用于在渦輪機(jī)上降低失圓影響的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及并公開一種渦輪機(jī)和用于降低渦輪機(jī)上失圓影響的方法。所述渦輪機(jī)包括內(nèi)渦輪機(jī)殼和外渦輪機(jī)殼。所述內(nèi)渦輪機(jī)殼使用環(huán)形插入件連接到所述外渦輪機(jī)殼。所述環(huán)形插入件分成多個(gè)環(huán)形插入件段，以便減少從所述外渦輪機(jī)殼到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的負(fù)載傳遞，從而降低所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓度。
【專利說明】用于在渦輪機(jī)上降低失圓影響的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪機(jī)內(nèi)殼上降低失圓影響的設(shè)備和方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]若干渦輪部分設(shè)計(jì)包括:內(nèi)渦輪機(jī)殼，所述內(nèi)渦輪機(jī)殼提供流路以供工作氣體穿過所述渦輪機(jī)；以及外渦輪機(jī)殼，所述外渦輪機(jī)殼環(huán)繞所述內(nèi)渦輪機(jī)殼。一般地說，具有多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼內(nèi)，并且因所述工作氣體穿過所述渦輪機(jī)而旋轉(zhuǎn)。在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼與所述多個(gè)渦輪機(jī)葉片之間的間隔確定渦輪機(jī)效率和電力生產(chǎn)，并且可能受到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼產(chǎn)生圓形截面偏差影響，這種偏差也稱作失圓。由于內(nèi)渦輪機(jī)殼與外渦輪機(jī)殼之間的連接，各種操作應(yīng)力造成的負(fù)載通常從所述外渦輪機(jī)殼傳遞到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼并且導(dǎo)致所述內(nèi)渦輪機(jī)殼畸變，這種畸變是一種稱作失圓的情況。因此，希望設(shè)計(jì)出降低失圓影響的渦輪機(jī)殼。本發(fā)明提供一種減少負(fù)載在外渦輪機(jī)殼與內(nèi)渦輪機(jī)殼之間傳遞來減小失圓效應(yīng)的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一方面，本發(fā)明提供一種在渦輪機(jī)上降低失圓影響的方法，所述方法包括:在所述渦輪機(jī)的外渦輪機(jī)殼內(nèi)提供所述渦輪機(jī)的內(nèi)渦輪機(jī)殼；以及使用環(huán)形插入件將所述內(nèi)渦輪機(jī)殼連接到所述外渦輪機(jī)殼，所述環(huán)形插入件分成多個(gè)環(huán)形插入件段，以便減少從所述外渦輪機(jī)殼到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的負(fù)載傳遞，從而減緩所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓。
[0004]根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)包括:外渦輪機(jī)殼；內(nèi)渦輪機(jī)殼；以及環(huán)形插入件，所述環(huán)形插入件經(jīng)配置用于將所述內(nèi)渦輪機(jī)殼連接到所述外渦輪機(jī)殼，并且分成多個(gè)環(huán)形插入件段，以便減少從所述外渦輪機(jī)殼到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的負(fù)載傳遞。
[0005]這些和其它優(yōu)點(diǎn)和特征將從結(jié)合附圖的以下描述中更加清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]本專利申請文件中的權(quán)利要求書詳細(xì)指出并明確主張了本發(fā)明。通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以清楚地了解本發(fā)明的上述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)，在附圖中:
[0007]圖1示出在本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例中的渦輪發(fā)電機(jī)的示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼的側(cè)視截面圖；
[0008]圖2示出包括止推環(huán)的圖1所示內(nèi)潤輪機(jī)殼的截面；
[0009]圖3示出在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中的示例性殼扇區(qū)的剖視圖；以及
[0010]圖4和5示出在示例性渦輪機(jī)操作循環(huán)期間各個(gè)時(shí)間上的本發(fā)明的示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼的圓周的標(biāo)繪。
[0011]【具體實(shí)施方式】參考附圖以實(shí)例方式介紹本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]圖1示出在本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例中的燃?xì)鉁u輪機(jī)的示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼100的側(cè)視截面圖。所述示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼100提供空心殼體，所述空心殼體沿著縱向軸線102延伸，并且具有在所述縱向軸線的第一端上的入口 104和在所述縱向軸線的第二端上的出口106。所述渦輪機(jī)殼大致上是圍繞其縱向軸線102旋轉(zhuǎn)對稱的。具有多個(gè)渦輪機(jī)葉片(未示出)的轉(zhuǎn)子大致上沿著所述縱向軸線102設(shè)置在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼100內(nèi)。在入口 104處注射到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼100中的工作氣體使得所述渦輪機(jī)葉片位移，從而導(dǎo)致所述渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，由此導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電。在各項(xiàng)實(shí)施例中，所述內(nèi)渦輪機(jī)殼100由兩個(gè)或更多個(gè)部分組成，這些部分在本說明書中也稱作殼扇區(qū)，所述部分配合在一起以構(gòu)成所述內(nèi)渦輪機(jī)殼100。示例性殼扇區(qū)大體上圍繞所述縱向軸線102跨越所選方位角。兩個(gè)或更多個(gè)殼扇區(qū)經(jīng)由螺栓112在界面110上配合在一起。配合的殼扇區(qū)提供穿過所述內(nèi)渦輪機(jī)殼100的冷卻孔或空氣通道114，以將空氣提供到組裝在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼上的噴嘴(未示出)。所述內(nèi)渦輪機(jī)殼在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼100的止推環(huán)116處連接到所述外渦輪機(jī)殼。所述內(nèi)渦輪機(jī)殼包括止推環(huán)116。
[0013]圖2示出包括止推環(huán)116的圖1所示內(nèi)潤輪機(jī)殼的截面。在各項(xiàng)實(shí)施例中，所述止推環(huán)116是分段的。所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的分段的止推環(huán)116包括槽118，環(huán)形插入件可以插入到所述槽中。所述環(huán)形插入件將所述內(nèi)渦輪機(jī)殼連接到所述外渦輪機(jī)殼，以便支撐所述內(nèi)渦輪機(jī)殼。所述環(huán)形插入件在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼與所述外渦輪機(jī)殼之間提供接觸區(qū)域。在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，所述環(huán)形插入件分成多個(gè)環(huán)形插入件段，所述多個(gè)環(huán)形插入件段彼此分隔開，以便沿著圓周在這些段之間提供間隙。因此，所述多個(gè)環(huán)形插入件段作為對邊的總角小于360度。
[0014]圖3示出在本發(fā)明的一項(xiàng)示例性實(shí)施例中的殼扇區(qū)的剖視。示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼由四個(gè)殼扇區(qū)組成，所述四個(gè)殼扇區(qū)各自構(gòu)成所述內(nèi)渦輪機(jī)殼300的四分之一。示出的是示例性殼扇區(qū)315。示出的是環(huán)形插入件段302在所述示例性殼扇區(qū)315上。所述環(huán)形插入件段302沿著扇區(qū)315的圓周從第一方位位置304延伸到第二方位位置306，從而作為角320的對邊。在一項(xiàng)實(shí)施例中，角320小于90度。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，角320在約15度與85度之間。在又一項(xiàng)實(shí)施例中，角320在約30度與約70度之間。在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，所述環(huán)形插入件段302均勻設(shè)置在殼扇區(qū)315的第一配合界面310與第二配合界面312之間，這樣使得在所述第一方位位置304與所述第一配合界面310之間的距離與在所述第二方位位置306與所述第二配合界面312之間的距離大致上相同。因此，在所述外渦輪機(jī)殼與所述內(nèi)渦輪機(jī)殼之間的接觸區(qū)域小于360度。這種減小的接觸區(qū)域使得在所述外渦輪機(jī)殼與所述內(nèi)渦輪機(jī)殼之間的負(fù)載傳遞區(qū)域減小。在替代實(shí)施例中，所述示例性殼扇區(qū)315可以包括彼此間隔開的兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)形段。
[0015]在一方面，所述環(huán)形插入件段的長度可以使用處理器進(jìn)行確定。示例性處理器可以進(jìn)行模擬，以便確定在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓符合所選標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所述環(huán)形插入件段的長度。所述處理器可以模擬渦輪機(jī)的各種操作循環(huán)，并且確定在所述循環(huán)期間所述內(nèi)渦輪機(jī)殼在各個(gè)時(shí)間上的失圓。
[0016]或者，可以構(gòu)造并且操作具有示例性環(huán)形插入件段的渦輪機(jī)?？梢詫鞲衅髟O(shè)置在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的各個(gè)位置上，并且可以在所述渦輪機(jī)運(yùn)行通過各種操作循環(huán)時(shí)觀察所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓。因此，可以通過觀察各種環(huán)形插入件段長度相對于降低失圓影響的效果來確定環(huán)形插入件段長度和間隔。
[0017]在一方面，選擇在失圓符合所選標(biāo)準(zhǔn)時(shí)環(huán)形段的長度。在各項(xiàng)實(shí)施例中，在所述環(huán)形段的長度使得所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓在可接受容差水平內(nèi)時(shí)，選擇合適的段。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，所述所選標(biāo)準(zhǔn)可以是在所選時(shí)間框架上的失圓容差。
[0018]圖4示出在示例性渦輪機(jī)操作期間在各個(gè)時(shí)間上的本發(fā)明的示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼的圓周的標(biāo)繪。圖4的標(biāo)繪輸出自所述圓周的徑向位移測量方面的分析模型，這種測量圍繞所述圓周在大約每5度進(jìn)行一次。或者，可以大體上使用圍繞所述圓周放置的約10個(gè)傳感器來獲得標(biāo)繪，以便測試構(gòu)造成的殼，在各個(gè)時(shí)間上獲得徑向測量，所述各個(gè)時(shí)間由參考數(shù)字 401 (在啟動(dòng)后 1654 秒)、402 (2374 秒)、403 (2874 秒)、404 (4174 秒)、405 (100000秒)以及406 (100967秒)指示。圖5示出在稍晚時(shí)間上的圖4示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼的圓周的標(biāo)繪。在各個(gè)時(shí)間上獲得徑向測量，所述各個(gè)時(shí)間由501 (105618秒)、502 (114400秒)、503 (116055 秒)、504 (116271 秒)、505 (116775 秒)以及 506 (214400 秒)指示。所述示例性內(nèi)渦輪機(jī)殼大體上運(yùn)行通過一個(gè)或多個(gè)增加和減少電力輸出的循環(huán)。所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的所述圓周大體上通過受熱增大并且通過冷卻減小。較早時(shí)間(即時(shí)間401)示出具有大致上圓形截面的內(nèi)渦輪機(jī)殼。以在高輸出水平(即時(shí)間404、405以及406)操作的所述渦輪機(jī)就會示出。具體地說，時(shí)間404示出在高輸出水平上具有較大失圓效應(yīng)的內(nèi)渦輪機(jī)殼。將所述圓周示出為操作循環(huán)的時(shí)間503和504降低到較低輸出水平。各種程度的失圓就會示出。將所述圓周示出為操作循環(huán)的時(shí)間506再次提升到高輸出水平。如圖5所示，在時(shí)間506上，所述殼的失圓程度相對較輕。當(dāng)所述失圓效應(yīng)在可接受容差內(nèi)時(shí)，操作員可以選擇環(huán)形段以在渦輪機(jī)中使用。
[0019]因此，在一方面，本發(fā)明提供一種在渦輪機(jī)上降低失圓影響的方法，所述方法包括:在所述渦輪機(jī)的外渦輪機(jī)殼內(nèi)提供所述渦輪機(jī)的內(nèi)渦輪機(jī)殼；以及使用環(huán)形插入件將所述內(nèi)渦輪機(jī)殼連接到所述外渦輪機(jī)殼，所述環(huán)形插入件分成多個(gè)環(huán)形插入件段，以便減少從所述外渦輪機(jī)殼到所述 內(nèi)渦輪機(jī)殼的負(fù)載傳遞，從而減緩所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓。在一項(xiàng)實(shí)施例中，所述多個(gè)環(huán)形插入件段包括四個(gè)環(huán)形插入件段。所述環(huán)形插入件段中的至少一個(gè)環(huán)形插入件段為從所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的縱向軸線測量的角的對邊，所述角選自以下其中一項(xiàng):(i )小于90度；(ii )在約15度與約85度之間；以及(iii )在約30度與約70度之間。處理器可以用來確定在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓符合所選標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所述環(huán)形插入件段的長度和位置。環(huán)形插入件段的長度經(jīng)過選擇，以便減少在所述外渦輪機(jī)殼與所述內(nèi)渦輪機(jī)殼之間的負(fù)載路徑。在各項(xiàng)實(shí)施例中，所述負(fù)載來自所述外渦輪機(jī)殼上的熱應(yīng)力。所述環(huán)形插入件段設(shè)置在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的止推環(huán)上，圍繞所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的圓周處于等距位置上。在各項(xiàng)實(shí)施例中，所述內(nèi)渦輪機(jī)殼由至少兩個(gè)方位殼扇區(qū)構(gòu)成。
[0020]一種渦輪機(jī)包括:外渦輪機(jī)殼；內(nèi)渦輪機(jī)殼；以及環(huán)形插入件，所述環(huán)形插入件經(jīng)配置用于將所述內(nèi)渦輪機(jī)殼連接到所述外渦輪機(jī)殼，并且分成多個(gè)環(huán)形插入件段，以便減少從所述外渦輪機(jī)殼到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的負(fù)載傳遞。在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，所述環(huán)形插入件分成四個(gè)環(huán)形插入件段。至少一個(gè)所述環(huán)形插入件段作為其對邊的角選自以下其中一項(xiàng):(1)小于90度；(^)在約15度與85度之間；以及(iii)在約30度與約70度之間。運(yùn)行所述渦輪機(jī)的模型的程序的處理器可以用來確定所述環(huán)形插入件的長度。所述環(huán)形插入件段的所述長度大體上經(jīng)過選擇，以便減少在所述外渦輪機(jī)殼與所述內(nèi)渦輪機(jī)殼之間的負(fù)載路徑。所述負(fù)載大體上涉及所述外渦輪機(jī)殼上的熱應(yīng)力。在一項(xiàng)示例性實(shí)施例中，所述環(huán)形插入件段圍繞所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的圓周均勻間隔開。在各項(xiàng)實(shí)施例中，所述內(nèi)渦輪機(jī)殼由在所選方位角上延伸的至少兩個(gè)殼扇區(qū)構(gòu)成。
[0021]盡管本發(fā)明只結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)易于了解，本發(fā)明并不限于此類公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可以進(jìn)行修改，以便并入在此之前并未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相符的任何數(shù)量的變化、更改、替換或等效布置。此外，盡管本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例已進(jìn)行描述，但要理解，本發(fā)明的各個(gè)方面可以只包括所述實(shí)施例中的一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)被視為受限于前述描述，而只受限于所附權(quán)利要求書的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于降低渦輪機(jī)失圓影響的方法，包括: 將所述渦輪機(jī)的內(nèi)渦輪機(jī)殼設(shè)置在所述渦輪機(jī)的外渦輪機(jī)殼內(nèi)；以及 使用環(huán)形插入件將所述內(nèi)渦輪機(jī)殼連接到所述外渦輪機(jī)殼，所述環(huán)形插入件分成多個(gè)環(huán)形插入件段，以便減少從所述外渦輪機(jī)殼到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的負(fù)載傳遞，從而降低所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)環(huán)形插入件段進(jìn)一步包括四個(gè)環(huán)形插入件段。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中至少一個(gè)所述環(huán)形插入件段為從所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的縱向軸線測量的角的對邊，所述角選自以下其中之一:(i )小于90度；(ii )在約15度與約85度之間；以及(iii)在約30度與約70度之間。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使用處理器來確定當(dāng)所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的失圓度符合所選標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所述環(huán)形插入件段的長度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中環(huán)形插入件段的長度經(jīng)過選擇，以便減少在所述外渦輪機(jī)殼與所述內(nèi)渦輪機(jī)殼之間的負(fù)載路徑。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述負(fù)載是由所述外渦輪機(jī)殼上的熱應(yīng)力造成的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述環(huán)形插入件段圍繞所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的圓周等距離地設(shè)置在所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的止推環(huán)上。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述內(nèi)渦輪機(jī)殼由至少兩個(gè)方位殼扇區(qū)構(gòu)成。
9.一種渦輪機(jī)，包括: 外潤輪機(jī)殼； 內(nèi)渦輪機(jī)殼；以及 環(huán)形插入件，所述環(huán)形插入件配置用于將所述內(nèi)渦輪機(jī)殼連接到所述外渦輪機(jī)殼，并且分成多個(gè)環(huán)形插入件段，以便減少從所述外渦輪機(jī)殼到所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的負(fù)載傳遞。
10.如權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述環(huán)形插入件分成四個(gè)環(huán)形插入件段。
11.如權(quán)利要求10所述的渦輪機(jī)，其中至少一個(gè)所述環(huán)形插入件段作為其對邊的角選自以下其中一項(xiàng):(i)小于90度；(ii)在約15度與85度之間；以及(iii)在約30度與約70度之間。
12.如權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中使用運(yùn)行所述渦輪機(jī)的模型程序的處理器來確定所述環(huán)形插入件段的長度。
13.如權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述環(huán)形插入件段的長度經(jīng)過選擇，以便減少在所述外渦輪機(jī)殼與所述內(nèi)渦輪機(jī)殼之間的負(fù)載路徑。
14.如權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述負(fù)載涉及所述外渦輪機(jī)殼上的熱應(yīng)力。
15.如權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述環(huán)形插入件段圍繞所述內(nèi)渦輪機(jī)殼的圓周均勻隔開。
16.如權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中所述內(nèi)渦輪機(jī)殼由在所選方位角上延伸的至少兩個(gè)殼扇區(qū)構(gòu)成。
【文檔編號】F01D25/26GK103485844SQ201310230832
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】S.C.皮薩斯基, K.D.布萊克 申請人:通用電氣公司