包括密封空气阀系统的涡轮机的制作方法

专利名称：包括密封空气阀系统的涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡轮机，尤其是燃气涡轮机。具体地，本发明涉及如下涡轮机，其包括 排气管系统和被布置为改变通过排气管系统排出的空气量的控制系统。
背景技术：
已知燃气涡轮机包括由轴承可转动地支撑的转子或涡轮机轴；压缩器，其包括 安装在转子处的转子叶片以压缩空气；燃烧器，用于燃烧燃料和压缩空气的混合物；以及 涡轮机部，其将包含在燃料和压缩空气中的能量转化为机械能以驱动转子。例如，燃气涡轮 机可用于通过驱动使用机械能的发电机来产生电能。
根据US 2007/0107438 Al已知一种燃气涡轮机，其中，通过包括润滑油的轴承可 转动地支撑转子。密封环被设置在轴承附近，从而使得润滑油不会流到轴承之外。此外，从 压缩器提取的密封空气被供应到密封环，从而使得润滑油不会泄露到轴承之外。可以利用 涡轮机压缩器或额外的空气源来提供密封空气。设置阀门布置装置，以在燃气涡轮机内部 空气源和额外空气源之间切换。
GB 702,931公开了一种转动机械，其中，使用从高压压缩器流出的空气来阻挡润 滑油进入压缩器空气流通道。
GB 2 111 607 A公开了一种轴承腔增压系统，其中，压力传感阀控制燃气涡轮机 发动机中从具有不同压力大小的两个源供应到轴承的空气。
EP O 354 422 BI公开了一种燃气涡轮机，其中，阀门根据操作条件的典型参数控 制涡轮机轴承腔中的空气压力。
FR 2 698 406公开了一种用于为涡轮机的润滑腔增压的过程，其中，由阀门来控制流量。
已经注意到，常规涡轮机不能保证在涡轮机的所有操作条件下都可以防止包含在 支承转子的轴承腔中的润滑油从轴承腔中向涡轮机的其它组件泄漏出。此外，已经注意到， 在一定操作条件下，对外部压缩器提供的空气的需求相对较高，这增加了很多成本并且还 降低整个系统的效率。
本发明的一个目的是要提供一种对来自外部压缩器的密封空气需求较小的涡轮 机，因此具有较高的效率，并且同时确保不会有轴承液(尤其是油)从轴承腔泄漏出。
本发明的另一目的是要提供一种尤其在一定操作条件(诸如热停机)下有所改进 的涡轮机，其中，在操作故障的情形中，例如通过切断燃料供应来使涡轮机快速停机。发明内容
根据一个实施例，提供了一种涡轮机，包括转子；用于可转动地支撑所述转子的 流体轴承；用于朝向所述流体轴承供应空气的空气供应管道系统；用于排放部分供应空气 的排放管道系统；控制系统，其被布置为基于所述涡轮机的运行情况改变通过排放管系统 排放的空气量。
在本申请的上下文中，空气供应管系统也被称作空气供应管道系统，排放管系统 也被称作排放管道系统。因此在本申请上下文中的管不必具有管式或管状形状，而是可以 具有任意形状或者可以是适于导弓丨或引导流体尤其是空气的任意结构。
具体地，涡轮机可以是燃气涡轮机。所述涡轮机可包括单个转子或彼此分离的两 个转子。被流体轴承支撑的转子可绕沿轴向方向延伸的转动轴线转动。流体轴承可包括任 意气态流体或液态流体，尤其是油。可以在压力下例如通过将流体尤其是油泵送到流体轴 承的轴承腔中来供应流体。由此，薄的流体层可以填充流体轴承的轴承腔中转子的轴承面 (也被称作转子或轴的轴颈)和涡轮机的定子部分的轴承面之间空隙。可将流体连续地泵送 到轴承腔中，以保持相对于彼此转动的轴承面之间的薄流体层。
用于向流体轴承供应空气的空气供应管系统可包括在涡轮机不同轴向位置和/ 或不同周向位置处的一个或多个空气供应管。空气供应管系统也可以被称作密封空气馈送 系统。可将来自不同源的空气供应到空气供应管系统。例如，可将从涡轮机的压缩器流出 的空气或外部压缩器产生的空气供应到空气供应管系统。利用一个或多个阀门，还可以混 合或结合来自这些不同源的空气，以达到供应到空气供应管系统所需的压强、温度、单位时 间的体积和/或单位时间的质量，这特别地取决于涡轮机的运行条件。
利用空气供应管系统向流体轴承供应的空气可用于防止流体从轴承泄漏出或至 少用于防止流体进入涡轮机的其它部分(诸如压缩器出口)，在该处，所述压缩器排出将与 燃料混合并且将在涡轮机燃烧器中燃烧的高温高压空气。流体尤其是油进入压缩器出口通 道会导致诸如碳化和污染的问题，致使降低涡轮机的耐用性和/或效率。
在正常操作情况下，可以朝向流体轴承供应从压缩器出口流出的额外的高压高温 空气，以防止流体从流体轴承腔中泄漏出。
用于排放一部分所述供应空气的排放管系统可包括布置在涡轮机的不同轴向位 置和/或不同周向位置处的一定量的排放管。排放管系统可排出朝向流体轴承供应的过量 空气，尤其是过热的空气；这是为了防止与轴承液体(尤其是油)劣化有关的额外温度。排 放管系统可以通向大气和/或涡轮机的排气通道。
所述控制系统被布置为改变通过排放管系统排放的空气量，其中，该量可以是速 率(诸如单位时间的空气体积)、单位时间的空气质量或者在一定时间间隔内(例如I秒、10 秒、I分钟或5分钟内)排放的空气体积或空气质量。控制系统可包括诸如一个或多个阀门 的机械组件、用于感测通过排放管系统排放的空气量的一个或多个传感装置、以及用于读 取传感装置的测量值和用于调节所述一个或多个阀门的软件或硬件控制模块。由此，可将 传感装置，尤其是其探针，布置在排放管系统内的一个或多个位置处。此外，可将一个或多 个阀门设置在包括于排放管系统中的一个或多个排放管中，尤其是在通向涡轮机外的出口 的共用排放管中。
涡轮机的运行情况可由以下特征限定，即供应到涡轮机的一个或多个燃烧器的 燃料、转子的转速、排出涡轮机压缩器的空气量和/或前述参数的结合。具体地，控制系统 可包括探测涡轮机的运行情况的一个或多个测量探针。控制系统可以适于处理测量数据并 且通过启动一个或多个致动器调节一个或多个阀门。具体地，控制系统可以适于探测涡轮 机故障和涡轮机的快速停机情况，诸如热停机。
根据一个实施例，当转子的转速低于预定值时，控制系统适于减少通过排放管系统排放的空气量。在此情形中，可以减少从压缩器出口流出的空气的供应，并且可以减少从 涡轮机压缩器的更上游轴向位置流出的供应到空气供应管系统的空气量。这可以是转子转 速减小的直接结果。因此，为了防止流体从流体轴承泄漏出，需要将外部压缩器产生的空气 额外馈送到用于向流体轴承供应空气的空气供应管系统。同时，可以不需要利用排放管系 统排出向流体轴承供应的过量空气。在其它情形中，为了减少对利用外部压缩器供应到空 气供应管系统的空气的需求，可以至少减少通过排放管系统排出的空气量。由此，可以提高 整个系统的效率并降低成本。
根据一个实施例，润轮机包括用于向空气供应管系统供应空气的外部压缩器。外 部压缩器可以是与涡轮机不同的设备，所述外部压缩器可包括具有转子叶片的转子，它们 与涡轮机的转子和转子叶片不同。或者，可以提供车间空气供应。在涡轮机停机期间，需要 通过外部压缩器供应到流体轴承的空气来防止流体从轴承腔泄漏出或至少减少泄漏出的 流体量。
根据一个实施例，所述控制系统还适于改变通过外部压缩器供应到空气供应管系 统的空气量。具体地，所述控制系统可适于基于涡轮机的运行情况来改变通过外部压缩器 供应到空气供应管系统的空气量。具体地，在正常操作情况期间，没有或仅一小部分向流 体轴承供应的空气由外部压缩器产生，而向流体轴承供应的空气的主要部分可以由涡轮机 压缩器在压缩器出口上游的涡轮机压缩器中间轴向位置(中间部位)产生。然而，在停机期 间，尤其是涡轮机的热停机期间，需要增加外部压缩器向空气供应管系统供应的空气量，以 便防止流体从流体轴承泄漏出或到达压缩器空气通道。
由此，在本发明的上下文中，通过涡轮机压缩器的空气流限定从上游到下游的流 动方向，提供了限定两个元件的相对轴向位置(沿转子或涡轮机轴的转动轴线的位置)的可 倉泛。
根据一个实施例，流体轴承包括流体轴承腔和用于向流体轴承腔供应轴承流体的 轴承流体供应管。轴承流体可填充转子轴承面和轴承腔轴承面之间的空隙，从而使得转子 可以在轴承面的润滑剂下相对于轴承腔平稳地转动。此外，轴承流体可有助于从转子运载 走热量。可经由轴承流体供应管将轴承流体连续地泵送到轴承腔。轴承流体供应管可被用 于回收过量流体(尤其是油)的环形回收管。在正常运载情况下以及热停机期间，可将轴承 流体经由轴承流体供应管供应到流体轴承腔，以便从转子运载走热量，尤其是剩余热量。
根据一个实施例，涡轮机进一步包括涡轮机压缩器，该涡轮机压缩器包括固定在 转子不同轴向位置处的多个转子叶片，其中，控制系统适于将优选从涡轮机压缩器的中间 轴向位置获得的空气供应到空气供应管系统。具体地，控制系统适于在正常运行情况下将 那些从涡轮机压缩器的中间轴向位置获得的空气供应到空气供应管系统。涡轮机压缩器的 中间轴向位置可以位于用于进入压缩空气的压缩器入口和压缩空气排出压缩器的压缩器 出口之间。具体地，涡轮机压缩器的中间轴向位置可以位于压缩器出口的轴向位置的上游。 由此，在正常运行情况下，不需要利用外部压缩器将空气供应到空气供应管系统。由此，对 外部压缩器产生的空气的需求降低，从而降低成本并提高整个系统的效率。
根据一个实施例，涡轮机进一步包括该涡轮机的定子部分，其容装着流体轴承腔， 其中，在涡轮机的转子和定子部分之间形成环形间隙，环形间隙与布置在中间轴向位置下 游的涡轮机压缩器出口连通(尤其是空气或流体连通)，环形间隙也与流体轴承腔连通(尤其是流体连通)。环形间隙还被表示为由一侧的转子面和由另一侧的定子面界定的环形空 隙。转子面和定子面可以具有不规则形状并且可以尤其不具有平面或圆柱形状，但是可以 具有台阶形状，因此可在不同的轴向位置具有不同的直径。
由于环形间隙或环形空气与涡轮机压缩器的出口连通，因此从压缩器出口流出的 压缩空气可以进入环形空隙并且可以被供应向和/或到流体轴承腔中。由此，尤其在涡轮 机的正常运行情况下，可有效地防止包含在流体轴承腔中的流体进入环形空隙或至少防止 其进入涡轮机压缩器出口通道，它们对涡轮机操作具有不利的影响。
根据一个实施例，环形间隙由多个迷宫式密封(labyrinth seals)形成。迷宫式 密封适于使得转子可相对于涡轮机定子部分转动，并且同时适于减少从流体轴承腔泄漏出 的流体量，由此改进涡轮机的操作。
根据一个实施例，排放管系统与环形间隙连通。由此，可以经由排放管通道排放 经由环形间隙朝向流体轴承供应的过量空气或至少在环形间隙中部分地流动的过量空气。 在涡轮机的正常运行情况期间，排放过量空气尤其必要。反之，在热停机期间，控制系统可 以关闭排放管系统或至少降低通关排放管系统排放的空气的流速，以便降低对外部空气源 (诸如外部压缩器)产生的空气的需求，可以要求所述外部空气源尤其在热停机期间启动。
根据一个实施例，空气供应管系统与环形间隙连通。由此，可以经由环形间隙向流 体轴承馈送至少部分供应到空气供应管系统的空气。具体地，空气供应管系统可以与涡轮 机压缩器出口的下游而不是液体轴承上游的环形间隙连通。此外，空气供应管系统可以与 流体轴承下游的环形间隙连通。
排放管系统可以与压缩器出口下游和液体轴承上游的环形间隙连通。额外地或可 替换地，排放管系统可以与流体轴承下游的环形间隙连通。通过在不同轴向位置和/或不 同周向位置处设置一个或多个排放管可以实现排放管系统与环形间隙的连通。
具体地，空气供应管系统可包括布置在相应轴向位置的环形间隙径向向外位置处 的环形槽。一个或多个空气供应管可以从此环形槽径向向内地朝环形间隙延伸。可将空气 供应到环形槽，从该处空气通过一个或多个空气供应管被导向环形间隙，从环形间隙处被 导向流体轴承，尤其是导向包括轴承流体的流体轴承腔。由此，可将流体有效地限制在轴承 腔内。
根据一个实施例，控制系统还适于条件通过空气供应管系统朝向流体轴承供应的 空气量并且调节通过排放管系统排放从而防止轴承流体穿过间隙到达涡轮机压缩器出口 的空气量。此外，控制系统可以适于通过关闭排放管系统或至少减小通过排放管系统排放 的空气流速最小化对外部压缩器供应的空气的需求，同时防止轴承流体穿过环形间隙到达 流体压缩器出口。由此，可以提高整个系统的安全性和效率。
根据一个实施例，排放管道系统包括排放管道的第一组、第二组、第三组和第四 组，所述第一组和第二组被布置为在沿所述转子的转动轴线延伸的第一轴向方向上距所述 流体轴承的轴向间隔不同，并且所述第三组和第四组被布置为在与所述第一轴向方向相对 的第二轴向方向上距所述流体轴承的轴向间隔不同。由此所述第一组、第二组、第三组和第 四组可以各自包括在周向方向上隔开的一个或多个排放管。第一组和第二组一起可包括位 于两个不同轴向位置和位于多个不同周向位置的多个排放管。
根据一个实施例，所述排放管道的第一组和第四组通向一个共用排放管道，并且所述排放管道的第二组和第三组通向另一共用排放管道。相比排放管的第二组和第三组， 排放管的第一组和第四组可以位于轴向上距离流体轴承更远的位置。一个共用排放管和另 一共用排放管可以各自包括能够从涡轮机外部空间进入的开口、出口或连接器，使得可以 以受控制的方式排放可能被轴承流体污染的空气。
根据一个实施例，控制系统包括布置在排放管系统中的阀门。控制系统可包括一 个或多个阀门。具体地，可将一个或多个阀门布置在共用排放管和/或另一共用排放管和/ 或排放管系统的一个或多个排放管中。具体地，可将一个阀门布置在离开涡轮机的共用排 放管的点处，并且将一个阀门布置在另一共用排放管离开涡轮机的点处。
由此，排放过量空气的管系统不需要被重新设计，而是可以除了在涡轮机外缘处 的出口中设置阀门之外不改变地被利用。
在热停机期间，防止流体从流体轴承泄漏出所需的由外部压缩器产生的空气流可 以为约70标准化m3/小时。由此，当空气在一个大气压下并且温度为零摄氏度时，标准化 体积是外部压缩器供应的空气所占的体积。通过用于改变通过排放管系统排放的空气量的 控制系统，可以节省所需空气量的相当大的一部分。计算机仿真估计在热停机期间通过关 闭流过排放管通道的流可以节省外部压缩器产生并向流体轴承供应的空气的50%以上。
根据一个实施例，通过外部压缩器供应的空气气动地控制所述阀门。根据一个实 施例，外部压缩器供应的空气量越大，阀门越节流。可替换地或额外地，可以基于涡轮机操 作情况的其它参数和测量值控制阀门。
根据一个实施例，空气供应系统包括在不同轴向位置处的两组空气供应管，其一 被布置为在轴向方向上与流体轴承分隔，其另一个被布置为在与轴向方向相对的方向上与 流体轴承轴向分隔。如上所述，空气供应管系统可以与环形间隙连通并且与被布置在比相 应轴向位置处的环形间隙更径向向外的涡轮机定子部分中的环形槽连通。
可以单独和/或结合地应用以上描述的涡轮机实施例以及涡轮机控制方法实施 例的背景中公开的特征。
根据一个实施例，提供一种操作涡轮机的方法，其中，所述方法包括转动被支撑 在流体轴承中的转子；经由供应管系统向流体轴承供应空气；经由排放管系统排放部分供 应空气；利用控制系统基于涡轮机运行条件改变通过排放管系统排放的空气量。
根据一个实施例，所述方法进一步包括在涡轮机快速停机期间减少通过排放管系 统排放的空气量。涡轮机快速停机可以例如在涡轮机燃烧器的燃料供应中断或停止时发 生。例如如果发生系统故障，需要燃料供应中断。
应该注意，已经参照不同主题描述了本发明的实施例。具体地，已经参照方法类权 利要求描述了一些实施例，而参照装置类权利要求描述了另一些实施例。然而，本领域技术 人员将从以上和以下描述中总结出，除非另有注明，除了属于一类主题的特征的任意结合 之外，涉及不同主题的特征之间的任意结合，具体是方法类权利要求的特征和装置类权利 要求的特征之间的任意结合，也被认为被本文件公开。


根据下文将要描述的实施例，本发明的上述方面和其它方面将变得明显，并且将 参照所述实施例对本发明进行解释。下文将参照实施例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。
图1示意性地示出了根据一个实施例的燃气涡轮机的一部分的横截面视图，该部 分包括有朝向轴承腔的空气供应路径；图2示意性地示出了图1所示燃气涡轮机的一部分的横截面视图，该部分包括有离开 轴承腔的空气排放路径。
具体实施方式
附图中的图示是示例性的。应该注意，在不同的附图中，为相似或相同的元件提供 了相同的附图标记，或者提供了仅在第一位数上与相应附图标记有所不同的附图标记。
图1示意性地示出根据一个实施例的燃气涡轮机I的一部分的横截面视图。燃气 涡轮机I包括可绕转动轴线3转动的转子2。多个转子叶片保持器4固定在转子2处，多个 转子叶片5夹持在转子叶片保持器4之间。在其它实施例中，一排转子叶片不必被夹持在 两个转子叶片保持器之间，而是可以固定到单个叶片保持器。可将转子叶片保持器布置为 具有用于安装转子叶片的插槽的圆盘。当转子2转动时，转子叶片5在包括于燃气涡轮机 I内的涡轮机压缩器7的空气通道10中转动。此外，压缩器7包括固定在涡轮机I的定子 部处的多个导流片6。空气经由压缩器入口 9进入压缩器7。进入压缩器7的空气沿箭头 11所示方向在空气通道10内流动。箭头11限定了从上游到下游的方向。箭头11的方向 至少近似与平行于转动轴线3延伸的轴向方向13相对应。
沿其穿过压缩器7的通道，在入口 9处进入的空气会因转子叶片5的转动而被压 缩，并在压缩器出口 15处被排出。然后，压缩空气被供应到包括于燃烧器19中的燃烧器17 内。在燃烧腔17内，压缩空气与燃料混合并燃烧。然后，高温高压的燃料和压缩空气燃烧 混合物被供应到在图1中仅局部示出的燃气涡轮机I的涡轮机部21。涡轮机部21包括多 个导流片23 (图1中仅示出一组导流片23)，这些导流片将那些从燃烧腔17中排出的高温 高压流体导向多个转子叶片25 (图1中仅示出一组转子叶片25)，这些转子叶片经由转子 叶片保持器27连接到转子2。由此，转子2被驱动，从而使得压缩器7的转子叶片5转动以 压缩空气。
为了使得转子2可相对于涡轮机I的定子部8 (见图2)平稳地转动，要用一定量 的轴承来支撑转子2。在图1所示的实施例中，示意性地图示了两个轴承，其中，轴承29大 致位于压缩器入口 9的轴向位置处，而轴承31 (也称作压缩器涡轮机出口轴承)位于涡轮 机压缩器7的出口 15的下游。
图2中示出了图1的一部分，由此更详细地示出了轴承31。轴承31是流体轴承， 其中，优选使用油作为流体。在涡轮机I的正常运行条件下，经由未示出的供油管将油连续 地泵送到轴承腔33中。利用在压力下容纳在流体轴承腔33中的油填充流体轴承腔33中 转子2的轴承面37和涡轮机定子部的轴承面39之间的空隙35。空隙35内形成的油膜可 以保证转子2在减小的摩擦下相对于涡轮机I的定子部平稳地转动。流体轴承腔33可由 涡轮机I的定子部8的表面部分地界定，并且由转子2的表面37部分地界定。
在流体轴承31的下游(朝图2的右侧)和上游(朝图2的左侧)，在定子部8和转子 2之间布置有多个迷宫式密封41。迷宫式密封41在定子部8和转子2之间形成环形间隙 或环形空隙。一方面，密封41使得转子2可相对于定子部8转动，另一方面，密封41部分地防止容纳在流体轴承腔33中的增压油泄漏到流体轴承腔33之外。然而，密封不能完全 阻止油从流体轴承腔33泄漏出，因为转子2相对于定子部8的转动需要在这两部分之间存 在一些空隙并且油处于高压下。
由于迷宫式密封41不能提供绝对的紧密密封功能，因此通过将压缩器7传送的部 分压缩空气沿箭头43所示的方向引入压缩器出口 15来建立压力缓冲。在所示实施例中，压 缩空气从压缩器7的空气通道10流向压缩器7的出口 15的稍微上游。其它实施例引导压 缩空气在压缩器的其它部位(例如更上游或更下游)离开压缩空气通道。根据实施例，被引 导沿43方向离开压缩器空气通道10的压缩空气可以具有300°C和450°C之间的温度。经由 形成环形空隙的多个迷宫式密封41朝向流体轴承腔供应热高压空气。由此，沿方向43前 进的压缩的高温空气有助于防止油从流体轴承腔33泄漏出并进入压缩器空气通道10。所 有这些设定可以被配置用于全负荷操作和/或转子提供的恒定转速和/或恒定转矩(在本 文中，这将被认为是燃气涡轮机的“正常”情况或“正常”操作)。
为了增强这种防逸油功能，设置了用于朝流体轴承31供应空气的空气供应管系 统。空气供应管系统包括空气供应管，图2仅示出两个管，即供应管道45和供应管道47。 具体地，这里，管道45和管道47可以是定子8中的机械加工的孔。将多个其它空气供应管 沿周向方向隔开地布置在与空气供应管道45相同的轴向位置处，并且将在与空气供应管 道47相同的轴向位置处的多个其它空气供应管设置在多个周向位置处。布置在空气供应 管道45的轴向位置处的空气供应管与环形槽49连通，并且在空气供应管道47的轴向位置 处的多个空气供应管与环形槽51连通。
不同空气源可以向环形槽49和51供应空气。如图1所示意性图示的，可以经由 管53从压缩器7的中间部位供应空气，相比靠近涡轮机压缩器7的出口 15处提供的空气， 该中间部位提供温度更低和压力更低的空气。阀门55可以控制从压缩器7的中间部位供 应到环形槽49和51的空气量。来自压缩器7中间部位的空气通常在涡轮机的正常运行情 况期间使用，以向环形槽49和51供应空气，并因此通过空气供应管道45和47流向流体轴 承31，以帮助防止油从流体轴承腔33泄漏出，也致使冷却。涡轮机I总计可包括位于大约 涡轮机I圆周处的8个空气供应管，图2仅示出其中两个空气供应管，即管道45和47。
在这些正常运行情况期间，利用排放管系统排放沿方向43经由多个迷宫式密封 41进入的和经由空气供应管道45和47进入的过量空气，该排放管系统包括多个排放管，图 2仅示出排放管道57、59、61和63。具体地，所述管道可以是定子中的机械加工的孔或插槽。 排放管道57、59、61和63与包括密封41的环形间隙连通并且沿径向方向延伸以径向向外 排放过量空气。布置在与排放管道57和63相对应的轴向位置处的排放管可以通向含有阀 门67的共用排放管65。以此类推，布置在与排放管道59和61的位置相对应的轴向位置处 的排放管道可以通向含有阀门71的另一共用排放管65。通过调节或控制阀门67和71可 以控制通过包括排放管道57、59、61和63以及图2未示出的其它排放管道的空气排放系统 排放的空气量，并且在诸如热停机期间的非正常运行情况下可以特别地减少该空气量。
在热停机期间，被导引通过管53的在压缩器7的中间位置处提供的压缩空气的量 可能不足以有效地防止油从流体轴承腔33中泄漏出。因此，在热停机期间，必须通过图1 所示的外部压缩器73额外地或专门地供应空气。由外部压缩器73产生的空气被导引通过 管75，并且通过布置用于通过管46将空气供应到空气供应管道45和47的阀门77控制其空气量。
可以例如通过控制和处理模块经由控制线74和76分别调整排放管系统的阀门67 和71。在燃气涡轮机I的正常运行情况期间可以开启阀门67和71，在燃气涡轮机I的热 停机期间可以关闭或至少节流阀门67和阀门71。由此，由外部压缩器73产生且通过空气 供应管道45和47引入的空气很少通过排放管系统(包括排放管道57、59、61和63)出现损 失。由此，降低对外部压缩器73产生的空气的需求，从而降低成本并且提高整个系统的效 率。
在热停机期间，可将油连续地供应到流体轴承31，以便从涡轮机I运载走剩余热 量。这可以防止发生任何热损坏，然而，仍然会需要经由空气供应管道45和47供应的密封 (缓冲)空气，来保持油流过迷宫式密封41进入轴承腔33，从而防止油侵入密封和排放管道 57、59、61 和 63。
共用排放管65和另一共用排放管69离开涡轮机并且使得阀门67和71结合容易。 由此，可以提高整个系统的效率，而不需要在涡轮机核心重新设计现有排放管系统。阀门67 和/或71可以在“弹起开启”方式操作。如果阀门失灵，它们也是在开启位置失灵，确保运 行情况不受影响。当阀门67、71在转子2低速或静止情况下关闭时，需要较少的密封空气 来保持油流过密封41进入轴承腔33。可以通过外部压缩器73产生的空气气动地控制阀门 67、71。或者，可以利用电子控制单元对它们进行控制。
通过上文描述的发明，特别地，可实现以下各项1)当发动机在全负荷情况下运行时，压缩器提供绰绰有余的空气。然而，当发动机低速 运行时，通过外部压缩机向两个轴承提供空气。有利地，通过在低速和静止情况期间利用控制 阀关闭通气孔(其用于排出过多的热空气)，可显著减少外部压缩器提供的压力，而油仍按要 求处于轴承中。这防止了空气经由通气孔泄漏出(否则空气容易泄漏)，从而可以减少对密封 空气的需求。完成这一功能的特征之一是在管离开核心的位置处设置两个控制阀》2)如之前可能已被实施的那样，本发明允许继续使用油供应源，但可极大地减少对辅 助空气的需求，并因此可以实现更合适的积聚器的尺寸和/或降低对经由辅助压缩器获得 的辅助空气的体积。这是通过如下方式实现的，即在热停机期间暂时关闭通道，由此所有 减少的缓冲空气供应将在迷宫式密封处受到限流，在通道处将不会像先前那样具有流体， 而减少的辅助空气供应仍对流向各区域的油流保持缓冲空气限制。通道也应该被节流以帮 助优化，由此，要相对于将对辅助空气供应的依赖性减至最小的需求，来平衡将被轴承油污 染的缓冲空气排回到罐中和控制主排出通道中油起泡问题的能力。
应该注意，用语“包括”并不排除其它元件或步骤，表示英语不定冠词的用语“一” 并不排除多个。此外，可以结合那些联系不同实施例描述的元件。还应该注意，权利要求中 的附图标记不应被理解成限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种涡轮机，包括转子(2); 用于可转动地支撑所述转子的流体轴承(31); 用于朝所述流体轴承供应空气的空气供应管道系统(45、47)； 用于排放所供应的空气中一部分的排放管道系统(57、59、61、63)； 控制系统(67、71)，其被布置为基于所述涡轮机的运行情况改变通过所述排放管系统排放的空气量。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述控制系统适于在所述转子的转速小于预定值时减少通过所述排放管道系统排放的空气量。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，进一步包括用于将空气供应到所述空气供应管道系统的外部压缩器(73)。
4.根据权利要求3所述的涡轮机，其中，所述控制系统还适于改变通过所述外部压缩器供应到所述空气供应管道系统的空气量。
5.根据权利要求1至4之一所述的涡轮机，其中，所述流体轴承包括流体轴承腔(33)和用于将轴承流体供应到所述流体轴承腔的轴承流体供应管。
6.根据权利要求1至5之一所述的涡轮机，进一步包括涡轮机压缩器(7)，该涡轮机压缩器(7)包括固定在所述转子的不同轴向位置处的多个转子叶片(5)，其中，所述控制系统适于将来自所述涡轮机压缩器的中间轴向位置的空气供应到所述空气供应管道系统。
7.根据权利要求6所述的涡轮机，进一步包括所述涡轮机的定子部分(8)，其容装着所述流体轴承腔，其中，环形间隙(41)形成在所述涡轮机的所述转子和所述定子部分之间，所述环形间隙与布置在所述中间轴向位置下游的所述涡轮机压缩器的出口(15)连通，并且与所述流体轴承腔(33)连通。
8.根据权利要求7所述的涡轮机，其中，通过多个迷宫式密封(41)形成所述环形间隙。
9.根据权利要求7或8所述的涡轮机，其中，所述排放管道系统(57、59、61、63)与所述环形间隙连通。
10.根据权利要求7至9之一所述的涡轮机，其中，所述空气供应管道(45、47)与所述环形间隙连通。
11.根据权利要求7至10之一所述的涡轮机，其中，所述控制系统还适于 调节通过所述空气供应管道系统朝所述流体轴承供应的空气量，以及 调节通过所述排放管道系统排放的空气量，从而防止所述轴承流体穿过所述间隙到达所述涡轮机压缩器的出口。
12.根据权利要求1至9之一所述的涡轮机，其中，所述排放管道系统包括排放管道的第一组(57)、第二组(59)、第三组(61)和第四组(63)，所述第一组和第二组被布置为在沿所述转子的转动轴线延伸的第一轴向方向上距所述流体轴承的轴向间隔不同，并且所述第三组和第四组被布置为在与所述第一轴向方向相对的第二轴向方向(13)上距所述流体轴承的轴向间隔不同。
13.根据权利要求12所述的涡轮机，其中，所述排放管道的第一组和第二组通向一共用排放管道(65)，而所述排放管道的第三组和第四组通向另一共用排放管道(69)。
14.根据权利要求1至13之一所述的涡轮机，其中，所述控制系统包括阀门(67、71)，其布置在所述排放管道系统中。
15.根据权利要求14所述的涡轮机，其中，所述阀门由外部压缩器供应的空气气动地控制。
全文摘要
本发明描述了一种涡轮机(1)，包括转子(2)；用于可转动地支撑所述转子的流体轴承(31)；用于朝所述流体轴承供应空气的空气供应管道系统(45、47)；用于排放部分供应空气的排放管道系统(57、59、61、63)；控制系统(67、71)，其被布置成基于所述涡轮机的运行情况改变通过所述排放管系统排放的空气量。
文档编号F16J15/40GK103026004SQ201180021235
公开日2013年4月3日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年4月28日
发明者T.米尔内, C.西德尼 申请人:西门子公司