[发明专利]用于对齐涡轮机壳体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于最小化壳体和旋转部件之间的圆度的装置和方法。在特定的实施例中，多件式内壳筒以减小瞬态及稳态操作期间内壳筒和外壳筒之间的变形和偏心度的方式连接到外壳筒上。

背景技术

涡轮机以及其它形式的商业设备常包括在静止部件内部或靠近静止部件的旋转部件。例如，典型的燃气涡轮机在前部包括压缩机，径向地设置在中间周围的一个或更多燃烧器，以及在后部的涡轮。压缩机包括多级静止导叶和旋转叶片。周围空气进入压缩机，且静止导叶和旋转叶片逐步将动能给予空气以将其带至高赋能状态。工作流体离开压缩机并流向燃烧器，在此处其与燃料混合并点燃以产生具有高温和高压的燃烧气体。燃烧气体离开燃烧器并流过涡轮。壳体总体上包围涡轮以在燃烧气体流过交错的固定叶片或喷嘴以及旋转叶片或轮叶的级时包含燃烧气体。固定叶片或喷嘴可附接到壳体上，而旋转叶片或轮叶可附接到转子上。当燃烧气体流过喷嘴时，它们被引向轮叶，并从而引向转子，以形成旋转并产生功。

壳体和涡轮机中旋转叶片或轮叶之间的间隙是平衡效率和性能(一方面)与制造及维护成本(另一方面)的重要设计考虑。例如，减小壳体和旋转轮叶之间的间隙通常通过减少绕过旋转轮叶的燃烧气体的量而提高涡轮机的效率及性能。然而，减小的间隙也会导致附加的制造成本以获得减小的间隙，以及归因于旋转轮叶和壳体之间增加的摩擦、摩擦力或冲击的增加的维护成本。增加的维护成本在涡轮机中可为特别关注的问题，在涡轮机中旋转轮叶以超过1000转每分钟的速度旋转，具有相对大的质量，并且包括精巧的空气动力学表面。此外，在启动、停机或其它操作变化期间，当壳体以不同于旋转轮叶的速度膨胀或收缩时，减小的间隙可能导致旋转轮叶和壳体在瞬态操作期间过度的摩擦、摩擦力或冲击。

常规的涡轮机壳体通常包括保持护罩和喷嘴的外涡轮壳筒。外涡轮壳筒可包围一个或更多内涡轮壳筒。在一些情况下，各级旋转轮叶具有单独的内涡轮壳筒。内涡轮壳筒常分成通过水平平面上的凸缘连接或栓接在一起的两个半球形壳筒，以利于维护和维修。在瞬态操作期间，涡轮机中的温度变化在涡轮机壳体中产生轴向和径向温度梯度。例如，在启动操作期间，涡轮壳筒的内表面比涡轮壳筒的外表面更快变热，导致内部材料比外部材料膨胀更快。当内部材料膨胀时，涡轮壳筒弯曲以在水平方向比在垂直方向膨胀更多，从而在涡轮壳筒中形成轻微的水平不圆度。相反，在关机操作期间，内涡轮壳筒比外涡轮壳筒更快冷却，且栓接的凸缘允许内涡轮壳筒在水平方向上比在垂直方向上收缩更多，从而又在内涡轮壳筒中形成轻微的垂直不圆度。因此，启动和关机操作两者都在内涡轮壳筒中产生不圆状态，其改变内涡轮壳筒和旋转轮叶之间的间隙，从而影响涡轮机的操作。

本领域已知用于控制或维持内壳筒和旋转轮叶之间的一致间隙的各种系统和方法。例如，美国专利6,126,390描述了一种系统，其中来自压缩机或燃烧器的气流被计量流向涡轮机壳体，以加热或冷却涡轮机壳体，这取决于进入空气的温度。此外，转让给与本发明相同受让人的美国专利公布2009/0185898描述了一种系统，其包括在顶部和底部具有伪凸缘(false flange)以减小由瞬态操作造成的偏心度的内涡轮壳筒。然而，壳体设计中减小宽范围操作条件上瞬态偏心度的另外的改善将是有用的。

发明内容

本发明的多个方面和优点将在以下描述中陈述，或者可从该描述变得明显，或者可通过本发明的实践而获悉。

本发明的一个实施例是包括第一内壳筒的壳体，第一内壳筒具有彼此邻接以总体限定弓形形状的多个弯曲区段。外壳筒包围第一内壳筒并包括多个拐点，以及第一内壳筒和外壳筒之间的环形凸缘。多个接头具有第一端和第二端，且该多个接头的每一个的第一端附接到第一内壳筒的至少其中两个弯曲区段上，而多个接头的每一个的第二端附接在环形凸缘上。在多个拐点的每一个处连接器位于环形凸缘以及外壳筒之间。

本发明的另一个实施例是包括第一内壳筒的壳体。该第一内壳筒包括彼此邻接以总体限定弓形形状的多个弯曲区段。外壳筒包围第一内壳筒。环形凸缘位于第一内壳筒和外壳筒之间。多个接头具有第一端和第二端。该多个接头的每一个的第一端附接在第一内壳筒的至少其中一个弯曲区段上，而该多个接头的每一个的第二端附接在环形凸缘上。用于将环形凸缘连接到外壳筒上的多个器件大致等分布地与多个接头的每一个隔开。