用于拆卸涡轮构件的系统和方法

专利名称：用于拆卸涡轮构件的系统和方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及涡轮系统，且更特定而言，涉及用于拆卸涡轮构件的系统和方法。
背景技术：
涡轮系统包括诸如转子、压缩机和涡轮的涡轮构件。拆卸涡轮构件是耗时且复杂的操作。转子可例如包括相对于轴同轴定位的多个转子叶轮。拆卸转子涉及移除诸如转子叶轮的构件。不利的是，转子叶轮可由难脱离的接头紧固。另外，许多这样的接头处于难以接近的部位。

发明内容
在范围上符合最初要求保护的本发明的某些实施例在下文中总结。这些实施例预期并不限制所要求保护的本发明的范围，而是这些实施例预期仅提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可涵盖可类似于或不同于下文所述的实施例的多种形式。在第一实施例中，一种系统包括涡轮工具。该涡轮工具构造成松动在涡轮系统的第一构件与第二构件之间的干涉配合。涡轮工具还构造成向涡轮系统的第一构件内部施加热介质。在第二实施例中，一种系统包括涡轮工具控制器。该涡轮工具控制器构造成控制涡轮工具以松动在涡轮系统的第一构件与第二构件之间的干涉配合。涡轮工具控制器还构造成控制由涡轮工具向涡轮系统的第一构件的内部施加热介质。在第三实施例中，一种方法包括向涡轮系统的第一构件的内部施加热介质。该方法还包括控制热介质的施加以松动在涡轮系统的第一构件与第二构件之间的干涉配合。


当参看附图来阅读本发明下文的详细描述时，本发明的这些和其它特点、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中，相似的附图标记表示相似的部件，其中图1为根据本技术的某些实施例的包括压缩机和转子的涡轮系统的截面侧视图；图2描绘了根据本技术的某些实施例适合创建用于拆卸构件的热和结构模型的逻辑；图3描绘了根据本技术的某些实施例适合施加用于拆卸构件的高温介质和/或低温介质的逻辑；图4为根据本技术的某些实施例控制加热源的控制器的示意图；图5为根据本技术的某些实施例的转子叶轮和热拆卸工具的截面图；图6为根据本技术的某些实施例的转子叶轮和热拆卸工具的截面图；和图7为根据本技术的某些实施例的转子叶轮和热拆卸工具的截面图。部件清单
10涡轮系统12燃料喷嘴14压缩机区段16燃烧器18进气区段20 级22 级24 级26固定静叶28 叶片30旋转叶轮32 轴34涡轮区段36扩散器区段38过渡件40 级42 级44 级46 叶片48 叶轮50 叶轮52 叶轮54 轴60排气区段58间隔件62 逻辑64 模型66 方块68 方块70 方块72 方块74 方块76 方块78 决策80 决策83拆卸程序85 时间热分布(temporal thermal profile)84 逻辑86 方块
88方块
90方块
92决策
94方块
96决策
98方块
106控制器
108涡轮构件
110涡轮构件
112加热源
114涡轮工具
116传感器
118传感器
119传感器
120冷却源
122荷载力
IM转子叶轮
126叶轮内孔
128间隔件
130涡轮工具
132槽舌接头(rabbetjoint)
134槽舌接头
136高温空气鼓风机
138管
140内部
142外围部
143孔
144高温空气
145腔室
146涡轮工具
148转子叶轮
150间隔件
152间隔件
154槽舌接头
156槽舌接头
158内部
160叶轮面
162中央内孔
164腔室
166管
168孔
170孔
172底部区段
173孔
167外端
174涡轮工具
176转子叶轮
178涡轮构件
180间隔件
182“枪”孔
184内部腔室
186管
188叶轮面
190喷嘴
192槽舌接头
194槽舌接头
具体实施例方式将在下文中描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特点。应了解在任何这样实际实施方式的发展中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多具体实施决策来实现开发者的具体目的， 诸如符合系统相关和商业相关约束，对于不同的实施方式，这些约束可不同。此外，应了解， 这些开发努力可为复杂的且耗时的，但仍是受益于本公开的本领域普通技术人员设计、制作和制造的常规任务。当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”预期表示存在这些元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”预期是包括性的且意味着可存在除了所列出元件之外的额外元件。所公开的实施例针对于用于拆卸诸如转子、压缩机和涡轮的涡轮构件的技术和系统。实际上，可使用本文所述的技术来拆卸通过使用例如干涉配合而固定的任何类型的构件。某些构件，诸如转子构件，包括可在轴上同轴或同心定位的大量转子叶轮或级。这些转子叶轮可位于涡轮系统内，诸如在下文中关于图1更详细描述的涡轮系统。可使用例如具有干涉配合的槽舌接头将转子叶轮配合到间隔件。干涉配合，例如压入配合或摩擦配合可包括压缩和张力分量，其促进了干涉配合的紧固强度。即，槽舌接头的机械特点，诸如插入到母端(例如，凹槽)的公端(例如，脊或突起)，可在槽舌接头处形成压缩力，从而将转子叶轮牢固地固定就位。可使用类似的紧固技术来固定压缩机构件、泵构件和其它旋转构件。在某些实施例中，可创建各种涡轮构件或结构的热和结构模型，该涡轮构件或结构诸如转子叶轮、间隔件组件和/或槽舌接头。热和结构模型可能够对各种涡轮构件的热特性(包括热膨胀和收缩)建模。因此，可使用诸如计算流体动力学(CFD)、有限元分析(FEA)、实体建模(例如，参数和非参数建模)和三维至二维FEA映射的适合于描述热响应的技术可来创建热和结构模型。可对高温介质和/或低温介质的施加建模和也可对所造成的应力响应，诸如机械应力建模。这种热和结构模型然后可用于涡轮工具(例如热拆卸工具)和过程的设计中以向多种部位施加高温和低温，包括涡轮构件的内部(例如，叶轮内孔、叶轮面)，外表面和其它旋转构件。实际上，高温和低温介质可施加到构件上的各个部位，如在本文中更详细地描述。所造成的热响应可适合于使配合结构脱离同时最小化应力水平。此外，热响应可适合于通过缩短使构成诸如转子的系统的多个构件脱离所需的时间来优化转子结构的拆卸。实际上，本文所述的技术允许更快速且更高效地拆卸构件，诸如下文中关于图1更详细地描述的涡轮系统的构件。考虑到前文且现转至图1，示出了燃气涡轮系统10的实施例的截面侧视图。燃气涡轮系统10可例如用于发电设施中。如在下文中进一步描述地，燃气涡轮系统10的某些构件，诸如涡轮区段34和压缩机区段14，包括可通过具有干涉配合的槽舌接头而紧固的构件。可通过选择性地施加高温介质和/或低温介质而更高效地拆卸这些结构，如在下文中更详细地描述。该燃气涡轮系统10包括燃烧器16。燃料供应可通过一个或多个燃料喷嘴12将液体燃料或气体燃料，诸如天然气，发送至燃烧器16内。在某些实施例中，燃气涡轮发动机 10可包括安置成环形布置或任何其它合适布置的多个燃烧器16。另外，每个燃烧器16可包括以环形或其它布置附连到每个燃烧器16的头端的多个燃料喷嘴12。空气可通过进气区段18进入燃气涡轮发动机10且可由压缩机14压缩。压缩机 14可包括压缩空气的一系列级20、22和M。每个级可包括一组或多组固定静叶沈和叶片观，其旋转以逐渐增加压力来提供压缩空气。叶片观可附连到旋转叶轮30，旋转叶轮30连接到轴32。在某些实施例中，可通过首先创建压缩机构件的热和结构压缩机模型来拆卸叶片28、叶轮30和压缩机区段14的其它结构。压缩机模型可包括热辐射、传导和对流模态， 其能预测压缩机和相关结构的热特性。然后可基于压缩机模型来施加高温和/或低温介质，其允许某些构件，诸如压缩机叶轮30，更容易从涡轮系统10拆卸和移除。类似技术可用于拆卸涡轮系统10的其它构件，包括涡轮转子34的构件，如在下文中更详细地描述。来自压缩机区段14的压缩排放空气可通过压缩机区段14的扩散器区段36离开压缩机区段14且可被引导至燃烧器区段16的一区段，其中，压缩空气可与燃料混合。举例而言，燃料喷嘴12可以以用于最佳燃烧、排放、燃料消耗和功率输出的合适比例将燃料-空气混合物喷射到燃烧器16内。如上文所指出的，多个燃烧器16可环形地安置于燃烧器区段 16内。每个燃烧器16可包括过渡件38，其将热燃烧气体从燃烧器16引导至涡轮区段34。 特别地，每个过渡件38可大体上限定包括于涡轮区段34的第一级40内从燃烧器16到涡轮区段34的喷嘴组件的热气体路径。如所描绘的，涡轮转子34包括三个单独的级40、42和44。每一级40、42和44可包括联接到相应转子叶轮48、50和52的一组叶片46。转子叶轮48、50和52可旋转地附连到轴M。当热燃烧气体使得涡轮叶片46旋转时，轴M旋转以驱动压缩机区段14和任何其它合适负载，诸如发电机。最后，燃气涡轮发动机10通过排气区段60来扩散和排出燃烧气体。转子叶轮48、50和52可使用例如具有干涉配合的槽舌接头而固定地紧固到间隔件58。 如上文所提到的，可创建涡轮转子34的构件和相关结构的热和结构模型。该热和结构模型可包括热辐射、传导和对流模态，其能预测构件和相关结构的热特性。可基于热和结构模型施加高温和/或低温介质，其允许某些构件，诸如转子叶轮48、50和52，更容易从涡轮系统 10拆卸和移除。在某些实施例中，逻辑，诸如在下文中关于图2更详细地描述的逻辑，可用于创建适合于优化诸如涡轮系统10的构件的各个结构的拆卸的热和结构模型。这种模型可包括时间温度分布，其详细描述了向涡轮构件的各个部位(例如，叶轮内孔、叶轮面)逐渐施加高温介质或低温介质。图2为可用于创建适合于拆卸构件，诸如涡轮区段34或压缩机14的热和结构模型64的逻辑62的实施例的示意图。逻辑62可首先对进行拆卸的构件进行评估(方块66)。 评估66可包括确定适用于施加高温介质和/或低温介质的可能构件部位。举例而言，如果构件为转子叶轮或叶轮面，叶轮内孔和/或二次流动孔可用于施加高温介质和/或低温介质。同样，如果该构件是压缩机，部位可包括叶轮面、叶轮内孔和其它部位。其它部位可包括槽舌接头结构，间隔件表面等等。实际上，可评估任意数量的构件部位以确定其能进行热辅助拆卸涡轮构件的适宜性。然后可选择这些评估的部位中的某些来接收高温介质和/或低温介质的施加。所选择的部位可通过使用能施加热能的涡轮工具(例如，热拆卸工具)更高效地接近。举例而言，诸如转子叶轮内孔的部位可通过使用适合于递送高温流体到内孔的管路或管道而更高效地接近。因此，对构件的评估(方块66)可包括热拆卸工具或多个热拆卸工具的设计，其具有能接近各个部位，诸如叶轮面、叶轮内孔、流动孔和其它部位的管道。这些工具能使用高温流体，诸如气体或液体，其能递送热能到选定部位。这些涡轮工具的设计然后可用于构造实际涡轮工具。在下文中关于图4至图7更详细地描述了某些实例热拆卸工具。对构件的评估(方块66)也可包括对所评估的构件中每一个的应力水平的分析。 更具体而言，由构件所经历的热梯度可导致热应力。可不需要构件的热应力，取决于构件材料性质和制造方法(例如，铸造、锻造和铣削)。因此，可分析每个构件的应力水平以便确定最大化构件寿命所需或可接受的应力水平。在某些实施例中，诸如计算流体动力学(CFD)、 有限元分析(FEA)、实体建模(例如，参数和非参数建模)和三维至二维FEA映射的技术可用于允许进行适合于最大化构件寿命期限的应力水平分析。举例而言，可创建一组子模型， 其包括对高温流体(或低温流体)可如何通过各个涡轮构件，构件材料可如何响应于热流动，热梯度可如何发展和可如何基于任何热梯度产生热应力进行分析。另外，也可分析通过传导、对流和辐射传热对构件的加热(和冷却)。然后可基于前述分析(例如，CFD、FEA、实体建模和/或三维至二维FEA映射)来开发热和结构模型64 (方块68)。如将在下文更详细地描述，热和结构模型64可结合适合于递送高温介质和/或低温介质的某些控制器(例如，热控制器、涡轮工具控制器)实施例来使用。在一实例中，热和结构模型64包括一组边界条件。边界条件辅助精调模型的范围， 例如通过规定在要解决的问题的边界处的流体特性和性质。边界条件包括对模型64的限制，诸如不同材料的传热系数值，可使用的流体的温度范围，机械约束(例如，刚性主体约束、移动约束)、干涉配合值(例如，干涉压力、摩擦力、传输扭矩)。因此，可计算边界条件且应用于热和结构模型64(方块70)。然后可计算一组初始条件且应用于模型64(方块 2)。初始条件可包括(例如)在时间、拆卸的构件的温度场和应力场。温度场可包括在构成拆卸的构件的各种建模结构上分布的大量开始温度点和/或向量。同样，对应于温度场的应力场可包括代表温度场的开始温度的应力。该模型64然后可用于计算该结构中的个别构件对高温介质和/或低温介质的热响应(例如，对于热对流、传导和/或辐射的响应)(方块74)。举例而言，由于施加高温流体和/或低温流体所致的热梯度可在各个时间、，t1;…，tn模拟。热梯度可导致构件的不同区域膨胀(或收缩)不同量。在某些实施例中，逻辑62可始于初始时间、直到到达时间tn迭代地计算对施加高温流体和/或低温流体的热响应。因此，与热响应(例如，热梯度)相关联的应力可在各个时间(从时间、逐渐直到到达时间tn)计算(方块76)。应力为材料对于例如热梯度的扭曲效果的内部阻力或反作用力。可对于被拆卸的各个构件以及对于接头(例如，槽舌接头)和其它相关构件(例如相邻构件)执行应力计算(方块76)。然后可比较应力计算与所需最大应力水平来判断应力是否低于可接受的水平 (决策78)。所需最大应力水平可基于材料性质(例如，拉伸强度、压缩强度)，制造类型(例如，锻造、铸造和铣削)，构件几何形状和/或预期应用(例如，工作周期、环境条件、设计寿命)导出。如果计算的应力在可接受的水平(决策78)，那么该逻辑判断拆卸时间是否为可接受的(决策80)。可接受的拆卸时间的确定可包括使用典型中值和/或平均拆卸时间的存入记录(logged record)，包括使用模型64的热分析和/或拆卸过程的人为因素学习。 举例而言，可接受的时间可为近似等于或小于实施本文所述的技术之前记录的平均或中值拆卸时间的时间。在一实施例中，如果并未发现拆卸时间是可接受的(决策80)，或者如果并未发现应力在可接受的水平(决策78)，那么逻辑62迭代以便基于修正或更新的边界条件来重新计算和重新应用该模型(方块70)。基于边界条件的新集合和/或初始条件的迭代可导致可接受的应力水平和可接受的拆卸时间。举例而言，热能值可增加且可使用新初始热场。在另一实施例中，如果未发现拆卸时间是可接受的(决策80)，或者如果未发现应力处于可接受的水平，那么该逻辑62可迭代且重新评估被拆卸的构件(方块66)。重新评估构件(方块66)可允许评价施加热能的不同构件部位。然后可更新热和结构模型64以应对这些部位的修正的重新评估。然后可如上文所述地使用逻辑62以找到低于可接受水平的应力(决策78)和找到可接受的拆卸时间(决策80)。如果发现拆卸时间是可接受的 (决策80)且如果发现应力水平在可接受的水平，那么逻辑62可提供具有拆卸程序83和 /或时间热分布85的维修车间。拆卸程序83可包括例如图3所述用于拆卸涡轮构件的拆卸逻辑。拆卸程序83也可包括关于使用热拆卸工具和适合于分开涡轮构件的机械力(例如荷载力)施加的细节。时间热分布85可包括关于可例如由自动化控制器(例如，热控制器、涡轮工具控制器)使用的热能在时间上施加的细节，如将在下文中关于图4更详细地描述。图3说明了可用于更高效且快速地拆卸涡轮构件，诸如压缩机和/或涡轮区段的拆卸逻辑84的实施例。逻辑84可包括非暂时机器可读代码或计算机指令，其可由计算装置(例如，闭环控制器)用于将诸如温度输入的传感器输入转换为诸如促动器输出的输出。 热可首先施加(方块86)，例如通过使用下文更详细描述的热拆卸工具。所施加的热可包括传导、对流和/或辐射热。举例而言，高温流体(例如高温空气或高温水)可由高温空气源加热且引导以便冲击诸如转子叶轮内孔的构件内部。在另一实例中，化学源，诸如放热化学源(例如，化学加热垫)可用于提供热。在又一实例中，诸如加热毯的电加热器可用于提供热。在某些实施例中，热施加到构件内部，诸如近似靠近或在构件的质心(例如，叶轮内孔、叶轮面)。热然后可更均勻且高效地传导通过构件质量，从而减小了热梯度和其相对应的热应力。热可传播到接头，诸如具有干涉配合的槽舌接头。槽舌接头可包括插入到母部 (例如凹槽)内的公部(例如，突起)。通过加热母部和/或冷却公部，该接头可变得松动。 实际上，热变化可解除干涉配合同时也维持较低应力水平，这是因为热的均勻施加。在其它实施例中，热可施加到构件的任何表面或部分以便能松动干涉配合。举例而言，热可直接施加到干涉配合，到干涉配合的附近构件，或者在构件表面或质量中的任何地方。逻辑84可通过使用微处理器或任何合适的定时装置来监视时间(方块88)。同样，可例如由温度传感器，诸如热电偶、电阻热装置(RTD)、热敏电阻和/或非接触式光学温度传感器来监视温度(方块90)。在某些实施例中，可监视时间和温度以便在施加高温介质或低温介质86期间遵循时间热分布85。即，可监视时间和温度以便在所需时间接近所需温度，如由时间热分布85所指导的。举例而言，在时间、，所需温度可为周围温度。随着时间增加，所需温度可升高。因此，当到达某个时间测量时(决策92)，逻辑84然后可增加热施加(方块94)。如果并未到达时间测量(决策92)，逻辑可迭代返回以监视时间(方块88) 并监视温度(方块90)。同样，如果并未到达某些监视温度(即，拆卸温度)(决策96)，那么逻辑84可迭代返回以监视时间(方块88)并监视温度(方块90)以便更密切地遵循时间热分布85。在某些实施例中，如果到达了所需时间和/或所需温度，那么逻辑84然后可冷却具体构件或构件的部分(方块86)。可施加冷却以辅助分开干涉接头。因此，可向并不接收热的配合构件施加冷却。举例而言，当转子叶轮与间隔件配合时，转子叶轮可经历高温介质的施加而间隔件可经历低温介质的施加。也可向槽舌接头的某些部分施加冷却。举例而言，可加热槽舌接头的母部且因此可冷却槽舌接头的公部以更快速地松动该干涉配合。施加低温介质可包括干冰、冷冻空气、冷冻水和/或吸热化学包。在施加低温介质86期间，可监视低温(方块88)且可监视施加低温介质所用的时间(方块90)。这种监视可使得施加高温介质或低温介质遵循时间热分布85以便更快速地松动该接头。因此，如果并未到达某个时间测量(决策92)且如果并未测量某个温度(即，拆卸温度)(决策94)，则该逻辑84 可继续冷却(方块86)。如果到达时间(决策92)或者如果测量了拆卸温度，那么可施加力 (方块96)。在某些实施例中，该逻辑84可使用高温介质而不使用任何低温介质。可向配合部件施加荷载(即，机械力)(方块96)以辅助机械分开配合部件。举例而言，升降机、绞盘、提升机或千斤顶可用于施加适合于分开配合构件的荷载。通过使用本文所公开的技术，由于施加高温介质和/或低温介质，可减小用于分开部件的力量。实际上，通过在施加热能期间遵循时间热分布，可更易于分开配合构件同时减小热和机械应力。 配合构件然后可彼此脱离(方块98)且从涡轮系统10移除。图4为说明能控制高温介质和/或低温介质施加的自动化控制器106 (例如，热控制器、涡轮工具控制器)的实施例的示意图。控制器106可为可编程逻辑控制器(PLC)、比例积分微分(PID)控制器、计算机工作台或任何其它合适的控制器装置。在所描绘的实施例中，控制器106可使用时间温度分布(TTP)85来加热第一涡轮构件108和/或冷冻第二涡轮构件110。第一构件108的加热和/或第二构件110的冷冻可使得接头，诸如具有干涉配合的槽舌接头变得松动。因此，控制器106可以能够控制加热源112(例如，高温空气鼓风机、沸腾器、放热化学品)以便能加热诸如高温空气和/或高温水的高温流体。由加热源加热的流体由热拆卸工具114递送到第一涡轮构件108。热拆卸工具114能通过诸如管路、内孔、间隙、方形管件等的流体管道来递送高温流体。这种流体管道允许精确地递送高温流体到难以到达的区域，诸如转子叶轮内孔的内侧。实际上，通过采用柔性和/或刚性管道，热拆卸工具114可允许递送高温流体到原本不能接近或难以接近的各个部位。图4还描绘了连接到控制器106的三个传感器116、118、119和121。传感器116 和118分别能传送指示构件108和110的温度的温度测量。传感器119能传送指示周围条件，诸如涡轮构件108或110附近周围空气的温度测量。传感器121能传送指示进入涡轮构件108的热流体的温度测量。传感器116、118、119和121可包括热电偶、热敏电阻、RTD 和/或光学传感器(例如，非接触式温度传感器)。实际上，可使用很多种温度传感装置。 在某些实施例中，传感器116、118、119和121可为能够与控制器106无线通信的无线传感器。还应了解虽然图4示出了四个温度传感器，但是可使用更多或更少的传感器。实际上， 温度传感器可放置于涡轮构件上的多种部位，附近结构，加热源112中的部位和/或在加热工具114中的部位(例如管道内侧)。控制器106也能冷却构件110。因此，冷却源120可用于提供例如冷冻空气、干冰、 湿冰和/或吸热化学冷却剂。在一实施例中，在向构件108施加热时，可向构件110施加冷却剂以便辅助维持在两个构件108与110之间的温差。在两个构件108与110之间的温差可允许构件108的尺寸或几何形状的膨胀，而构件110可保持其原始尺寸(或缩小)。这些尺寸或几何形状的变化可因此松动固定两个构件108和110的接头。在某些实施例中，可施加荷载力122以完全分开两个构件110和108。举例而言， 控制器106可接合能控制诸如升降机、绞盘、提升机和/或千斤顶的设备的促动器。该设备然后可施加适合于使得构件108与构件110分开的荷载力122。在其它实施例中，可由人工操作者来施加荷载力。举例而言，控制器106可监视时间和温度且当时间和/或温度到达某个值(例如拆卸温度)时可通知人工操作者。人工操作者然后可施加荷载力122。通过监视和控制热拆卸过程，控制器106能更快速且更高效地拆卸构件108和110同时最小化热应力。图5为连接(即，配合)到轴126和间隔件128的转子叶轮124的实施例的截面图。该图还描绘了热拆卸工具130的实施例。在所描绘的实施例中，转子叶轮IM分别通过槽舌接头132和134配合到轴1 和间隔件128。槽舌接头132和134可包括适合于将轴1 和间隔件1 牢固地紧固到转子叶轮IM上的干涉配合。因此，热拆卸工具130可用于实现从叶轮内孔126和间隔件1 拆卸转子叶轮124。在所描绘的实施例中，热拆卸工具130包括连接到管138的高温空气鼓风机136。应了解在其它实施例中可使用两个或更多个高温空气鼓风机136。在另外的实施例中，可使用加热源，诸如沸腾器、放热化学包等。 实际上，可使用适合于加热流体(例如液体或气体)和固体的多种加热源以聚焦热能。管138的长度适合于横穿轴1 的整个内孔以便递送热能到转子叶轮124的内部 140。管138可包括具有多个开口或孔143的外围部142。这些开口或孔143能允许高温空气流144离开管138且直接冲击到内部140的底表面上。冲击于内部140上的高温空气144可因此将热能聚焦于大致靠近转子叶轮IM的大部分质量的位置。即，热能可施加于具有大量质量的部位140。然后这种热能可从内侧加热该转子叶轮124，从而允许热更均勻地热传导经过转子叶轮1 的质量且进入槽舌接头132和134内。这种均勻传导可导致热梯度的减小。也可随着高温空气144在例如腔室145内侧循环而发生对流加热。对流加热可转移额外热能给转子叶轮124，从而减小了加热转子叶轮IM所用的时间量。如上文所提到的，控制器106可能够通过遵循时间温度分布85来加热转子叶轮 124。因此，控制器106可促动高温空气鼓风机136以便递送高温空气144到转子叶轮IM 内。在一实施例中，控制器106可以能够进行闭环反馈控制。即，监视温度且可基于例如时间热分布85来导出对所监视的温度的响应。举例而言，如果温度降低到低于所需水平，那么控制器106可使用涡轮工具130 (例如，热拆卸工具)来引导更多高温空气144和/或可提高高温空气144的温度。同样，如果温度升高到高于所需量，那么控制器106可引导更少高温空气144和/或降低由热拆卸工具130所递送的高温空气144的温度。实际上，通过允许对所监视的温度做出反馈响应，控制器106可更密切地遵循时间热分布85，从而允许槽舌接头更快松动同时最小化热梯度。另外，控制器106可控制其它热拆卸工具实施例，诸如在下文中关于图6和图7更详细地描述的实施例，以更密切地遵循时间热分布85。此外，内部140的加热可伴有同时冷却例如轴126的外侧壁。这种冷却可包括利用套筒来覆盖轴126的外侧壁且向外侧壁与套筒之间的区域添加干冰。因此，控制器106 可提供基于时间热分布85的冷却时间。通过同时加热和冷却涡轮构件，可缩短拆卸时间同时减小热梯度。图6为可用于允许拆卸转子叶轮148的涡轮工具146(例如，热拆卸工具)的截面图。在所描绘的实施例中，转子叶轮148通过槽舌接头IM和156紧固到间隔件150和152。 由于构件的几何形状，可接近的内部158包括叶轮面160和中央内孔162。因此，热拆卸工具146可包括分别适合于加热叶轮面160以及中央内孔162的叶轮面加热腔室164和内孔加热管166。在所描绘的实施例中，高温空气鼓风机136可通过加热腔室164引导高温空气 144。加热腔室164可包括沿着叶轮面160间隔开的多个开口或孔，诸如开口 168和170。 加热腔室164也可为均勻的或不均勻的。腔室164的不均勻的实施例在某些区域中提供更多热。高温空气144可离开开口 168和170且直接冲击叶轮面160。高温空气144然后继续流动通过中央内孔162且进入内孔加热管166的底部区段172。在底部区段172与中央内孔162之间可存在小间隙，其允许空气流入到内孔加热管166的底部区段172内。底部区段172可包括适合于增加可通过内孔加热管166流动的进气的多个开口或孔173。高温空气然后可继续通过内孔加热管166，在管166的外端167处离开。S卩，空气144可从腔室 164流动，冲击在叶轮面160上，进入中央内孔162，继续到管166内且通过外端167离开。 通过加热该叶轮面160和中央内孔162，热拆卸工具146可允许热能更快速且更高效地传递到转子叶轮148的质量内。如上文所提到的，控制器106可允许通过遵循时间温度分布85来加热转子叶轮 148。时间温度分布85可考虑转子叶轮148的额外加热表面(例如，叶轮面160)且相应地引导控制器106。S卩，由于增加的加热表面，额外加热表面可允许控制器106施加更多热能。 热能然后可均勻地传导经过转子叶轮的质量且进入槽舌接头巧4和156内。热能能松动槽舌接头154和156的干涉或压缩配合，从而允许槽舌接头154和156更快速地断开连接同时最小化热梯度。图7为适合于允许拆卸配合到涡轮构件178和间隔件180的转子叶轮176的涡轮工具174 (即，热拆卸工具)的实施例的截面图。在所描绘的实施例中，涡轮构件178可不包括中央内孔。替代地，涡轮构件178可包括横穿涡轮构件178的一个或多个“枪” L 182(例如，二次流动孔)。这种“枪”孔182可充当在涡轮构件178的外部与转子叶轮176的内部腔室184之间的流体管道。在此实施例中，热拆卸工具174可包括用于“枪”孔182中的每一个的管186。每个管186包括适合于横穿孔182的长度。因此，高温空气鼓风机136可将高温空气144吹送到热拆卸工具174的管186的每一个内。高温空气144可离开管186 且直接冲击到转子叶轮174的叶轮面188(例如，内部)。在一实施例中，管186可包括喷嘴 190。喷嘴190允许高温空气144以聚焦于叶轮面188处的连贯流而喷射。另外，喷嘴190 可增加高温空气144的速度，从而提高了冲击到叶轮面188上的高温空气流144的聚焦和传热。高温空气也可在内部腔室184中循环，从而转移额外热能到转子叶轮176内。虽然所描绘的实施例示出了单个高温空气鼓风机136，应了解在其它实施例中可使用多个高温空气鼓风机136。此外，诸如液体的其它流体可用于递送热能。控制器106可通过引导高温空气通过管186中每一个来管理转子叶轮176的加热。如先前所提到的，控制器106可遵循时间热分布85以便更快速且均勻地加热转子叶轮 176同时减小或最小化热梯度。所施加的热可传导经过转子叶轮176的质量，到达槽舌接头 192和194，其分别将转子叶轮176紧固到涡轮构件178和间隔件180。所施加的热可允许槽舌接头192和194的母部(例如，凹槽部)膨胀，从而解除压缩或干涉配合。然后可施加适合于使得转子叶轮176从涡轮构件178和从间隔件180脱离的荷载。通过使用热拆卸工具174来向转子叶轮176的内部施加热，控制器106可更快速且高效地允许拆卸涡轮构件 176,178 和 180。另外，叶轮面188的加热可伴有同时冷却例如涡轮构件178的外侧壁。这种冷却可包括利用套筒来覆盖涡轮构件178的外侧壁且向外侧壁与套筒之间的区域添加干冰。因此，控制器106可基于时间热分布85提供冷却时间。这种同时加热和冷却还可缩短拆卸涡轮构件所需的时间。本发明的技术效果包括快速解除干涉配合以便使得配合的涡轮构件脱离的能力。 可在选定部位向各个涡轮构件施加加热和/或冷却。可创建时间热分布且然后在施加高温介质和/或低温介质时遵循。时间热分布允许快速地松动干涉配合同时也最小化任何热梯度。另外的效果包括减少维护涡轮系统的时间和费用。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，且也能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利保护范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则这些其它实例预期在权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种系统，包括涡轮工具(114，130，146，174)，其构造成松动在涡轮系统(10)的第一构件(108，124， 148，176)与第二构件(110，128，150，152，180)之间的干涉配合，其中，所述涡轮工具(114， 130，146，174)构造成向所述涡轮系统(10)的第一构件(108，124，148，176)的内部(140， 158，188)施加热介质。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述涡轮工具(114，130，146，174)包括联接到管道(138，164，186)的热源(112，136)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述管道(138，164，186)构造成延伸到所述第一构件(108，124，148，176)的内部。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述管道(138，164，186)包括喷嘴 (190)。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述管道(138，164，186)包括邻近所述第一构件(108，124，148，176)的内部(140，158，188)的多个开口(143，173)。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热源(112，136)包括流体源。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述涡轮工具(114，130，146，174)包括高温热源(112，136)，所述高温热源构造成向所述第一构件的内部(140，158，188)施加高温热介质，且所述涡轮工具包括低温热源，所述低温热源构造成向所述第二构件施加低温热介质。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括联接到所述涡轮工具的热控制器，其中，所述热控制器构造成控制向所述第一构件(108，124，148，176)施加所述热介质，以松动在所述涡轮系统(10)的第一构件(108，124，148，176)与第二构件(110，128，150，152， 180)之间的干涉配合。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述热控制器(106)包括热和结构模型 (64)，其具有关于向所述第一构件(108，124，148，176)施加所述热介质的时间温度分布 (85)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述热和结构模型(64)基于计算流体动力学(CFD)、有限元分析(FEA)、实体建模、三维至二维FEA映射或其组合。
全文摘要
用于拆卸涡轮(10)构件的系统和方法。提供包括涡轮工具(114，130，146，174)的系统。该涡轮工具(114，130，146，174)构造成松动在涡轮系统(10)的第一构件(108，124，148，176)与第二构件(110，128，150，152，180)之间的干涉配合。涡轮工具(114，130，146，174)还构造成向所述涡轮系统(10)的第一构件(108，124，148，176)的内部(140，158，188)施加热介质。
文档编号B23P11/02GK102554554SQ201110462920
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者A·米什拉, K·V·穆达利亚, R·F·古塔, S·H·布莱克 申请人:通用电气公司