渦輪機(jī)械及其間隙調(diào)整系統(tǒng)及調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及諸如蒸汽渦輪機(jī)和燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪機(jī)械，且更具體而言涉及一種用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整旋轉(zhuǎn)渦輪葉片尖端與其周?chē)鷼んw之間的冷態(tài)間隙的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如燃?xì)鉁u輪機(jī)和蒸汽渦輪機(jī)的渦輪機(jī)械通常包括在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)且居中設(shè)置的轉(zhuǎn)子。工作流體流過(guò)一排或多排周向布置的旋轉(zhuǎn)葉片，所述旋轉(zhuǎn)葉片從轉(zhuǎn)子軸徑向向外延伸。流體將能量賦予軸，所述軸用于驅(qū)動(dòng)諸如發(fā)電機(jī)或壓縮機(jī)的負(fù)載。
[0003]旋轉(zhuǎn)葉片的徑向外部尖端與定子內(nèi)部上的固定護(hù)罩之間的緊密密封間隙對(duì)于渦輪機(jī)械的最有效運(yùn)行而言是必需的。轉(zhuǎn)子葉片與定子內(nèi)表面之間的間隙越小，橫跨葉片尖端的流體泄漏的可能性越小。這種流體泄漏可能會(huì)使流體繞過(guò)葉片級(jí)，從而降低效率。
[0004]不同的運(yùn)行條件可能會(huì)使葉片和其他部件經(jīng)歷熱膨脹，所述熱膨脹可導(dǎo)致葉片尖端間隙的變化。各種運(yùn)行條件對(duì)葉片間隙的具體影響可根據(jù)特定渦輪機(jī)械的類(lèi)型和設(shè)計(jì)發(fā)生變化。例如，燃?xì)鉁u輪壓縮機(jī)中的尖端間隙(tip clearances)在渦輪機(jī)關(guān)機(jī)并冷卻時(shí)可達(dá)到其最低值，而低壓蒸汽渦輪機(jī)中的尖端間隙可在穩(wěn)定狀態(tài)全負(fù)載運(yùn)行期間達(dá)到其最低值。渦輪機(jī)運(yùn)行期間的適當(dāng)?shù)拿芊忾g隙取決于渦輪機(jī)械組裝期間冷態(tài)密封間隙(cold sealclearance)的適當(dāng)調(diào)整以及轉(zhuǎn)子和定子相對(duì)位置的控制。
[0005]一種調(diào)整轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置并因此調(diào)整相關(guān)間隙的方法為執(zhí)行反復(fù)的無(wú)蓋和有蓋間隙測(cè)量和調(diào)整。在渦輪機(jī)組裝或重新組裝期間，可首先組裝定子下殼，隨后放置轉(zhuǎn)子。盡管可在組裝上半部分之前(也就是在“無(wú)蓋(tops-off.)”條件下)在下半部分中測(cè)量轉(zhuǎn)子對(duì)定子間隙，但是這些值可能并不直接表示完全組裝的渦輪機(jī)(也就是在“有蓋(tops-on)”條件下)的值，因?yàn)楫?dāng)定子的上殼附接至下殼時(shí)，渦輪機(jī)外殼被不同地支撐。在有蓋條件下，支撐可從下殼臂轉(zhuǎn)移至上殼臂，定子上殼的重量增加，并且當(dāng)螺栓連接水平接縫時(shí)，整個(gè)定子結(jié)構(gòu)變得堅(jiān)固。歸因于這些變化和其他變化，在有蓋條件和無(wú)蓋條件下，轉(zhuǎn)子對(duì)定子間隙可因可能輕易不可預(yù)見(jiàn)的因素而不同。常常執(zhí)行多次反復(fù)，在所述反復(fù)期間，定子上殼被拆卸并且基于有蓋間隙和無(wú)蓋間隙的差異以調(diào)整位置重新組裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一方面提供一種渦輪機(jī)械，所述渦輪機(jī)械包括:具有多個(gè)葉片級(jí)的轉(zhuǎn)子；圍繞所述轉(zhuǎn)子的定子，所述定子包括定子下殼(lower stator shell)和定子上殼(upper stator shell);以及現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)(in situ clearance sensor system),所述現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)用于在多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)的每一個(gè)處確定轉(zhuǎn)子與定子之間的冷態(tài)間隙(cold seal clearance) 0所述多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)的每一個(gè)設(shè)置在與每個(gè)其他間隙測(cè)量點(diǎn)軸向間隔開(kāi)的位置處。多個(gè)位移調(diào)整裝置彼此沿定子軸向間隔開(kāi)，以用于使定子上殼或定子下殼中一個(gè)的位置相對(duì)于底座移位，于是基于由現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)確定的間隙調(diào)整轉(zhuǎn)子與定子之間的冷態(tài)間隙。
[0007]其中，所述現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)包括:電壓降傳感器，所述電壓降傳感器在間隙測(cè)量點(diǎn)處插入到所述定子下殼或所述定子上殼的一個(gè)中，以用于測(cè)量跨越所述電壓降傳感器的尖端與轉(zhuǎn)子葉片的尖端之間的間隙的電壓降；其中所述電壓降傳感器插入到所述定子下殼或所述定子上殼的一個(gè)中，使得:所述電壓降傳感器與上游級(jí)葉片的所述轉(zhuǎn)子葉片尖端軸向?qū)?zhǔn)，并且所述電壓降傳感器嵌入在所述定子上殼或所述定子下殼中，這樣使得所述至少一個(gè)傳感器的徑向外緣基本上與所述定子上殼或所述定子下殼的內(nèi)表面齊平。
[0008]其中，所述現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)進(jìn)一步包括激光測(cè)量裝置，所述激光測(cè)量裝置可移除地附接至以下中的一個(gè):最終級(jí)葉片中的轉(zhuǎn)子葉片，所述激光測(cè)量裝置配置用于在所述定子上殼、所述轉(zhuǎn)子和所述定子下殼組裝在一起時(shí)測(cè)量所述轉(zhuǎn)子葉片的所述尖端與所述定子上殼或所述定子下殼的所述內(nèi)表面之間的有蓋間隙(tops-on clearance);或噴嘴環(huán)或噴嘴蓋，所述激光測(cè)量裝置配置用于測(cè)量噴嘴的徑向向內(nèi)尖端與所述轉(zhuǎn)子之間的有蓋間隙。
[0009]其中，所述多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)進(jìn)一步包括兩個(gè)到五個(gè)軸向間隔開(kāi)的間隙測(cè)量點(diǎn)。
[0010]其中，所述多個(gè)位移調(diào)整裝置設(shè)置在所述定子上殼與所述定子下殼之間的水平接縫處。
[0011]其中，所述多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)的至少一個(gè)設(shè)置在所述定子下殼的底面(underside)上。
[0012]其中，所述位移調(diào)整裝置各自進(jìn)一步包括以下中的一個(gè):頂起螺絲、固定螺絲或固定器，并且其中所述位移調(diào)整裝置各自進(jìn)一步包括鎖定件(lock)，所述鎖定件為以下中的一個(gè):環(huán)氧樹(shù)脂或接合劑。
[0013]其中，所述位移調(diào)整裝置各自進(jìn)一步包括液壓缸或氣壓缸中的一個(gè)，并且其中所述位移調(diào)整裝置各自進(jìn)一步包括用于鎖定所述位移調(diào)整裝置的位置的閥門(mén)。本發(fā)明的第二方面提供一種用于調(diào)整轉(zhuǎn)子對(duì)定子(rotor to stator)間隙的方法，所述方法包括:組裝渦輪機(jī)械，所述渦輪機(jī)械包括具有定子下殼和定子上殼的定子以及設(shè)置在所述定子中的轉(zhuǎn)子；使用現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)在多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)的每一個(gè)處確定轉(zhuǎn)子與定子之間的冷態(tài)間隙，其中所述間隙測(cè)量點(diǎn)的每一個(gè)與每個(gè)其他間隙測(cè)量點(diǎn)軸向間隔開(kāi)；以及基于所確定的冷態(tài)間隙在所述多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)的每一個(gè)處調(diào)整轉(zhuǎn)子與定子之間的冷態(tài)間隙。所述調(diào)整包括通過(guò)使定子上殼或定子下殼中的一個(gè)相對(duì)于底座移位來(lái)改變定子上殼或定子下殼的形狀(shape),以適應(yīng)轉(zhuǎn)子在定子中的位置。
[0014]所述方法進(jìn)一步包括:在調(diào)整所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙之后，在所述多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)中的每一個(gè)處重新確定所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙；以及如果所述重新確定指示所述冷態(tài)間隙不符合預(yù)先確定的閾值，那么重新調(diào)整所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙，所述重新調(diào)整包括使用位移調(diào)整裝置來(lái)基于所述重新確定的冷態(tài)間隙使所述定子上殼或所述定子下殼中的一個(gè)相對(duì)于所述底座移位，從而改變所述定子上殼或所述定子下殼的所述形狀，以適應(yīng)所述轉(zhuǎn)子在所述定子內(nèi)的所述位置。
[0015]所述方法進(jìn)一步包括以每分鐘0.25轉(zhuǎn)至8轉(zhuǎn)(RPM)的速度旋轉(zhuǎn)所述定子內(nèi)的所述轉(zhuǎn)子，同時(shí)在所述多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)中的每一個(gè)處確定所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙。
[0016]其中，確定所述冷態(tài)間隙進(jìn)一步包括使用現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)，所述現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)包括:電壓降傳感器，所述電壓降傳感器在間隙測(cè)量點(diǎn)處插入到所述定子下殼或所述定子上殼的一個(gè)中，以用于測(cè)量跨越所述傳感器的尖端與轉(zhuǎn)子葉片尖端之間的間隙的電壓降；其中所述電壓降傳感器與上游級(jí)葉片軸向?qū)?zhǔn)。
[0017]其中，確定所述冷態(tài)間隙進(jìn)一步包括使用包括激光測(cè)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)，其中:所述激光測(cè)量裝置可移除地附接至最終級(jí)葉片中的轉(zhuǎn)子葉片，所述激光測(cè)量裝置用于在所述定子上殼、所述轉(zhuǎn)子和所述定子下殼組裝在一起時(shí)測(cè)量所述轉(zhuǎn)子葉片尖端與所述定子的內(nèi)表面之間的有蓋間隙；或所述激光測(cè)量裝置可移除地附接至噴嘴環(huán)或噴嘴蓋，所述激光測(cè)量裝置用于測(cè)量噴嘴的徑向向內(nèi)尖端與所述轉(zhuǎn)子之間的有蓋間隙。
[0018]所述方法進(jìn)一步包括:在作出最終調(diào)整之后從所述轉(zhuǎn)子葉片移除所述激光測(cè)量裝置。
[0019]其中，所述調(diào)整進(jìn)一步包括調(diào)整所述位移調(diào)整裝置的垂直位置，其中所述位移調(diào)整裝置包括以下中的一個(gè):頂起螺絲、固定螺絲、固定器、液壓缸或氣壓缸。
[0020]所述方法進(jìn)一步包括:在調(diào)整所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙之后，鎖定所述位移調(diào)整裝置的位置。
[0021]本發(fā)明的第三方面提供一種用于調(diào)整渦輪機(jī)械中轉(zhuǎn)子對(duì)定子間隙的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)，所述現(xiàn)場(chǎng)間隙傳感器系統(tǒng)用于在多個(gè)間隙測(cè)量點(diǎn)的每一個(gè)處確定轉(zhuǎn)子與定子之間的冷態(tài)間隙，所述定子包括定子下殼和定子上殼，并且所述轉(zhuǎn)子設(shè)置