用于燃气涡轮机的主动间隙控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于燃气涡轮机的主动间隙控制系统和方法。所述燃气涡轮机具有多级压缩机以及涡轮机叶片在涡轮机壳内旋转的涡轮机。所述方法包括：选择从中抽取压缩空气的第一压缩机级；管输来自所述第一压缩机级的所述压缩空气到所述涡轮机壳；输送来自所述第一压缩机级的所述压缩空气以使所述涡轮机壳热收缩；选择从中抽取压缩空气的第二压缩机级，并且取消选择所述第一压缩机级；管输来自所述第二压缩机级的所述压缩空气到所述涡轮机壳；以及输送来自所述第二压缩机级的所述压缩空气以使所述涡轮机壳热膨胀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃气涡轮机，所述燃气涡轮机具有主动间隙控制系统，以确保旋转叶片不会摩擦燃气涡轮机的固定壳体中的密封件。
技术介绍
在燃气涡轮机中，燃烧气体流经涡轮机的壳体与转子之间的环形气体通道。桨叶等旋转叶片从转子径向伸出，并且伸入该环形气体通道。流经叶片的热燃烧气体使涡轮机旋转，从而驱动燃气涡轮机。为了实现热燃烧气体的能量到机械能的转换最大化，需要使所有燃烧气体流经涡轮机的叶片，并且避免燃烧气体泄露而进入涡轮机的壳体、或穿过涡轮机叶片的叶尖与涡轮机壳体的内表面之间的空隙。壳体可包括围绕涡轮机桨叶的叶尖延伸的环形密封表面。使环形密封表面与叶片的叶尖之间的空隙最小化，会减少燃烧气体的泄露并且增加燃气涡轮机的热力学效率。由于在壳体中的密封件与叶片的叶尖之间的空隙较小，因此存在一种风险，即叶片的叶尖将影响，例如摩擦，密封件。当燃气涡轮机在开机期间受热并且在停机期间冷却时，这种摩擦的风险增大。壳体和密封件的热膨胀率可能不同于包括叶片的涡轮机转子的热膨胀率。壳体与转子之间的热膨胀差异导致叶片的叶尖与密封件之间的间隙在开机、停机、以及其他负载变化期间燃气涡轮机转变时变化。如果间隙变得非常小，那么叶尖可能影响，例如摩擦，壳体的密封件。摩擦可能对燃气涡轮机造成损坏，例如，使叶片和密封件断裂或者以其他方式损坏。因此，长期需要用于主动控制燃气涡轮机中叶尖间隙的改进方法和设备。
技术实现思路
本专利技术提供一种针对具有多级压缩机以及涡轮机的燃气涡轮机而构想的间隙控制系统，所述系统包括:第一压缩气体通道，所述第一压缩气体通道经连接以从所述压缩机的一个级抽取压缩气体；第二压缩气体通道，所述第二压缩气体通道经连接以从所述压缩机的另一级抽取压缩气体；阀组件，用于调节通过所述第一和第二压缩气体通道的所述压缩气体的流动，其中所述阀组件经致动以使抽取的压缩气体选择性地从第一和第二气体通道中的所选一个通道通过；以及第三压缩气体通道，所述第三压缩气体通道将所述抽取的压缩气体从所述阀传输到所述涡轮机的壳体。连接到所述第一压缩气体通道的所述级是所述压缩机的末级。所述间隙控制系统进一步包括热交换器，其连接到所述第一和第二压缩气体通道中的至少一个，其中所述热交换器向所述压缩气体增加热能。所述气体通道中的每个通道均具有所述热交换器中的相应一个热交换器。所述间隙控制系统进一步包括控制器，其中所述控制器从所述燃气涡轮机接收关于所述燃气涡轮机的运行模式的数据，并且所述控制器基于所述运行模式，致动所述阀以引导气体从所述压缩气体通道中的一个通道通过所述阀。本专利技术还提供一种针对具有多级压缩机以及涡轮机的燃气涡轮机提供间隙控制的方法，所述涡轮机具有在涡轮机壳内旋转的涡轮机桨叶，所述方法包括:选择第一压缩机级，以从中抽取压缩空气；管输(ducting)来自所述第一压缩机级的所述压缩空气到所述涡轮机壳；输送来自所述第一压缩机级的所述压缩空气，以使所述涡轮机壳热收缩；选择第二压缩机级，从中抽取压缩空气并且取消选择所述第一压缩机级；管输来自所述第二压缩机级的所述压缩空气到所述涡轮机壳；以及输送来自所述第二压缩机级的所述压缩空气，以使所述涡轮机壳热膨胀。所述第二压缩机级是所述压缩机中的压缩机末级，并且来自所述压缩机末级的所述压缩空气是压缩机排气。所述第一压缩机级是所述压缩机的中间部分中的压缩机级。其中，通过致动与所抽取的压缩空气流体连通的阀，来选择所述第二压缩机级而不选择所述第一压缩机级。所述方法进一步包括在所述压缩空气从所述压缩机抽取出之后、并且在所述压缩空气进入所述涡轮机壳之前，向所述压缩空气增加热能。其中，在确定环境空气温度低于阈值温度的基础上，增加所述热能。所述管输来自所述第二压缩机级的所述压缩气体到所述涡轮机壳的步骤发生在所述燃气涡轮机的开机和停机运行模式中的至少一个模式期间。所述管输来自所述第一压缩机级的所述压缩气体到所述涡轮机壳的步骤发生在所述燃气涡轮机的负载或基本负载运行模式期间。本专利技术进一步提供一种针对具有多级压缩机以及涡轮机的燃气涡轮机提供间隙控制的方法，所述涡轮机具有在涡轮机壳内旋转的涡轮机桨叶，所述方法包括:在燃气涡轮机的开机、或停机模式期间，选择第一压缩机级以从中抽取压缩空气，将来自所述第一压缩机级的所述压缩空气管输到所述涡轮机壳，并且输送来自所述第一压缩机级的所述压缩空气以使所述涡轮机壳热膨胀；在燃气涡轮机的负载或基本负载模式期间，选择第一压缩机级以从中抽取压缩空气，选择第二压缩机级以从中抽取压缩空气、并且取消选择所述第一压缩机级，将来自所述第二压缩机级的所述压缩空气管输到所述涡轮机壳，并且输送来自所述第二压缩机级的所述压缩空气以使所述涡轮机壳热收缩；以及通过致动阀组件来选择所述第一压缩机级或所述第二压缩机级。所述第二压缩机级是所述压缩机中的压缩机末级，并且来自所述压缩机末级的所述压缩空气是压缩机排气。所述第一压缩机级是所述压缩机的中间部分中的压缩机级。所述方法进一步包括在所述压缩空气从所述压缩机抽取出之后、并且在所述压缩空气进入所述涡轮机壳之前，向所述压缩空气增加热能。其中，在确定环境空气温度低于阈值温度的基础上，增加所述热能。附图说明图1为具有主动间隙控制系统的燃气涡轮机的示意图。图2为传统燃气涡轮机的一部分的截面图。图3为示例性过程的流程图，所述过程即施加从压缩机的两个或更多级抽取的压缩空气，通过热交换器加热或冷却空气，并且将经过温度控制的压缩空气施加到涡轮机或压缩机的壳体、以加热或冷却所述壳体，从而提供主动间隙控制。具体实施方式图1所示为具有压缩机12、燃烧室14和涡轮机16的燃气涡轮机10。旋转轴18将所述涡轮机连接到所述压缩机。大气进入压缩机，并且在增压空气进入燃烧室时排出，在燃烧室中，空气与燃料20混合并且燃烧。增压的热燃烧气体从燃烧室流经涡轮机，并且使其旋转。涡轮机的旋转使轴和压缩机转动。发电机22或其他负载连接到轴，并且由轴驱动。控制系统24可以调节进入燃烧室的燃料，以及基于燃气涡轮机的功率输出、轴旋转速度以及涡轮机排气温度等运行条件，设置压缩机的入口处的导叶。主动间隙控制系统26用于加热涡轮机的壳体，以确保转子的热膨胀不会导致涡轮机的旋转叶片的叶尖与涡轮机的壳体内的固定密封件进行摩擦。主动间隙控制系统26可包括气体通道、阀以及热交换器，以将从压缩机12抽取的较暖压缩空气引导至涡轮机16的壳体。主动间隙控制系统26可具有从压缩机12的两个或更多级抽取压缩空气的气体通道28、30，所述压缩机可为具有连续压缩级的轴流式压缩机。每个级包括固定到压缩机壳体的环状排列的定子，以及固定到压缩机盘和轴18的环状排列的压缩机叶片。例如，通道28可以抽取从压缩机末级(最后一级)排出的高度压缩的热空气。另一气体通道30可以从压缩机的上游级抽取压缩程度较低的暖空气，所述上游级例如，压缩机中级、或位于压缩机入口与压缩机中级之间的级。与流经通道28的高度压缩热空气相比，流经通道30的、所抽取的压缩程度较低的暖空气处于较低压力和温度下。基于间隙控制系统设计以及用于加热或冷却涡轮机壳体的空气的温度要求，可以选择间隙控制系统用来抽取压缩空气的通道28、30的数量以及压缩机上每个通道抽取压缩空气的位置，例如，对应的压缩机级。流经通道28的压缩空气的温度将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有多级压缩机和涡轮机的燃气涡轮机的间隙控制系统，所述系统包括：第一压缩气体通道，所述第一压缩气体通道经连接以从所述压缩机的一个级抽取压缩气体；第二压缩气体通道，所述第二压缩气体通道经连接以从所述压缩机的另一个级抽取压缩气体；阀组件，用于调节通过所述第一和第二压缩气体通道的所述压缩气体的流动，其中所述阀组件经致动以选择性地从第一和第二气体通道中的所选一个通道输送抽取的压缩气体；以及第三压缩气体通道，所述第三压缩气体通道将所述抽取的压缩气体从所述阀传输到所述涡轮机的壳体。

【技术特征摘要】
2011.10.31 US 13/285,2091.一种用于具有多级压缩机和涡轮机的燃气涡轮机的间隙控制系统，所述系统包括: 第一压缩气体通道，所述第一压缩气体通道经连接以从所述压缩机的一个级抽取压缩气体； 第二压缩气体通道，所述第二压缩气体通道经连接以从所述压缩机的另一个级抽取压缩气体； 阀组件，用于调节通过所述第一和第二压缩气体通道的所述压缩气体的流动，其中所述阀组件经致动以选择性地从第一和第二气体通道中的所选一个通道输送抽取的压缩气体；以及 第三压缩气体通道，所述第三压缩气体通道将所述抽取的压缩气体从所述阀传输到所述涡轮机的壳体。2.根据权利要求1所述的间隙控制系统，其中连接到所述第一压缩气体通道的所述级是所述压缩机的末级。3.根据权利要求1所述的间隙控制系统，进一步包括热交换器，其连接到所述第一和第二压缩气体通道中的至少一个，其中所述热交换器向所述压缩气体增加热能。4.根据权利要求3所述的间隙控制系统，其中所述气体通道中的每个通道均具有所述热交换器中的相应一个热交换器。5.根据权利要求1所述的间隙控制系统，进一步包括控制器，其中所述控制器从所述燃气涡轮机接收关于所述燃气涡轮机的运行模式的数据，并且所述控制器基于所述运行模式，致动所述阀以引导气体从所述压缩气体通道中的一个通道通过所述阀。6.一种针对燃气涡轮机提供间隙控制的方法，所述燃气涡轮机具有多级压缩机以及涡轮机桨叶在涡轮机壳内旋转的涡轮机，所述方法包括: 选择从中抽取压缩空气的第一压缩机级； 管输来自所述第一压缩机级的所述压缩空气到所述涡轮机壳； 输送来自所述第一压缩机级的所述压缩空气以使所述涡轮机壳热收缩； 选择从中抽取压缩空气的第二压缩机级，并且取消选择所述第一压缩机级； 管输来自所述第二压缩机级的所述压缩空气到所述涡轮机壳；以及输送来自所述第二压缩机级的所述压缩空气以使涡轮机壳热膨胀。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二压缩机级是所述压缩机中的压缩机末级，并且来自所述压缩机末级的所述压缩空气是压缩机排气。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一压缩机...

【专利技术属性】
技术研发人员：MI阿拉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：