DE102010016894A1 - Active control system and rotor alignment method - Google Patents

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Martel Alexander Mccallum
Parvangada Ganapathy Bojappa
David August Snider
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Abstract

Eine Rotationsmaschine, wie beispielsweise eine Gasturbine (10), enthält ein aktives Abstandssteuerungssystem zur Rotorausrichtung, in dem mehrere Aktuatoren (30) längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um wenigstens ein Rotorwellenlager (50) angeordnet sind. Die Aktuatoren sind konfiguriert, um das Lager und somit die Rotorwelle (19) relativ zu einer stationären äußeren Gehäusestruktur (26) exzentrisch zu verschieben. Mehrere Sensoren (32) sind längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um eine Komponente der Gehäusestruktur (26) angeordnet und messen einen für eine Exzentrizität kennzeichnenden Parameter, wie beispielsweise den Schaufelspitzenabstand zwischen den Rotorschaufeln und der Struktur, während der Rotor (18) innerhalb der Struktur umläuft. Ein mit den Sensoren und Aktuem ist konfiguriert, um die Aktuatoren zu steuern, um den Rotor (18) durch Bewegung des Wellenlagers (50) exzentrisch zu verschieben, um zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur detektierte Exzentrizitäten zu kompensieren.A rotary machine, such as a gas turbine engine (10), includes an active rotor alignment distance control system in which a plurality of actuators (30) are circumferentially spaced around at least one rotor shaft bearing (50). The actuators are configured to eccentrically shift the bearing and thus the rotor shaft (19) relative to a stationary outer housing structure (26). A plurality of sensors (32) are circumferentially spaced about a component of the housing structure (26) and measure a parameter indicative of eccentricity, such as the blade tip pitch between the rotor blades and the structure, while the rotor (18) is within Structure revolves. One with the sensors and actuators is configured to control the actuators to eccentrically shift the rotor (18) by movement of the shaft bearing (50) to compensate for eccentricities detected between the rotor and the housing structure.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Rotationsmaschinen, wie beispielsweise Gasturbinen, und insbesondere ein System und Verfahren zum Messen und Steuern des Abstands zwischen dem Rotor und einer umgebenden Gehäusestruktur.The The present invention relates generally to rotary machines, such as For example, gas turbines, and in particular a system and method for Measuring and controlling the distance between the rotor and a surrounding Housing structure.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Rotationsmaschinen, wie beispielsweise Gasturbinen, weisen Abschnitte auf, die üblicherweise als Rotoren bezeichnet werden, die in stationären Gehäusekomponenten, wie beispielsweise einem Mantel, rotieren. Zwischen dem Rotor und dem Mantel müssen Abstandsdimensionen eingehalten werden, um Berührungen zwischen den Komponenten zu vermeiden. Dieses stellt in Gasturbinen ein spezielles Problem dar.Rotary machines, such as gas turbines, have sections that are usually are referred to as rotors which are housed in stationary housing components, such as a coat, rotate. Between the rotor and the jacket must be kept distance dimensions, to avoid contact between the components. This represents a special problem in gas turbines.

Eine Gasturbine verwendet heiße Gase, die von einer Brennkammer ausgegeben werden, um einen Rotor zu drehen, der gewöhnlich mehrere Rotorlaufschaufeln enthält, die längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um eine Welle angeordnet sind. Die Rotorwelle ist mit einem Verdichter, um der Brennkammer komprimierte Luft zuzuführen, und in einigen Ausführungsformen mit einem elektrischen Generator verbunden, um die mechanische Energie des Rotors in elektrische Energie umzuwandeln. Die (manchmal als „Laufschaufeln”) bezeichneten Rotorschaufeln sind üblicherweise in Stufen entlang der Welle vorgesehen und laufen im Innern einer Gehäusekonfiguration um, die ein äußeres Gehäuse und ein inneres Gehäuse oder einen Mantelring für jede jeweilige Stufe enthalten kann. Wenn die heißen Gase auf die Schaufeln auftreffen, wird die Welle gedreht.A Gas turbine uses hot gases from a combustion chamber be spent to turn a rotor, which usually contains several rotor blades, the longitudinal the circumference at a distance from each other are arranged around a shaft. The rotor shaft is equipped with a compressor to compress the combustion chamber Supplying air, and in some embodiments Connected to an electrical generator to provide the mechanical energy of the Convert rotor into electrical energy. The (sometimes called "blades") designated rotor blades are usually in stages provided along the shaft and run inside a housing configuration around, which has an outer casing and an inner Housing or a shroud for each respective May contain level. When the hot gases hit the blades hit, the shaft is rotated.

Die Entfernung zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Mantelring wird als „Abstand” oder „Spalt” bezeichnet. Wenn der Abstand zunimmt, nimmt der Wirkungsgrad der Turbine ab, weil heiße Gase durch den Spalt entweichen. Deshalb sollte der Abstand zwischen den Schaufelspitzen und dem Mantel minimiert sein, um den Wirkungsgrad der Turbine zu maximieren. Andererseits können, wenn die Größe des Abstands zu klein ist, die thermische Ausdehnung und Schrumpfung der Schaufeln, des Mantels und sonstiger Komponenten dann die Schaufeln veranlassen, an dem Mantel anzustreifen, was zu einer Beschädigung der Schaufeln, des Mantelrings und der Turbine insgesamt führen kann. Es ist daher wichtig, während vielfältiger Betriebsbedingungen einen minimalen Abstand aufrechtzuerhalten.The Distance between the tips of the blades and the shroud is called a "gap" or "gap". As the distance increases, the efficiency of the turbine decreases, because hot gases escape through the gap. That's why minimizes the distance between the blade tips and the shell be to maximize the efficiency of the turbine. on the other hand can, if the size of the distance too is small, the thermal expansion and shrinkage of the blades, of the jacket and other components then cause the blades to to attack the jacket, resulting in damage to the Shovels, the shroud and the turbine in total lead can. It is therefore important while more diverse Operating conditions maintain a minimum distance.

Es sind Verfahren und Systeme bekannt, die versuchen, einen genauen Abstand einzuhalten, indem sie Nebenstromluft aus dem Verdichter um das Gehäuse herum führen, um die wärmebedingte Ausdehnung des Gehäuses während des Betriebs der Turbine zu reduzieren. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 6,126,390 ein passives Erwärmungs-/Kühlsystem, worin der Luftstrom zu dem Turbinengehäuse aus dem Verdichter oder der Brennkammer in Abhängigkeit von der Temperatur der ankommenden Luft dosiert wird, um somit die Abkühlrate des Turbinengehäuses zu steuern oder sogar das Gehäuse zu erwärmen.Methods and systems are known which attempt to maintain an accurate spacing by passing bypass air from the compressor around the housing to reduce the thermal expansion of the housing during operation of the turbine. For example, this describes U.S. Patent No. 6,126,390 a passive heating / cooling system wherein the flow of air to the turbine housing from the compressor or combustion chamber is metered in response to the temperature of the incoming air, thus controlling the cooling rate of the turbine housing or even heating the housing.

Die herkömmlichen passiven Luftkühlsysteme setzen jedoch eine gleichmäßige Umfangsausdehnung des Rotors und/oder Mantels voraus und können keine Exzentrizitäten berücksichtigen, die zwischen dem Rotor und dem Mantel entstehen oder darin inhärent vorhanden sind. Exzentrizitäten können in Folge von Herstellungs- oder Montagetoleranzen oder während des Betriebs der Turbine in Folge von Lageölauftrieb, Wärmeausdehnung von tragenden Strukturen, Schwingungen, ungleichmäßiger thermischer Ausdehnung der Turbinenkomponenten, Gehäuseschlupf, schwerkraftbedingte Durchhängung usw. entstehen. Im Voraus erwartete Exzentrizitäten müssen bei der Auslegung berücksichtigt werden, wobei diese Exzentrizitäten auf diese Weise die Größe des minimalen Auslegungsabstands begrenzen, der ohne ein Anstreifen zwischen den Laufschaufeln und den Mantelringen erreicht werden kann. Der herkömmliche Lösungsansatz zu diesem Problem besteht darin, statische Einstellungen der relativen Position der Komponenten während des kalten Zusammenbaus vorzunehmen, um Exzentrizitätszustände im heißen Betrieb zu kompensieren. Dieses Verfahren kann jedoch die Veränderungen der Exzentrizitäten, die sich während der Betriebslebensdauer der Turbine entwickeln, nicht genau berücksichtigen.The put conventional passive air cooling systems however, a uniform circumferential extent of Rotor and / or sheath ahead and can not consider eccentricities, which arise between or inherent in the rotor and the jacket available. Eccentricities can result in of manufacturing or assembly tolerances or during the Operating the turbine as a result of bearing oil lift, thermal expansion of supporting structures, vibrations, uneven thermal Expansion of turbine components, housing slippage, gravitational Sagging, etc. arise. Expected excentricities in advance must be taken into account in the interpretation, these eccentricities being the size in this way limit the minimum design distance, which without a tarnish between the blades and the shroud rings can be achieved. The traditional approach to this problem is static settings of the relative position of the Components during cold assembly, around eccentricity states in hot operation to compensate. However, this procedure can change the Eccentricities that arise during the service life to develop the turbine, not to consider it exactly.

Somit werden ein aktives Ausrichtungs-Steuerungssystem und -verfahren benötigt, um Exzentrizitäten genau zu detektieren und zu berücksichtigen, die über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen zwischen Turbinenkomponenten entstehen.Consequently become an active registration control system and procedure needed to accurately detect eccentricities and to take that into account over a wide Range of operating conditions between turbine components arise.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die vorliegende Erfindung sieht ein aktives Ausrichtungs-Steuerungssystem und eine zugehörige Methodik vor, die sich mit bestimmten der Unzulänglichkeiten der herkömmlichen Steuerungssysteme befassen. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung angegeben oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein, oder sie können durch die praktische Aus führung der Erfindung erkannt werden.The The present invention provides an active alignment control system and an associated methodology that deals with certain the shortcomings of traditional control systems deal. Other aspects and advantages of the invention will become Part given or may be in the following description be apparent from the description, or they may be recognized by the practical imple mentation of the invention.

In einer speziellen Ausführungsform einer Gasturbine mit einem aktiven Rotorausrichtungs-Abstandssteuerungssystem ist ein Rotor mit wenigstens einer Stufe von Rotorschaufeln geschaffen. Der Rotor ist innerhalb einer Gehäusestruktur drehbar gelagert und enthält eine Welle mit entgegengesetzten Enden, die durch jeweilige Wellenlager gelagert sind. Mehrere Aktuatoren sind mit wenigstens einem der Wellenlager eingerichtet, um das Wellenlager relativ zu der stationären Gehäusestruktur zu bewegen, wodurch der Rotor relativ zu der Gehäusestruktur exzentrisch verlagert wird. Mehrere Sensoren sind längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um die Gehäusestruktur angeordnet und konfiguriert, um einen Parameter zu messen, der eine Exzentrizität, wie beispielsweise den Schaufelspitzenabstand zwischen den Rotorschaufeln und der Gehäusestruktur, kennzeichnet, wenn der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur rotiert. Ein Steuerungssystem steht mit den mehreren Sensoren und den mehreren Aktuatoren in Verbindung und ist konfiguriert, um die mehreren Aktuatoren zu steuern, um das Wellenlager relativ zu der Gehäusestruktur zu verlagern, um zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur detektierte Exzentrizitäten zu kompensieren. In einer speziellen Ausführungsform kann das Steuerungssystem ein geschlossenes Regelungssystem mit Rückkopplungsschleife sein.In a specific embodiment of a gas turbine having an active rotor alignment Ab State control system is a rotor with at least one stage created by rotor blades. The rotor is rotatably supported within a housing structure and includes a shaft having opposite ends supported by respective shaft bearings. A plurality of actuators are arranged with at least one of the shaft bearings to move the shaft bearing relative to the stationary housing structure, whereby the rotor is eccentrically displaced relative to the housing structure. A plurality of sensors are circumferentially spaced around the housing structure and configured to measure a parameter indicative of eccentricity, such as the blade tip pitch between the rotor blades and the housing structure, as the rotor rotates within the housing structure. A control system communicates with the plurality of sensors and the plurality of actuators and is configured to control the plurality of actuators to relocate the shaft bearing relative to the housing structure to compensate for eccentricities detected between the rotor and the housing structure. In a specific embodiment, the control system may be a closed-loop feedback control system.

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Abstandssteuerung zwischen einem Rotor und einer Gehäusestruktur in einer Rotationsmaschine, worin ein Rotor innerhalb der Gehäusestruktur rotiert. Die Maschine kann beispielsweise eine Gasturbine sein. Das Verfahren enthält ein Detektieren von Exzentrizitäten zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur durch Erfassen eines Parameters, der für eine Exzentrizität kennzeichnend ist, wie beispielsweise eines Abstands zwischen einem Rotor und der Gehäusestruktur, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur rotiert. In Abhängigkeit von irgendwelchen detektierten Exzentrizitäten wird der Rotor relativ zu der Gehäusestruktur verlagert, um die detektierte Exzentrizität zu kompensieren, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur rotiert.The The invention further comprises a method for distance control between a rotor and a housing structure in a rotary machine, wherein a rotor rotates within the housing structure. The machine may for example be a gas turbine. The procedure contains detecting eccentricities between the rotor and the housing structure by detecting a parameter, which is characteristic for an eccentricity, such as a distance between a rotor and the housing structure, while the rotor is inside the housing structure rotates. Depending on any detected Eccentricity becomes the rotor relative to the housing structure displaced to compensate for the detected eccentricity, while the rotor is inside the housing structure rotates.

Die Erfindung umfasst auch ein Rotor-zu-Gehäuse-Ausrichtungssystem, das für Rotationsmaschinen allgemein relevant ist. Dieses System enthält einen Rotor, der in einer Gehäusestruktur drehbar gelagert ist. Der Rotor weist entgegengesetzte Wellenenden auf, wobei jedes der Wellenenden durch ein jeweiliges Wellenlager gelagert ist. Mehrere Aktuatoren sind mit wenigstens einem der Wellenlager konfiguriert, um das Wellenlager zu bewegen und dadurch den Rotor relativ zu der Gehäusestruktur exzentrisch zu verlagern. Mehrere Sensoren sind längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um die Gehäusestruktur angeordnet und konfiguriert, um einen eine Exzentrizität kennzeichnenden Parameter, wie beispielsweise einen Abstand zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur, zu messen, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur rotiert. Ein Steuerungssystem steht mit den mehreren Sensoren und den mehreren Aktuatoren in Verbindung und ist konfiguriert, um die mehreren Aktuatoren zu steuern, um durch Verschiebung des Wellenlagers den Rotor relativ zu der Gehäusestruktur zu verlagern, um durch die mehreren Sensoren zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur detektierte Exzentrizitäten zu kompensieren.The Invention also includes a rotor-to-case alignment system, which is generally relevant to rotary presses. This System includes a rotor rotatable in a housing structure is stored. The rotor has opposite shaft ends, wherein each of the shaft ends is supported by a respective shaft bearing is. Several actuators are with at least one of the shaft bearings configured to move the shaft bearing and thereby the rotor to move eccentrically relative to the housing structure. Several sensors are circumferentially spaced around each other arranged around the chassis structure and configured to an eccentricity characterizing parameters, such as for example, a distance between the rotor and the housing structure, while measuring the rotor within the housing structure rotates. A control system communicates with the multiple sensors and Connected to the multiple actuators and is configured to the several actuators to control, by shifting the shaft bearing to relocate the rotor relative to the housing structure through the multiple sensors between the rotor and the housing structure compensate for detected eccentricities.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer beispielhaften Rotationsmaschine, insbesondere einer Gasturbine; 1 shows a schematic representation of an exemplary rotary machine, in particular a gas turbine;

2A zeigt eine schematisierte Querschnittsansicht unter Veranschaulichung einer im Wesentlichen gleichmäßigen konzentrischen Beziehung zwischen einem Rotor und einer umgebenden Gehäusestruktur einer Rotationsmaschine, wie beispielsweise einer Gasturbine; 2A FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a substantially uniform concentric relationship between a rotor and a surrounding housing structure of a rotary machine such as a gas turbine engine; FIG.

2B zeigt eine schematisierte Querschnittsansicht unter Veranschaulichung einer exzentrischen Beziehung zwischen einem Rotor und einer umgebenden Gehäusestruktur einer Rotationsmaschine, wie beispielsweise eine Gasturbine; 2 B Fig. 12 is a schematic cross-sectional view showing an eccentric relationship between a rotor and a surrounding case structure of a rotary machine such as a gas turbine;

3 zeigt eine ausschnittsweise Perspektivansicht einer Gasturbine, die ein aktives Rotorausrichtungssystem enthält, um Exzentrizitäten zwischen dem Rotor und dem Mantel zu kompensieren; 3 shows a fragmentary perspective view of a gas turbine containing an active rotor alignment system to compensate for eccentricities between the rotor and the shell;

4 zeigt eine schematisierte Querschnittsansicht einer Gasturbine, die Sensoren enthält, um Exzentrizitäten zwischen dem Rotor und der umgebenden Gehäusestruktur zu detektieren; 4 shows a schematic cross-sectional view of a gas turbine, which includes sensors to detect eccentricities between the rotor and the surrounding housing structure;

5 zeigt eine schematisierte Querschnittsansicht einer Gasturbine, die Aktuatoren enthält, die mit einem Wellenlager eingerichtet sind, um den Rotor relativ zu der Gehäusestruktur zu verschieben; 5 shows a schematic cross-sectional view of a gas turbine containing actuators, which are arranged with a shaft bearing to move the rotor relative to the housing structure;

6 zeigt eine beispielhafte Ansicht eines Steuerungs-/Regelungssystems und 6 shows an exemplary view of a control system and

7 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung. 7 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Es wird nun auf die speziellen Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jede Ausführungsform wird für die Zwecke der Erläuterung von Aspekten der Erfindung dargestellt und sollte nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Z. B. können Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Die vorliegende Erfindung soll diese und weitere Modifikationen oder Veränderungen, die an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, umfassen.Reference will now be made to the specific embodiments of the invention, for which one or more examples are illustrated in the drawings. Each embodiment is presented for the purpose of illustrating aspects of the invention and should not be construed as limiting the invention. For example, features that are related to one embodiment illustrated or described with another embodiment may be used to give a still further embodiment. The present invention is intended to cover these and other modifications or changes that may be made to the embodiments described herein.

Aspekte der vorliegenden Erfindung sind hierin im Zusammenhang mit einer Gasturbinenkonfiguration beschrieben. Jedoch sollte es verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Gasturbinen beschränkt ist und dass sie auf Rotationsmaschinen allgemein anwendbar ist, bei denen es erwünscht ist, Exzentrizitäten zwischen einem Rotor und einer umgebenden Gehäusestruktur zu erfassen und zu kompensieren.aspects of the present invention are herein associated with a Gas turbine configuration described. However, it should be understandable that the present invention is not limited to gas turbines and that it is generally applicable to rotary presses, where it is desirable to have eccentricities between to detect a rotor and a surrounding housing structure and to compensate.

1 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer herkömmlichen Rotationsmaschine, wie beispielsweise einer Gasturbine 10. Die Gasturbine 10 enthält einen Verdichterabschnitt 12, eine Brennkammer 14 und einen Turbinenabschnitt 16. Ein Turbinenrotor, allgemein mit 18 bezeichnet, enthält eine Rotorwelle 19, die in Längsrichtung durch die Gasturbine 10 hindurch angeordnet und mit einem elektrischen Generator 20 gekoppelt ist. Der Turbinenabschnitt 16 enthält Turbinenstufen 22, die innerhalb einer Gehäusestruktur 26 rotieren, die eine beliebige Konfiguration aus inneren und äußeren Gehäusen, wie beispiels weise ein Innengehäuse oder einen Innenmantel 24 (das aus einer üblichen Einzelgehäusestruktur oder einzelnen Gehäuseringen bestehen kann) und ein Außengehäuse 28, enthalten kann. Jede Turbinenstufe 22 enthält mehrere Turbinenlaufschaufeln 23. 1 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a conventional rotary machine, such as a gas turbine engine 10 , The gas turbine 10 contains a compressor section 12 , a combustion chamber 14 and a turbine section 16 , A turbine rotor, generally with 18 denotes, contains a rotor shaft 19 running longitudinally through the gas turbine 10 arranged therethrough and with an electric generator 20 is coupled. The turbine section 16 contains turbine stages 22 that are inside a housing structure 26 rotate, any configuration of inner and outer housings, as example, an inner housing or an inner shell 24 (which may consist of a common single housing structure or individual housing rings) and an outer housing 28 , may contain. Every turbine stage 22 contains several turbine blades 23 ,

Der Aufbau und die Funktionsweise herkömmlicher Gasturbinenkonfigurationen sind dem Fachmann allgemein bekannt, so dass eine detaillierte Erläuterung hiervon für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist. Außerdem ist die vereinfachte Turbine 10 nach 1 lediglich für eine beliebige Art einer geeigneten Konfiguration einer Turbine oder sonstigen Rotationsmaschine repräsentativ, und es sollte erkennbar sein, dass das vorliegende System und die vorliegende Methodik bei verschiedenen Turbinenkonfigurationen nützlich und nicht auf irgendeine spezielle Art einer Gasturbine oder sonstigen Rotationsmaschine beschränkt sind.The construction and operation of conventional gas turbine configurations are well known to those skilled in the art, so a detailed explanation thereof is not required for an understanding of the present invention. Besides, the simplified turbine 10 to 1 merely representative of any type of suitable configuration of a turbine or other rotary machine, and it should be appreciated that the present system and methodology are useful in various turbine configurations and are not limited to any particular type of gas turbine or other rotary machine.

2A zeigt eine schematisierte Ansicht, die eine Turbinenstufe 22 mit einzelnen Laufschaufeln oder Schaufeln 23 veranschaulicht, die an der Rotorwelle 19 befestigt sind. Die Turbinenstufe 22 rotiert im Innenraum eines Innenmantels 24 (einer einzelnen inneren Gehäusestruktur, die für alle Turbinenstufen gemeinsam ist, oder einzelnen Mantelringen), der innerhalb eines Außengehäuses 28 der Gehäusestruktur 26 konzentrisch angeordnet ist. Es kann eine beliebige Art einer Verbindungs- oder Haltestruktur 25 zwischen dem Innenmantel 24 und der äußeren Gehäusestruktur 28 eingerichtet sein. Zwischen den Spitzen der umlaufenden Schaufeln 23 und dem Innenmantel 24 ist ein idealer Schaufelspitzenabstand 34 erwünscht. Dieser Abstand 34 ist in 2A für Veranschaulichungszwecke übertrieben groß dargestellt. 2A shows a schematic view showing a turbine stage 22 with individual blades or blades 23 illustrated on the rotor shaft 19 are attached. The turbine stage 22 rotates in the interior of an inner shell 24 (a single inner housing structure that is common to all turbine stages, or individual shrouds) inside an outer housing 28 the housing structure 26 is arranged concentrically. It can be any type of connection or support structure 25 between the inner shell 24 and the outer housing structure 28 be furnished. Between the tips of the rotating blades 23 and the inner jacket 24 is an ideal blade tip clearance 34 he wishes. This distance 34 is in 2A shown exaggerated for illustrative purposes.

Wie in 2B veranschaulicht, können zwischen der Turbinenstufe 22 und dem Innenmantel 24 Exzentrizitäten entstehen. Diese Exzentrizitäten können die Folge einer beliebigen Kombination von Faktoren, wie beispielsweise Herstellungs- oder Montagetoleranzen, Lagerausrichtung, Lagerölauftrieb, Wärmeausdehnung von tragenden Strukturen, Schwingungen, ungleichmäßige Wärmeausdehnung der Turbinenkomponenten, Gehäuseschlupf, schwerkraftbedingte Durchhängung, usw., sein. Die exzentrische Beziehung kann zu einem Turbinenschaufelabstand bzw. -spalt 34 führen, der, wie in 2B veranschaulicht, selbst eine exzentrische Art aufweist. Die Exzentrizität kann zur Folge haben, dass der Turbinenschaufelabstand unterhalb eines minimalen zulässigen Spezifikationswertes liegt, und dies kann zu einem Reiben zwischen den Spitzen der Schaufeln 23 und dem Innenmantel 24 führen. Zusätzlich kann die Exzentrizität einen Schaufelspitzenabstand zur Folge haben, der einen Auslegungsspezifikationswert überschreitet, was zu beträchtlichen Rotorverlusten führen kann.As in 2 B illustrates, between the turbine stage 22 and the inner jacket 24 Eccentricities arise. These eccentricities may be the result of any combination of factors such as manufacturing or assembly tolerances, bearing orientation, bearing oil buoyancy, thermal expansion of structural structures, vibration, uneven thermal expansion of the turbine components, casing slippage, gravity droop, etc. The eccentric relationship may be at a turbine blade clearance 34 lead, as in 2 B illustrated, even an eccentric type. The eccentricity may result in the turbine blade clearance being below a minimum allowable specification value, and this may result in rubbing between the tips of the blades 23 and the inner jacket 24 to lead. Additionally, the eccentricity may result in blade tip clearance exceeding a design specification value, which may result in significant rotor losses.

3 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Gasturbine 10, die Aspekte der Erfindung enthält. Der Rotor 18 enthält Wellenenden 21 an den entgegengesetzten Enden der Welle 19. Die Wellenenden 21 sind in jeweiligen Wellenlagern 50 (rechte Seite von 3) gelagert. Der Aufbau und die Funktionsweise einer beliebigen Art von herkömmlichen Wellenlagern 50 sind bekannt und für Fachleute auf dem Gebiet verständlich. 3 veranschaulicht ferner mehrere Aktuatoren bzw. Stellglieder 30, die das Wellenlager 50 relativ zu der Gehäusestruktur 26 halten. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Aktuatoren 30 zwischen einer äußeren Struktur 52 und einer inneren Struktur 54 angeschlossen, die konzentrische Strukturen bilden können. Das Wellenlager 50 enthält ein Lagergehäuse 56 (5), das in der inneren Struktur 54 aufgenommen ist. 3 illustrates an embodiment of a gas turbine 10 containing aspects of the invention. The rotor 18 contains shaft ends 21 at the opposite ends of the shaft 19 , The wave ends 21 are in respective shaft bearings 50 (right side of 3 ) stored. The structure and operation of any type of conventional shaft bearings 50 are known and understood by those skilled in the art. 3 further illustrates a plurality of actuators 30 that the shaft bearing 50 relative to the housing structure 26 hold. In the illustrated embodiment, the actuators are 30 between an outer structure 52 and an internal structure 54 connected, which can form concentric structures. The shaft bearing 50 contains a bearing housing 56 ( 5 ), that in the inner structure 54 is included.

Bezug nehmend auf 5 sind mehrere der Aktuatoren 30 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet zwischen der äußeren Struktur 52 und der inneren Struktur 54 angeordnet, in der das Lagergehäuse 56 aufgenommen ist. Die Aktuatoren dienen somit dazu, den Rotor relativ zu der stationären Gehäusestruktur 26 drehbar zu lagern. Es sollte verstanden werden, dass eine ähnliche Lagerstruktur und Aktuatorkonfiguration an jedem der Rotorwellenenden vorgesehen sein kann. Die Anzahl und Position der Aktuatoren 30 können variieren, ermöglichen aber wünschenswerter Weise eine um den Umfang herum vollständige Kompensation jeder detektieren Exzentrizität zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur ermöglichen, wie sie anhand des Schaufelspitzenabstands zwischen einer Turbinenstufe 22 und dem Innenmantel 24 (4) detektiert wird. Die Aktuatoren 30 sind konfiguriert, um die innere Struktur 54 (und somit das Wellenlager 50) in Bezug auf die stationäre äußere Struktur 52 der Gehäusestruktur 26 zu verschieben oder zu verlagern. Die Aktuatoren sind hinsichtlich ihres Aufbaus oder ihrer Konstruktion nicht beschränkt und können jede beliebige Art eines pneumatischen, hydraulischen, elektrischen, thermischen oder mechanischen Stell- bzw. Betätigungsmechanismus enthalten. Z. B. können die Aktuatoren 30 als individuell gesteuerte Elektromotoren, pneumatische oder hydraulische Kolben, Servomechanismen, Gewinde- oder Zahnradanordnungen, Zwischenlegeinrichtungen und dergleichen konfiguriert sein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind vier Aktuatoren 30 gleichmäßig im Abstand von 90 Grad zueinander rings um den Umfang der inneren Struktur 54 angeordnet. Der obere und der untere Aktuator 30 sorgen für eine vertikale Einstellung, während der linke und der rechte Aktuator 30 eine horizontale Einstellung ermöglichen. Die Kombination der Aktuatoren 30 kann jeden gewünschten Grad an horizontaler oder vertikaler Einstellung um den vollständigen Umfang der inneren Mantelstruktur 54 herum ermöglichen.Referring to 5 are several of the actuators 30 circumferentially spaced apart between the outer structure 52 and the inner structure 54 arranged in the bearing housing 56 is included. The actuators thus serve to bias the rotor relative to the stationary housing structure 26 rotatably store. It should be understood that a similar bearing structure and actuator configuration on each of the rotor shaft may be provided. The number and position of the actuators 30 may vary, but desirably enable circumferentially complete compensation of any detected eccentricity between the rotor and the housing structure, as determined by the blade tip spacing between a turbine stage 22 and the inner jacket 24 ( 4 ) is detected. The actuators 30 are configured to the inner structure 54 (and thus the shaft bearing 50 ) with respect to the stationary outer structure 52 the housing structure 26 to move or relocate. The actuators are not limited in their construction or construction and may include any type of pneumatic, hydraulic, electrical, thermal, or mechanical actuating mechanism. For example, the actuators 30 be configured as individually controlled electric motors, pneumatic or hydraulic pistons, servomechanisms, thread or gear arrangements, interposers and the like. In the illustrated embodiment, there are four actuators 30 evenly spaced at 90 degrees to each other around the circumference of the internal structure 54 arranged. The upper and lower actuators 30 provide a vertical adjustment while the left and right actuators 30 allow a horizontal adjustment. The combination of actuators 30 can be any desired degree of horizontal or vertical adjustment around the full circumference of the inner shell structure 54 allow around.

Bezug nehmend auf 4 sind mehrere Abstandssensoren 32 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet rings um den Innenmantel 24 des Turbinenabschnitts angeordnet und konfiguriert, um den Schaufelspitzenabstand 34 zwischen den Spitzen der Rotorschaufeln 23 und dem Innenmantel 24 zu messen, während die Rotorstufe 22 innerhalb des Mantels 24 umläuft. Die Anzahl und Lage dieser Sensoren 32 kann variieren, wobei sie jedoch wünschenswerter Weise hinreichend sind, um jede Art einer Exzentrizität rings um den Umfang des Innenmantels 24 zu detektieren. Es können verschiedene Sätze der in Umfangsrichtung beabstandeten Sensoren 32 an mehreren axialen Stellen entlang der Turbine funktionsmäßig angeordnet sein, um eine verfeinerte Auswertung einer Gesamtexzentrizität, insbesondere zur Steuerung von Aktuatoren an den Lagern an den beiden Rotorwellenenden zu ermöglichen. Es sind verschiedene Arten von Schaufelspitzensensoren bekannt, die in der Technik verwendet werden, und jeder beliebige einzelne oder eine beliebige Kombination von derartigen Sensoren kann innerhalb des Rahmens und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Z. B. können die Sensoren 30 passive Vorrichtungen, wie beispielsweise kapazitive oder induktive Sensoren, sein, die auf eine Veränderung der gemessenen Kapazität oder Induktivität ansprechen, die durch das Vorbeilaufen der metallenen Schaufelspitzen unter dem Sensor erzeugt werden, wobei die Größe der Änderung einen relativen Grad des Schaufelspitzenabstands wiedergibt. Typischerweise sind derartige Arten von kapazitiven Sensoren in Ausnehmungen innerhalb des Mantels 24 derart montiert, dass sie mit einer inneren Umfangsfläche 24 bündig abschließen. In alternativen Ausführungsformen können die Sensoren 30 von beliebiger Art oder Konfiguration von aktiven Erfassungsvorrichtungen, wie beispielsweise ein mikrowellenbasierter Sender/Empfänger- Sensor, laserbasierter Sender/Empfänger-Sensor und dergleichen, sein. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform können die aktiven Sensoren 30 eine optische Konfiguration aufweisen, in welcher Licht zu den Turbinenschaufeln übertragen und von diesen reflektiert wird.Referring to 4 are several distance sensors 32 circumferentially spaced from each other around the inner shell 24 the turbine section and configured to the blade tip distance 34 between the tips of the rotor blades 23 and the inner jacket 24 to measure while the rotor stage 22 inside the coat 24 circulates. The number and location of these sensors 32 may vary, but are desirably sufficient to accommodate any type of eccentricity around the circumference of the inner shell 24 to detect. There may be various sets of circumferentially spaced sensors 32 be functionally arranged at a plurality of axial locations along the turbine to allow a more refined evaluation of a total eccentricity, in particular for controlling actuators on the bearings at the two rotor shaft ends. Various types of blade tip sensors used in the art are known, and any one or any combination of such sensors may be employed within the scope and scope of the present invention. For example, the sensors can 30 passive devices, such as capacitive or inductive sensors, responsive to a change in measured capacitance or inductance produced by the passing of the metal blade tips under the sensor, the magnitude of the change reflecting a relative degree of blade tip separation. Typically, such types of capacitive sensors are in recesses within the shell 24 mounted so that they have an inner peripheral surface 24 finish flush. In alternative embodiments, the sensors 30 of any type or configuration of active sensing devices, such as a microwave based transceiver sensor, laser based transceiver sensor, and the like. In yet another alternative embodiment, the active sensors 30 have an optical configuration in which light is transmitted to and reflected by the turbine blades.

Es sollte ohne weiteres verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung durch die Art oder Konfiguration von Sensoren nicht beschränkt ist und dass jede Art oder Konfiguration von bekannten oder entwickelten Sensoren oder sonstigen Vorrichtungen verwendet werden kann, um eine Exzentrizität durch Messung oder Erfassung des Schaufelspitzenabstandes zu detektieren. Es sollte ferner verstanden werden, dass geeignete Sensoren, die in dem Umfang der Erfindung enthalten sind, konfiguriert sein können, um eine Exzentrizität unmittelbar oder mittelbar durch Messen oder Überwachen von anderen Parametern als dem Schaufelspitzenabstand zu detektieren.It should be readily understood that the present Invention not limited by the type or configuration of sensors is and that any type or configuration of known or developed Sensors or other devices can be used to an eccentricity by measuring or detecting the blade tip distance to detect. It should also be understood that appropriate Sensors included in the scope of the invention configured can be an eccentricity immediately or indirectly by measuring or monitoring other parameters to detect as the blade tip distance.

Bezug nehmend auf 6 ist ein beispielhaftes Steuerungssystem bzw. Regelungssystem 36 in Verbindung mit den Sensoren 32 und den Aktuatoren 30 konfiguriert. Das Steuerungssystem kann in Software implementierte Programme aufweisen, die eine Größe und Umfangsposition einer Rotorexzentrizität anhand von Signalen berechnen, die von den Sensoren empfangen werden, und die die Aktuatoren steuern, um die berechnete Rotorexzentrizität zu kompensieren, während der Rotor in dem Mantel umläuft.Referring to 6 is an exemplary control system 36 in conjunction with the sensors 32 and the actuators 30 configured. The control system may include programs implemented in software that calculate a magnitude and circumferential position of rotor eccentricity based on signals received from the sensors and that control the actuators to compensate for the calculated rotor eccentricity while the rotor is rotating in the shell.

In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Steuerungssystem 36 eine Steuerungseinrichtung 42, die mit einer beliebigen Art von Hardware oder Softwareprogrammen 40 konfiguriert ist, um aus den Schaufelspitzenabstandsmesswerten der verschiedenen jeweiligen Sensoren 32 eine Exzentrizität zu berechnen. Das Steuerungssystem 36 ist in einer speziellen Ausführungsform als ein Regelungssystem 38 mit geschlossener Regelschleife konfiguriert, in dem eine Exzentrizität im Wesentlichen unmittelbar aus den durch die Sensoren 32 erzeugten Signalen berechnet wird. Das Steuerungssystem 36 erzeugt anschließend ein Steuersignal 33 für jeden der jeweiligen Aktuatoren 30. Die Aktuatoren 30 verschieben in Reaktion auf die Steuersignale 33 das Wellenlager 50, wie oben erläutert, um die Exzentrizität auf ein Minimum innerhalb zulässiger Grenzwerte zu reduzieren. Während das Lager 50 neu positioniert wird, erfassen die Sensoren 32 fortwährend den Schaufelspitzenabstand 34, und die berechnete Exzentrizität wird fortdauernd überwacht.In the illustrated embodiment, the control system includes 36 a control device 42 Using any type of hardware or software programs 40 is configured to derive from the blade tip distance measurements of the various respective sensors 32 to calculate an eccentricity. The control system 36 is in a specific embodiment as a control system 38 configured with a closed loop, in which an eccentricity substantially directly from the through the sensors 32 calculated signals is calculated. The control system 36 then generates a control signal 33 for each of the respective actuators 30 , The actuators reindeer 30 shift in response to the control signals 33 the shaft bearing 50 as explained above, to reduce the eccentricity to a minimum within allowable limits. While the camp 50 repositioned, the sensors capture 32 continually the blade tip clearance 34 , and the calculated eccentricity is continuously monitored.

Es sollte ohne weiteres verstanden werden, dass das Steuerungssystem 36 jede beliebige Anzahl von Steuerungseinrichtungen, wie beispielsweise eine Dämpfungs- oder Zeitverzögerungseinheit, oder jede beliebige sonstige Art einer bekannten Systemfunktion eines Regelkreises mit geschlossener Rückkopplung aufweisen kann um sicherzustellen, dass das System die minimale Anzahl erforderlicher Einstellungen vornimmt, um die Exzentrizität innerhalb zulässiger Grenzwerte zu erhalten. Beispielsweise kann das Steuerungssystem 36 derart konfiguriert sein, dass es inkrementelle Anpassungen der Position des Lagers 50 vornimmt und dass es eine vordefinierte Wartezeit zwischen jeder Anpassung aufweist, um eine Stabilisierung jeder Änderung der detektierten Exzentrizität zu ermöglichen, bevor nachfolgende Anpassungen vorgenommen werden.It should be readily understood that the control system 36 may include any number of control devices, such as a damping or time delay unit, or any other type of known closed-loop control system function, to ensure that the system makes the minimum number of adjustments required to maintain eccentricity within allowable limits , For example, the control system 36 be configured such that there are incremental adjustments to the position of the bearing 50 and that it has a predefined waiting time between each adjustment to allow stabilization of any change in the detected eccentricity before subsequent adjustments are made.

Das Steuerungssystem 36 kann Eingangssignale 35, die mit einer Funktion im Zusammenhang stehen, zum Beispiel Exzentrizitäts-Sollwerte, Einstellungsregelvorgaben und dergleichen, oder von jedem beliebigen sonstigen zugehörigen Steuerungs- bzw. Regelungssystem empfangen. Außerdem kann ein Ausgangssignal 37 von den Sensoren durch jedes beliebi ge sonstige zugehörige Steuerungs- bzw. Regelungssystem oder -gerät für jeden beliebigen Zweck, wie zum Beispiel zur Diagnose, Instandhaltung und dergleichen, verwendet werden.The control system 36 can input signals 35 that are associated with a function, for example, eccentricity setpoints, adjustment rule defaults, and the like, or received from any other associated control system. In addition, an output signal 37 be used by the sensors by any beliebi ge other associated control system or device for any purpose, such as for diagnosis, maintenance and the like.

6 zeigt das Steuerungssystem 36, das zur Einstellung der Wellenlager an jedem Ende der Turbine 10 eingerichtet ist. Dieses kann in bestimmten Ausführungsformen insofern von Vorteil sein, als eine genauere Einstellung des Rotors durch Steuerung der Position des Rotors an beiden Enden erreicht werden kann. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Erfindung eine Anpassung der Rotorposition relativ zu der Gehäusestruktur mit umfasst, bei der Aktuatoren bei lediglich einem der Wellenlager eingerichtet sind. 6 shows the control system 36 that is used to adjust the shaft bearings on each end of the turbine 10 is set up. This may be advantageous in certain embodiments in that a more accurate adjustment of the rotor can be achieved by controlling the position of the rotor at both ends. However, it should be understood that the invention includes an adjustment of the rotor position relative to the housing structure wherein actuators are arranged on only one of the shaft bearings.

7 zeigt ein Flussdiagramm, das für eine Ausführungsform der vorliegenden Steuerungs- bzw. Regelungsmethodik beispielhaft ist. In Schritt 100 wird der Schaufelspitzenabstand an mehreren Stellen rings um den Mantel gemessen, während die Turbine innerhalb des Mantels umläuft. Wie oben erläutert, kann der Schaufelspitzenabstand durch jede beliebige Art von Sensoren erfasst werden, die längs des Umfangs rings um den Mantel angeordnet sind. 7 FIG. 12 is a flowchart exemplary of one embodiment of the present control methodology. FIG. In step 100 For example, the blade tip clearance is measured at multiple locations around the shell as the turbine rotates within the shell. As discussed above, the blade tip clearance may be detected by any type of sensors disposed circumferentially around the shell.

In Schritt 110 werden die gemessenen Schaufelspitzenabstände verwendet, um die Größe und relative Umfangsposition jeder Exzentrizität zwischen dem Mantel und dem Rotor zu berechnen.In step 110 The measured blade tip distances are used to calculate the size and relative circumferential position of each eccentricity between the shell and the rotor.

In Schritt 120 wird die berechnete Exzentrizität mit einem vordefinierten zulässigen Grenzwert verglichen.In step 120 the calculated eccentricity is compared with a predefined allowable limit.

In Schritt 130 fährt der Überwachungsprozess, falls die berechnete Exzentrizität innerhalb der Grenzwerte liegt, anschließend mit dem Schritt 100 fort.In step 130 If the calculated eccentricity is within the limits, the monitoring process then proceeds to the step 100 continued.

In Schritt 130 erzeugt das Steuerungssystem, falls die berechnete Exzentrizität größer ist als ein zulässiger Sollwert, anschließend Aktuatorsteuersignale, die auf die verschiedenen Aktuatoren angewandt werden, die um wenigstens eines der Rotorwellenlager herum angeordnet sind, um das Lager (und auf diese Weise die Rotorwelle) in Schritt 150 relativ zu der stationären Gehäusestruktur exzentrisch zu verschieben, um die Exzentrizität auszugleichen. Wie oben erläutert, können die Einstellungen, die von den Aktuatoren vorgenommen werden, in inkrementellen Schritten erfolgen, oder sie können in einem einzigen Schritt erfolgen, der berechnet wird, um die gesamte Exzentrizität zu kompensieren. Nach jeder Einstellung an dem/den Lager(n) fährt die Überwachung mit dem Schritt 100 fort.In step 130 If the calculated eccentricity is greater than an allowable set point, then the control system generates actuator control signals applied to the various actuators disposed about at least one of the rotor shaft bearings around the bearing (and thus the rotor shaft) in step 150 to move eccentrically relative to the stationary housing structure to compensate for the eccentricity. As explained above, the adjustments made by the actuators can be made in incremental steps, or they can be done in a single step that is calculated to compensate for all the eccentricity. After each setting on the bearing (s), the monitoring moves to the step 100 continued.

Es sollte ohne weiteres verstanden werden, dass das geschlossene rückgekoppelte Regelsystem, wie es in dem System nach 6 veranschaulicht ist, und die Methodik nach 7 keine Beschränkung der Erfindung darstellen. Es können verschiedene Arten von Steuerungs- bzw. Regelungssystemen leicht von einem Fachmann auf dem Gebiet erdacht werden, um die Zwecke der exzentrischen Verschiebung des Innenmantels innerhalb des Außengehäuses zu erfüllen, um Exzentrizitäten zwischen dem Rotor und dem Mantel zu kompensieren.It should be readily understood that the closed feedback control system as disclosed in the system 6 and the methodology 7 do not represent a limitation of the invention. Various types of control systems may be readily devised by one skilled in the art to accomplish the purposes of eccentric displacement of the inner shell within the outer shell to compensate for eccentricities between the rotor and the shell.

Während der vorliegende Gegenstand im Detail in Bezug auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen und Verfahren der Erfindung beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, dass Fachleute auf dem Gebiet, wenn sie ein Verständnis des Vorstehenden gewinnen, leicht Veränderungen an, Modifikationen von und Äquivalente zu derartigen Ausführungsformen hervorbringen können. Demgemäß dient der Umfang der vorliegenden Offenbarung Beispielszwecken und nicht einer Be schränkung, und der offenbarte Gegenstand schließt ein Aufnahme derartiger Modifikationen, Veränderungen und/oder Hinzufügungen in den vorliegenden Gegenstand nicht aus, wie dies für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich ist.While the present subject matter in detail with reference to specific exemplary Embodiments and methods of the invention are described it is understood that professionals in the field, if they gain an understanding of the above, easily Changes, modifications of and equivalents can produce such embodiments. Accordingly, the scope of the present disclosure is intended For example, and not by way of limitation, and the item disclosed includes a photograph of such Modifications, changes and / or additions in the present subject matter is not as for one of ordinary skill in the art will readily appreciate is.

Eine Rotationsmaschine, wie beispielsweise eine Gasturbine 10, enthält ein aktives Abstandssteuerungssystem zur Rotorausrichtung, in dem mehrere Aktuatoren 30 längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um wenigstens ein Rotorwellenlager 50 angeordnet sind. Die Aktuatoren sind konfiguriert, um das Lager und somit die Rotorwelle 19 relativ zu einer stationären äußeren Gehäusestruktur 26 exzentrisch zu verschieben. Mehrere Sensoren 32 sind längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um eine Komponente der Gehäusestruktur 26 angeordnet und messen einen für eine Exzentrizität kennzeichnenden Parameter, wie beispielsweise den Schaufelspitzenabstand zwischen den Rotorschaufeln und der Struktur, während der Rotor 18 innerhalb der Struktur umläuft. Ein mit den Sensoren und Aktuatoren 30 in Verbindung stehendes Steuerungssystem ist konfiguriert, um die Aktuatoren zu steuern, um den Rotor 18 durch Bewegung des Wellenlagers 50 exzentrisch zu verschieben, um zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur detektierte Exzentrizitäten zu kompensieren.A rotary machine, such as a gas turbine 10 , contains an active pitch control system for rotor alignment in which multiple actuators 30 along the circumference at a distance from each other around at least one rotor shaft bearing 50 are arranged. The actuators are configured to the bearing and thus the rotor shaft 19 relative to a stationary outer housing structure 26 to move eccentrically. Several sensors 32 are circumferentially spaced from each other around a component of the housing structure 26 and measure a parameter indicative of eccentricity, such as the blade tip pitch between the rotor blades and the structure, while the rotor 18 circulating within the structure. One with the sensors and actuators 30 related control system is configured to control the actuators to the rotor 18 by movement of the shaft bearing 50 eccentrically to compensate for detected between the rotor and the housing structure eccentricities.

1010
Gasturbinegas turbine
1212
Verdichtercompressor
1414
Brennkammercombustion chamber
1616
Turbinenabschnittturbine section
1818
Turbinenrotorturbine rotor
1919
Rotorwellerotor shaft
2020
elektrischer Generatorelectrical generator
2121
Wellenendenshaft ends
2222
Turbinenstufenturbine stages
2323
Turbinenschaufeln oder Laufschaufelnturbine blades or blades
2424
Innenmantelinner sheath
2525
Haltestrukturholding structure
2626
Gehäusestrukturhousing structure
2828
Außengehäuseouter casing
3030
Aktuatorenactuators
3232
Sensorensensors
3333
Steuersignalcontrol signal
3434
SchaufelspitzenabstandBlade tip clearance
3535
Eingangssignaleinput signals
3636
Steuerungssystem/RegelungssystemControl system / control system
3737
Ausgangssignaloutput
3838
geschlossenes rückgekoppeltes Regelungssystemclosed feedback control system
4040
Hardware oder Softwareprogrammehardware or software programs
4242
Steuerungseinrichtungcontrol device
5050
Wellenlagershaft bearing
5252
äußere Strukturouter structure
5454
innere Strukturinner structure
5656
Lagergehäusebearing housing
100100
Schaufelabstand messenblade spacing measure up
110110
Größe und Lage der Exzentrizität berechnensize and calculate the position of the eccentricity
120120
berechnete Exzentrizität mit zulässigen Grenzwerten vergleichencalculated Compare eccentricity with permissible limits
130130
Grenzwertauswertungenlimit evaluations
140140
Steuersignale für Rotoraktuatoren erzeugencontrol signals generate for rotor actuators
150150
Rotor im Gehäuse exzentrisch verschiebenrotor move eccentrically in the housing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 6126390 [0005] - US 6126390 [0005]

Claims (10)

Gasturbine (10) mit einem Abstandssteuerungssystem, die aufweist: einen Rotor (18) mit wenigstens einer Stufe von Rotorschaufeln (23), die innerhalb einer Gehäusestruktur drehbar gelagert sind; wobei der Rotor entgegengesetzte Wellenenden (21) aufweist, wobei jedes der Wellenenden durch ein jeweiligen Wellenlager (50) gelagert ist; mehrere Aktuatoren (30), die mit wenigstens einem der Wellenlager eingerichtet sind, um das Wellenlager zu verschieben und dadurch den Rotor relativ zu der Gehäusestruktur exzentrisch zu verlagern; mehrere Sensoren (32), die längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um die Gehäusestruktur angeordnet und konfiguriert sind, um einen Parameter, der eine Exzentrizität zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur kennzeichnet, zu messen, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur umläuft; und ein Steuerungssystem (36), das mit den mehreren Sensoren und den mehreren Aktuatoren in Verbindung steht und konfiguriert ist, um die mehreren Aktuatoren zu steuern, um das Wellenlager relativ zu der Gehäusestruktur zu verlagern, um durch die mehreren Sensoren zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur detektierte Exzentrizitäten zu kompensieren.Gas turbine ( 10 ) having a pitch control system comprising: a rotor ( 18 ) with at least one stage of rotor blades ( 23 ) which are rotatably mounted within a housing structure; the rotor having opposite shaft ends ( 21 ), each of the shaft ends being supported by a respective shaft bearing ( 50 ) is stored; several actuators ( 30 ) arranged with at least one of the shaft bearings to displace the shaft bearing and thereby eccentrically displace the rotor relative to the housing structure; several sensors ( 32 ) disposed circumferentially spaced around the housing structure and configured to measure a parameter indicative of eccentricity between the rotor and the housing structure while the rotor is rotating within the housing structure; and a control system ( 36 ) in communication with the plurality of sensors and the plurality of actuators and configured to control the plurality of actuators to displace the shaft bearing relative to the housing structure to compensate for eccentricities detected by the plurality of sensors between the rotor and the housing structure , Gasturbine (10) nach Anspruch 1, die ferner zusätzliche mehrere Aktuatoren (30) aufweist, die mit dem anderen jeweiligen Wellenlagern (50) eingerichtet sind, wobei die zusätzlichen mehreren Aktuatoren mit dem Steuerungssystem (36) in Verbindung stehen, so dass der Rotor (18) durch Verschiebung eines der oder der beiden Wellenlager relativ zu der Gehäusestruktur (26) verlagert wird.Gas turbine ( 10 ) according to claim 1, further comprising a plurality of additional actuators ( 30 ) with the other respective shaft bearings ( 50 ), the additional plural actuators being connected to the control system ( 36 ), so that the rotor ( 18 ) by displacement of one or both shaft bearings relative to the housing structure ( 26 ) is relocated. Gasturbine (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Steuerungssystem (36) ein geschlossenes, rückgekoppeltes Regelsystem (38) mit Software implementierten Programmen aufweist, die eine Größe und Umfangsposition einer Rotorexzentrizität anhand von Signalen berechnen, die von den mehreren Sensoren (32) empfangen werden, und die mehreren Aktuatoren (30) steuern, um die berechnete Rotorexzentrizität zu kompensieren, während der Rotor (18) innerhalb der Gehäusestruktur (26) umläuft.Gas turbine ( 10 ) according to any one of claims 1 or 2, wherein the control system ( 36 ) a closed, feedback control system ( 38 ) having software implemented programs that calculate a size and circumferential position of a rotor eccentricity from signals received from the plurality of sensors ( 32 ), and the multiple actuators ( 30 ) to compensate for the calculated rotor eccentricity while the rotor ( 18 ) within the housing structure ( 26 ) rotates. Gasturbine (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 oder 2, wobei die mehreren Sensoren (32) eine beliebige Kombination von aktiven Abstandssensoren, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet rings um die Gehäusestruktur (26) angeordnet sind und die ein Signal senden und ein von den Rotorschaufeln (23) reflektiertes Signal empfangen, um den Spitzenabstand zwischen den Rotorschaufeln und der Gehäusestruktur zu messen, oder passiven Abstandssensoren bilden, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet rings um die Gehäusestruktur angeordnet sind, um den Spitzenabstand zwischen den Rotorschaufeln (23) und der Gehäusestruktur (26) zu messen.Gas turbine ( 10 ) according to any one of claims 1 or 2, wherein the plurality of sensors ( 32 ) any combination of active spacing sensors circumferentially spaced around the housing structure (FIG. 26 ) and which send a signal and one of the rotor blades ( 23 receive a reflected signal to measure the tip clearance between the rotor blades and the housing structure, or form passive distance sensors circumferentially spaced from each other around the housing structure to control the tip spacing between the rotor blades. 23 ) and the housing structure ( 26 ) to eat. Verfahren zur Abstandssteuerung zwischen einem Rotor (18) und einer Gehäusestruktur (26) in einer Maschine, in der der Rotor im Innenraum der Gehäusestruktur umläuft, wobei das Verfahren aufweist: Detektion von Exzentrizitäten zwischen dem Rotor (18) und der Gehäusestruktur (26) durch Erfassen eines eine Exzentrizität kennzeichnenden Parameters, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur umläuft; und als Reaktion auf irgendwelche detektierten Exzentrizitäten, exzentrisches Verlagern des Rotors (18) relativ zu der Gehäusestruktur (26), um die detektierte Exzentrizität zu kompensieren, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur umläuft.Method for distance control between a rotor ( 18 ) and a housing structure ( 26 ) in a machine in which the rotor rotates in the interior of the housing structure, the method comprising: detection of eccentricities between the rotor ( 18 ) and the housing structure ( 26 by detecting a parameter indicative of eccentricity while the rotor is rotating within the housing structure; and in response to any detected eccentricities, eccentric displacement of the rotor ( 18 ) relative to the housing structure ( 26 ) to compensate for the detected eccentricity as the rotor rotates within the housing structure. Verfahren nach Anspruch 5, das ein Erfassen eines Abstands zwischen dem Rotor (18) und der Gehäusestruktur (26) an mehreren Stellen rings um die Gehäusestruktur und ein Berechnen einer Größe und relativen Umfangsposition der Exzentrizität aufweist, um die Exzentrizität kontinuierlich zu kompensieren, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur umläuft.Method according to claim 5, which comprises detecting a distance between the rotor ( 18 ) and the housing structure ( 26 ) at a plurality of locations around the housing structure and calculating a magnitude and relative circumferential position of the eccentricity to continuously compensate for the eccentricity as the rotor rotates within the housing structure. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, das ein aktives Erfassen des Abstandes zwischen dem Rotor (18) und der Gehäusestruktur (26) mit aktiven Sensoren (32), die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet rings um die Gehäusestruktur angeordnet sind, oder ein passives Erfassen des Abstands zwischen dem Rotor (18) und der Gehäusestruktur (26) mit passiven Sensoren (32) aufweist, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet rings um die Gehäusestruktur angeordnet sind.Method according to one of claims 5 or 6, which comprises an active detection of the distance between the rotor ( 18 ) and the housing structure ( 26 ) with active sensors ( 32 ) circumferentially spaced from each other around the housing structure, or passively sensing the distance between the rotor (FIG. 18 ) and the housing structure ( 26 ) with passive sensors ( 32 ) which are circumferentially spaced from each other around the housing structure. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Rotor (18) relativ zu der Gehäusestruktur (26) durch jeweilige Wellenlager (50) an entgegengesetzten Enden des Rotors drehbar gelagert ist und wobei das Verfahren ein exzentrisches Verschieben des Rotors relativ zu der Gehäusestruktur durch Steuerung mehrere Aktuatoren (30) aufweist, die zwischen wenigstens einem der Wellenlager und der Ge häusestruktur eingerichtet sind, und das ferner ein Erfassen eines Abstands zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur an mehreren Stellen rings um die Gehäusestruktur, Berechnen einer Größe und relativen Umfangsposition der Exzentrizität und in einem geschlossenen, rückgekoppelten Regelsystem (38) kontinuierliches Steuern der Aktuatoren aufweist, um das Wellenlager so zu verlagern, dass die Exzentrizität kompensiert wird, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur umläuft.Method according to one of claims 5 or 6, wherein the rotor ( 18 ) relative to the housing structure ( 26 ) by respective shaft bearings ( 50 ) is rotatably mounted at opposite ends of the rotor and wherein the method comprises an eccentric displacement of the rotor relative to the housing structure by controlling a plurality of actuators ( 30 ) arranged between at least one of the shaft bearings and the Ge housing structure, and further comprising detecting a distance between the rotor and the housing structure in a plurality of locations around the housing structure, calculating a size and relative circumferential position of the eccentricity and in a closed, feedback control system ( 38 ) continuously controlling the actuators to displace the shaft bearing so that the eccentricity is compensated while the rotor rotates within the housing structure. Rotor für ein Gehäuseausrichtungssystem, der aufweist: einen Rotor (18), der im Innern einer Gehäusestruktur (26) drehbar gelagert ist; wobei der Rotor entgegengesetzte Wellenenden (21) aufweist, wobei jedes der Wellenenden durch ein jeweiliges Wellenlager (50) gelagert ist; mehrere Aktuatoren (30), die mit wenigstens einem der Wellenlager eingerichtet sind, um das Wellenlager zu verschieben und dadurch den Rotor relativ zu der Gehäusestruktur exzentrisch zu verlagern; mehrere Sensoren (32), die längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um die Gehäusestruktur angeordnet und konfiguriert sind, um eine Exzentrizität zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur zu detektieren, während der Rotor innerhalb der Gehäusestruktur umläuft; und ein Steuerungssystem (36), das mit den mehreren Sensoren und den mehreren Aktuatoren in Verbindung steht und konfiguriert ist, um die mehreren Aktuatoren zu steuern, um durch Verschiebung des Wellenlagers den Rotor relativ zu der Gehäusestruktur zu verlagern, um durch die mehreren Sensoren zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur erfasste Exzentrizitäten zu kompensieren.A rotor for a housing alignment system, comprising: a rotor ( 18 ) inside a housing structure ( 26 ) is rotatably mounted; the rotor having opposite shaft ends ( 21 ), each of the shaft ends being supported by a respective shaft bearing ( 50 ) is stored; several actuators ( 30 ) arranged with at least one of the shaft bearings to displace the shaft bearing and thereby eccentrically displace the rotor relative to the housing structure; several sensors ( 32 ) disposed circumferentially spaced from each other around the housing structure and configured to detect eccentricity between the rotor and the housing structure while the rotor rotates within the housing structure; and a control system ( 36 ), which is in communication with the plurality of sensors and the plurality of actuators and is configured to control the plurality of actuators to displace the rotor relative to the housing structure by displacement of the shaft bearing to move through the plurality of sensors between the rotor and the housing structure compensated eccentricities. System nach Anspruch 9, wobei das Steuerungssystem (36) ein geschlossenes, rückgekoppeltes Regelsystem (38) mit Software implementierten Programmen aufweist, die eine Größe und Umfangsposition einer Rotorexzentrizität anhand von Signalen berechnen, die von den mehreren Sensoren (32) empfangen werden, und die mehreren Aktuatoren (30) steuern, um die berechnete Rotorexzentrizität zu kompensieren, während der Rotor (18) innerhalb der Gehäusestruktur (26) umläuft, und wobei die mehreren Sensoren eine beliebige Kombination von aktiven oder passiven Sensoren aufweisen, die längs des Umfangs im Abstand zueinander rings um die Gehäusestruktur angeordnet sind, um einen Abstand zwischen dem Rotor und der Gehäusestruktur zu messen.A system according to claim 9, wherein the control system ( 36 ) a closed, feedback control system ( 38 ) having software implemented programs that calculate a size and circumferential position of a rotor eccentricity from signals received from the plurality of sensors ( 32 ), and the multiple actuators ( 30 ) to compensate for the calculated rotor eccentricity while the rotor ( 18 ) within the housing structure ( 26 ), and wherein the plurality of sensors comprise any combination of active or passive sensors circumferentially spaced around the housing structure to measure a distance between the rotor and the housing structure.
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