燃气涡轮发电设备和用于运行所述设备的方法与流程

本申请要求享有提交于2017年12月7日的欧洲专利申请no.17425124.9的优先权，该申请的公开内容通过引用而合并。

本发明涉及燃气涡轮发电设备和用于运行所述设备的方法。

背景技术：

存在已知的燃气涡轮发电设备，该设备包括沿着纵向轴线延伸的转子。转子设置有容纳轴承组件的支座。作为备选方案，转子设置有轴环，并且，轴承对该轴环起作用。轴承配置成在设备运行期间抵抗转子的轴向力，且作为选项，沿轴向方向移动转子。

取决于设备的运行条件，通过转子的旋转和燃气涡轮的增压产生的轴向力可沿两个方向沿着轴线指向。

出于这些原因，已知的类型的轴承组件设置有主推力轴承，该主推力轴承配置成抵抗转子沿一个主轴向方向(一般朝向涡轮的出口)的移动，并且，该轴承组件设置有副推力轴承，该副推力轴承配置成抵抗转子沿与主轴向方向相反的一个副轴向方向的移动。

主推力轴承和副推力轴承分别设置有环形布置的多个主垫和环形布置的多个副垫。

在使用中，一些主垫和/或副垫可由于过载而受到早期退化或甚至早期断裂的影响。

当转子在使用中时，垫的退化显然将导致轴承组件非最佳地工作。垫的过载还可能导致燃气涡轮在其潜能上受限的运行。

目前，解决这种问题所采用的解决方案是使用尺寸过大的垫。然而，这样的解决方案不可适用于所有种类的设备，尤其当原有的燃气涡轮的升级不允许匹配过大的垫时。

技术实现要素：

因此，本发明的目标在于提供使所描述的缺陷能够避免或至少减轻的燃气涡轮发电设备。

具体地，本发明的目标在于提供如下的燃气涡轮发电设备：不因轴向推力而在其运行上受限，且其中，防止推力轴承的垫的早期退化。

根据本发明，提供一种燃气涡轮发电设备，该燃气涡轮发电设备包括：

-.转子，其沿着纵向轴线延伸，且设置有具有两个环形肩部的支座；

-至少一个推力轴承组件，其容纳于支座中；推力轴承组件设置有多个垫并设置有均衡装置，该均衡装置配置成使对垫的推力均衡；垫面向转子的相应的环形肩部；

-控制装置，该控制装置包括：计算模块，其配置成基于指示对垫施加的推力的至少一个参数而计算指示推力非均匀性的至少一个参数；和调节模块，配置成基于指示推力非均匀性的至少一个参数而调节均衡装置。

有利地，调节装置能够避免轴承组件的垫的过载，从而保证轴承组件的正确且高效的工作。

本发明的另一目标在于提供用于运行燃气涡轮发电设备的方法，该方法可靠，且避免推力轴承组件的非最佳的工作。

根据所述目标，本发明涉及一种根据权利要求18的用于运行燃气涡轮发电设备的方法。

附图说明

现在将参照附图而描述本发明，附图图示某一非限制性实施例，其中：

-图1是根据本发明的燃气涡轮发电设备的示意性表示；

-图2是图1的第一细节的示意性截面图，其中为了清楚起见，去除一些部分；

-图3是图1的第二细节的示意性截面透视图，其中为了清楚起见，去除一些部分；

-图4是图1的第三细节的示意性正视图，其中为了清楚起见，去除一些部分；

-图5是与燃气涡轮发电设备的第五细节有关的示意性框图；

-图6是与燃气涡轮发电设备的第五细节有关的流程图。

具体实施方式

在图1中，参考标号1指示燃气涡轮发电设备(在图1中示意性地示出)。

设备1包括压缩机3、燃烧室4、燃气涡轮5和发电机(为了简单起见，未在附图中示出)、控制装置6以及检测装置7。

参照图2，压缩机3、涡轮5以及发电机(未示出)安装于同一轴上，以形成转子8，转子8容纳于定子外壳9中，且沿着轴线a延伸。

更详细地，转子8包括前轴10、多个压缩机转子盘11、多个涡轮转子盘12以及后轴13。

多个压缩机转子盘11和多个涡轮转子盘12接连地布置于前轴10与后轴13之间，且优选地，作为组合件而被中心拉杆14夹持。作为备选方案，转子盘可焊接在一起。

中心轴15使压缩机转子盘11与涡轮转子盘12分离，并且，中心轴15延伸穿过燃烧室4。

优选地，前轴10设置有环形支座16，环形支座16由主肩部17和副肩部18界定。作为未在下图中图示的备选方案，相同的肩部和环形支座可由联接到前空心轴的轴环限定。

各个压缩机转子盘10配备有压缩机转子叶片20的环形组件，而各个涡轮转子盘11配备有涡轮转子叶片21的环形组件。

压缩机定子叶片22和涡轮定子叶片23的另外的组件分别固定到外壳9和固定到相应的定子环24，并与压缩机转子叶片20和涡轮转子叶片21交替。

设备1还配备有围绕前轴10放置的轴承组件25和围绕后轴13放置的轴承组件26。

参照图3，轴承组件25基本上接合前轴10的环形支座16，且包括：轴颈径向轴承27，其围绕前轴10放置；支撑主体28，其围绕轴颈轴承27放置；润滑回路29；以及推力装置30，其配置成抵抗转子8沿轴向方向的移动。

润滑回路29向轴颈轴承27供应润滑油。

推力装置30包括主推力轴承35、副推力轴承36以及均衡装置37。

主推力轴承35包括主推力环38、多个主垫39以及优选地多个主杆(在附图中不可见)，这些主杆布置在主推力环38与主垫39之间。主杆配置成在主推力环38与主垫39之间传递推力，且允许在垫39之间共担的一定的载荷。

各个主垫39具有：推力面41a(在图4中更清楚地可见)，其面向主肩部17；和背面41b(在图4中更清楚地可见)，其与推力面41a相反。油膜优选地存在于主肩部17与主垫39之间，以保证油楔产生。

可使主推力环38在一个或多个部分中，且可推动主推力环38，并且，如果是沿轴向转移的情况，则主推力环38可由均衡装置37推动。

具体地，均衡装置37包括：液压回路，受压流体(通常为油)在其中流动；和多个主活塞40，其可沿轴向方向移位，以便基于液压回路中的油压而沿轴向方向移动主推力环38。在此处公开且图示的非限制性示例中，液压回路是对所有的主活塞40都起作用的单个回路。

根据未图示的变型，均衡装置37包括多个液压回路，各个液压回路以不同的油压水平进给，使得每一个活塞40可由相应的液压回路独立地移位。

由主活塞40施加至主推力环38的移动传递至主垫39。以此方式，对转子8沿轴向方向施加转移。

如将更进一步详细地看到的，均衡装置37的液压回路中的油的压力op由控制装置6控制。

根据未图示的其中均衡装置37包括多个液压回路的变型，控制装置6将控制相应的液压回路的各个油压op1、op2、…、opz(其中，z是液压回路的数量，其可等于或小于主垫39的数量)。

副推力轴承36优选地类似于主推力轴承35，且包括副推力环42、多个副垫43以及优选地多个副杆(在附图中不可见)，副杆布置于副推力环42与副垫43之间。各个副垫43具有面向副肩部18的推力表面(在附图中不可见)。油膜优选地存在于副肩部18与副垫43之间，以保证油楔生成。

副垫43可被推动，并且，如果是轴向转移的情况，则副垫43可借助于由相应的液压回路所促动的副活塞(未在附图中示出)由均衡装置37推动，或备选地由均衡装置37的多个液压回路(未在附图中示出)推动。

参照图1，检测装置7配置成检测指示主垫39和/或副垫43所施加的推力的至少一个参数。

在此处公开且图示的非限制性示例中，检测装置7还配置成检测均衡装置37的液压回路内部的油压op。

根据未示出的变型，如果均衡装置37包括多个液压回路，则检测装置7配置成检测均衡装置37的各个液压回路内部的油压op1、op2、…、opz。

参照图4，检测装置7包括：多个推力传感器50，其配置成测量指示由转子8对垫39或/和垫43施加的推力载荷的参数；和至少一个压力传感器(未图示)，其配置成检测均衡装置37的液压回路内部的油压op。

优选地，各个推力传感器50配置成测量对压缩机轴承组件25的主推力轴承35的主垫39施加的轴向推力tp，且包括至少一个测力仪55(在图4中以点线表示)，测力仪55优选地联接到相应的主垫39的背面41b。例如，测力仪55可联接到背面41b的支柱(未在附图中示出)。

换句话说，多个推力传感器50配置成测量指示对垫39或/和垫43施加的推力载荷的参数tp1、tp2、…、tpx(x是推力传感器50的数量)。

优选地，检测装置7包括布置成与相应的主垫39(其布置于例如以大约90°转移的四个位置处)接触的至少四个传感器50(诸如，测力仪55)和/或温度探针。

各个测力仪55是用于产生幅度与轴向力成正比的电信号的传感器。

在此处公开且图示的非限制性示例中，测力仪是应变计式测力仪。应变计根据电阻的改变测量变形(应变)，其是对应变的测量，且因此是对所施加的力的测量。优选地，测力仪包括呈惠斯通(wheatstone)桥式配置的四个应变计。根据变型，一个应变计(四分之一桥)或两个应变计(半桥)的测力仪同样地可适用。

在此处公开且图示的非限制性示例中，已仅仅图示且描述联接到主垫39的推力传感器50。然而，推力传感器50可类似地联接到副垫43。

根据未描绘的变型，推力传感器50是配置成测量指示垫39或/和垫43的温度的参数的温度传感器。例如，温度传感器可为热电偶，其优选地联接到垫39或/和垫43的背面41b，以便测量垫39或/和垫43所配备的金属衬里的温度。

根据未图示的变型，设备1可包括至少一个存储器装置，该存储器装置配置成存储指示对主垫39和/或副垫43施加的作为所估计的参数etp1、etp2、…、etpx的推力的至少一个参数。

指示推力的所估计的参数etp1、etp2、…、etpx并非直接在主垫39和/或副垫43上被检测到，且为来自“在先”计算和/或先前的实验的数据。优选地，指示推力的所述所估计的参数etp1、etp2、…、etpx与根据先前实验的设备1的运行条件相关而被存储。

参照图5，控制装置6包括：计算模块60，其配置成基于指示对主垫39和/或副垫43施加的推力的至少一个参数而计算指示推力非均匀性sr的至少一个参数；和调节模块61，其配置成至少基于指示推力非均匀性sr的参数而调节轴承组件25的均衡装置37。

如上文中已经公开的，指示对主垫39和/或副垫43施加的推力的参数可为如图5中所示出的由检测装置7直接测量的参数(tp1,tp2,…,tpx)，或备选地基于在先计算和/或实验数据而估计的参数(etp1,etp2,…,etpx)(未在附图中示出的变型)。

计算模块60配置成：

●根据以下的公式而计算由所有的传感器50测量的推力的平均值atp：

其中：

tp1、tp2、…、tpx是由检测装置7直接测量的参数；并且

x是推力传感器50的总数；

●根据以下的公式计算整体平均推力atg，其为平均值atp乘以组成推力装置30的主垫39(或副垫41)的数量：

其中：

tp1、tp2、…、tpx是由检测装置7直接测量的参数；

x是推力传感器50的总数；

n是主垫39的总数。

●根据以下的公式而基于由检测装置7测量的油压op计算对主推力轴承35(和/或副推力轴承36)起作用的反力opf：

其中：

活塞面积是活塞(40)的布置成与均衡装置(37)的液压回路中的增压的油接触的全部表面所限定的面积；

op是由检测装置7测量的油压；

●根据以下的公式计算当前最大差△max，其是由每一个推力传感器50测量的推力tp与平均值atp之间的差的最大绝对值：

其中：

tp1、tp2、…、tpx是由检测装置7直接测量的参数；

atp是先前计算的平均值；

●识别与最大差△max相关联的推力tpmax；以及

●根据以下的公式计算指示推力非均匀性sr的参数：

然后，调节模块61通过增大或减小油压op(或备选地，op1、op2、…、opz(在包括多个液压回路的均衡装置的情况下))，来调节油压力opf(或备选地，opf1、opf2、…、opfz(在包括多个液压回路的均衡装置的情况下))。

参照图6，调节模块61配置成检查sr是否不同于参照值z，以便识别推力非均匀性的状况。换句话说，如果sr=z，则对垫39和/或43的推力均衡，然而，如果sr≠z，则对垫的推力不均匀；z是基于实验数据而定义的参照值。

如果识别到推力非均匀性的状况(sr≠z)，则调节模块61配置成相对于油压力opf与校准因子k的乘积所定义的参数的值而检查atg的值，以便定义如何校正均衡装置37中的油压力。

换句话说，如果atg≥(opf×k)，则增大油压op，然而，如果atg≤(opf×k)，则降低油压op。

以此方式，以整体平均推力atg与油压力opf之间的一定平衡作为目标，使得均衡装置37可通过移动其内部构件(例如，活塞40)而降低推力的非均匀性。

根据其中均衡装置37包括多个液压回路的备选实施例，opf被评估为opf1、opf2、…、opfz的和，并且，单个压力op1、op2、…、opz单独地增大或减小，然而，sr并非在所有的传感器中被评估，而是在推力轴承的与各个液压回路相关联的区段中被评估。

因此，根据未图示的所述变型，指示推力非均匀性的多个参数sr1、sr2、srj将针对各个区段而计算。区段的数量j可不同于液压回路的数量z。

如上文中已经公开的，未图示的变型规定，设备包括至少一个存储器装置，该存储器装置配置成存储指示推力的所估计的参数etp1、etp2、…、etpx，这些参数并非直接在主垫39和/或副垫43上被检测到，和来自“在先”计算和/或先前的实验。在此情况下，计算模块配置成计算预期的整体推力etg(其不是例如来自计算和/或先前的实验，且将单个垫的预期推力etp计算为预期的整体推力etg除以垫的数量n。

在使用中，当转子8开始其旋转时，或备选地，当达到预定义的设备运行条件时，检测装置7和控制装置6启动，并且，它们维持活动，直到转子8结束旋转为止，或备选地，直到维持预定义的设备运行条件为止。

例如，当达到“全速且无载荷”(在本领域中也被称为“怠速点”)的条件时，且/或当在主推力轴承或副推力轴承上的载荷大于最小阈值时，检测装置7和控制装置6启动。

以此方式，均衡装置37的液压回路中的压力op的调节可在转子8的旋转期间(即，当设备1运行时)持续地执行，或在存在某些运行条件(诸如但不限于设备1的热状况)的情况下执行。

这样的调节避免轴承组件25的非最佳的工作，且总体上避免轴承组件25的垫39和/或垫43的过载，保证轴承组件25本身的正确且高效的工作。

最后，显然，如所附权利要求中所定义的，在不背离本发明的范围的情况下，可对本文中所描述的方法和设备作出修改和变型。