CN106812553A - 就地用于涡轮机中的转子的加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种就地用于涡轮机中的转子的加热系统。与仅从外部涡轮外壳加热的传统系统相比，本发明的实施例加热转子。在一个实施例中，加热系统包括加热元件以加热转子的外表面的一部分。在另一个实施例中，加热系统可以包括至少部分地定位在转子内的加热元件，转子包括加热系统。每个实施例可以包括控制加热元件的操作的控制器。

Description

就地用于涡轮机中的转子的加热系统

相关申请的交叉参考

本申请涉及同时提交并且当前待审的美国申请号为14/877991和14/877996，档案号分别为282941A和282941B。

技术领域

本发明大致涉及加热系统(heating systems)，并且更具体地涉及就地(in-situ)用于涡轮机中的转子的加热系统和相关转子。

背景技术

为了起动一些涡轮机，比如蒸汽轮机，通常需要保证涡轮机的零部件(parts ofthe turbomachine)处于合适的温度。无论涡轮机从冷起动(cold start)、暖起动(warmstart)或在电力产生临时停止之后的热起动(hot start)起动都希望起动温度控制。起动温度控制是必要的，例如以确保和优化零件之间的适当的公差和间隙，防止由于必须利用工作流体加热零件而引起的慢起动，以及控制能够缩短零件寿命的低循环疲劳(low cyclefatigue)。

传统地，热毯(heat blankets)可被应用于涡轮机的外壳(或壳体)以例如向蒸汽涡轮的高压或中压外壳施加热。热从热毯通过外壳传导到涡轮的包括叶片的各个零部件内并且理论上(ideally)传导至转子内并且通过转子。热毯对于单个外壳来说足够起作用，但是对于采用双外壳的情况提出了挑战。特别地，如图1的示意性截面图所示，对于双外壳涡轮6来说，从热毯10的热传递8更加困难，因为在热到达内部零部件之前需要传导通过外壳(outer casing)14与内壳(inner casing)16之间的间隔(separation)12。另外，存在于涡轮机中的不同材料/零部件的热传导率可以在具有绝热效应的接头(junctions)20(点)之间形成一系列热阻，这对于所需的热传递是不利的。例如，对于外壳14的热阻可以高于内壳16，或者内壳16的热阻可以高于转子24的热阻，引起每个接头组之间的温差。热毯装置还使得应被传导至转子24并且通过转子24的热通过工作流体18的流动路径不利地削弱。

发明内容

本发明的第一方面提供一种就地用于涡轮机外壳中的转子的加热系统，该加热系统包括：用于就地加热涡轮机外壳中的转子的至少一部分的加热元件。

在一较佳实施例中，所述加热元件构造成加热所述转子的外表面的至少一部分。

所述的加热系统较佳地还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器构造成感测所述转子的所述外表面的所述至少一部分的温度，所述控制器基于感测的温度控制所述加热元件的操作。

其中，所述加热元件包括感应加热线圈(an induction heating coil)，所述感应加热线圈定位成与所述转子的所述外表面的所述至少一部分相邻。

所述的加热系统较佳地还包括包围所述转子的所述外表面的所述至少一部分的感受器构件(a susceptor member)，所述感受器构件在其中具有所述加热元件。

更佳地，所述加热元件还包括电阻加热器(a resistance heater)和电感加热器(an inductance heater)中的至少一者。

所述的加热系统较佳地还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器构造成感测所述转子的温度，所述控制器基于感测的温度控制所述加热元件的操作。

更佳地，所述温度传感器位于所述感受器构件中或位于所述感受器构件上。

所述的加热系统较佳地还包括与所述转子相邻的用于密封所述涡轮机外壳的一部分与所述转子的密封组件(a seal pack)，以及其中，所述温度传感器位于所述密封组件中或位于所述密封组件上。

在一较佳实施例中，所述加热元件至少部分地定位在所述转子内。

更佳地，所述加热元件包括至少一个加热杆(calrod)。

更佳地，每个加热杆从所述转子的端部延伸至所述转子内，并且还包括连接至位于所述转子的外部的每个加热杆的至少一个电触点(at least one electricalcontact)，以阻抗地加热(resistively heat)相应的加热杆。

更佳地，每个加热杆联接至与所述感应加热线圈相邻的电感变压器(aninduction transformer)，用于为所述加热杆提供电力。

所述的加热系统较佳地还包括永磁发电机(a permanent magnet generator)，所述永磁发电机操作地联接至所述转子用于为至少一个加热元件提供电力。

更佳地，所述加热元件包括至少部分地定位在所述转子中的多个加热元件，每个加热元件具有所述转子的不同的轴向位置。

所述的加热系统较佳地还包括控制每个加热元件的操作的控制器。

所述的加热系统较佳地还包括多个温度传感器，每个温度传感器构造成在不同的轴向位置中的相应的一个处感测所述转子的温度，以及，所述控制器基于在所述不同的轴向位置感测的温度控制每个加热器的操作。

更佳地，所述多个温度传感器分别是(或均是)定位在所述转子内的光纤温度传感器的一部分(part of a fiber optic temperature sensor)。

更佳地，每个加热元件包括加热杆，每个加热杆向所述转子内轴向地延伸不同的长度。

在一较佳实施例中，所述加热元件包括多个加热元件，每个加热元件构造成加热所述转子的不同的轴向位置。

在一较佳实施例中，所述加热元件包括至少部分地定位在所述转子中的至少一个第一加热元件和构造成加热所述转子的外表面的至少一部分的至少一个第二加热元件。

所述的加热系统较佳地还包括构造成加热所述涡轮机外壳的外部的热毯(heating blanket)。

所述的加热系统较佳地还包括用于在加热期间使所述转子旋转的旋转机构(aturning gear)。

所述的加热系统较佳地还包括构造成感测所述转子的温度的温度传感器和基于感测的温度控制所述加热元件的操作的控制器。

更佳地，所述控制器还控制进入所述涡轮机的工作流体流。

本发明的第二方面提供一种在涡轮机的外壳中就地用于转子的加热系统，该加热系统包括：构造成加热涡轮机的外壳中的原位转子的外表面的至少一部分的第一加热元件；和用于控制第一加热元件的操作的控制器。

本发明的第三方面提供一种用于涡轮机的转子，该转子包括：细长形本体；和加热元件，加热元件至少部分地定位在细长形本体中用于在涡轮机中就地加热转子的至少一部分。

本发明的第四方面可以包括一种在涡轮机的外壳中就地用于转子的加热系统，该加热系统包括：构造成至少部分地定位在转子内用于在涡轮机的外壳中就地加热转子的内部部分的加热元件；和用于控制加热元件的操作的控制器。

本发明的示例性方面设计成解决本发明中说明的问题和/或没有论述的其他问题。

附图说明

通过结合描绘本发明的各个实施例的附图所作出的对本发明的各个方面的以下详细说明将更加容易地理解本发明的这些以及其他特征，在附图中：

图1示出采用热毯的传统涡轮机的示意性横截面图。

图2示出采用根据本发明的实施例的加热系统的蒸汽涡轮形式的示例性涡轮机的部分剖视透视图。

图3示出采用根据本发明的实施例的加热系统的涡轮机的示意性横截面图。

图4示出根据本发明的实施例的用于转子的外表面的加热系统的细节横截面图(detailed cross-sectional view)。

图5示出根据本发明的另一个实施例的用于转子的外表面的加热系统的细节横截面图。

图6示出根据本发明的另一个实施例的用于转子的外表面的加热系统的细节横截面图。

图7示出根据本发明的实施例的用于转子的内部部分的加热系统的细节横截面图。

图8示出根据本发明的另一个实施例的用于转子的内部部分的加热系统的细节横截面图。

图9示出根据本发明的实施例的用于采用永磁发电机的转子的内部部分的加热系统的细节横截面图。

图10示出根据本发明的实施例的用于转子的不同的内部轴向位置的加热系统的细节横截面图。

图11示出根据本发明的实施例的采用各种可替代结构的图10的加热系统的细节横截面图。

注意到，本发明的附图未按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的一般方面，因此不应被理解为限制本公开的范围。在附图中，相同的数字在附图中代表相同的元件。

具体实施方式

如上所述，本发明提供涡轮机中就地(in-situ)用于转子的加热系统。与仅传导来自外部外壳的热的传统系统相比，本发明的实施例直接加热转子。加热系统可以采用各种实施例。在一个实施例中，加热系统包括加热元件，以就地加热涡轮机中的转子的外表面的一部分。在另一个实施例中，加热系统可以包括至少部分地定位在转子内以在涡轮机中就地加热转子的加热元件。每个实施例可以包括控制加热元件的操作的控制器。本发明中说明的加热系统可以提供比如为但不限于以下优势：闭环温度控制以补充(supplement)和/或抵消(counteract)来自热毯的内部热流(internal heat flow)以保持所需的部件温度，控制温度缓变率(ramp rates)，控制预起动(pre-startup)和起动过程中的温度变化率(temperature rates)，形成与所需起动曲线相称的部件温度，以及协调外壳和转子温度以在起动期间管理和优化间隙、转子应力、外壳应力和不同的循环疲劳。另外的优势包括在启动之前恢复转子“弯曲”状态(利用转子加热和旋转机构(turning gear))，以及通过转子弯曲条件减小起动振动和起动时间。本发明的实施例还可被用于在起动期间减小转子与转子的清管器(rabbit)装配界面温差(如果出现过大温差，则可能引起联接或清管器装配的失效以及涡轮机剧烈振动)。

参照附图，图2示出作为蒸汽涡轮100的示例性形式的涡轮机90的局部切除的透视图。蒸汽涡轮100包括转子114和多个轴向间隔的转子轮118。多个旋转叶片120机械地联接至每个转子轮118。更具体地，叶片120以围绕每个转子轮118周向延伸的行布置。多个固定轮叶122围绕转子114周向地延伸，固定轮叶122轴向地定位在相邻排的叶片120之间。固定轮叶122与叶片120配合以形成级并且限定通过涡轮100的蒸汽流动路径的一部分。在操作中，蒸汽124进入涡轮100的进口126，并且被引导穿过固定轮叶122。固定轮叶122将蒸汽124向下游对着叶片120引导。蒸汽124穿过剩余级，在叶片120上施加力以使转子114旋转。转子114的至少一端可以附连至负载或机器(未示出)，比如但不限于发电机和/或另一个涡轮。在如图2所示的本发明的一个实施例中，涡轮100包括五个级。五个级被称为L0、L1、L2、L3和L4。级L4是第一级并且是五个级中最小的(沿径向方向)。级L3是第二级并且是沿轴线方向的下一级。级L2是第三级并且示出为位于五个级的中间。级L1是第四级并且是倒数第二级。级L0是最后级并且是最大的(在径向方向)。可以理解的是，五个级示出为仅一个示例，每个涡轮可以具有多于或少于五个级。此外，如本发明中所说明的，本发明的教导不需要多级涡轮。此外，在此强调的是虽然将相对于蒸汽涡轮说明本发明的教导，但是涡轮机90可以包括例如在涡轮机的起动期间需要加热内部零件的任何形式的涡轮机，任何形式的涡轮机包括但不限于燃气轮机、蒸汽轮机和压缩机。

图3示出采用根据本公开的实施例的加热系统200的例如为蒸汽涡轮的示例性涡轮机190的示意性横截面图。涡轮机190可以包括较大涡轮机系统的任何区段，例如燃气涡轮、蒸汽涡轮系统的高压、中压或低压区段、压缩机等等。示例性涡轮机190示出为包括外壳204和内壳206。然而，在此强调的是本发明的教导不限于双壳体涡轮机，并且可以等同地应用于单壳体机器。转子210示出为就地定位在涡轮机190中，即定位在外壳204、206中的操作位置中。涡轮212联接至转子210并且可以包括涡轮机190的轮叶/叶片级(由梯形共同地表示)，如相对于图2的涡轮机90所说明的。工作流体214(例如蒸汽、空气、燃烧燃料等等)示出为运动通过涡轮212和/或围绕涡轮212运动。根据本发明的实施例的热传递路径以弯曲箭头220示出，例如为涡轮机中的离散温度位置的热阻接头222以点的形式示出。沿着转子210的轴向长度可以以传统方式采用多个轴承224。

在图3所示的实施例中，示出根据本发明的实施例的用于涡轮机190的外壳204和/或内壳206中的就地加热转子210的加热系统200。一般地，加热系统200可以包括用于就地加热涡轮机的外壳中的转子210的至少一部分的任何形式的加热元件230，涡轮机的示例性实施例将在本发明中进一步说明。如图所示，与传统系统相比，在转子210内产生热并且热轴向地传递穿过转子210以及进入比如为外壳204、206的内部零件内，使得热如由箭头220所示地径向向外传播。如将在本发明中说明的，在也采用热毯232的情况下，加热系统200可以作用为平衡通过涡轮机190(例如通过热阻接头222)的热传递和/或改善该热传递。

参照图4-11，提供根据本发明的加热系统200的示例性实施例。图4-6示出转子210的放大的细节横截面图，在此加热元件330、430构造成加热转子的外表面240的至少一部分；以及图7-11示出转子210的放大的细节横截面图，在此加热元件530构造成加热转子的内部的至少一部分。

参照图4，在一个实施例中，用于加热转子210的外表面340的一部分的加热元件330可以包括与转子210的外表面240的至少一部分相邻定位的感应加热线圈332。(在加热线圈332包围转子210时，加热线圈332延伸到页面内并且延伸出页面)。加热线圈332可以环绕如所需要的那么多的转子210，以提供所需的加热，例如90°、180°、350°、360°。感应加热是电子振荡器使高频电流(AC)穿过金属感应加热线圈332的众所周知的技术。该电流引起由线圈环绕的体积内的电磁通量。如果将具有低电阻的物体(例如金属)放置在该体积内，将在物体的外表面上产生涡流以抵抗进入的线圈通量。涡流则由于焦耳热而加热物体。控制器340可以联接至加热元件330以控制其操作。一个或更多个温度传感器334可以提供以及构造成感测转子210的外表面的至少一部分的温度。在整个发明中说明的温度传感器334可以包括任何现在已知或随后开发的温度传感器，比如热电偶(thermocouples)、红外传感器(infrared sensors)、光纤传感器(fiber optic sensors)等等。如将关于随后的实施例所说明的，温度传感器334还可以设置成光纤温度传感器的形式。

在图5所示的另一个实施例中，感受器构件(susceptor member)432可以设置成包围转子210的外表面240的至少一部分，例如90°、180°、350°、360°等等。感受器构件432可以包括能够吸收来自感应加热线圈334A和/或电阻加热器434的能量以及传递由此而来的热和/或将能量转换成热的任何材料，例如金属。在图5的实施例中，还提供密封组件(sealpack)338以密封外壳204和转子210。密封组件338可以包括任何现在已知或随后开发的密封组件结构。使用具有密封组件338的感受器构件432向转子210和外壳204两者施加热，提供与图4的实施例相比的附加热损失阻滞。此外，由于热首先进入感受器构件432以及然后进入转子210，感受器构件432的使用可以作用为与图4的实施例相比更好地扩展热，并且因此可以减轻转子210和/或轴承224的过热。在图5的实施例中，感受器构件432可以包括位于其中的加热元件430。如图5所示，在一个实施例中，加热元件430可以包括电阻加热器434，即，能够通过使电流穿过而产生热的任何元件。可替代地，如图6所示，加热元件430可以包括电阻加热器434和电感加热器436(类似于感应加热线圈332(图4))。在任何情况下，每个加热器434和/或436可以联接至控制器340，用于控制加热器的操作。如图4-6所示，一个或更多个温度传感器334(包括下述的334A和334B)可被构造成感测转子210或其他零件的温度。控制器340可以基于感测温度控制加热元件434和/或436的操作。

温度传感器334可以定位在需要温度监控的任何数量的位置中。在一个实施例中，如图5-6所示，温度传感器334A位于感受器构件432中或位于其上。另外的或作为替代方案，在密封组件338与转子210相邻定位，用于密封外壳204的一部分与转子210的情况下，温度传感器334B可以定位在密封组件中或定位在密封组件上。尽管未在横截面图中示出，可以理解的是温度传感器334可以定位在转子210周围的任何位置处。

此外关于图4-6的实施例，虽然示出为一个轴向位置在外壳204的一端处被加热，在此强调的是，可以利用如本发明中说明的加热元件230、330、430加热转子210的任何数量的轴向位置。例如，如图3所示，转子210可以在外壳204的每个端部处被加热。可替代地，如图4所示，可以例如利用加热元件330和330′(以虚线示出)加热外壳204的一端上的一个以上的轴向位置。类似地，在图5和图6的实施例中采用了多个轴向位置加热。

如用于本发明中说明的各个实施例的控制器，例如图4-6中的控制器340，可以包括能够基于来自所使用的一个或更多个温度传感器的反馈控制加热元件的任何现在已知或随后开发的工业机器控制处理器。控制器340可以是独立的控制器，或者可以与其他涡轮机190的控制器集成。例如，参照图4-6的实施例，控制器340可以基于感测温度自动地控制加热元件330、430和/或330′(图4)的操作，以产生所需的热并且防止例如轴承224的过热。控制器340可以操作加热元件以实现各种目标中的任一种，所述目标比如为但不限于：提供闭环温度控制以补充和/或抵消来自热毯232(图3)(在设置的情况下)的内部热流从而保持所需温度、控制升温速率、控制预起动和起动过程温度变化率、形成与所需起动温度相当的温度、协调外壳和/或转子温度以在起动期间管理和优化间隙、管理转子温度以消除转子弯曲。在另一个示例中，控制器340可以控制起动早期期间的转子温度以优化间隙和最小化第一入口蒸汽的冷却效果。虽然本发明中已示出从控制器到各个其他部件的特定数量的导线/线，在此强调的是导线的数量可以根据所采用的实施例而变化。例如，在转子接地的情况下，在转子本体可被用于电流返回路径时，可以减少加热杆旋转电连接的数量，例如每个加热杆2至1个电连接。

图4-6的实施例的不接触特征提供多个有益效果。例如，加热元件330、430和/或330′可被容易地安装在新式涡轮机或在空间允许的情况下已经在现场的转子的改型中。此外，可以在不对210做出任何改变的情况下向比如为转子210的旋转部件施加热。

参照图7-11，在另一个实施例中，加热元件530可被至少部分地定位在转子210内。如本发明中所使用的，“定位在…内(positioned within)”表示加热元件至少部分地位于转子210的细长形本体的内部，由此使得来自加热元件的热可被传递到转子内；加热元件不必须完全接触转子的材料或由转子的材料包围。即，位于转子210中的加热元件530定位其中的开口或孔532可以非常接近加热元件530或与加热元件530接触，如图7所示，或者可以仅包围加热元件530，如图8所示，或其某种组合。

在图7-11中，加热元件530可以包括至少一个加热杆(calrod)540。“加热杆”可以是其中的热由电流阻抗地(焦耳加热)产生的管、线圈或其他结构形式的任何类型的众所周知的导线加热元件。加热杆540可以以多种方式应用，比如但不限于能够从例如Watlow电气制造公司的商标获得的筒式加热器(cartridge heaters)。筒式加热器一般包括封装加热杆和连接其上的任何必要的电连接的外壳。在所示出的实施例中，每个加热杆540从转子210的端部延伸至转子(孔532)内。每个加热杆540可以包括位于转子210的外部的至少一个电触点(electrical contact)542，以便在转子210旋转时向加热杆提供电力。在一个实施例中，如图7所示，在采用单个加热杆540的情况下，电触点542可以包括刷式电连接(brush electrical connection)544，刷式电连接544在加热杆540随转子210旋转时电气接触相应的加热杆540的外部。刷式电连接544操作地联接至控制器340，控制器340可以包括定尺寸成向加热杆540提供电力的交流(AC)电源。在另一个实施例中，如图8所示，电触点542可以包括操作地联接至加热杆540用于向加热杆540供电的电感变压器550。电感变压器550可以包括用于在固定零件与转子210上的旋转零件之间电磁地感应电力的任何现在已知或随后开发的装置。电感变压器550还操作地联接至控制器340，控制器340可以包括定尺寸成向加热杆540提供电力的交流(AC)电源。每个加热杆540可以具有其自身的联接至电感变压器550的联接器，或者加热杆可以共用联接器。

在另一个实施例中，如图9所示，作为选择方案，永磁发电机560可被操作地联接至转子210，以例如向加热元件530和/或控制器340提供电力。发电机560与转子210相互作用以已知方式产生用于控制器340和/或加热元件530的电力。控制器340可以控制由发电机560产生并且传递至加热元件530的电力。虽然图9示出了包括电感变压器550的加热系统200，但是在此强调的是发电机560可被应用于本发明中说明的任何实施例中。

参照图10，在另一个实施例中，加热元件530可以包括至少部分地定位在转子210内的多个加热子元件570，例如为筒式加热器形式的加热杆540。在这种情况下，每个加热子元件570加热转子210的不同的轴向位置。即，每个加热子元件570可以向转子210内延伸不同的距离以加热转子210的不同的轴向位置。这样，转子210可被非常精确地加热。控制器340可以控制每个加热子元件570的操作。多个加热杆还提高了转子加热系统的可靠性，这是因为只要一个加热杆在操作转子仍能够被加热。

可以采用多个温度传感器334，每个温度传感器334构造成在不同的轴向位置中的相应的一个处感测转子210的温度。控制器340可以基于不同的轴向位置的感测温度，例如每个加热子元件570的相应的温度和/或其周围的温度，控制每个加热子元件570的操作。温度传感器334可以以多种方式实施，例如转子210上的热电偶，聚焦在用于转子210的不同的外部轴向位置上的光基传感器。在一个实施例中，如图10所示，比如为热电偶或光纤温度传感器的多个温度传感器334定位在转子210内。如本领域所理解的，光纤温度传感器580可以包括一个或多个光纤细条582(见图11)，光纤细条582的端部能够定位在转子210的选择的轴向位置处以测量此处的温度。光纤温度传感器580可以利用单根光纤电缆沿着位于转子开口532内的转子轴线在多个位置处提供转子温度监测。尽管仅在图10和图11的实施例中示出，但是光纤温度传感器580可被应用于本发明中说明的任何实施例。

参照图11，在另一个实施例中，可以对本发明中说明的加热系统200的变型进行组合，这可以是有利的，例如以减小内部加热元件530的功率或作为备用系统以在涡轮212(图3)的起动期间提供补充加热。组合系统对于蒸汽涡轮转子的前端部是特别有益的。图11示出组合加热元件的一个示例，组合加热元件可以包括如在图7-10中定位在转子210中的至少一个第一加热子元件570和如在图4-6中构造成加热转子210的外表面240的至少一部分的至少一个第二加热元件330(例如感应加热线圈)。尽管在图11中示出内部加热元件和外部加热元件的具体实施例，但是在此强调的是能够一起采用实施例中的任一个。还如图11所示，上述实施例中的任一个也可以与构造成加热外壳204的外部的热毯(heatingblanket)583一起使用。

控制器340还可以操作地联接以控制作为涡轮机190的一部分的旋转机构584，用于在加热期间使转子210旋转，这可以帮助更加均匀地加热转子以及防止热点(hotspots)。控制器340还可以操作地联接以控制工作流体流入涡轮机190，例如通过直接控制流量阀或通过总涡轮机控制器，由此允许控制器通过控制工作流体流进一步控制涡轮机的加热。

如图7-11所示，本发明的实施例还可以包括用于涡轮机190的转子210。转子210可以包括细长形(elongated)本体218(图10)和如在本发明中说明的至少部分地定位在细长形本体中用于加热转子的至少一部分的加热元件530。还提供就地用于涡轮机190的外壳204中的转子210的加热系统200，其中，加热元件530构造成至少部分地定位在转子内用于加热转子的内部部分。控制器340控制加热元件530的操作。

本发明的图7-11的向转子210提供内部加热的实施例，与图4-6的外部加热器相比提供多个额外的优势。例如，内部加热直接向涡轮212(图3)的芯部提供热，在此最有效地经由沿着转子210的轴线的中心孔(开口)532(图10)施加。由于加热元件530定位在转子210的低应力区域，因此内部加热也是更安全的。内部加热元件530还允许例如在日常维护期间加热元件的简易添加、去除和更换。内部加热元件530也可以改善“转子弯曲”恢复时间以及减少在慢滚和/或旋转机构操作期间由于转子弯曲而引起的转子振动。此外，内部加热提供从转子210加热的内部涡轮或压缩机外壳温度(间接或辐射)，由此减小起动期间的热梯度，实现减小的起动率和起动时间。还实现了转子至外壳的热膨胀的管理以及转子、外壳、密封套件和相关部件间隙的优化，由此减小了热膨胀瞬态间隙极值并且改善了起动热性能。因此，还通过减小的热梯度以及蒸汽涡轮起动期间的减小的震动延长了旋转叶片、轮叶、翼型以及喷嘴/隔膜翼型的寿命周期，由此改善了低循环疲劳(LCF)有关方面以及部件的寿命周期。

如关于图10-11所说明的，位于转子210的内部的多个加热元件530的使用还提供多个另外的优势。例如，多个加热元件通过确定适当的加热元件长度允许选择加热位置来使轴承224的加热最小化，即优化离开轴承224的热传递。也可以利用多个加热元件容易地定制用于转子轴向位置的加热功率。变化的加热元件长度也允许沿着转子210的轴线进行“区域转子温度控制”，以在需要的情况下提供对转子210的沿着其长度的可变加热，或者对于涡轮起动优化提供升高的温度。多个加热元件530还提供对于涡轮机190的寿命的可靠性的一定程度的冗余。

如所注意的，本发明的实施例可应用于任何涡轮机组件中，例如蒸汽轮机、燃气轮机以及压缩机。因此，本发明的实施例能够显著地减小或消除包括低循环疲劳的转子循环应力，并且通过消除与用于多种涡轮机的冷起动有关的温度循环延长转子的寿命周期。本发明的教导还可应用于：监视并控制温度和温度变化梯度、控制温度瞬变和保持所需温度、控制冷却速率以及匹配转子和外壳温度。本发明的教导可被应用于各个涡轮机区段以允许向需要不同温度的不同区段的可变的热输入，例如蒸汽涡轮应用中的高压、低压和中压转子。

虽然已在本发明中关于多个实施例说明了本公开的教导，但是在此强调的是可以以在被认为落入本发明的范围内的多种可替代方法向转子提供加热。例如，可以利用经由转子中的通道的比如为加压热水或蒸汽的其他介质加热转子。

本发明中使用的术语的目的仅在于描述具体实施例，而非旨在限制本发明。如本发明中所使用的，单数形式“一种”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中明确作出相反的表示。将会进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时指定为所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。

所有装置或步骤的对应的结构、材料、作用及其等同物加上以下权利要求中的功能元件旨在包括用于与如所具体要求保护的其他所请求保护的元件结合的执行功能的任何结构、材料或作用。本发明的说明书已被提供用于例示和说明目的，而非旨在穷举或局限于所公开形式的公开内容。在不脱离本发明的范围和精神的情况下本领域技术人员将容易想到许多变型和变化。实施例被选择和说明以便最佳地解释本发明的原理和实际应用，以及使得本领域技术人员能够理解用于具有如适用于所预期的具体应用的各种变型的各种实施例的公开内容。

Claims (10)

1.一种就地用于涡轮机外壳中的转子的加热系统，所述加热系统包括：

加热元件，所述加热元件用于就地加热在所述涡轮机外壳中的所述转子的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述加热元件构造成加热所述转子的外表面的至少一部分。

3.根据权利要求2所述的加热系统，其特征在于，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器构造成感测所述转子的所述外表面的所述至少一部分的温度，所述控制器基于感测的温度控制所述加热元件的操作。

4.根据权利要求2所述的加热系统，其特征在于，所述加热元件包括感应加热线圈，所述感应加热线圈定位成与所述转子的所述外表面的所述至少一部分相邻。

5.根据权利要求2所述的加热系统，其特征在于，还包括包围所述转子的所述外表面的所述至少一部分的感受器构件，所述感受器构件在其中具有所述加热元件。

6.根据权利要求5所述的加热系统，其特征在于，所述加热元件包括电阻加热器和电感加热器中的至少一者。

7.根据权利要求5所述的加热系统，其特征在于，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器构造成感测所述转子的温度，所述控制器基于感测的温度控制所述加热元件的操作。

8.根据权利要求7所述的加热系统，其特征在于，所述温度传感器位于所述感受器构件中或位于所述感受器构件上。

9.根据权利要求7所述的加热系统，其特征在于，还包括与所述转子相邻的用于密封所述涡轮机外壳的一部分与所述转子的密封组件，以及其中，所述温度传感器位于所述密封组件中或位于所述密封组件上。

10.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述加热元件至少部分地定位在所述转子内。