CN107923257A - 驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种驱动环偏移感测系统、一种压气机和一种燃气轮机，所述驱动环偏移感测系统包括：一压气机壳体；至少一驱动环，所述驱动环可安装在所述压气机壳体上，且与所述压气机壳体间隔设置，所述驱动环开设至少一安装孔，所述安装孔沿所述驱动环的径向延伸；至少一传感器，所述传感器可配置于对应的所述安装孔内，用于实时感测所述驱动环和所述压气机壳体的间距。本发明的驱动环偏移感测系统、压气机和燃气轮机具有结构简单、成本较低的优点。

Description

驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机
技术领域
本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种驱动环偏移感测系统、一种压气机和一种燃气轮机。
背景技术
燃气轮机(Gas Turbine)是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。燃气轮机一般由压气机(Compressor)、燃烧室(Combustor)和涡轮部(Turbine)三大部件构成。工作时，压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的燃气；然后高温高压的燃气再进入到涡轮部中膨胀做功，推动涡轮部带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。
压气机是燃气轮机的重要组成部件，通常情况下，压气机为轴流式，且燃气轮机的操作状态变化，使得压气机内空气流动状态变化。为了使得压气机适应燃气轮机的不同操作状态，需要在压气机中设置导叶。通过导叶迎角的变化而改变进入到压气机中空气的流动状态。压气机中通常设有连续排列的多级导叶组，每级导叶组设有复数导叶，且每级导叶组由与该级导叶组对应的驱动机构驱动。
驱动机构通常包括驱动环，驱动环安装于压气机的壳体上，驱动环需与压气机壳体同轴设置，若驱动环偏离压气机壳体的中心轴线，则会导致同级导叶偏转角度不同，从而可能严重影响压气机的性能。因此，在燃气轮机安装和工作过程中，需要对驱动环偏移量进行测量，从而方便调整驱动环所在位置。安装时，可采用卡尺对驱动环的偏移量进行测量，例如，驱动环和压气机壳体之间设有八个支点，采用卡尺测量八个支点处驱动环和压气机壳体的间距，从而可计算判断驱动环的位置是否正确，然而，在燃气轮机运行过程中，此种测量方式无法对驱动环的偏移量进行测量。
图1为现有技术的驱动环偏移感测系统的结构示意图。请参见图1，驱动环偏移感测系统100包括驱动环12、压气机壳体13及传感机构14。驱动环12安装于压气机壳体13上。传感机构14为悬臂结构，其包括紧固件142、连接杆143及传感器144，紧固件142的数量为两个，两个紧固件142穿过连接杆143，并锁合于压气机壳体13上，从而将连接杆143的一端安装于压气机壳体13上，传感器144配置于连接杆143的另一端。传感器144为接触式传感器，其一端与驱动环12抵持，另一端与压气机壳体13抵持。通过传感器144的感测可获知驱动环12的内壁和压气机壳体13的中心轴线的间距，从而可判断驱动环12是否发生偏移。
然而，传感机构14中的元件较多，每种元件均存在尺寸公差，尺寸公差的叠加会影响传感机构14的感测精度。另外，传感机构安装复杂，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种驱动环偏移感测系统，具有感测精度高、结构简单、成本较低的优点。
本发明的另一目的是提出一种压气机，具有工作性能较佳、结构简单、成本较低的优点。
本发明的又一目的是提出一种燃气轮机，具有工作性能较佳、发电效率高、结构简单、成本较低的优点。
本发明提供了一种驱动环偏移感测系统，其包括：一压气机壳体；至少一驱动环，所述驱动环可安装在所述压气机壳体上，且与所述压气机壳体间隔设置，所述驱动环开设至少一安装孔，所述安装孔沿所述驱动环的径向延伸；至少一传感器，所述传感器可配置于对应的所述安装孔内，用于实时感测所述驱动环和所述压气机壳体的间距。
在驱动环偏移感测系统的一种示意性实施例中，所述压气机壳体具有外表面，所述传感器朝向所述外表面。
在驱动环偏移感测系统的一种示意性实施例中，所述外表面的与所述传感器正对的部分为弧面或平面。
本发明还提出一种压气机，其包括：一压气机壳体；至少一驱动环，所述驱动环安装于所述压气机壳体，且与所述压气机壳体间隔设置，所述驱动环开设至少一安装孔，所述安装孔沿所述驱动环的径向延伸；复数导叶，所述导叶配置于所述压气机壳体内，并由对应的所述驱动环带动而转动；至少一传感器，所述传感器配置于对应的所述安装孔内，用于实时感测所述驱动环和所述压气机壳体的间距。
在压气机的一种示意性实施例中，所述传感器为光电传感器、电磁传感器或超声波传感器。
在压气机的一种示意性实施例中，所述压气机还包括复数联动机构，每一联动机构连接于对应的所述驱动环和对应的所述导叶之间。
在压气机的一种示意性实施例中，每一联动机构包括：一导叶连接杆，配置于所述驱动环旁；一调整杆，配置于所述驱动环旁，且所述调整杆连接于对应的所述导叶连接杆和所述驱动环之间，以将所述驱动环的动力传递给所述导叶连接杆。
在压气机的一种示意性实施例中，所述压气机还包括一控制处理器，所述控制处理器与所述传感器电性连接，用于接收所述传感器感测到的信息，并对所述传感器感测到的信息进行处理，以判断所述驱动环是否发生偏移。
本发明又提出一种燃气轮机，所述燃气轮机包括上述任意一种压气机。
从上述方案中可以看出，在本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机中，传感器直接配置于驱动环的安装孔内，即可实现对驱动环和压气机壳体的间距的实时感测，为驱动环是否发生偏移提供感测数据；由于传感器不需要使用复杂的辅助安装元件，可使得本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机结构简单，成本较低。此外，传感器安装简单，不会因辅助安装元件的公差叠加而影响感测精度，所以本发明的驱动环偏移感测系统具有较佳的感测精度，并且使得压气机和燃气轮机具有较佳的工作性能，且燃气轮机具有较高的发电效率。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为现有技术的驱动环偏移感测系统的结构示意图。
图2为本发明的一个实施例的压气机的结构示意图。
图3为图2所示的压气机的驱动环偏移感测系统的剖面示意图。
图4为图2所示的压气机的驱动环位置发生偏移的示意图。
图5为本发明的另一个实施例的压气机的驱动环偏移感测系统的剖面示意图。
在上述附图中，所采用的附图标记如下：
现有技术
100 驱动环偏移感测系统
12 驱动环
13 压气机壳体
14 传感机构
142 紧固件
143 连接杆
144 传感器
本发明
200 驱动环偏移感测系统
22 驱动环
222 安装孔
223 基座
23 压气机壳体
232 外表面
24 传感器
25 推杆
26 联动机构
262 导叶连接杆
263 调整杆
27 导叶
C1 圆心
L0、L1、L2 距离
S1、S2 驱动环所处位置
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
图2为本发明的一个实施例的压气机的结构示意图。图3为图2所示的压气机的驱动环偏移感测系统的剖面示意图。请参见图2和图3，本实施例压气机包括驱动环偏移感测系统200、至少一推杆25、复数联动机构26及复数导叶27。驱动环偏移感测系统200包括至少一驱动环22、压气机壳体23及至少一传感器24，驱动环22可安装在压气机壳体23上，且与压气机壳体23间隔设置，即驱动环22套设于压气机壳体23上，当驱动环22处于标准位置时，驱动环22和压气机壳体23同轴。驱动环22开设至少一安装孔222，安装孔222沿驱动环22的径向延伸。传感器24可配置于对应的安装孔222内，用于实时感测驱动环22和压气机壳体23的间距。
更具体地，至少一驱动环22的数量可为四个，每一驱动环22用于调整一级导叶27的迎角，四个驱动环22即可调整四级导叶27的迎角，驱动环22的数量不以此为限，在其他实施例中，驱动环22的数量可依照实际需求任意设定。驱动环22的内径大于压气机壳体23的外径，驱动环22通过复数基座223安装于压气机壳体23的外侧，且在标准工作状态下，驱动环22与压气机壳体23间隔同轴设置。如图3所示，驱动环22横截面的圆心和压气机壳体23横截面的圆心均为C1。基座223沿压气机壳体23的外周均匀分布，用于支撑驱动环22，基座223的数量例如为8个，但不以此为限。安装孔222为阶梯状通孔，其靠近压气机壳体23的一端的孔径较小。
压气机壳体23例如为压气机进气缸体(Compressor Inlet Casing,CIC)或导叶支撑缸体(Casing Vane Carrier,CVC)。压气机壳体23具有外表面232，传感器24朝向外表面232。在本实施例中，外表面232的与传感器24正对的部分为弧面，即整个外表面232为圆弧形表面。
传感器24可为光电传感器、电磁传感器或超声波传感器，但不以此为限。传感器24用于感测驱动环22内侧壁和压气机壳体23外表面232的间距。当传感器24为光电传感器时，其可包括发送器、接收器和检测电路。在本实施例中，传感器24一端的直径大于另外一端的直径，传感器24配置于安装孔222内，且其一端穿过安装孔222，即传感器24的一端凸出于安装孔222外，但不以此为限。在其他实施例中，传感器24的长度可设置得短些，传感器24的感测信号可到达压气机壳体23外表面232即可。
需要说明的是，传感器24的数量可为复数个，例如为四个，但不以此为限，四个传感器24均匀分布于驱动环22上。驱动环22上的安装孔222可为通孔，也可为开口朝向压气机壳体23的盲孔，传感器24可凸出于安装孔222外，也可完全位于安装孔222内，可依照实际需求任意设定。
至少一推杆25的数量可与驱动环22的数量相对应，当驱动环22的数量为四个时，推杆25的数量也为四个，推杆25与对应的驱动环22连接，用于带动驱动环22转动。
联动机构26的数量可依照实际需求设定，每一驱动环22可对应于复数联动机构26，即一个驱动环22可与复数联动机构26连接。每一联动机构26连接于对应的驱动环22和对应的导叶27之间，且包括导叶连接杆262和调整杆263。导叶连接杆262配置于驱动环22旁。调整杆263配置于驱动环22旁，且调整杆263连接于对应的导叶连接杆262和驱动环22之间，以将驱动环22的动力传递给导叶连接杆262。联动机构26的结构不以本实施例为限，其他结构不同且可将驱动环22的动力传递给导叶27的联动机构26也可应用于本发明中。
导叶27的数量与联动机构26的数量相对应，导叶27为压气机的静叶，其配置于压气机壳体23内，联动机构26的导叶连接杆262连接于导叶27和驱动环22之间，导叶27可由对应的驱动环22带动而转动，从而实现对导叶27迎角的调整。
压气机在安装和工作过程中，可通过传感器24对驱动环22和压气机壳体23间的间距进行感测，根据所述感测结果即可判断驱动环22是否与压气机壳体23同轴设置。请参见图4，压气机壳体23横截面的圆心为C1，当驱动环22处于位置S1时，驱动环22横截面的圆心也为C1，驱动环22处于标准位置，未发生偏移。当驱动环22移动至位置S2时，驱动环22发生偏移，由驱动环22带动的这些导叶27的转动角度将会不一致，压气机的性能会受到影响，进而可能会严重影响燃气轮机的工作效率和性能。当驱动环22发生偏移时，则可通过控制信号对驱动环22的位置进行略微调整，或停机对驱动环22的位置作调整。
需要说明的是，本实施例的驱动环偏移感测系统200还可包括一控制处理器(图未示)，所述控制处理器与传感器24电性连接，用于接收传感器24感测到的信息，并对传感器24感测到的信息进行处理，以判断驱动环22是否发生偏移，如图3所示，传感器24感测到驱动环22和压气机壳体23间的距离为L0，所述控制处理器内存储有压气机壳体23的外表面232与其圆心C1的距离L1的标准值和驱动环22的内侧壁与圆心C1的距离L2的标准值，所述控制处理器对距离L0和距离L1进行计算和处理即可获知驱动环22的内侧壁与圆心C1的距离L2的实际值，再将距离L2的实际值和距离L2的标准值进行比较，即可判断驱动环22是否发生偏移。可通过所述控制处理器设置一偏移量阀值，若驱动环22发生偏移，偏移量较小，偏移量小于或等于所述偏移量阀值时，所述控制处理器则发出控制信号对驱动环22的位置作微整，使得驱动环22和压气机壳体23同轴；若偏移量较大，偏移量大于所述偏移量阀值时，所述控制处理器则发出警示提醒操作人员停机对驱动环22的位置作调整。
图5为本发明的另一个实施例的压气机的驱动环偏移感测系统的剖面示意图。本实施例的驱动环偏移感测系统200与图3所示的驱动环偏移感测系统200相似，不同之处在于，压气机壳体23的外表面232的与传感器24正对的部分为平面。由于压气机壳体23的外表面232的与传感器24正对的部分为平面，传感器24的感测信号通过平面反射，可实现更佳的感测精度。
本发明还提供一种燃气轮机，所述燃气轮机包括上述的压气机，由于所述压气机包括驱动环偏移感测系统20，可实时感测驱动环22是否发生偏移，以方便对驱动环22的位置作调整，使得复数导叶27的转动角度保持一致，进入压气机中空气的流动状态与预设状态保持一致，可有效提升燃气轮机的性能和发电效率。驱动环偏移感测系统20的结构及工作原理在此不再赘述。
本发明的燃气轮机及驱动环偏移感测系统至少具有以下的优点：
1.在本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机中，传感器直接配置于驱动环的安装孔内，即可实现对驱动环和压气机壳体的间距的实时感测，为驱动环是否发生偏移提供感测数据；由于传感器不需要使用复杂的辅助安装元件，可使得本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机结构简单，成本较低。此外，传感器安装简单，不会因辅助安装元件的公差叠加而影响感测精度，所以本发明的驱动环偏移感测系统具有较佳的感测精度，并且使得压气机和燃气轮机具有较佳的工作性能，且燃气轮机具有较高的发电效率。
2.在本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机的一个实施例中，压气机壳体的外表面的与传感器正对的部分为平面，传感器的感测信号通过平面反射，可实现更佳的感测精度。
3.在本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机的一个实施例中，传感器的数量为复数个，复数个传感器均匀分布于驱动环上，复数个传感器同时感测可获得更精准的感测数据。
4.在本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机的一个实施例中，驱动环上的安装孔可为通孔，也可为开口朝向压气机壳体的盲孔，传感器可凸出于安装孔外，也可完全位于安装孔内，应用方便灵活。
5.在本发明的驱动环偏移感测系统、压气机及燃气轮机的一个实施例中，传感器为光电传感器、电磁传感器或超声波传感器，可依实际情况任意设定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种驱动环偏移感测系统(200)，包括：
一压气机壳体(23)；
至少一驱动环(22)，所述驱动环(22)可安装在所述压气机壳体(23)上，且与所述压气机壳体(23)间隔设置，所述驱动环(22)开设至少一安装孔(222)，所述安装孔(222)沿所述驱动环(22)的径向延伸；
至少一传感器(24)，所述传感器(24)可配置于对应的所述安装孔(222)内，用于实时感测所述驱动环(22)和所述压气机壳体(23)的间距。
2.如权利要求1所述的驱动环偏移感测系统，其特征在于，所述压气机壳体(23)具有外表面(232)，所述传感器(24)朝向所述外表面(232)。
3.如权利要求2所述的驱动环偏移感测系统，其特征在于，所述外表面(232)的与所述传感器(24)正对的部分为弧面或平面。
4.一种压气机，包括：
一压气机壳体(23)；
至少一驱动环(22)，所述驱动环(22)安装于所述压气机壳体(23)，且与所述压气机壳体(23)间隔设置，所述驱动环(22)开设至少一安装孔(222)，所述安装孔(222)沿所述驱动环(22)的径向延伸；
复数导叶(27)，所述导叶(27)配置于所述压气机壳体(23)内，并由对应的所述驱动环(22)带动而转动；
至少一传感器(24)，所述传感器(24)配置于对应的所述安装孔(222)内，用于实时感测所述驱动环(22)和所述压气机壳体(23)的间距。
5.如权利要求4所述的压气机，其特征在于，所述压气机壳体(23)具有外表面(232)，所述传感器(24)朝向所述外表面(232)，所述外表面(232)的与所述传感器(24)正对的部分为弧面或平面。
6.如权利要求5所述的压气机，其特征在于，所述传感器(24)为光电传感器、电磁传感器或超声波传感器。
7.如权利要求4所述的压气机，其特征在于，所述压气机还包括复数联动机构(26)，每一联动机构(26)连接于对应的所述驱动环(22)和对应的所述导叶(27)之间。
8.如权利要求7所述的压气机，其特征在于，每一联动机构(26)包括：
一导叶连接杆(262)，配置于所述驱动环(22)旁；
一调整杆(263)，配置于所述驱动环(22)旁，且所述调整杆(263)连接于对应的所述导叶连接杆(262)和所述驱动环(22)之间，以将所述驱动环(22)的动力传递给所述导叶连接杆(262)。
9.如权利要求7所述的压气机，其特征在于，所述压气机还包括一控制处理器，所述控制处理器与所述传感器(24)电性连接，用于接收所述传感器(24)感测到的信息，并对所述传感器(24)感测到的信息进行处理，以判断所述驱动环(22)是否发生偏移。
10.一种燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机包括如权利要求4-9任意一项所述的压气机。
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