用于利用燃料加熱的間隙控制的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及渦輪，例如燃氣渦輪中的間隙控制。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪中的間隙典型地指在轉(zhuǎn)子和圍繞轉(zhuǎn)子的定子外殼之間的縫隙的尺寸。轉(zhuǎn)子典型地為軸向渦輪，其具有各自安裝在渦輪葉輪上的動葉的排。葉輪安裝在渦輪的軸上。定子外殼容納轉(zhuǎn)子并且包括定位在動葉的排之間的靜止噴嘴的排。間隙通常指在動葉的末梢和定子外殼之間的環(huán)形縫隙。
[0003]間隙需要允許動葉旋轉(zhuǎn)而不相對于定子外殼摩擦。如果間隙過大，那么燃燒氣體可在動葉的末梢上方泄露并且不驅(qū)動渦輪的旋轉(zhuǎn)。如果間隙過小，那么末梢可相對于定子外殼摩擦并且可導致?lián)p壞渦輪的振動。
[0004]由于渦輪在其多種操作階段期間受到加熱和冷卻，因而間隙變化。在間隙中的變化是由渦輪構(gòu)件的熱膨脹和收縮引起的。渦輪典型地由具有不同熱膨脹速率的金屬構(gòu)件形成。渦輪葉輪、葉輪上的動葉和繞動葉的環(huán)形殼體以不同的速率膨脹和收縮。由于不同的熱膨脹速率，故在燃氣渦輪加熱和冷卻時，間隙可增加或縮減。
[0005]無論何時渦輪動葉旋轉(zhuǎn)，均需要間隙，包括:當渦輪在啟動期間加熱時、當燃氣渦輪從全速無負載(FSNL)操作過渡至全速滿負載(FSFL)操作過渡時和在全速滿負載(FSFL)操作期間、和當渦輪停止時。在燃氣渦輪的任意和全部操作階段期間維持適當?shù)拈g隙是通過間隙控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。
[0006]間隙控制系統(tǒng)和技術(shù)在燃氣渦輪操作的全部階段期間提供適當?shù)拈g隙。常規(guī)的間隙控制系統(tǒng)和技術(shù)包括:冷卻系統(tǒng)，其安裝在與燃氣渦輪相鄰的外部制動器上；復(fù)合傳感和促動系統(tǒng)，其用于調(diào)節(jié)從壓縮機放出的冷卻流，并且用于渦輪冷卻和外部熱傳遞系統(tǒng)，以在冷卻空氣進入渦輪之前加熱或冷卻該冷卻空氣。常規(guī)的間隙控制系統(tǒng)和技術(shù)傾向于由于它們調(diào)整流動穿過殼體或動葉的冷卻流體的量而是主動的。一些主動常規(guī)間隙系統(tǒng)響應(yīng)于某些操作條件而受到促動，例如在當間隙處于其最窄處時而發(fā)生的窄點處。例如，加熱冷卻空氣可添加至渦輪外殼，來增大外殼的熱膨脹，并因而增大窄點處的間隙。
[0007]主動間隙控制系統(tǒng)通常機械上復(fù)雜、昂貴且要求計算機或液壓控制器。被動間隙控制系統(tǒng)不要求控制器，并且傾向于相對地機械簡單且廉價。但是，被動控制器通常不具有調(diào)整供給至渦輪的冷卻氣體的冷卻容量的能力。即使考慮到常規(guī)間隙控制系統(tǒng)，也依然存在對可靠、經(jīng)濟的間隙控制系統(tǒng)和技術(shù)的長期以來的需要，確保在燃氣渦輪操作的所有階段的適當間隙，并且避免尤其在穩(wěn)定操作階段(例如FSFL)的過多間隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]已經(jīng)構(gòu)思一種間隙控制的方法，其中，使用燃料來冷卻在間隙控制中使用的冷卻齊U。當冷卻劑流動穿過渦輪，例如定子外殼和噴嘴時，冷卻劑影響渦輪的熱膨脹或收縮。熱膨脹或收縮的量取決于冷卻劑的溫度，并且具體而言取決于冷卻劑溫度與渦輪溫度之間的差異。間隙控制可至少部分地通過調(diào)整冷卻劑的溫度而實現(xiàn)。構(gòu)思的方法為通過在冷卻劑與流到燃氣渦輪的燃燒器的燃料之間傳遞熱來調(diào)整冷卻劑的溫度。
[0009]該構(gòu)思的方法可以以冷卻劑和燃料流的一部分行進穿過的換熱器來體現(xiàn)。冷卻劑通常由燃料流冷卻，因為燃料處于比冷卻劑低的溫度，該冷卻劑可為從燃氣渦輪中的壓縮機的一個或更多個級抽取的壓縮空氣。流動穿過換熱器的燃料的速率影響穿過換熱器流到渦輪的冷卻劑的冷卻量。燃料流越大，則流到渦輪的冷卻劑的溫度越低。
[0010]燃料的流動速率增加，以使燃氣渦輪從全速、無負載(FSNL)過渡至全速、滿負載(FSFL)。當燃料流動速率增加時，在冷卻劑的冷卻方面存在類似增加(例如降低的溫度)。增加的冷卻降低了冷卻劑在FSFL操作期間加熱且使渦輪外殼熱膨脹的能力。降低的能力導致在FSFL下的間隙的減小，這在其他情況下將在冷卻劑未由燃料冷卻時發(fā)生。
[0011]當燃料流量相對低時，冷卻劑被冷卻至比燃料流量高時小得多的程度。在低燃料流量期間，冷卻劑保持相對熱，并因而導致渦輪外殼熱膨脹至比冷卻劑已經(jīng)由更大的燃料流量冷卻時大的程度。在低燃料流量期間允許渦輪外殼熱膨脹可用于在燃料流量低時(例如在FSNL期間)增大間隙。
[0012]通過使用燃料流來冷卻流到渦輪外殼的冷卻劑，被動間隙控制系統(tǒng)可構(gòu)造為允許:低燃料流量操作期間增大的間隙；和高燃料流量操作期間減小的間隙。該能力對于在低燃料流量操作期間具有間隙窄點的燃氣渦輪可為有用的。
[0013]該間隙控制系統(tǒng)可通過提供換熱器而形成，從壓縮機抽取的壓縮冷卻劑流和燃料流的一部分行進穿過該換熱器。間隙控制依賴燃料流的變化來改變冷卻劑流的冷卻量。間隙控制系統(tǒng)可體現(xiàn)為不帶有閥、促動器或其他主動控制裝置。
[0014]已經(jīng)構(gòu)思一種間隙控制設(shè)備來對燃氣渦輪中的渦輪外殼提供壓縮的冷卻空氣，該設(shè)備包括:冷卻氣體通路，其延伸穿過渦輪外殼的內(nèi)環(huán)形殼體；冷卻氣體管道，其連接至燃氣渦輪的壓縮機并且連接至渦輪外殼，其中，冷卻氣體管道接收來自壓縮機的壓縮空氣并且將壓縮空氣輸送至渦輪外殼，并且其中，冷卻氣體管道與冷卻氣體通路流體地連通；和換熱器，其連接至冷卻氣體管道并且連接至燃料管道，該燃料管道對燃氣渦輪的燃燒器輸送燃料，其中，換熱器使熱從冷卻氣體傳遞到燃料。
[0015]已構(gòu)思一種燃氣渦輪，其包括:渦輪外殼，其包封燃氣渦輪中的旋轉(zhuǎn)渦輪；燃料管道，其能夠連接至燃料的供應(yīng)源并且連接至燃氣渦輪的燃燒器，其中，燃料穿過燃料管道從燃料供應(yīng)源流到燃燒器；冷卻氣體管道，其連接至燃氣渦輪的壓縮機并且連接至渦輪外殼，其中，冷卻氣體管道接收來自壓縮機的壓縮空氣并且將壓縮空氣輸送至渦輪外殼中的內(nèi)部通路；和換熱器，其連接至燃料管道并且連接至冷卻氣體管道，其中，換熱器使熱從冷卻氣體傳遞到燃料。
[0016]已構(gòu)思一種方法以用于燃氣渦輪中的間隙控制，該燃氣渦輪具有壓縮機、燃燒器、渦輪和容納渦輪的渦輪外殼，該方法包括:從壓縮機抽取壓縮空氣；在換熱器中冷卻壓縮空氣，其中來自壓縮空氣的熱傳遞至流到燃燒器的燃料，和通過使冷卻的壓縮空氣行進穿過通路渦輪外殼，調(diào)節(jié)渦輪外殼與渦輪的旋轉(zhuǎn)區(qū)段之間的縫隙。
[0017]技術(shù)方案1:一種燃氣潤輪，包括:
渦輪外殼，其包封所述燃氣渦輪中的旋轉(zhuǎn)渦輪；
燃料管道，其能夠連接至燃料的供應(yīng)源且連接至所述燃氣渦輪的燃燒器，其中，燃料穿過所述燃料管道從燃料供應(yīng)源流到所述燃燒器；
冷卻氣體管道，其連接至所述燃氣渦輪的壓縮機并且連接至所述渦輪外殼，其中，所述冷卻氣體管道接收來自所述壓縮機的壓縮空氣并且將所述壓縮空氣輸送至所述渦輪外殼中的內(nèi)部通路，和
換熱器，其連接至所述燃料管道并且連接至所述冷卻氣體管道，其中，所述換熱器使熱從冷卻氣體傳遞到燃料。
[0018]技術(shù)方案2:根據(jù)技術(shù)方案I所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述燃料管道包括主管道和旁通管道，其中，所述旁通管道聯(lián)接至所述換熱器并且形成用于流動穿過所述換熱器的燃料的通路，并且所述旁通管道具有都連接至所述主管道的用于燃料的入口和出口。
[0019]技術(shù)方案3:根