渦輪機械及其間隙調整系統(tǒng)及調整方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及諸如蒸汽渦輪機和燃氣渦輪機的渦輪機械，且更具體而言涉及一種用于現(xiàn)場調整旋轉渦輪葉片尖端與其周圍殼體之間的冷態(tài)間隙的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]諸如燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機的渦輪機械通常包括在定子內(nèi)旋轉且居中設置的轉子。工作流體流過一排或多排周向布置的旋轉葉片，所述旋轉葉片從轉子軸徑向向外延伸。流體將能量賦予軸，所述軸用于驅動諸如發(fā)電機或壓縮機的負載。
[0003]旋轉葉片的徑向外部尖端與定子內(nèi)部上的固定護罩之間的緊密密封間隙對于渦輪機械的最有效運行而言是必需的。轉子葉片與定子內(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使流體繞過葉片級，從而降低效率。
[0004]不同的運行條件可能會使葉片和其他部件經(jīng)歷熱膨脹，所述熱膨脹可導致葉片尖端間隙的變化。各種運行條件對葉片間隙的具體影響可根據(jù)特定渦輪機械的類型和設計發(fā)生變化。例如，燃氣渦輪壓縮機中的尖端間隙(tip clearances)在渦輪機關機并冷卻時可達到其最低值，而低壓蒸汽渦輪機中的尖端間隙可在穩(wěn)定狀態(tài)全負載運行期間達到其最低值。渦輪機運行期間的適當?shù)拿芊忾g隙取決于渦輪機械組裝期間冷態(tài)密封間隙(cold sealclearance)的適當調整以及轉子和定子相對位置的控制。
[0005]一種調整轉子和定子的相對位置并因此調整相關間隙的方法為執(zhí)行反復的無蓋和有蓋間隙測量和調整。在渦輪機組裝或重新組裝期間，可首先組裝定子下殼，隨后放置轉子。盡管可在組裝上半部分之前(也就是在“無蓋(tops-off.)”條件下)在下半部分中測量轉子對定子間隙，但是這些值可能并不直接表示完全組裝的渦輪機(也就是在“有蓋(tops-on)”條件下)的值，因為當定子的上殼附接至下殼時，渦輪機外殼被不同地支撐。在有蓋條件下，支撐可從下殼臂轉移至上殼臂，定子上殼的重量增加，并且當螺栓連接水平接縫時，整個定子結構變得堅固。歸因于這些變化和其他變化，在有蓋條件和無蓋條件下，轉子對定子間隙可因可能輕易不可預見的因素而不同。常常執(zhí)行多次反復，在所述反復期間，定子上殼被拆卸并且基于有蓋間隙和無蓋間隙的差異以調整位置重新組裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一方面提供一種渦輪機械，所述渦輪機械包括:具有多個葉片級的轉子；圍繞所述轉子的定子，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)場間隙傳感器系統(tǒng)(in situ clearance sensor system),所述現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)用于在多個間隙測量點的每一個處確定轉子與定子之間的冷態(tài)間隙(cold seal clearance) 0所述多個間隙測量點的每一個設置在與每個其他間隙測量點軸向間隔開的位置處。多個位移調整裝置彼此沿定子軸向間隔開，以用于使定子上殼或定子下殼中一個的位置相對于底座移位，于是基于由現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)確定的間隙調整轉子與定子之間的冷態(tài)間隙。
[0007]其中，所述現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)包括:電壓降傳感器，所述電壓降傳感器在間隙測量點處插入到所述定子下殼或所述定子上殼的一個中，以用于測量跨越所述電壓降傳感器的尖端與轉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中，使得:所述電壓降傳感器與上游級葉片的所述轉子葉片尖端軸向對準，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)場間隙傳感器系統(tǒng)進一步包括激光測量裝置，所述激光測量裝置可移除地附接至以下中的一個:最終級葉片中的轉子葉片，所述激光測量裝置配置用于在所述定子上殼、所述轉子和所述定子下殼組裝在一起時測量所述轉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，所述激光測量裝置配置用于測量噴嘴的徑向向內(nèi)尖端與所述轉子之間的有蓋間隙。
[0009]其中，所述多個間隙測量點進一步包括兩個到五個軸向間隔開的間隙測量點。
[0010]其中，所述多個位移調整裝置設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，所述多個間隙測量點的至少一個設置在所述定子下殼的底面(underside)上。
[0012]其中，所述位移調整裝置各自進一步包括以下中的一個:頂起螺絲、固定螺絲或固定器，并且其中所述位移調整裝置各自進一步包括鎖定件(lock)，所述鎖定件為以下中的一個:環(huán)氧樹脂或接合劑。
[0013]其中，所述位移調整裝置各自進一步包括液壓缸或氣壓缸中的一個，并且其中所述位移調整裝置各自進一步包括用于鎖定所述位移調整裝置的位置的閥門。本發(fā)明的第二方面提供一種用于調整轉子對定子(rotor to stator)間隙的方法，所述方法包括:組裝渦輪機械，所述渦輪機械包括具有定子下殼和定子上殼的定子以及設置在所述定子中的轉子；使用現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)在多個間隙測量點的每一個處確定轉子與定子之間的冷態(tài)間隙，其中所述間隙測量點的每一個與每個其他間隙測量點軸向間隔開；以及基于所確定的冷態(tài)間隙在所述多個間隙測量點的每一個處調整轉子與定子之間的冷態(tài)間隙。所述調整包括通過使定子上殼或定子下殼中的一個相對于底座移位來改變定子上殼或定子下殼的形狀(shape),以適應轉子在定子中的位置。
[0014]所述方法進一步包括:在調整所述轉子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙之后，在所述多個間隙測量點中的每一個處重新確定所述轉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)間隙不符合預先確定的閾值，那么重新調整所述轉子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙，所述重新調整包括使用位移調整裝置來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相對于所述底座移位，從而改變所述定子上殼或所述定子下殼的所述形狀，以適應所述轉子在所述定子內(nèi)的所述位置。
[0015]所述方法進一步包括以每分鐘0.25轉至8轉(RPM)的速度旋轉所述定子內(nèi)的所述轉子，同時在所述多個間隙測量點中的每一個處確定所述轉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)間隙進一步包括使用現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)，所述現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)包括:電壓降傳感器，所述電壓降傳感器在間隙測量點處插入到所述定子下殼或所述定子上殼的一個中，以用于測量跨越所述傳感器的尖端與轉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葉片軸向對準。
[0017]其中，確定所述冷態(tài)間隙進一步包括使用包括激光測量裝置的現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)，其中:所述激光測量裝置可移除地附接至最終級葉片中的轉子葉片，所述激光測量裝置用于在所述定子上殼、所述轉子和所述定子下殼組裝在一起時測量所述轉子葉片尖端與所述定子的內(nèi)表面之間的有蓋間隙；或所述激光測量裝置可移除地附接至噴嘴環(huán)或噴嘴蓋，所述激光測量裝置用于測量噴嘴的徑向向內(nèi)尖端與所述轉子之間的有蓋間隙。
[0018]所述方法進一步包括:在作出最終調整之后從所述轉子葉片移除所述激光測量裝置。
[0019]其中，所述調整進一步包括調整所述位移調整裝置的垂直位置，其中所述位移調整裝置包括以下中的一個:頂起螺絲、固定螺絲、固定器、液壓缸或氣壓缸。
[0020]所述方法進一步包括:在調整所述轉子與所述定子之間的所述冷態(tài)間隙之后，鎖定所述位移調整裝置的位置。
[0021]本發(fā)明的第三方面提供一種用于調整渦輪機械中轉子對定子間隙的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)，所述現(xiàn)場間隙傳感器系統(tǒng)用于在多個間隙測量點的每一個處確定轉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，并且所述轉子設置