涡轮机械及其间隙调整系统及调整方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及诸如蒸汽涡轮机和燃气涡轮机的涡轮机械，且更具体而言涉及一种用于现场调整旋转涡轮叶片尖端与其周围壳体之间的冷态间隙的系统和方法。
【背景技术】
[0002]诸如燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的涡轮机械通常包括在定子内旋转且居中设置的转子。工作流体流过一排或多排周向布置的旋转叶片，所述旋转叶片从转子轴径向向外延伸。流体将能量赋予轴，所述轴用于驱动诸如发电机或压缩机的负载。
[0003]旋转叶片的径向外部尖端与定子内部上的固定护罩之间的紧密密封间隙对于涡轮机械的最有效运行而言是必需的。转子叶片与定子内表面之间的间隙越小，横跨叶片尖端的流体泄漏的可能性越小。这种流体泄漏可能会使流体绕过叶片级，从而降低效率。
[0004]不同的运行条件可能会使叶片和其他部件经历热膨胀，所述热膨胀可导致叶片尖端间隙的变化。各种运行条件对叶片间隙的具体影响可根据特定涡轮机械的类型和设计发生变化。例如，燃气涡轮压缩机中的尖端间隙(tip clearances)在涡轮机关机并冷却时可达到其最低值，而低压蒸汽涡轮机中的尖端间隙可在稳定状态全负载运行期间达到其最低值。涡轮机运行期间的适当的密封间隙取决于涡轮机械组装期间冷态密封间隙(cold sealclearance)的适当调整以及转子和定子相对位置的控制。
[0005]一种调整转子和定子的相对位置并因此调整相关间隙的方法为执行反复的无盖和有盖间隙测量和调整。在涡轮机组装或重新组装期间，可首先组装定子下壳，随后放置转子。尽管可在组装上半部分之前(也就是在“无盖(tops-off.)”条件下)在下半部分中测量转子对定子间隙，但是这些值可能并不直接表示完全组装的涡轮机(也就是在“有盖(tops-on)”条件下)的值，因为当定子的上壳附接至下壳时，涡轮机外壳被不同地支撑。在有盖条件下，支撑可从下壳臂转移至上壳臂，定子上壳的重量增加，并且当螺栓连接水平接缝时，整个定子结构变得坚固。归因于这些变化和其他变化，在有盖条件和无盖条件下，转子对定子间隙可因可能轻易不可预见的因素而不同。常常执行多次反复，在所述反复期间，定子上壳被拆卸并且基于有盖间隙和无盖间隙的差异以调整位置重新组装。
【发明内容】
[0006]本发明的第一方面提供一种涡轮机械，所述涡轮机械包括:具有多个叶片级的转子；围绕所述转子的定子，所述定子包括定子下壳(lower stator shell)和定子上壳(upper stator shell);以及现场间隙传感器系统(in situ clearance sensor system),所述现场间隙传感器系统用于在多个间隙测量点的每一个处确定转子与定子之间的冷态间隙(cold seal clearance) 0所述多个间隙测量点的每一个设置在与每个其他间隙测量点轴向间隔开的位置处。多个位移调整装置彼此沿定子轴向间隔开，以用于使定子上壳或定子下壳中一个的位置相对于底座移位，于是基于由现场间隙传感器系统确定的间隙调整转子与定子之间的冷态间隙。
[0007]其中，所述现场间隙传感器系统包括:电压降传感器，所述电压降传感器在间隙测量点处插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，以用于测量跨越所述电压降传感器的尖端与转子叶片的尖端之间的间隙的电压降；其中所述电压降传感器插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，使得:所述电压降传感器与上游级叶片的所述转子叶片尖端轴向对准，并且所述电压降传感器嵌入在所述定子上壳或所述定子下壳中，这样使得所述至少一个传感器的径向外缘基本上与所述定子上壳或所述定子下壳的内表面齐平。
[0008]其中，所述现场间隙传感器系统进一步包括激光测量装置，所述激光测量装置可移除地附接至以下中的一个:最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置配置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片的所述尖端与所述定子上壳或所述定子下壳的所述内表面之间的有盖间隙(tops-on clearance);或喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置配置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙。
[0009]其中，所述多个间隙测量点进一步包括两个到五个轴向间隔开的间隙测量点。
[0010]其中，所述多个位移调整装置设置在所述定子上壳与所述定子下壳之间的水平接缝处。
[0011]其中，所述多个间隙测量点的至少一个设置在所述定子下壳的底面(underside)上。
[0012]其中，所述位移调整装置各自进一步包括以下中的一个:顶起螺丝、固定螺丝或固定器，并且其中所述位移调整装置各自进一步包括锁定件(lock)，所述锁定件为以下中的一个:环氧树脂或接合剂。
[0013]其中，所述位移调整装置各自进一步包括液压缸或气压缸中的一个，并且其中所述位移调整装置各自进一步包括用于锁定所述位移调整装置的位置的阀门。本发明的第二方面提供一种用于调整转子对定子(rotor to stator)间隙的方法，所述方法包括:组装涡轮机械，所述涡轮机械包括具有定子下壳和定子上壳的定子以及设置在所述定子中的转子；使用现场间隙传感器系统在多个间隙测量点的每一个处确定转子与定子之间的冷态间隙，其中所述间隙测量点的每一个与每个其他间隙测量点轴向间隔开；以及基于所确定的冷态间隙在所述多个间隙测量点的每一个处调整转子与定子之间的冷态间隙。所述调整包括通过使定子上壳或定子下壳中的一个相对于底座移位来改变定子上壳或定子下壳的形状(shape),以适应转子在定子中的位置。
[0014]所述方法进一步包括:在调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙之后，在所述多个间隙测量点中的每一个处重新确定所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙；以及如果所述重新确定指示所述冷态间隙不符合预先确定的阈值，那么重新调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙，所述重新调整包括使用位移调整装置来基于所述重新确定的冷态间隙使所述定子上壳或所述定子下壳中的一个相对于所述底座移位，从而改变所述定子上壳或所述定子下壳的所述形状，以适应所述转子在所述定子内的所述位置。
[0015]所述方法进一步包括以每分钟0.25转至8转(RPM)的速度旋转所述定子内的所述转子，同时在所述多个间隙测量点中的每一个处确定所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙。
[0016]其中，确定所述冷态间隙进一步包括使用现场间隙传感器系统，所述现场间隙传感器系统包括:电压降传感器，所述电压降传感器在间隙测量点处插入到所述定子下壳或所述定子上壳的一个中，以用于测量跨越所述传感器的尖端与转子叶片尖端之间的间隙的电压降；其中所述电压降传感器与上游级叶片轴向对准。
[0017]其中，确定所述冷态间隙进一步包括使用包括激光测量装置的现场间隙传感器系统，其中:所述激光测量装置可移除地附接至最终级叶片中的转子叶片，所述激光测量装置用于在所述定子上壳、所述转子和所述定子下壳组装在一起时测量所述转子叶片尖端与所述定子的内表面之间的有盖间隙；或所述激光测量装置可移除地附接至喷嘴环或喷嘴盖，所述激光测量装置用于测量喷嘴的径向向内尖端与所述转子之间的有盖间隙。
[0018]所述方法进一步包括:在作出最终调整之后从所述转子叶片移除所述激光测量装置。
[0019]其中，所述调整进一步包括调整所述位移调整装置的垂直位置，其中所述位移调整装置包括以下中的一个:顶起螺丝、固定螺丝、固定器、液压缸或气压缸。
[0020]所述方法进一步包括:在调整所述转子与所述定子之间的所述冷态间隙之后，锁定所述位移调整装置的位置。
[0021]本发明的第三方面提供一种用于调整涡轮机械中转子对定子间隙的系统，所述系统包括:现场间隙传感器系统，所述现场间隙传感器系统用于在多个间隙测量点的每一个处确定转子与定子之间的冷态间隙，所述定子包括定子下壳和定子上壳，并且所述转子设置