轮机械包括具有定子上壳和定子下壳的定子以及设置在所述定子内的转子。所述转子与所述定子之间的冷态间隙使用现场间隙传感器系统在多个间隙测量点的每一个处确定。所述间隙测量点的每一个与每个其他间隙测量点轴向间隔开。所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙基于所确定的冷态间隙，通过使所述定子上壳或所述定子下壳中的一个相对于底座移位来调整，从而改变所述定子上壳或所述定子下壳的形状，以适应所述转子在所述定子中的位置。

Description

涡轮机械及其间隙调整系统及调整方法
技术领域
本发明总体上涉及诸如蒸汽涡轮机和燃气涡轮机的涡轮机械，且更具体而言涉及一种用于现场调整旋转涡轮叶片尖端与其周围壳体之间的冷态间隙的系统和方法。
背景技术
诸如燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的涡轮机械通常包括在定子内旋转且居中设置的转子。工作流体流过一排或多排周向布置的旋转叶片，所述旋转叶片从转子轴径向向外延伸。流体将能量赋予轴，所述轴用于驱动诸如发电机或压缩机的负载。
旋转叶片的径向外部尖端与定子内部上的固定护罩之间的紧密密封间隙对于涡轮机械的最有效运行而言是必需的。转子叶片与定子内表面之间的间隙越小，横跨叶片尖端的流体泄漏的可能性越小。这种流体泄漏可能会使流体绕过叶片级，从而降低效率。
不同的运行条件可能会使叶片和其他部件经历热膨胀，所述热膨胀可导致叶片尖端间隙的变化。各种运行条件对叶片间隙的具体影响可根据特定涡轮机械的类型和设计发生变化。例如，燃气涡轮压缩机中的尖端间隙(tip clearances)在涡轮机关机并冷却时可达到其最低值，而低压蒸汽涡轮机中的尖端间隙可在稳定状态全负载运行期间达到其最低值。涡轮机运行期间的适当的密封间隙取决于涡轮机械组装期间冷态密封间隙(cold sealclearance)的适当调整以及转子和定子相对位置的控制。
一种调整转子和定子的相对位置并因此调整相关间隙的方法为执行反复的无盖和有盖间隙测量和调整。在涡轮机组装或重新组装期间，可首先组装定子下壳，随后放置转子。尽管可在组装上半部分之前(也就是在“无盖(tops-off)”条件下)在下半部分中测量转子对定子间隙，但是这些值可能并不直接表示完全组装的涡轮机(也就是在“有盖(tops-on)”条件下)的值，因为当定子的上壳附接至下壳时，涡轮机外壳被不同地支撑。在有盖条件下，支撑可从下壳臂转移至上壳臂，定子上壳的重量增加，并且当螺栓连接水平接缝时，整个定子结构变得坚固。归因于这些变化和其他变化，在有盖条件和无盖条件下，转子对定子间隙可因可能轻易不可预见的因素而不同。常常执行多次反复，在所述反复期间，定子上壳被拆卸并且基于有盖间隙和无盖间隙的差异以调整位置重新组装。
发明内容
本发明的第一方面提供一种涡轮机械，所述涡轮机械包括：具有多个叶片级的转子；围绕所述转子的定子，所述定子包括定子下壳(lower stator shell)和定子上壳(upper stator shell)；以及现场间隙传感器系统(in situ clearance sensor system)，所述现场间隙传感器系统用于在多个间隙测量点的每一个处确定转子与定子之间的冷态间隙(cold seal clearance)。所述多个间隙测量点的每一个设置在与每个其他间隙测量点轴向间隔开的位置处。多个位移调整装置彼此沿定子轴向间隔开，以用于使定子上壳或定子下壳中一个的位置相对于底座移位，于是基于由现场间隙传感器系统确定的间隙调整转子与定子之间的冷态间隙。
其中，所述现场间隙传感器系统包括：电压降传感器，所述电压降传感器在间隙测量点处插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，以用于测量跨越所述电压降传感器的尖端与转子叶片的尖端之间的间隙的电压降；其中所述电压降传感器插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，使得：所述电压降传感器与上游级叶片的所述转子叶片尖端轴向对准，并且所述电压降传感器嵌入在所述定子上壳或所述定子下壳中，这样使得所述至少一个传感器的径向外缘基本上与所述定子上壳或所述定子下壳的内表面齐平。
其中，所述现场间隙传感器系统进一步包括激光测量装置，所述激光测量装置可移除地附接至以下中的一个：最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置配置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片的所述尖端与所述定子上壳或所述定子下壳的所述内表面之间的有盖间隙(tops-on clearance)；或喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置配置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙。
其中，所述多个间隙测量点进一步包括两个到五个轴向间隔开的间隙测量点。
其中，所述多个位移调整装置设置在所述定子上壳与所述定子下壳之间的水平接缝处。
其中，所述多个间隙测量点的至少一个设置在所述定子下壳的底面(underside)上。
其中，所述位移调整装置各自进一步包括以下中的一个：顶起螺丝、固定螺丝或固定器，并且其中所述位移调整装置各自进一步包括锁定件(lock)，所述锁定件为以下中的一个：环氧树脂或水泥。
其中，所述位移调整装置各自进一步包括液压缸或气压缸中的一个，并且其中所述位移调整装置各自进一步包括用于锁定所述位移调整装置的位置的阀门。
本发明的第二方面提供一种用于调整转子对定子(rotor to stator)间隙的方法，所述方法包括：组装涡轮机械，所述涡轮机械包括具有定子下壳和定子上壳的定子以及设置在所述定子中的转子；使用现场间隙传感器系统在多个间隙测量点的每一个处确定转子与定子之间的冷态间隙，其中所述间隙测量点的每一个与每个其他间隙测量点轴向间隔开；以及基于所确定的冷态间隙在所述多个间隙测量点的每一个处调整转子与定子之间的冷态间隙。所述调整包括通过使定子上壳或定子下壳中的一个相对于底座移位来改变定子上壳或定子下壳的形状(shape)，以适应转子在定子中的位置。
所述方法进一步包括：在调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙之后，在所述多个间隙测量点中的每一个处重新确定所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙；以及如果所述重新确定指示所述冷态间隙不符合预先确定的阈值，那么重新调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙，所述重新调整包括使用位移调整装置来基于所述重新确定的冷态间隙使所述定子上壳或所述定子下壳中的一个相对于所述底座移位，从而改变所述定子上壳或所述定子下壳的所述形状，以适应所述转子在所述定子内的所述位置。
所述方法进一步包括以每分钟0.25转至8转(RPM)的速度旋转所述定子内的所述转子，同时在所述多个间隙测量点中的每一个处确定所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙。
其中，确定所述冷态间隙进一步包括使用现场间隙传感器系统，所述现场间隙传感器系统包括：电压降传感器，所述电压降传感器在间隙测量点处插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，以用于测量跨越所述传感器的尖端与转子叶片尖端之间的间隙的电压降；其中所述电压降传感器与上游级叶片轴向对准。
其中，确定所述冷态间隙进一步包括使用包括激光测量装置的现场间隙传感器系统，其中：所述激光测量装置可移除地附接至最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片尖端与所述定子的内表面之间的有盖间隙；或所述激光测量装置可移除地附接至喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙。
所述方法进一步包括：在作出最终调整之后从所述转子叶片移除所述激光测量装置。
其中，所述调整进一步包括调整所述位移调整装置的垂直位置，其中所述位移调整装置包括以下中的一个：顶起螺丝、固定螺丝、固定器、液压缸或气压缸。
所述方法进一步包括：在调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙之后，锁定所述位移调整装置的位置。
本发明的第三方面提供一种用于调整涡轮机械中转子对定子间隙的系统，所述系统包括：现场间隙传感器系统，所述现场间隙传感器系统用于在多个间隙测量点的每一个处确定转子与定子之间的冷态间隙，所述定子包括定子下壳和定子上壳，并且所述转子设置在所述定子内，其中所述现场间隙传感器系统包括：在间隙测量点处插入到定子下壳或定子上壳的一个中的至少一个的电压降传感器(voltage drop sensor)，所述电压降传感器用于测量跨越电压降传感器的尖端与转子叶片尖端之间的间隙的电压降；以及与所述电压降传感器信号通信的计算装置。所述计算装置包括处理器和存储器，所述存储器包括指令，当计算装置执行所述指令时，使所述计算装置基于表示电压降的信号确定转子与定子之间的间隙。所述系统进一步包括沿定子设置的位移调整装置，所述位移调整装置用于相对于底座并基于转子与定子之间确定的间隙使定子上壳或定子下壳中的一个的位置移位，从而将转子与定子之间的冷态间隙调整为期望的距离。
其中，所述现场间隙传感器系统进一步包括激光测量装置，其中，所述激光测量装置可移除地附接至最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置配置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片的尖端与所述定子上壳或所述定子下壳的内表面之间的有盖间隙；或者所述激光测量装置可移除地附接至喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙，其中所述激光测量装置与所述计算装置信号通信。
其中，所述多个间隙测量点进一步包括两个到五个轴向间隔开的间隙测量点。
其中，所述位移调整装置包括以下中的一个：顶起螺丝、固定螺丝、固定器、液压缸或气压缸，并且其中所述位移调整装置包括锁定件，所述锁定件用于在完成调整之后固定所述位移调整装置的位置。
从结合附图的以下详细描述将明白本发明的这些及其他方面、优势和显著特征，其中贯穿本发明的附图、公开的实施例中，相同的参考字符表示相同的部件。
附图说明
图1示出定子的上壳和下壳的分解透视图。
图2示出涡轮机械的截面示意图。
图3示出蒸汽涡轮机的部分剖开透视图。
图4示出根据本发明的一个实施例处于无盖条件下的涡轮机械的透视图。
图5示出根据本发明的一个实施例处于有盖条件下的涡轮机械的透视图。
图6示出根据本发明的一个实施例用于调整涡轮机械中的转子对定子间隙的系统的示意图。
图7示出根据本发明的一个实施例的涡轮机械的部分剖开透视图。
图8示出根据本发明的一个实施例的涡轮机械的截面图。
图9为根据本发明的一个实施例的包括位移调整装置的涡轮机械的截面图，所取得截面图垂直于转子的旋转轴。
图10为根据本发明的一个实施例的位移调整装置的部分剖视图。
图11至图12示出根据本发明的一个实施例的电压降传感器和间隙传感器保持构件的截面图。
图13为根据本发明的一个实施例的激光测量装置的透视图。
图14为描绘根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
下文参考其结合蒸汽涡轮机形式的涡轮机械的运行的应用描述本发明的至少一个实施例。虽然以蒸汽涡轮机形式说明了本发明的一些实施例，但是应理解，本教义同样适用于包括但不限于燃气涡轮机的其他涡轮机械。另外，下文参考标称大小并包括一组标称尺寸来描述本发明的至少一个实施例。所属领域的技术人员应明白，本发明同样适用于任何合适的涡轮机和/或发电机。另外，所属领域的技术人员应明白，本发明同样适用于标称大小和/或标称尺寸的各种比例。
如上文所指出，图1至图14描绘并且本发明的多个方面提供一种用于调整转子对定子间隙的系统和方法以及一种体现这种系统的多个方面的涡轮机械。
图1至图3示出根据本发明的实施例的涡轮机100(在图2中标记)的不同方面。图1示出定子200的外壳的分解透视图，所述外壳包括定子上壳220和定子下壳240。定子上壳220包括定子上壳臂222；定子下壳240同样地包括定子下壳臂242。如图2中所示，定子200围绕转子120，所述转子120环绕定子200内的纵轴线250旋转。如所属领域已知，转子120可携带多个叶片140级(图3)。如图2中进一步示出，涡轮机100可进一步组装至底座110。
可通过首先组装定子下壳240(图2至图5)和底座110(图2和图4至图5)，随后组装转子120(图2至图5)来组装涡轮机100。这称为图4中所示的“无盖”条件，在所述条件下，定子下壳240和转子120已组装，但是定子上壳220尚未组装。此时，可测量转子120对定子下壳240的间隙，但是这些值并不直接表示完全组装的涡轮机(也就是在“有盖”条件下，参见图5)的值。定子上壳220可接着组装至定子下壳240(也就是“有盖”条件，参见图5)。在一些涡轮机设计中，特别是在一些高中压涡轮机中，当在组装期间从无盖条件过渡到有盖条件时，用于涡轮机100的结构支撑从下壳臂242(图1)转移至上壳臂222(图1)，并且定子的上壳220的重量增加。在更普遍情况下，当定子上壳220和定子下壳240在水平接缝230(图5)处通过螺栓连接在一起时，整个定子200结构(图1)变得坚固。归因于这些变化和其他变化，在有盖条件和无盖条件下，转子对定子间隙可因可能轻易不可预见的因素而不同。
如图6中所示，可提供现场间隙传感器系统270来用于在多个间隙测量点260或262(图8)的每一个处确定转子120与定子200的内表面210之间的冷态间隙310。可在间隙测量点260处测量叶片140的尖端处或在间隙测量点262处测量喷嘴180的根部处的冷态间隙310。多个间隙测量点260、262中的每一个可设置在与每个其他间隙测量点260、262轴向间隔开的位置处。在各种实施例中，可提供两个到五个轴向间隔开的间隙测量点260、262。例如，在图8中所示的实施例中，提供三个轴向间隔开的间隙测量点260和一个间隙测量点262。
提供多个位移调整装置280(图7、图9)来用于基于图6中所示且由现场间隙传感器系统270(图6)确定的间隙310，使定子上壳220或定子下壳240中的一个的位置相对于底座110移位。在一些实施例中，多个位移调整装置280可设置在定子上壳220与定子下壳240(图9)之间的水平接缝230处。具体而言，位移调整装置280可提供用于定子上壳220或定子下壳240的垂直移动。在定子上壳220或定子下壳240垂直地移位时，定子上壳220或定子下壳240可弹性变形以匹配转子120的安装位置。位移调整装置280可基本上与间隙测量点260、262轴向对准，但是在各种实施例中可能是不对准的。在例如间隙测量点260、262轴向定位在两个位移调整装置280之间的实施例中，可调整位移调整装置280，从而改变间隙测量点260、262处的间隙310(图6)。在一些实施例中，位移调整装置280可为顶起螺丝(图10)、固定螺丝、固定器、液压缸或气压缸中的一个。在其他实施例中，位移调整装置280一旦处于其最终位置就可由例如环氧树脂(epoxy)或水泥(cement)锁定，或在液压缸或气压缸的情况下，使用阀门来锁定位移调整装置280的位置。
返回参考图6，现场间隙传感器系统270可包括位于或靠近间隙测量点260、262(图8)中每一个的感测或测量装置。感测或测量装置的类型可部分取决于涡轮机100内靠近特定间隙测量点260、262的环境。
至少一个间隙传感器可插入到定子下壳240(如图6中)或定子上壳220中，这样使得所述间隙传感器基本上与间隙测量点260(图8)轴向对准。在一个实施例中，电压降传感器300可用于测量跨越(across)电压降传感器300(图11)的尖端302与转子叶片140(图3)的尖端之间的整个间隙310(图6)上的电压降。如图11中所示，转子120叶片140上的径向最外侧点可为叶片密封齿尖160。还可使用现在已知或未来开发的其他类型传感器。
在特定间隙测量点260、262(图8)与叶片140(图3)的所述干燥或上游级122中的一个的转子叶片140尖端轴向对准的情况下可使用电压降传感器300。电压降传感器300可定位在定子200的上壳220或下壳240(图6)中，这样使得在安装传感器300时，传感器300的尖端302(图11)基本上位于涡轮机外壳的外表面的内侧。传感器300的尖端302可基本上与定子200的内表面210齐平或从定子200的内表面210略微凹入。如果一个以上间隙测量点260、262与叶片140(图3)的上游级122轴向对准，那么可提供一个以上电压降传感器300。在各种实施例中，可在叶片140的多个上游级122中提供多个电压降传感器300。
如图11中进一步所示，电压降传感器300可安装至定子200并且借助于传感器保持构件330而固持在适当的位置。传感器保持构件330基本上可为管形，所述传感器保持构件330其中具有用于间隙传感器测量仪表引线340的通道和相对于涡轮机100位于径向向外末端处的凸缘构件331。在一些实施例中，传感器保持构件330可包括单一构件；在其他实施例中，传感器保持构件330可包括两个独立构件，每个独立构件包括半环形部分和凸缘构件331的部分，这样使得这两个单独构件可分开插入到定子200中，并且结合在一起以定位电压降传感器300并容纳间隙传感器测量仪表引线340。螺栓370可用于将传感器保持器330的凸缘构件331附接至定子200。
为了避免图12中所示的沿传感器保持构件330的潜在的蒸汽泄漏路径380，可以完全密封接口(例如，焊接接口、钎焊接口、粘合接口等)的方式永久性地附接电压降传感器300，或可用足够的接触表面积和接触力安装以便防止沿路径380的泄漏。在图12中所示的实施例中，基本上环形形状的密封构件385包括充当密封面的表面390。表面390为位于远端处的基本上环形形状的表面，所述远端即为更靠近电压降传感器300的一端。
如图12中所示，电压降传感器300的近端305与表面390匹配，并且所述表面390被推压在一起以防止涡轮机100(图2、图5)中的工作流体的泄漏。保持构件330和螺栓370或其他附接方法提供必要的力来确保适当的密封。还可使用其他类型的弹簧或例如液压或气压的流体系统来施加力。还可使用垫片或其他密封装置来提供密封。
在其中涡轮机100(图2、图5)为单壳体构造的实施例中，电压降传感器300可嵌入到外壳、喷嘴环或喷嘴盖中，这样使得所述电压降传感器300直接在转子120上进行读取。在任一种情况下，电压降传感器300和相关硬件(包括，例如传感器保持构件330)将穿透外壳。在其中涡轮机100具有双壳体构造的实施例中，电压降传感器300可嵌入到内壳(或喷嘴座)或喷嘴外环中。在这个实施例中，电压降传感器300和相关硬件将穿透所述内壳，并且间隙传感器测量仪表引线340将通过外壳中的测量仪表端口离开涡轮机100(图2、图5)。
除了电压降传感器300之外，现场间隙传感器系统270(图6)可进一步包括激光测量装置290，所述激光测量装置290可移除地附接至最终级叶片124(图3)上的转子叶片140尖端。如图13中所示，激光测量装置290可配置用于在定子上壳220、转子120和定子下壳240(图6和图9)组装在一起时在叶片140(图3)的潮湿的最终级124中测量转子叶片140的尖端与定子200的内表面210之间的有盖间隙。在一些实施例中，激光测量装置290可为可移除的，并且具体可在运行之前从涡轮机100移除。
如所指出，间隙测量点260、262并且因此电压降传感器300和/或激光测量装置290可设置在叶片140的尖端处，或设置在如图8、图11和图13中所示的喷嘴180的根部处。在一些实施例中，定子下壳240可包括插入其中的至少一个电压降传感器300和/或激光测量装置290，这样使得例如电压降传感器300嵌入在定子下壳240中，其中电压降传感器300的径向外缘基本上与定子200的内表面210齐平。在一些实施例中，如图6中所示，电压降传感器300和/或激光测量装置290位于定子200的下壳240中的底部死点位置(dead-centerposition)。在其他实施例中，电压降传感器300和/或激光测量装置290可从底部死点位置偏移一定的角度余量，计算中可考虑所述角度余量。
继续参考图6，在一些实施例中，可提供计算装置350，所述计算装置350通过间隙传感器测量仪表引线340和/或无线通信协议与电压降传感器300和激光测量装置290信号通信。
在测量间隙310时，电压降传感器300和/或激光测量装置290可将表示电压降和/或间隙310的信号传输至计算装置(computing device)350。如图6中所示，计算装置350包括处理器346；存储器352；以及通过通路354可操作地彼此连接的输入/输出(I/O)接口348，所述通路354在计算装置350中的部件的每一个之间提供通信链路。另外，示出计算装置350与显示器356、外部I/O装置/资源358和存储单元360通信。I/O资源/装置358可包括一个或多个人类用I/O装置，诸如鼠标、键盘、操纵杆、数字小键盘或字母数字小键盘或其他选择装置，所述其他选择装置允许人类用户与计算装置350和/或一个或多个通信装置互动，以允许装置用户使用任何类型的通信链路与计算装置350通信。
一般而言，处理器346执行计算机程序代码362，所述计算机程序代码362提供计算装置350的功能。本说明书进一步描述的例如间隙计算器模块364的模块存储在存储器352和/或存储单元360中，并且执行如本说明书所描述的本发明的功能和/或步骤。存储器352和/或存储单元360可包括驻留在一个或多个物理位置处的各种类型计算机可读数据存储介质的任意组合。在此程度上，存储单元360可包括一个或多个存储装置，例如磁盘驱动器或光盘驱动器。另外，应理解，图6中未示出的一个或多个其他部件可包括在计算装置350中。另外，在一些实施例中，一个或多个外部I/O装置358、显示器356和/或存储单元360可容纳在计算装置350中，而不是如图所示位于外部，所述计算装置350呈可为便携式和/或手持式的计算装置350形式。
计算装置350可包括一个或多个通用计算制品，所述通用计算制品能够执行安装在其上的程序代码，例如程序362。如本说明书所使用，应理解“程序代码”指的是任何语言、代码或符号的任何指令集合，所述指令集合使得具有信息处理能力的计算装置直接或在以下任一种组合之后执行特定操作：(a)转换为另一种语言、代码或符号；(b)以不同材料形式复制；和/或(c)解压缩。在此程度上，程序362可体现为系统软件和/或应用程序软件的任意组合。
另外，可使用诸如间隙计算器364或模块组366的模块实施程序362。在这种情况下，计算器364可允许计算装置350执行程序362使用的一组任务，并且可脱离程序362的其他部分单独开发和/或实施。如本说明书所使用，术语“部件”指的是具有或不具有软件的任何硬件配置，所述硬件配置使用任意解决方案实施与其结合描述的功能；而术语“模块”指的是程序代码，所述程序代码允许计算装置350使用任意解决方案实施与其结合描述的操作。当固定在包括处理器346的计算装置350的存储器352或存储单元360中时，模块为部件中实施操作的实质部分。不论如何，应理解，两个或更多个部件、模块和/或系统可共享其各自的一些/全部硬件和/或软件。另外，应理解，本说明书所讨论的一些功能可能不实施，或其他功能可包括作为计算装置350的一部分。
当计算装置350包括多个计算装置时，每个计算装置上可能仅固定程序362的一部分(例如，一个或多个模块364、366)。然而，应理解，计算装置350和程序362仅表示可执行本说明书所描述的过程的各种可能的等效计算机系统。在此程度上，在其他实施例中，由计算装置350和程序362提供的功能可至少部分地由一个或多个计算装置实施，所述一个或多个计算装置包括具有或不具有程序代码的通用和/或专用硬件的任意组合，所述硬件包括但不限于用于定子对转子间隙的手持式测量装置。在每个实施例中，硬件和程序代码(如果包括)可分别使用标准工程设计技术和编程技术来创建。
当计算装置350包括多个计算装置时，所述计算装置可在任何类型的通信链路上通信。另外，当执行本说明书所描述的过程时，计算装置350可使用任何类型的通信链路与一个或多个其他计算机系统通信。在任一种情况下，通信链路可包括各种类型的有线和/或无线链路的任意组合；包括一个或多个类型网络的任意组合；和/或利用各种类型传输技术和协议的任意组合。
如所指出，计算装置350包括用于分析信号的间隙计算器模块364，所述信号由电压降传感器300和/或激光测量装置290提供。使用来自电压降传感器300的表示电压降的信号，或使用来自激光测量装置290的间隙310测量，间隙计算器模块364可计算冷态间隙310。
冷态间隙310可在涡轮机100关机并冷却时测量。在其他实施例中，在间隙310的测量期间，转子120可例如使用风动发动机缓慢地旋转。这允许冷态间隙310将与转子120(图3)上的各个径向延伸的叶片140的长度变化相关的任何间隙变化考虑在内。例如，转子120可以每分钟约0.25转至约8转(RPM)的速度旋转。
参考图14，还提供一种用于测量和调整完全组装的涡轮机中的转子对定子间隙的方法。
在步骤S1中，如上文参考图4所描述，可通过首先将定子下壳组装至底座，随后组装转子来组装所述涡轮机。定子上壳可接着附接至定子下壳，这样使得转子设置在定子内，并且环绕所述定子的纵轴线(图5)旋转。
在步骤S2中，如图14中所示，可使用现场间隙传感器系统在多个间隙测量点的每一个处确定转子上径向最外侧点与定子的内表面之间的冷态间隙。转子可使用风动发动机或其他装置例如以每分钟约0.25转至约8转(RPM)的速度缓慢地旋转，同时在多个间隙测量点处确定冷态间隙。间隙测量点的每一个可与每个其他间隙测量点轴向间隔开。如上文所讨论，在一些实施例中，涡轮机可包括例如两个到五个间隙测量点。
现场间隙传感器系统可包括插入到定子上壳或定子下壳中的至少一个电压降传感器，所述电压降传感器基本上与叶片的干燥或上游级以及间隙测量点对准。可定位电压降传感器，这样使得它们在涡轮机的最终运行期间可保持在适当的位置。现场间隙传感器系统可进一步包括激光测量装置，所述激光测量装置在另一个间隙测量点处可移除地附接至转子叶片的径向向外末端。具体而言，激光测量装置可附接至转子叶片，所述转子叶片为叶片的最终、潮湿级的一部分。激光测量装置可用于在定子上壳、转子和定子下壳组装在一起时测量转子叶片尖端与定子的内表面之间的有盖间隙。电压降传感器和激光测量装置可分别将电压降和测量数据传达给计算装置350，所述计算装置350包括如上所述的间隙计算器模块364。计算装置350可计算并且在一些实施例中可在显示器上显示所确定的冷态间隙。激光测量装置可以无线方式运行，并且可经由无线通信协议与如上文所讨论的计算装置通信。
在步骤S3中，可基于所述位置处先前确定的冷态间隙在多个间隙测量点的每一个处调整转子与定子之间的冷态间隙。在一些实施例中，可使用位移调整装置，使定子上壳或定子下壳相对于底座移位来执行调整。具体而言，定子外壳的相关部分可相对于底座垂直地移位。由于底座基本上是固定的，所以定子外壳的垂直位移导致定子外壳的弹性变形或扭曲，因为位移已被传递至所述定子外壳。实现定子上壳和/或定子下壳的形状的变化，以适应定子内转子的位置。
在调整转子与定子之间的冷态间隙之后，在步骤S4中，可在多个间隙测量点的每一个处重新确定冷态间隙，以确认所述冷态间隙是否在可接受的界限内。如果重新确定指示(indicate)冷态间隙不符合预先确定的阈值，那么可在多个间隙测量点的每一个处重新调整转子与定子之间的冷态间隙。可使用如先前所描述的位移调整装置执行重新调整，以使定子上壳或定子下壳中的一个或两者相对于底座移位。
在步骤S5中，在调整位移调整装置并且认为冷态间隙是可接受的之后，可锁定位移调整装置。在一些实施例中，位移调整装置可为顶起螺丝、固定螺丝或固定器中的一个，并且可应用环氧树脂或水泥来锁定位移调整装置的位置。在其他实施例中，位移调整装置可为液压缸或气压缸，并且可关闭阀门来将位移调整装置锁定在适当的位置，从而防止任何其他、无意的位移调整。在步骤S6中，对冷态间隙进行最终调整之后可移除激光测量装置。
如先前所提及以及在本说明书中进一步讨论，用于调整涡轮机械冷态间隙的系统和方法具有使得能够测量和调整涡轮机械100中的转子120与定子200之间的冷态间隙310的技术效果。使用在多个间隙测量点260、262的每一个处确定的冷态间隙310，可识别对定子上壳220和/或定子下壳240的垂直位移的调整。对定子上壳220或定子下壳240上的点的垂直位移调整允许定子200外壳弹性变形和扭曲，以适应转子120的安装位置。这些测量和调整可在定子下壳240、转子120和定子上壳220的组装之后进行，从而避免对耗费时间和劳力的反复调整和重新安装的需要。应理解，图6中所示的各种部件的一些可独立、组合实施，和/或存储在存储器中以用于包括在计算装置350中的一个或多个单独计算装置。
如本说明书所使用，术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元素与另一个元素区分开，并且术语“一个”和“一种”在本说明书中不表示数量的限制，而是表示存在至少一个参考项目。与数量结合使用的修饰语“约”包括规定值并且具有上下文所指定的含义(例如，包括与特定数量的测量相关联的误差度)。如本说明书所使用的后缀“(s)”意图包括其所修饰的术语的单数形式和复数形式，从而包括一个或多个所述术语(例如，金属(s)包括一种或多种金属)。本说明书公开的范围具有包括性并且可独立组合(例如，“至多约6个或更具体而言约3个至约6个传感器”的范围包括端点值以及“约3个至约6个”范围的所有中间值等)。
虽然本说明书已描述各种实施例，但是根据说明书将了解，其中各种元件、变化或改进的组合可由所属领域的技术人员作出，并且在本发明的范围内。此外，可进行许多修改，以在不脱离本发明的基本范围的情况下使特定情况或材料适合于本发明的教义。因此，本发明并不意图受限于公开作为设想用于实施本发明的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括属于所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种涡轮机械，其特征在于，所述涡轮机械包括：
具有多个叶片级的转子；
围绕所述转子的定子，所述定子包括定子下壳和定子上壳；
现场间隙传感器系统，所述现场间隙传感器系统用于在多个间隙测量点中的每一个处确定所述转子与所述定子之间的冷态间隙，其中所述多个间隙测量点中的每一个设置在与每个其他间隙测量点轴向间隔开的位置处，所述现场间隙传感器系统包括：
电压降传感器，所述电压降传感器各自设置在多个间隙测量点中的相应的间隙测量点处，并在相应的间隙测量点处插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，使得所述电压降传感器的径向外缘基本上与其所插入的所述定子上壳或所述定子下壳的内表面齐平，其中所述电压降传感器在相应的间隙测量点处与上游级叶片的转子叶片尖端轴向对准，并且所述电压降传感器构造成测量跨越所述电压降传感器的尖端与转子叶片的尖端之间的间隙的电压降；以及
彼此轴向间隔开的多个位移调整装置，所述位移调整装置用于相对于底座并基于由所述现场间隙传感器系统确定的所述间隙使所述定子上壳或所述定子下壳中的一个的位置移位，从而调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙。
2.根据权利要求1所述的涡轮机械，其特征在于，所述现场间隙传感器系统进一步包括激光测量装置，所述激光测量装置可移除地附接至以下中的一个：
最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置配置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片的所述尖端与所述定子上壳或所述定子下壳的所述内表面之间的有盖间隙，或
喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置配置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙。
3.根据权利要求1所述的涡轮机械，其特征在于，所述多个间隙测量点进一步包括两个到五个轴向间隔开的间隙测量点。
4.根据权利要求1所述的涡轮机械，其特征在于，所述多个位移调整装置设置在所述定子上壳与所述定子下壳之间的水平接缝处。
5.根据权利要求1所述的涡轮机械，其特征在于，所述多个间隙测量点的至少一个设置在所述定子下壳的底面上。
6.根据权利要求1所述的涡轮机械，其特征在于，所述位移调整装置各自进一步包括以下中的一个：顶起螺丝或固定螺丝，并且其中所述位移调整装置各自进一步包括锁定件，所述锁定件为以下中的一个：环氧树脂或水泥。
7.根据权利要求1所述的涡轮机械，其特征在于，所述位移调整装置各自进一步包括液压缸或气压缸中的一个，并且
其中所述位移调整装置各自进一步包括用于锁定所述位移调整装置的位置的阀门。
8.一种用于调整转子对定子间隙的方法，其特征在于，所述方法包括：
组装涡轮机械，所述涡轮机械包括具有定子下壳和定子上壳的定子以及设置在所述定子内的转子；
使用现场间隙传感器系统在多个间隙测量点中的每一个处确定所述转子与所述定子之间的冷态间隙，其中所述间隙测量点中的每一个与每个其他间隙测量点轴向间隔开，其中确定所述冷态间隙进一步包括使用包括多个电压降传感器的现场间隙传感器系统，其中所述多个电压降传感器中每个电压降传感器在多个间隙测量点中的相应的间隙测量点处插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，以用于测量跨越所述每个电压降传感器的尖端与转子叶片尖端之间的间隙的电压降，其中所述多个电压降传感器各自与上游级叶片轴向对准；以及
基于所确定的冷态间隙调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙，所述调整包括：
通过使所述定子上壳或所述定子下壳中的一个相对于底座移位来改变所述定子上壳或所述定子下壳的形状，以适应所述转子在所述定子中的位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙之后，在所述多个间隙测量点中的每一个处重新确定所述转子与所述定子之间的冷态间隙；以及
如果重新确定的冷态间隙指示所述冷态间隙不符合预先确定的阈值，那么重新调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙，所述重新调整包括使用位移调整装置来基于所述重新确定的冷态间隙使所述定子上壳或所述定子下壳中的一个相对于所述底座移位，从而改变所述定子上壳或所述定子下壳的所述形状，以适应所述转子在所述定子内的所述位置。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以每分钟0.25转至8转(RPM)的速度旋转所述定子内的所述转子，同时在所述多个间隙测量点中的每一个处确定所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述冷态间隙进一步包括使用包括激光测量装置的现场间隙传感器系统，其中：
所述激光测量装置可移除地附接至最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片尖端与所述定子的内表面之间的有盖间隙；或
所述激光测量装置可移除地附接至喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在作出最终调整之后从所述转子叶片移除所述激光测量装置。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述调整进一步包括调整位移调整装置的垂直位置，其中所述位移调整装置包括以下中的一个：顶起螺丝、固定螺丝、液压缸或气压缸。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙之后，锁定所述位移调整装置的位置。
15.一种用于调整涡轮机械中的转子对定子间隙的系统，其特征在于，所述系统包括：
现场间隙传感器系统，所述现场间隙传感器系统用于在多个间隙测量点中的每一个处确定转子与定子之间的冷态间隙，所述定子包括定子下壳和定子上壳，并且所述转子设置在所述定子中，
其中所述现场间隙传感器系统包括至少一个电压降传感器，所述电压降传感器在间隙测量点处插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，以用于测量跨越所述电压降传感器的尖端与转子叶片尖端之间的间隙的电压降，
与所述电压降传感器信号通信的计算装置，所述计算装置包括处理器和存储器，所述存储器包括指令，当由所述计算装置执行所述指令时，使所述计算装置基于表示所述电压降的信号确定所述转子与所述定子之间的间隙；以及
设置在所述定子上的位移调整装置，所述位移调整装置用于相对于底座并基于所述转子与所述定子之间所确定的间隙使所述定子上壳或所述定子下壳中的一个的位置移位，从而将所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙调整为期望的距离。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述现场间隙传感器系统进一步包括激光测量装置，
其中，所述激光测量装置可移除地附接至最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置配置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片的尖端与所述定子上壳或所述定子下壳的内表面之间的有盖间隙；或者所述激光测量装置可移除地附接至喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙，
其中所述激光测量装置与所述计算装置信号通信。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述多个间隙测量点进一步包括两个到五个轴向间隔开的间隙测量点。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述位移调整装置包括以下中的一个：顶起螺丝、固定螺丝、液压缸或气压缸，并且其中所述位移调整装置包括锁定件，所述锁定件用于在完成调整之后固定所述位移调整装置的位置。
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