对涡轮机的转子进行盘车的方法和进行该方法的盘车设备的制作方法
【专利摘要】一种对热加载涡轮机的转子(11)进行盘车的方法，包括以下步骤：使所述涡轮机的正常操作停止；提供用于使所述转子(11)绕着机器轴线(37)旋转的盘车装置(20)；将所述盘车装置(20)联接到所述转子(11)上；使所述转子(11)冷却；以及在所述转子(11)的冷却期间，借助于所述盘车装置(20)使所述转子(11)旋转。通过连续地确定在盘车期间用于使所述转子(11)旋转的所述盘车装置(20)对所述转子(11)施加的力或扭矩和/或转子(11)的周向速度，避免在盘车过程期间由于热引起的变形而产生的机器的损坏；并且依赖所述确定的力或扭矩和/或周向速度控制借助于所述盘车装置(20)的所述转子(11)的旋转，以便减少所述转子(11)的弯曲或失衡，该弯曲或失衡由于在冷却期间所述转子(11)上的不均匀温度分布而产生。
【专利说明】对涡轮机的转子进行盘车的方法和进行该方法的盘车设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及涡轮机技术。本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于对热加载涡轮机的转子进行盘车的方法。本发明进一步涉及用于进行这种方法的盘车设备。
【背景技术】
[0002]大型涡轮机转子必须在冷却期间至少以低速旋转，以保证均匀冷却(转子转动/盘车操作)。所需的转子旋转由特殊装置(转子盘车或转子转动装置)促动。
[0003]在冷却期间，通过自然对流，在流通道中在周向方向上存在大的温度偏差。如果该周向温度偏差传递到转子，则转子将由于不平均热膨胀而弯曲。转子弯曲可导致转子与定子接触，从而导致阻碍旋转。受阻转子导致无法使用涡轮机进行操作。转子和定子之间的接触通过摩擦导致部件状况恶化。
[0004]文献US 4, 905,810 A公开了一种设备和方法，其用于在涡轮发电机不以其正常方式旋转来产生功率的时间期间，使涡轮发电机的转子组件定期旋转，其中，通过可电控式扭矩-速度离合器机构和齿轮系，定期将不断操作的马达连接到安装在转子轴上的齿轮上，以便使轴以低速旋转180°。通过以电的方式对转子轴上的齿轮的齿计数来测量转子的位置，并且比较齿数与计数器中的预设数，在达到计数器中设定的数之后，该计数器断开马达与转子齿轮，并且设定制动器。可设定的计时器定期释放制动器，并且将马达连接到转子齿轮上。设备可包括用于记录轴的旋转的记录器，以及用于在计时器提供开始信号时指示转子的旋转失败的警告器。
[0005]文献US 4，267，740 A公开了一种用于旋转涡轮的轴的设备。该设备包括连接到轴上的棘轮轮，以及接合棘轮轮的齿的棘爪。棘轮轮的齿具有带有凸曲率的支承表面，而棘爪具有接触表面，该接触表面也具有凸曲率。
[0006]文献EP O 266 581 Al公开了一种借助于与超越离合器互连的液压齿轮传动马达来转动涡轮机组的轴的装置，轴安装在若干个液力轴承中，该若干个液力轴承优选地还具有升轴系统的油入口，其特征在于，液压齿轮传动马达和超越离合器与轴对齐地固定到轴的最前轴承的前壁上，此外，借助于滚动轴承安装超越离合器，并且轴的最前轴承具有用于相对于超越离合器居中的额外的静液安装件。
[0007]文献GB 564,519 A公开了一种用于各种机器和发动机的转子的盘车机构,包括流体压力促动式活塞和被其驱动的棘轮齿轮。
[0008]但是，现有的转子盘车促动器使涡轮机转子以恒定周向速度旋转，并且不可对开始发展的转子弯曲作出反应。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的目标是提供一种用于在冷却期间对涡轮机的转子进行盘车的方法和设备，其减少或消除转子在冷却期间由于不均匀热分布而产生的弯曲。
[0010]通过根据权利要求1的方法和根据权利要求9的盘车设备来达到该目标和其它目标。
[0011]用于对热加载涡轮机的转子进行盘车的有创造性的方法包括以下步骤:
使所述涡轮机的正常操作停止；
提供用于使所述转子绕着机器轴线旋转的盘车装置；
将所述盘车装置联接到所述转子上；
使所述转子冷却；以及
在所述转子的冷却期间，借助于所述盘车装置使所述转子旋转。
[0012]其特征在于，连续地确定在盘车期间用于使所述转子旋转的所述盘车装置对所述转子施加的力或扭矩和/或转子的周向速度；并且
依赖于所述确定的力或扭矩和/或周向速度，控制借助于所述盘车装置的所述转子的旋转，以便减少所述转子的弯曲或失衡，该弯曲或失衡由于在冷却期间所述转子上的不均勻温度分布而产生。
[0013]根据依照本发明的方法的实施例，所述转子的弯曲或失衡由所述转子外部的不均匀周向温度轮廓引起，并且所述盘车装置使所述转子旋转，使得所述转子上的所述不均匀温度分布被所述转子外部的所述不均匀周向温度轮廓减少。
[0014]特别地，所述转子被所述盘车装置不断地旋转，并且周向速度依赖于所述确定的力或扭矩和/或周向速度而改变。
[0015]根据本发明的另一个实施例，所述盘车装置使所述转子以递增方式旋转。
[0016]优选地，所述盘车装置使用棘轮和棘爪机构来使所述转子旋转。
[0017]根据本发明的再一个实施例，所述盘车装置被电动马达驱动，并且测量所述马达的电流，以确定对所述转子施加的所述力或扭矩。
[0018]根据本发明的又一个实施例，所述盘车装置被液压驱动，并且测量所述液压，以确定对所述转子施加的所述力或扭矩。
[0019]根据本发明的再一个实施例，所述涡轮机是固定燃气涡轮。
[0020]用于进行根据本发明的方法的有创造性的盘车设备包括盘车装置，该盘车装置具有盘车驱动器，该盘车装置可联接到所述涡轮机的转子上。盘车设备的特征在于，提供用于控制所述盘车装置的控制单元，并且所述控制单元接收来自速度传感器和/或所述盘车装置的所述盘车驱动器的信号。
[0021]根据依照本发明的设备的实施例，提供速度传感器，并且所述速度传感器构造成感测所述转子的周向速度。
[0022]根据设备的实施例，提供用以测量使转子转动所需的力或动量的传感器。特别地，可基于转子位置(角度)来确定力或动量。
[0023]根据本发明的另一个实施例，所述盘车驱动器包括电动马达，并且所述控制单元接收与流过所述电动马达的电流有关的信号。控制单元可构造成基于该信号来确定使转子转动所需的力或动量。特别地，可基于转子位置(角度)来确定力或动量。
[0024]特别地，所述电动马达是伺服马达。
[0025]根据本发明的又一个实施例，所述盘车装置包括具有棘爪的盘车机构，该棘爪设计成以往复方式与所述转子上的棘轮轮相互作用。【专利附图】
【附图说明】
[0026]现在借助于不同的实施例以及参照附图，更严密地说明本发明。
[0027]图1显示本领域中已知的具有连续燃烧的固定燃气涡轮的透视图； 图2在透视图中显示盘车装置作为棘轮和棘爪机构的一部分；
图3显示将根据图2的盘车装置结合到燃气涡轮中；
图4显示包括根据图2的盘车装置的棘轮和棘爪机构；以及 图5显示根据本发明的实施例的盘车设备的控制方案。
[0028]部件列表
10燃气涡轮(例如，类型GT26)
11转子/轴线 12壳体 13空气入口 14压缩机
15燃烧器(例如，EV喷燃器)
16高压涡轮
17燃烧器(例如，SEV喷燃器)
18低压涡轮 19排气出口 20盘车装置 21U形支架角 22U形支架板 23杆 24偏心轴 25联接壳 26齿轮箱 27信号连接器 28功率连接器 29伺服马达 30杆端轴承 31盘车活塞 32盘车壳 33棘爪 34棘轮轮 35弹簧 36支架 37机器轴线 38盘车机构 39盘车驱动器 40、41速度传感器 42控制单元 43显示器/控制台 44控制线(盘车装置)
45信号线(盘车装置)。
【具体实施方式】
[0029]图1显示具有本领域已知的连续燃烧的固定燃气涡轮的透视图。图1的众所周知的GT26型燃气涡轮10包括转子11，转子11绕着机器轴线(图5中的37)旋转，并且被壳体12同心地包围。在壳体12和转子11之间，环形热气通道从空气入口 13延伸到排气出口 19。在空气入口 13下游的压缩机14吸入空气，并且压缩空气，该空气输送到第一燃烧器15，其中，喷射燃料的第一燃烧对所述第一燃烧器15下游的高压涡轮16产生热气。
[0030]在经过高压涡轮16之后，热气(仍然含有燃烧空气)在第二燃烧器17中用来喷燃第二燃料，并且从而使热气再热。离开第二燃烧器17的热气驱动低压涡轮18，并且流到排气出口 19，以释放到烟囱，或者在联合循环动力装置CCPP的情况下，释放到热回收蒸汽发生器。
[0031]当这种燃气涡轮10在正常操作之后被关闭时，热气通道中的不均匀周向温度分布导致转子中的不均匀周向温度分布，这倾向于使转子相对于其轴线弯曲，这是因为在不同的温度下有不同的热膨胀，即使在冷却期间以恒定旋转速度对转子进行盘车时。
[0032]根据本发明的思想，转子盘车操作改变围绕周边的促动器速度，以使大型涡轮机的转子保持处于或回到笔直且同轴的状态。
[0033]转子在冷却期间弯曲将导致转子的变形(buckle)，重力对该变形起作用。关于变形的重力将导致围绕周向方向的不均匀的转子盘车力/转动促动器力。另外，围绕转子的周边的旋转速度将改变。
[0034]因此，应该引入围绕周边的促动器力和/或涡轮机转子速度的连续监测和估计。通过该估计，确定转子变形或周向扰动的位置。周向速度将改变。通过改变旋转速度，将使用可用(不均匀)周围周向温度轮廓来使转子变直回到同轴状态。
[0035]图2在透视图中显示盘车装置，盘车装置可用作类似于前面引用的文献之一 US4，267，740 A的棘轮和棘爪机构的一部分。图2的盘车装置20包括偏心轴24，偏心轴24被U形支架的U形支架角21和U形支架板22可旋转地支承。偏心轴被伺服马达29驱动，伺服马达29经由齿轮箱26和联接壳25连接到轴上。在偏心轴24上布置杆23，杆23将轴24的旋转转换成往复移动，往复移动经由杆端轴承30驱动盘车活塞31。盘车活塞31在盘车壳32中的往复移动导致布置在支架36的内部中的活塞的自由端处的棘爪33的相应移动。如图4中详细地显示的，在盘车动作期间，被弹簧35加载的棘爪33接合转子上的棘轮轮34的齿。可将根据图2的盘车装置20结合到燃气涡轮中，如例如图3中显示的。
[0036]伺服马达29配备有用于供应电功率的功率连接器28，以及信号连接器27，信号连接器27用于接收控制信号，并且发送关于在盘车过程期间使用的实际功率或电流的信号(参见图5)。
[0037]可使用其它类型的盘车装置来代替图2至4中显示的棘轮和棘爪机构。
[0038]为了得到关于不均匀温度分布对转子引起的失衡或弯曲的信息，可测量进行盘车过程所必需的力。例如通过布置在棘爪处的力传感器等，可直接测量该促动器力或扭矩，或者间接地估计。间接估计方法包括测量电促动器马达的电流或气压或液压促动器的促动中压。
[0039]另外或备选地，可测量或确定转子的周向速度。
[0040]如前面所述的，连续地监测和估计围绕周边的促动器力和/或涡轮机转子速度提供关于转子变形或周向扰动的位置的必要信息。
[0041]在冷却过程期间，周向速度将改变。通过改变旋转速度，将使用可用的(不均匀)周围周向温度轮廓来使转子变直回到同轴状态。
[0042]图5显示相应的盘车布置的简化方案。转子11 (其弯曲由虚线表示)围绕机器轴线37旋转。定位在具有不同半径的转子的部分处的速度传感器40和/或41可测量周向速度，从而提供由于不同的周向速度而产生的不同的灵敏度。来自速度传感器40、41的信号馈送到控制单元42，控制单元42控制盘车装置20的动作。在该示例中，盘车装置是棘轮和棘爪类型，并且具有以前面说明的方式与棘轮轮34共同操作的盘车机构38。
[0043]盘车驱动器39在控制线44上接收来自控制单元42的控制信号，并且在信号线45上将关于使用的电功率的信息发送回控制单元42。控制单元42可连接到显示器/控制台43上，用于在盘车过程期间显示各种参数，以及在过程的各个阶段获得输入命令。
[0044]在图1中显示的燃气涡轮的冷却期间，在涡轮壳体的上部侧部和下部侧部之间可存在大约80°C的温差。如果转子静止不动，则其上部部分将较暖，从而导致上部侧部处有变形。
[0045]在这种变形的情况下，应当使相应的侧部保持在燃气涡轮的下部和冷却器区域达较长的时间。
[0046]当测量或确定盘车扭矩时，可通过以下来实现这一点:
例如经由测量驱动器电流或电压来确定电驱动器的扭矩；
例如借助于应变仪等直接测量施加的力；
测量液压盘车驱动器中的液压。
[0047]如果待供应的盘车扭矩高，则转子变形的位置在其中施加了盘车扭矩的侧部上。因此，该侧部以升高的速度旋转通过壳体的(较热)上部部分(在旋转大约90°之后)，并且以减小的速度旋转通过壳体的(冷却器)下部部分(在旋转大约270°之后)。
[0048]旋转可为连续转动。但是，所述盘车装置可以以递增方式实现转子转动。例如如果所述盘车装置使用棘轮和棘爪机构使所述转子旋转，则实现递增转动。对于这种系统，转动速度由棘轮和棘爪机构的接合和/或推动循环之间的时间间隔确定，即，时间间隔在两次推动之间减小，或者轴承动作减少，以提高转动速度。用于这种轴承装置的连续监督或测量可意味着在棘轮和棘爪机构相互作用的时间期间确定力、相应的动量。
[0049]在特殊情况下，可用定位在壳体的下部部分处的变形使转子停止。在盘车期间的实际旋转速度以及某个位置处的可能静止时间取决于确定的变形效应幅度，并且与扭矩的变化近似成比例。
[0050]盘车机构可在任何地方接合转子轴。但是，将机构置于燃气涡轮的冷却端处(即，在压缩机侧)是有利的。
[0051]通过实践本发明，涡轮机的可用性提高，这是因为避免了转子阻塞。
【权利要求】
1.一种用于对热加载涡轮机(10)的转子(11)进行盘车的方法，包括以下步骤: 使所述涡轮机(10)的正常操作停止； 提供用于使所述转子(11)绕着机器轴线(37)旋转的盘车装置(20)； 将所述盘车装置(20)联接到所述转子(11)上； 使所述转子(11)冷却；以及 在所述转子(11)的冷却期间，借助于所述盘车装置(20)使所述转子(11)旋转； 其特征在于， 连续地确定在盘车期间用于 使所述转子(11)旋转的所述盘车装置(20)对所述转子(11)施加的力或扭矩和/或所述转子(11)的周向速度；并且 依赖于所述确定的力或扭矩和/或周向速度来控制借助于所述盘车装置(20)的所述转子(11)的旋转，以便减少所述转子(11)的弯曲或失衡，所述弯曲或失衡由于在冷却期间的所述转子(11)上的不均匀温度分布而产生。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转子(11)的弯曲或失衡由所述转子(11)外部的不均匀周向温度轮廓引起，并且所述盘车装置(20)使所述转子(11)旋转，使得所述转子(11)上的所述不均匀温度分布被所述转子(11)外部的所述不均匀周向温度轮廓减少。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转子(11)被所述盘车装置(20)不断地旋转，并且所述周向速度依赖于所述确定的力或扭矩和/或周向速度而改变。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述盘车装置(20)使所述转子(11)以递增方式旋转。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述盘车装置(20)使用棘轮和棘爪机构(33，34)来使所述转子(11)旋转。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，所述盘车装置(20)被电动马达(29)驱动，并且测量所述马达(29)的电流，以确定对所述转子(11)施加的所述力或扭矩。
7.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，所述盘车装置(20)由液压驱动，并且测量所述液压，以确定对所述转子(11)施加的所述力或扭矩。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其特征在于，所述涡轮机是固定燃气涡轮(10)。
9.一种用于进行根据权利要求1至8中的一项所述的方法的盘车设备(20 ;40-45)，所述盘车设备(20 ;40-45)包括盘车装置(20)，所述盘车装置(20)具有盘车驱动器(39)，所述盘车装置(20)可联接到所述涡轮机(10)的转子(11)上，其特征在于，提供用于控制所述盘车装置(20)的控制单元(42)，并且所述控制单元(42)接收来自速度传感器(40，41)和/或所述盘车装置(20)的所述盘车驱动器(39)的信号。
10.根据权利要求9所述的盘车设备，其特征在于，提供速度传感器(40，41)，并且所述速度传感器(40，41)构造成感测所述转子(11)的周向速度。
11.根据权利要求9所述的盘车设备，其特征在于，所述盘车驱动器(39)包括电动马达(29)，并且所述控制单元(42)接收与流过所述电动马达(29)的电流有关的信号。
12.根据权利要求11所述的盘车设备，其特征在于，所述电动马达是伺服马达(29)。
13.根据权利要求9至12中的一项所述的盘车设备，其特征在于，所述盘车装置(20)包括具有棘爪(33)的盘车机构(38)，所述棘爪(33)设计成以往复方式与所述转子(11)上的棘轮轮(34)相互作用。
14.一种燃气涡轮，包括根据权利要求9至13中的一项所述的盘车设备(20;40-45)。
【文档编号】F01D25/36GK103925018SQ201410019489
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2013年1月16日
【发明者】A.哈尔姆斯, F.斯塔伊利, M.劳奇, E.克诺普夫 申请人:阿尔斯通技术有限公司