涡轮机及用于操作此涡轮机的方法技术

本发明专利技术涉及涡轮机及用于操作此涡轮机的方法。具体而言，本发明专利技术涉及涡轮机，尤其是燃气涡轮，其包括转子，该转子围绕水平机器轴线旋转，且其由包括金属壳(24)的同轴封壳(21)包围，由此电加热系统(28-34,35)设在所述金属壳的下半部分上。安全操作通过具有构造为冗余系统的所述加热系统(28-34,35)实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涡轮机的技术。其涉及根据权利要求1的前序部分的涡轮机。其还涉及用于操作此涡轮机的方法。
技术介绍
图1在透视图中示出了申请人的GT24或GT26型的燃气涡轮的形式的涡轮机的示例的透视图。图1的燃气涡轮10包括围绕机器轴线20旋转且由(内)壳12包围的转子11。燃气涡轮10包括沿机器轴线20布置的进气口13、压缩机14、第一燃烧器15、第一高压(HP)涡轮16、第二燃烧器17、第二低压(LP)涡轮18和排气出口19。在操作中，空气通过进气口13进入机器，由压缩机14压缩，且进给到第一燃烧器15以用于焚烧燃料。所得的热气体驱动HP涡轮16。在其仍含有空气时，然后借助于第二燃烧器17将其再加热，在该处，燃料喷射到热气流中。加热的热气体然后驱动LP涡轮18，且在排气出口19处离开机器。在全速操作期间流过此涡轮机的轴向质量流很高。该高质量流确定壳中的温度分布，如果冷却空气流动且壳的几何形状足够对称，其继而是轴对称的。当发动机关闭时，其开始减速；因此，内部的质量流也减小。在低轴向质量流下，自然对流变为发动机的温度分布的主要贡献者。通常，壳的底部比其顶部更快开始冷却。在燃气涡轮中，出口朝着将空气排至环境的排气管打开。此情况下的现象主要由于发动机内的空气流的自然层流。另一个示例为蒸汽涡轮的冷却，其出口对冷凝器打开。对于此涡轮机，内壳通常比外壳热得多，该效果引起两个壳之间的空气的自然对流。两个壳导致发动机在顶部上具有高于底部上的较高的壳金属温度。由于温差，顶部上和底部上的热膨胀也不同，导致壳相对于其轴线向上弯曲。例如，在其轴承之间具有~10m的距离的涡轮机的弯曲程度可达到1mm或更大。壳弯曲导致旋转部分与静止部分之间的非轴对称径向空隙，局部地减小转子叶片与定子之间以及定子静叶与转子之间的空隙。当壳向上弯曲时，顶部上的空隙增大，而底部上的空隙减小。这可导致转子阻挡和随后的转子变形。重启弯曲的发动机可导致叶片/静叶摩擦、叶片/静叶材料的涂抹、叶片/静叶中的裂缝产生，以及涡轮机的可能的寿命和性能降低。内壳和轴承壳体机械地联接至外壳，因此它们在壳弯曲时倾斜。这增大了内壳处的摩擦和转子阻挡的风险，且尤其是在轴承内(在那里外壳的倾斜远非水平的)。轴承对倾斜很敏感，因为通常它们以底部上的很小空隙操作(即，很薄，~0.1mm的轴承油厚度)。因此，遇到的问题可归纳如下：·在燃气涡轮和蒸汽涡轮或其它涡轮机的冷却阶段期间，发生了外壳的底半部分相比顶半部分损失热更快。这归因于各种物理现象，其最终都关联以下事实：由于重力，在准停滞或缓慢移动的流中，较冷的部分趋于向下移动和成层，同时流的较热部分趋于在顶半部分中成层。·以上导致了壳的上半部分与下半部分之间的差异热膨胀，这继而又导致壳相对于GT轴线的向上弯曲。·由于此向上的壳弯曲，叶片/静叶与壳之间以及机器的底半部分中的轴承内的径向空隙变得更紧。·由于壳的热惯性且由于新式涡轮机的快速启动瞬变，在重启期间没有足够的时间使壳再变直。·最终结果是底部部分中的摩擦以及随后部件寿命和/或机器性能的损失。解决该问题的现有解决方案都是低效的或成本较高。·顶半部分与底半部分之间具有不同厚度的外隔热物->漫长冷却周期内的低效朝机器的热重启过渡(当问题通常在其最坏点处时)·主要应用于GT的壳覆盖空气系统(CMAS)->在冷却期间有效保持均匀温度，但耗费成本和空间；该系统还具有在热重启期间使壳的顶半部分过冷的问题，因此导致向下的弯曲·SEV腔通风(通过使用外部管和风扇或高压喷射器，壳空气的通风使其从底部移动至顶部，或反之亦然)->成本很高，在正常操作期间关于管和风扇的隔离的若干问题。·主动空隙控制系统(转子的移位或者壳借助于外部蒸汽供给开启和关闭)->该途径可看作是绕过此问题的缓解，但其并未直接解决问题；该途径的缺陷在于其仅在涡轮机的少数级上有效，因此其导致相对于特定壳弯曲问题较少的性能益处。在不同途径中，文献CN101782001A公开了一种圆筒的下半圆筒温度补偿装置，其主要包括电加热管，其中电加热管固定地布置在圆筒的下半圆筒的外侧上，且隔热层布置在电加热管外。其还公开了用于圆筒的下半圆筒温度补偿装置的温度补偿方法，且采用了电加热管用于加热，由此通过检测上圆筒和下圆筒的温度在电加热管上执行闭环控制，且将上圆筒和下圆筒的温差作为控制信号，且电加热管用于加热圆筒的下半圆筒以便减小上圆筒和下圆筒的温差且实现温度补偿。圆筒的下半圆筒温度补偿装置和其温度补偿方法可在圆筒的下半圆筒上执行全面加热，且加热较均匀，所以可有效地消除圆筒的上圆筒和下圆筒的温差现象，过去由该现象引起的各种运行问题得到解决，且确保了蒸汽涡轮的安全操作。对应的文献CN201661321U公开了一种下半圆筒温度补偿装置，其主要包括固定地布置在下半圆筒的外侧处的电加热管。保温层布置在电加热管的外侧。电加热管可容易地控制，具有良好的热效应，且可有效地加热下半圆筒以便消除上半圆筒/下半圆筒的温差。温度测量元件可为热电偶、铂电阻器、铜电阻器、热敏电阻器等。下半圆筒温度补偿装置可在全面的方式下加热下半圆筒，且加热更均匀；通过在检测上半圆筒/下半圆筒的温差后执行良好的闭环控制，下半圆筒温度补偿装置可有效地消除上半圆筒/下半圆筒的温差，以便避免由温差引起的各种运行问题，从而确保蒸汽涡轮的安全运行。然而，两个系统均使用多个固定(标准)的2维加热模块，其一方面难以适应于涡轮机壳的复杂外部几何形状，且另一方面，在这些模块的其中一个不能操作时导致温度分布的相当大的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种涡轮机，其避免了已知解决方案的缺点，且尤其确保了甚至在一些加热元件失效的情况下均衡的温度分布。本专利技术的另一个目的在于教导一种用于操作此涡轮机的方法。这些及其它目的通过根据权利要求1的涡轮机以及根据权利要求12、权利要求13、权利要求14和权利要求15中的一项的方法获得。根据本专利技术的涡轮机(其尤其可为燃气涡轮)包括转子，该转子围绕水平机器轴线旋转，且该转子由包括金属壳的同轴封壳包围，由此电加热系统设在所述金属壳的下半部分上，由此所述加热系统构造为冗余系统。涡轮机还可为压缩机的蒸汽涡轮。根据本专利技术的实施例，所述加热系统包括具有彼此并排平行延伸的两个类似的冗余线路的至少一个电加热模块。具体而言，所述至少一个加热模块连接至电源单元，使得所述冗余线路中的任一个供有从电源单元供给至所述加热模块的电功率的50%，或所述冗余线路中仅一个供有所述电功率的100%。根据本专利技术的另一个实施例，所述加热系统包括用于测量所述加热系统内的温度和/或电气性质的测量器件，且所述测量器件构造为冗余测量器件。具体而言，所述加热系统包括至少一个加热线缆，其附接至所述金属壳，且所述测量器件包括附接至所述至少一个加热线缆的至少一个热电偶盒以测量所述至少一个加热线缆的温度。更具体而言，本文档来自技高网...

【技术保护点】
涡轮机，尤其是燃气涡轮(10)，包括转子(11)，所述转子(11)围绕水平机器轴线(20)旋转，且所述转子(11)由包括金属壳(24)的同轴封壳(21)包围，由此电加热系统(28‑34,35)设在所述金属壳(24)的下半部分上，其特征在于，所述加热系统(28‑34,35)构造为冗余系统。

【技术特征摘要】
2014.10.20 EP 14189584.71.涡轮机，尤其是燃气涡轮(10)，包括转子(11)，所述转子(11)围绕水平机器轴线(20)旋转，且所述转子(11)由包括金属壳(24)的同轴封壳(21)包围，由此电加热系统(28-34,35)设在所述金属壳(24)的下半部分上，其特征在于，所述加热系统(28-34,35)构造为冗余系统。
2.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述加热系统(28-34,35)包括具有彼此并排平行延伸的两个类似的冗余线路(35a,35b)的至少一个电加热模块(35)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机，其特征在于，所述至少一个加热模块(35)连接至电源单元(32)，使得所述冗余线路(35a,35b)中的任一个供有从所述电源单元(32)供给至所述加热模块(35)的电功率的50%，或所述冗余线路(35a,35b)中仅一个供有所述电功率的100%。
4.根据权利要求1所述的涡轮机，其特征在于，所述加热系统(28-34)包括用于测量所述加热系统(28-34,35)内的温度和/或电气性质的测量器件(28,44)，且所述测量器件(28,44)构造为冗余测量器件。
5.根据权利要求4所述的涡轮机，其特征在于，所述加热系统(28-34,35)包括至少一个加热线缆(29,39)，其附接至所述金属壳(24)，且所述测量器件(28,44)包括附接至所述至少一个加热线缆(29,39)的至少一个热电偶盒(44)以测量所述至少一个加热线缆(29,39)的温度。
6.根据权利要求5所述的涡轮机，其特征在于，所述至少一个热电偶盒(44)在所述至少一个加热线缆(29,39)的预定位置处包围所述至少一个加热线缆(29,39)的区段，所述至少一个加热电缆(29,39)在所述热电偶盒(44)的上部(45)与下部(46)之间延伸穿过所述热电偶盒(44)，且用于测量所述热电偶盒(44)的温度的至少三个热电偶(47)附接至所述热电偶盒(44)。
7.根据权利要求5所述的涡轮机，其特征在于，所述至少一个热电偶盒(44)覆盖有隔热物...

【专利技术属性】
技术研发人员：J法卡斯，G卡塔迪，M罗奇，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH