用于在涡轮机上降低失圆影响的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及并公开一种涡轮机和用于降低涡轮机上失圆影响的方法。所述涡轮机包括内涡轮机壳和外涡轮机壳。所述内涡轮机壳使用环形插入件连接到所述外涡轮机壳。所述环形插入件分成多个环形插入件段，以便减少从所述外涡轮机壳到所述内涡轮机壳的负载传递，从而降低所述内涡轮机壳的失圆度。
【专利说明】用于在涡轮机上降低失圆影响的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在燃气涡轮机的涡轮机内壳上降低失圆影响的设备和方法。【背景技术】
[0002]若干涡轮部分设计包括:内涡轮机壳，所述内涡轮机壳提供流路以供工作气体穿过所述涡轮机；以及外涡轮机壳，所述外涡轮机壳环绕所述内涡轮机壳。一般地说，具有多个叶片的转子设置在所述内涡轮机壳内，并且因所述工作气体穿过所述涡轮机而旋转。在所述内涡轮机壳与所述多个涡轮机叶片之间的间隔确定涡轮机效率和电力生产，并且可能受到所述内涡轮机壳产生圆形截面偏差影响，这种偏差也称作失圆。由于内涡轮机壳与外涡轮机壳之间的连接，各种操作应力造成的负载通常从所述外涡轮机壳传递到所述内涡轮机壳并且导致所述内涡轮机壳畸变，这种畸变是一种称作失圆的情况。因此，希望设计出降低失圆影响的涡轮机壳。本发明提供一种减少负载在外涡轮机壳与内涡轮机壳之间传递来减小失圆效应的方法和设备。
【发明内容】
[0003]根据一方面，本发明提供一种在涡轮机上降低失圆影响的方法，所述方法包括:在所述涡轮机的外涡轮机壳内提供所述涡轮机的内涡轮机壳；以及使用环形插入件将所述内涡轮机壳连接到所述外涡轮机壳，所述环形插入件分成多个环形插入件段，以便减少从所述外涡轮机壳到所述内涡轮机壳的负载传递，从而减缓所述内涡轮机壳的失圆。
[0004]根据另一方面，本发明提供一种涡轮机，所述涡轮机包括:外涡轮机壳；内涡轮机壳；以及环形插入件，所述环形插入件经配置用于将所述内涡轮机壳连接到所述外涡轮机壳，并且分成多个环形插入件段，以便减少从所述外涡轮机壳到所述内涡轮机壳的负载传递。
[0005]这些和其它优点和特征将从结合附图的以下描述中更加清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]本专利申请文件中的权利要求书详细指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图的详细描述可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中:
[0007]图1示出在本发明的一项实施例中的涡轮发电机的示例性内涡轮机壳的侧视截面图；
[0008]图2示出包括止推环的图1所示内润轮机壳的截面；
[0009]图3示出在一项示例性实施例中的示例性壳扇区的剖视图；以及
[0010]图4和5示出在示例性涡轮机操作循环期间各个时间上的本发明的示例性内涡轮机壳的圆周的标绘。
[0011]【具体实施方式】参考附图以实例方式介绍本发明的各项实施例以及优点和特征。【具体实施方式】
[0012]图1示出在本发明的一项实施例中的燃气涡轮机的示例性内涡轮机壳100的侧视截面图。所述示例性内涡轮机壳100提供空心壳体，所述空心壳体沿着纵向轴线102延伸，并且具有在所述纵向轴线的第一端上的入口 104和在所述纵向轴线的第二端上的出口106。所述涡轮机壳大致上是围绕其纵向轴线102旋转对称的。具有多个涡轮机叶片(未示出)的转子大致上沿着所述纵向轴线102设置在所述内涡轮机壳100内。在入口 104处注射到所述内涡轮机壳100中的工作气体使得所述涡轮机叶片位移，从而导致所述涡轮机叶片旋转，由此导致所述转子旋转发电。在各项实施例中，所述内涡轮机壳100由两个或更多个部分组成，这些部分在本说明书中也称作壳扇区，所述部分配合在一起以构成所述内涡轮机壳100。示例性壳扇区大体上围绕所述纵向轴线102跨越所选方位角。两个或更多个壳扇区经由螺栓112在界面110上配合在一起。配合的壳扇区提供穿过所述内涡轮机壳100的冷却孔或空气通道114，以将空气提供到组装在所述内涡轮机壳上的喷嘴(未示出)。所述内涡轮机壳在所述内涡轮机壳100的止推环116处连接到所述外涡轮机壳。所述内涡轮机壳包括止推环116。
[0013]图2示出包括止推环116的图1所示内润轮机壳的截面。在各项实施例中，所述止推环116是分段的。所述内涡轮机壳的分段的止推环116包括槽118，环形插入件可以插入到所述槽中。所述环形插入件将所述内涡轮机壳连接到所述外涡轮机壳，以便支撑所述内涡轮机壳。所述环形插入件在所述内涡轮机壳与所述外涡轮机壳之间提供接触区域。在一项示例性实施例中，所述环形插入件分成多个环形插入件段，所述多个环形插入件段彼此分隔开，以便沿着圆周在这些段之间提供间隙。因此，所述多个环形插入件段作为对边的总角小于360度。
[0014]图3示出在本发明的一项示例性实施例中的壳扇区的剖视。示例性内涡轮机壳由四个壳扇区组成，所述四个壳扇区各自构成所述内涡轮机壳300的四分之一。示出的是示例性壳扇区315。示出的是环形插入件段302在所述示例性壳扇区315上。所述环形插入件段302沿着扇区315的圆周从第一方位位置304延伸到第二方位位置306，从而作为角320的对边。在一项实施例中，角320小于90度。在另一项实施例中，角320在约15度与85度之间。在又一项实施例中，角320在约30度与约70度之间。在一项示例性实施例中，所述环形插入件段302均匀设置在壳扇区315的第一配合界面310与第二配合界面312之间，这样使得在所述第一方位位置304与所述第一配合界面310之间的距离与在所述第二方位位置306与所述第二配合界面312之间的距离大致上相同。因此，在所述外涡轮机壳与所述内涡轮机壳之间的接触区域小于360度。这种减小的接触区域使得在所述外涡轮机壳与所述内涡轮机壳之间的负载传递区域减小。在替代实施例中，所述示例性壳扇区315可以包括彼此间隔开的两个或更多个环形段。
[0015]在一方面，所述环形插入件段的长度可以使用处理器进行确定。示例性处理器可以进行模拟，以便确定在所述内涡轮机壳的失圆符合所选标准时所述环形插入件段的长度。所述处理器可以模拟涡轮机的各种操作循环，并且确定在所述循环期间所述内涡轮机壳在各个时间上的失圆。
[0016]或者，可以构造并且操作具有示例性环形插入件段的涡轮机。可以将传感器设置在所述内涡轮机壳的各个位置上，并且可以在所述涡轮机运行通过各种操作循环时观察所述内涡轮机壳的失圆。因此，可以通过观察各种环形插入件段长度相对于降低失圆影响的效果来确定环形插入件段长度和间隔。
[0017]在一方面，选择在失圆符合所选标准时环形段的长度。在各项实施例中，在所述环形段的长度使得所述内涡轮机壳的失圆在可接受容差水平内时，选择合适的段。在另一项实施例中，所述所选标准可以是在所选时间框架上的失圆容差。
[0018]图4示出在示例性涡轮机操作期间在各个时间上的本发明的示例性内涡轮机壳的圆周的标绘。图4的标绘输出自所述圆周的径向位移测量方面的分析模型，这种测量围绕所述圆周在大约每5度进行一次。或者，可以大体上使用围绕所述圆周放置的约10个传感器来获得标绘，以便测试构造成的壳，在各个时间上获得径向测量，所述各个时间由参考数字 401 (在启动后 1654 秒)、402 (2374 秒)、403 (2874 秒)、404 (4174 秒)、405 (100000秒)以及406 (100967秒)指示。图5示出在稍晚时间上的图4示例性内涡轮机壳的圆周的标绘。在各个时间上获得径向测量，所述各个时间由501 (105618秒)、502 (114400秒)、503 (116055 秒)、504 (116271 秒)、505 (116775 秒)以及 506 (214400 秒)指示。所述示例性内涡轮机壳大体上运行通过一个或多个增加和减少电力输出的循环。所述内涡轮机壳的所述圆周大体上通过受热增大并且通过冷却减小。较早时间(即时间401)示出具有大致上圆形截面的内涡轮机壳。以在高输出水平(即时间404、405以及406)操作的所述涡轮机就会示出。具体地说，时间404示出在高输出水平上具有较大失圆效应的内涡轮机壳。将所述圆周示出为操作循环的时间503和504降低到较低输出水平。各种程度的失圆就会示出。将所述圆周示出为操作循环的时间506再次提升到高输出水平。如图5所示，在时间506上，所述壳的失圆程度相对较轻。当所述失圆效应在可接受容差内时，操作员可以选择环形段以在涡轮机中使用。
[0019]因此，在一方面，本发明提供一种在涡轮机上降低失圆影响的方法，所述方法包括:在所述涡轮机的外涡轮机壳内提供所述涡轮机的内涡轮机壳；以及使用环形插入件将所述内涡轮机壳连接到所述外涡轮机壳，所述环形插入件分成多个环形插入件段，以便减少从所述外涡轮机壳到所述 内涡轮机壳的负载传递，从而减缓所述内涡轮机壳的失圆。在一项实施例中，所述多个环形插入件段包括四个环形插入件段。所述环形插入件段中的至少一个环形插入件段为从所述内涡轮机壳的纵向轴线测量的角的对边，所述角选自以下其中一项:(i )小于90度；(ii )在约15度与约85度之间；以及(iii )在约30度与约70度之间。处理器可以用来确定在所述内涡轮机壳的失圆符合所选标准时所述环形插入件段的长度和位置。环形插入件段的长度经过选择，以便减少在所述外涡轮机壳与所述内涡轮机壳之间的负载路径。在各项实施例中，所述负载来自所述外涡轮机壳上的热应力。所述环形插入件段设置在所述内涡轮机壳的止推环上，围绕所述内涡轮机壳的圆周处于等距位置上。在各项实施例中，所述内涡轮机壳由至少两个方位壳扇区构成。
[0020]一种涡轮机包括:外涡轮机壳；内涡轮机壳；以及环形插入件，所述环形插入件经配置用于将所述内涡轮机壳连接到所述外涡轮机壳，并且分成多个环形插入件段，以便减少从所述外涡轮机壳到所述内涡轮机壳的负载传递。在一项示例性实施例中，所述环形插入件分成四个环形插入件段。至少一个所述环形插入件段作为其对边的角选自以下其中一项:(1)小于90度；(^)在约15度与85度之间；以及(iii)在约30度与约70度之间。运行所述涡轮机的模型的程序的处理器可以用来确定所述环形插入件的长度。所述环形插入件段的所述长度大体上经过选择，以便减少在所述外涡轮机壳与所述内涡轮机壳之间的负载路径。所述负载大体上涉及所述外涡轮机壳上的热应力。在一项示例性实施例中，所述环形插入件段围绕所述内涡轮机壳的圆周均匀间隔开。在各项实施例中，所述内涡轮机壳由在所选方位角上延伸的至少两个壳扇区构成。
[0021]尽管本发明只结合有限数量的实施例进行详细描述，但应易于了解，本发明并不限于此类公开的实施例。相反，本发明可以进行修改，以便并入在此之前并未描述但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管本发明的各项实施例已进行描述，但要理解，本发明的各个方面可以只包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受限于前述描述，而只受限于所附权利要求书的范围。
【权利要求】
1.一种用于降低涡轮机失圆影响的方法，包括: 将所述涡轮机的内涡轮机壳设置在所述涡轮机的外涡轮机壳内；以及 使用环形插入件将所述内涡轮机壳连接到所述外涡轮机壳，所述环形插入件分成多个环形插入件段，以便减少从所述外涡轮机壳到所述内涡轮机壳的负载传递，从而降低所述内涡轮机壳的失圆度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个环形插入件段进一步包括四个环形插入件段。
3.如权利要求2所述的方法，其中至少一个所述环形插入件段为从所述内涡轮机壳的纵向轴线测量的角的对边，所述角选自以下其中之一:(i )小于90度；(ii )在约15度与约85度之间；以及(iii)在约30度与约70度之间。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用处理器来确定当所述内涡轮机壳的失圆度符合所选标准时所述环形插入件段的长度。
5.如权利要求1所述的方法，其中环形插入件段的长度经过选择，以便减少在所述外涡轮机壳与所述内涡轮机壳之间的负载路径。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述负载是由所述外涡轮机壳上的热应力造成的。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述环形插入件段围绕所述内涡轮机壳的圆周等距离地设置在所述内涡轮机壳的止推环上。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述内涡轮机壳由至少两个方位壳扇区构成。
9.一种涡轮机，包括: 外润轮机壳； 内涡轮机壳；以及 环形插入件，所述环形插入件配置用于将所述内涡轮机壳连接到所述外涡轮机壳，并且分成多个环形插入件段，以便减少从所述外涡轮机壳到所述内涡轮机壳的负载传递。
10.如权利要求9所述的涡轮机，其中所述环形插入件分成四个环形插入件段。
11.如权利要求10所述的涡轮机，其中至少一个所述环形插入件段作为其对边的角选自以下其中一项:(i)小于90度；(ii)在约15度与85度之间；以及(iii)在约30度与约70度之间。
12.如权利要求9所述的涡轮机，其中使用运行所述涡轮机的模型程序的处理器来确定所述环形插入件段的长度。
13.如权利要求9所述的涡轮机，其中所述环形插入件段的长度经过选择，以便减少在所述外涡轮机壳与所述内涡轮机壳之间的负载路径。
14.如权利要求9所述的涡轮机，其中所述负载涉及所述外涡轮机壳上的热应力。
15.如权利要求9所述的涡轮机，其中所述环形插入件段围绕所述内涡轮机壳的圆周均勻隔开。
16.如权利要求9所述的涡轮机，其中所述内涡轮机壳由在所选方位角上延伸的至少两个壳扇区构成。
【文档编号】F01D25/26GK103485844SQ201310230832
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月9日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】S.C.皮萨斯基, K.D.布莱克 申请人:通用电气公司