[发明专利]具有间隙控制能力的涡轮机和用于其的系统

说明书

技术领域

本文中公开的主题涉及涡轮机，并且更特别地，涉及具有间隙控制能力的涡轮机。

背景技术

诸如燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮发动机和压缩机的典型涡轮机包括压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段。压缩机区段压缩进气并且将压缩的进气传输至燃烧器区段。燃烧器区段燃烧压缩的进气以及燃料以产生高能流体，其传递至涡轮区段，其中，它们在动力生成操作中膨胀。在这些动力生成操作期间，高能流体与涡轮叶片的连续级空气动力学地交互，该涡轮叶片的连续级包含在涡轮外壳内，其中，在外壳与叶片的末端之间设置间隙。

在每一级处，高能流体冲击涡轮叶片，并且诱发涡轮叶片绕着转子的旋转。因为高能流体具有高温和高压，所以涡轮叶片和外壳经常基于正在进行的涡轮操作的类型而经受热变形(即，膨胀或收缩)。这种变形可通过根据最坏情况方案设定间隙而解决。然而，在正常操作状态下，根据最坏情况方案设定的间隙可过大，并且可由于外壳与叶片的末端之间的泄漏而引起性能下降。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有间隙控制能力的涡轮机，并且该涡轮机包括：涡轮级，其包括构造成围绕中心线旋转的叶片；周向地环绕涡轮级的外壳的可移动部；以及可旋转凸轮，其可操作地联接于可移动部并且由此构造成控制可移动部的轴向位置。叶片的径向最外末端和可移动部的内表面关于中心线倾斜，使得可移动部的受控轴向位置决定叶片与可移动部之间的间隙。

根据本发明的另一个方面，提供了一种具有间隙控制能力的涡轮机，并且该涡轮机包括：涡轮级，其包括构造成围绕中心线旋转的叶片；外壳，其周向地环绕涡轮级并且包括前部、后部和可移动部，可移动部轴向地插置并固定在前部与后部之间，并且限定其径向外表面中的凸轮座；以及可旋转凸轮，其接收在可移动部的凸轮座内并且可操作地联接于其，可旋转凸轮由此构造成根据其旋转来控制可移动部的轴向位置。叶片的径向最外末端和可移动部的内表面关于中心线倾斜，使得可移动部的受控轴向位置决定叶片与可移动部之间的间隙。

根据本发明的又一个方面，提供了一种向涡轮机提供间隙控制能力的系统，并且该系统包括：至少一个或更多个涡轮级，至少一个或更多个涡轮级中的每一个包括构造成围绕中心线旋转的叶片；周向地环绕至少一个或更多个涡轮级的外壳的可移动部；可旋转凸轮，其可操作地联接于可移动部并且由此构造成控制可移动部的轴向位置；以及控制器。至少一个或更多个涡轮级中的每一个的叶片的径向最外末端和可移动部的内表面关于中心线倾斜，使得可移动部的受控轴向位置决定至少一个或更多个涡轮级中的每一个的叶片与可移动部之间的间隙。控制器可操作地联接于可旋转凸轮并且由此构造成控制可旋转凸轮的操作。

一种具有间隙控制能力的涡轮机，其包括：涡轮级，其包括构造成围绕中心线旋转的叶片；外壳的可移动部，其周向地环绕涡轮级；以及可旋转凸轮，其可操作地联接于可移动部并且由此构造成控制可移动部的轴向位置，叶片的径向最外末端和可移动部的内表面关于中心线倾斜，使得可移动部的受控轴向位置决定叶片与可移动部之间的间隙。

优选地，叶片为多个，并且多个叶片围绕中心线周向地排列。

优选地，末端和内表面能够配置成大致互相平行。

优选地，可旋转凸轮包括：驱动轴；以及头部，其偏心地联接于驱动轴。

优选地，可移动部包括限定凸轮座的径向外表面，凸轮座接收可旋转凸轮。

优选地，凸轮座构造成干涉可旋转凸轮，使得当可旋转凸轮沿第一或第二相反的方向旋转时，可移动部分别沿第一或第二相反的轴向移动。

优选地，凸轮座包括一对大致平行的周向壁表面。

优选地，可移动部包括：中心本体；以及凸缘，其分别从中心本体沿向前和向后方向延伸，凸缘能够分别在限定在前部和后部中的第一和第二凹部内沿轴向向前和向后的方向移动，前部和后部分别配置在可移动部的前方和后方。

优选地，涡轮机还包括配置在可移动部上的防旋转特征。

优选地，涡轮级包括至少一个或更多个涡轮级，涡轮级中的每一个被可移动部周向地环绕。

一种具有间隙控制能力的涡轮机，其包括：涡轮级，其包括构造成围绕中心线旋转的叶片；外壳，其周向地环绕涡轮级并且包括前部、后部和可移动部，可移动部轴向地插置并固定在前部与后部之间，并且限定其径向外表面中的凸轮座；以及可旋转凸轮，其接收在可移动部的凸轮座内并且可操作地联接于其，可旋转凸轮由此构造成根据其旋转来控制可移动部的轴向位置，叶片的径向最外末端和可移动部的内表面关于中心线倾斜，使得可移动部的受控轴向位置决定叶片与可移动部之间的间隙。