用于运行旋转机械的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于运行旋转机械的方法，所述旋转机械具有支承在轴承（39）中的转子（14），所述转子（14）在运行时间点上经受主要仅在轴向方向上作用的推力，并且所述推力经由润滑剂由所述轴承（39）的第一推力轴承（43）吸收并且导出，其中所述轴承（39）具有第二推力轴承（45）。为了说明方法，其中转子（14）的轴向振动被衰减或者甚至被避免，提出，在出现推力期间，所述第二推力轴承（45）至少暂时地同时产生在推力方向上作用到所述第一推力轴承（43）上的力。
【专利说明】用于运行旋转机械的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于运行根据权利要求1的前序部分所述的旋转机械的方法。
【背景技术】
[0002]这种旋转机械例如在W000/28190中被描述。根据这个公开文件，旋转机械是轴向构造类型的燃气轮机，具有通常存在的部件即压缩机、燃烧室、涡轮机以及具有用于压缩机和涡轮机的共同的转子。已知的燃气轮机包括压缩机侧的轴向轴承，所述轴向轴承具有主止推和副止推用于轴向地定位燃气轮机转子。主止推和副止推在此能够在由液压油构成液压动力的润滑膜的情况下贴靠在相应的轴环的侧面上。这两个止推中的哪一个规定转子的轴向位置在此依赖于运行。对此而言适合的液压控制从EP1479875A1中已知。在此能够借助于二位四通方向阀，根据转子是否应轴向地移动，或者给主止推或者给副止推加载压力。
[0003]对此可替选的轴向轴承从W091/02174A1中和US5，795，073中得知。
[0004]在燃气轮机的符合规定的运行中，第一轴环的侧面贴靠轴向轴承的主止推，因为热燃气的在涡轮机区域中轴向地作用到转子上的流力比压缩机中的流力大并且因此将这个转子从压缩机持续地朝向涡轮单元的方向移动。当燃气轮机的转子从停机被加速到额定转速上时，副止推在轴向轴承的力流中代替主止推。在该高负荷运转期间，出现轴向地作用到燃气轮机转子上的所产生的推力，所述推力相反于运行-推力地定向，即从涡轮单元朝向压缩机。就在达到额定转速之前，当前的推力方向突然地改变，以至于随后转子的轴向定位从副止推改变到主止推。
[0005]先前已知的轴向轴承此外装配有轴向可移动的轴承元件，以便在燃气轮机的稳定的运行期间使转子逆着热燃气的流动方向移动，并且因此将涡轮机中的在转子叶片尖端和与这个转子叶片尖端相对置的壳体壁之间的径向间隙降低到最小程度。
[0006]已发现，在燃气轮机运行中能够出现导致转子轴向振动的运行状态。该轴向振动在最坏的情况下能够导致轴向轴承的损伤或者位于力流中的组件的损伤，只要轴向振动的幅度超出临界的大小。轴向振动通常由在燃烧室内部进行的不稳定的燃烧过程而引起。不稳定性的原因通常是多样化的并且不能够以因果关系来预测。
【发明内容】
[0007]因此本发明的目的在于，提供一种用于运行旋转机械的方法，其中转子的轴向振动被衰减，或者甚至被避免。
[0008]针对所述方法的目的通过这样的根据权利要求1的特征来实现。本发明的有利的设计方案和其它的特征在从属权利要求中给出。
[0009]在根据本发明的用于运行具有支承在轴承中的转子的旋转机械的方法中，所述转子在运行时间点上经受主要仅在轴向方向上——也就是说主推力方向上——作用的推力，并且所述推力经由润滑剂由轴承的第一推力轴承吸收并且导出，其中所述轴承具有第二推力轴承，在出现推力期间，第二推力轴承至少暂时同时地被控制为，使得它经由转子产生在主推力方向上作用到第一推力轴承上的力。
[0010]
【发明者】已经知道，借助于相应空载的止推一也就是说第二推力轴承，产生如下可能性，即在出现轴向振动时，也使得第二推力轴承与转子接合，并且由此经由轴向间隙的降低在被负载的——也就是说第一推力轴承上实现轴向振动的衰减。就此而言，虽然在所述时间点仅存在在一个轴向方向上作用的推力，但是旋转机械的转子附加地借助另一个在相同的方向上作用的力来加载，以便降低转子朝向振动的趋势。虽然由此第一推力轴承借助与通过推力产生的力相比更高的力来加载，但是它通常由此是不过载的。通过所述方法能够保证，虽然转子的轴向振动的起因不改变，但是其特性却显著地发生了改变:轴向振动的幅度受到了限制。这可靠地避免了轴承的损伤或者位于力流中的组件的损伤。
[0011]优选轴承和进而这两个推力轴承相应地设计为液压动力的滑动轴承，其中推力轴承和转子的力配合的耦联通过液压油输入到存在于推力轴承和转子之间的轴向空隙中来实现。
[0012]尤其优选所述方法在不稳定的运行状态期间和/或在设计为涡轮机的旋转机械的部分负荷运行期间被执行。特别地，在固定式燃气轮机中，其中在轴向方向上作用的推力通常出现在转子上，在不稳定的运行状态中，例如在燃气轮机从停机起动直至到额定转速时，能够出现轴向振动。即使在较低的部分负荷时，也能够出现这类的振动状态。就此而言有利的是，仅在这个运行状态期间第二推力轴承也力配合地与转子连接。通常在全负荷运行中，第二推力轴承不力配合地耦联到转子上，而是仅第一推力轴承力配合地耦联到转子上，因为在这个运行状态中，轴向振动原则上不出现。这节省了所需要的用于给第二推力轴承供给液压介质的能量。
[0013]进一步优选地，转子的轴向振动由测量记录器检测，并且与极限值进行比较。优选在超出极限值时，才激活所提出的对转子的衰减，其方式在于同时这样控制第二推力轴承，使得它经由转子产生在主推力方向上作用到第一推力轴承上的力。
[0014]当然，所述方法也可在转子轴向移动之前，在其期间和/或之后来执行。
[0015]本发明在下文中根据液压的轴向轴承来描述。当然也可能的是，轴向轴承的这两个止推通过两个相反作用的磁的轴向轴承来代替，所述磁的轴向轴承相应于本发明在出现轴向振动时冋时能够在待支承的转子上广生相反的推力。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明的其它的优点和特征从实施例中得出，所述实施例在附图中详细被描述。其示出:
[0017]图1在纵向部分横截面中示出固定式燃气轮机，
[0018]图2示出穿过旋转机械的轴承的纵截面，所述轴承具有第一和第二推力轴承，
[0019]图3示出用于操纵根据图2的液压的轴向轴承的液压系统。
[0020]图4示出用于控制根据图3的液压系统的电接线图。
[0021 ] 在所有的附图中，相同的特征设有相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0022]图1在纵向部分剖面中示出固定式燃气轮机10。燃气轮机10在内部具有围绕转动轴线12旋转地支承的转子14，所述转子也被称为涡轮机转子。沿着转子14依次跟随着吸入壳体16、压缩机18、具有多个彼此转动对称地设置的燃烧器22的环状的环形燃烧室20、涡轮单元24和排气壳体26。
[0023]压缩机18包括环形地构成的压缩机通道25，所述压缩机通道具有在其中由转子叶片环和导向叶片环构成的连续级联的压缩机级。设置在转子14上的转子叶片27以其自由终止的叶片叶尖端29与压缩机通道25的外部的通道壁相对置。压缩机通道25经由压缩机出口扩散器36通入箱38中。在其中设置环形燃烧室20，所述环形燃烧室具有其燃烧空间28，所述燃烧空间与涡轮单元24的环形的热燃气通道30相通。在涡轮单元24中，设置四个依次连接的涡轮机级32。在转子14上耦联有发电机或者做功机器(都未示出)。
[0024]在燃气轮机10运行中，压缩机18通过吸入壳体16吸入环境空气34作为待压缩的介质并且压缩环境空气。被压缩的空气通过压缩机出口扩散器36被导入箱38中，所述被压缩的空气从该处离开流入燃烧器22中。燃料也经由燃烧器22到达燃烧空间28中。在那所述燃料在添加被压缩的空气的情况下燃烧为热燃气M。热燃气Μ紧接着流到热燃气通道30中，在所述热燃气通道中，所述热燃气以在涡轮单元24的涡轮机叶片上做功的方式膨胀。在此期间释放的能量由转子14吸收并且一方面用于驱动压缩机18并且另一方面用于驱动做功机器或者发电机。
[0025]用于支承转子14的压缩机侧的轴承39在图1中仅示意性地示出。
[0026]在图2中，轴承39在纵剖面中详细示出。轴承39包括中心的轴承体40，在所述轴承体中设置有两个轴向轴承47，49和一个径向轴承41。轴向轴承47，49在此构成为主推力轴承和副推力轴承。这两个轴向轴承47，49在下文中被简称为主止推47或副止推49或者一起被简称为止推47，49。所有的轴承41，47，49构成为液压动力的滑动轴承。
[0027]主止推47包括元件载体51和多个安置于其中的、在周向上分布的轴承元件46，所述轴承元件分别具有轴承面50。轴承元件46的轴承面50直接邻接侧向的转子面42。副止推49同样包括具有多个在周向上分布的轴承元件48的元件载体53，所述轴承元件分别具有与侧面的转子面44相对置的轴承面52。轴承元件46，48在此能够通过作用到元件载体51，53上的液压介质被压到转子面42，44上以用于轴向支承转子14。
[0028]为了操纵这两个推力轴承43，45，设置液压系统60 (图3)，借助于所述液压系统，不仅可在转子14移动的情况下也可在转子14不移动的情况下激活根据本发明的对轴向振动的衰减。这个液压系统60除了用于液压介质61的罐62还包括用于使罐62与主止推47的供给接口 64和副止推49的供给接口 64连接的线路系统。对于每个止推47，49设置具有多个用于控制的阀的供给线路68，70。第一泵Pi与第二泵P2相比能够提供具有更高的压强pl的液压介质61。后者提供具有较低的压强p2的液压介质61。对压强P1，P2的调节借助于限压阀72，74来实现，所述限压阀的入口侧的接口与泵P1; P2的出口侧的接口连接。限压阀72，74将过剩的液压介质61引回到罐62中。
[0029]在入口侧与泵Pi的出口连接的两位四通方向阀V12能够在激活电驱动器&时经由换向阀v7给主止推47输送具有较高的压强Pl的液压介质61或者在激活电驱动器K2时经由换向阀％给副止推49输送具有较高的压强Pl的液压介质61。借助于两个两位三通方向阀V3，V4，当出现转子14的不允许的轴向的振动幅度时或者在出现转子14的不允许的轴向的振动幅度之后，不以较高的压强Ρ:供给的止推47，49经由相应的换向阀V7，V8被输送具有较低的压强&的液压介质61。为了激活两位三通方向阀V3，V4，操纵分别相应的电驱动器1或1(4。
[0030]从止推47，49回流的液压介质，这在转子14的轴向移动停止时或者在衰减停止时出现，经由相对于换向阀v7和v8分别并联的两位二通方向阀v5，v6并且紧接着经由两位四通方向阀被导回到罐62中。
[0031]阀V3，V4，V5，V6在电驱动器Kx停止时经由弹簧力复位。通常，电驱动器构成为电磁线圈。
[0032]图4此外示出用于控制液压系统60的电驱动器&至1(6的电接线图。接线图包括六个电流路径SP1至SP6。通过操纵开关S1，从具有未移动的转子14的运行转换为具有移动的转子14的运行。通过操作开关S2，能够激活对转子14的衰减，这在下文中将更详细地阐述。
[0033]在高负荷运转燃气轮机10时，燃气轮机转子14从OmirT1被加速到直至额定转速。在此期间并且也在燃气轮机10运行中，不仅在压缩机18中也在涡轮单元24中出现流力，所述流力作用到转子14上。所述流力的轴向分量彼此反向并且部分地抵消。在高负荷运转时，所产生的轴向的流力最初在朝向吸入壳体16的方向上推动转子14。随着达到大致低于额定转速的反向转速，所产生的轴向的推力才突然反向，以至于转子14然后在朝向排气壳体26的方向上移动。在燃气轮机的常规的运行中，转子14也通过热燃气Μ的流力在这个方向上被推动。这个方向被称为主推力方向。
[0034]在高负荷运转期间并且也在燃气轮机10运行中，由液压介质54构成的膜贴靠在转子14和径向轴承41之间。
[0035]只要转子14逆着主推力方向移动，那么为了其轴向支承，这两个面44，52仅通过由液压介质例如液压油或者涡轮机油构成的薄膜分隔。转子14和副止推49因此力配合地连接，反之在轴承面50和转子面42之间存在气隙(未在图2中示出)。这意味着，因此不提供主止推47与转子14的力配合的耦联。
[0036]在达到反向转速之后，轴向支承从副止推49改变到主止推47上。对此在轴承面50和转子面42之间形成由液压介质构成的液压动力地作用的膜。同时副止推49不被加载，其方式在于在轴承面52和转子面44之间出现气隙55 (在图2中描述)。
[0037]在这个时间点，既不操纵开关S1也不操纵开关S2，因此经由电路SP2仅激活驱动器Κ2。
[0038]轴承元件46可轴向地移动用于调节径向空隙，其中为了轴向移动，在轴承39中设有油腔56，通过操纵开关S1，具有较高的压强Pl的液压油可输送给所述油腔，以至于实现了元件载体51和轴承元件46的同步的轴向的移动。较高的压强Pl通过如下方式实现，即相应地调节限压阀72。元件载体51朝向油腔56在内径和外径上分别具有密封圈。轴承元件48和与其一同作用的元件载体53也同样构成为是轴向可移动的。
[0039]对于如下情况，即转子14由于在燃气轮机10的部分负荷运行中的燃烧不稳定性，倾向于轴向振动，除了位于力流中的(被加载的)作为第一推力轴承43的主止推47，作为第二推力轴承45的副止推49也能够通过同时将液压介质输送到轴承面52与转子44之间的空隙中而力配合地耦联，以便降低转子14的轴向间隙。对此在第二推力轴承45的液压介质中需要这样大的压强，使得由第二推力轴承45产生附加地在转子14的主推力方向上经由转子14作用到第一推力轴承43上的力。这个力在出现轴向振动时衰减并且限制转子14逆着热燃气Μ的流动方向的回摆。由此不仅能够可靠地避免在转子14上的损伤也能够可靠地避免燃气轮机10的位于力流中的轴承组件上的损伤。为了实现它，在超出不允许大的轴向振动时，手动地或者自动地操纵S2，由此驱动器Κ4随后操纵阀V4。在衰减轴向振动的步骤结束之后，使S2失效，由此驱动器K6操纵阀V6。由此副止推49的液压介质经由线路70、_V6和V12流出到罐62中。
[0040]只要在高负荷运转期间出现轴向振动，那么轴向振动能够被衰减，其方式在于，除了已被加载的副止推49接通主止推47。在这种情况下，不操纵开关S1并且操纵开关S2。因此主止推47产生附加的力，所述附加的力经由转子14进一步加载副止推49。
[0041]当然，所述方法不仅可应用在燃气轮机中，而且可应用在其它的旋转机械中。
[0042]总的来说，本发明因此涉及一种用于运行旋转机械的方法，所述旋转机械具有支承在轴承39中的转子14，所述转子14在运行时间点上经受主要仅在轴向方向上作用的推力，并且所述推力经由润滑剂由轴承39的第一推力轴承43吸收并且导出，其中所述轴承39具有第二推力轴承45。为了说明所述方法，其中转子14的轴向振动受到衰减或者甚至被避免，提出，在出现推力期间，第二推力轴承45至少暂时地同时产生在推力方向上作用到第一推力轴承43上的力。因此转子14——从轴向方向来看——被夹紧，其中在此期间它当然能够继续可旋转地被支承。
【权利要求】
1.一种用于运行旋转机械的方法，所述旋转机械具有支承在轴承(39)中的转子(14)，所述转子(14)在运行时间点上经受主要仅在轴向方向上作用的推力，并且所述推力经由润滑剂由所述轴承(39)的第一推力轴承(43)吸收并且导出，其中所述轴承(39 )具有第二推力轴承(45 )，其特征在于具有如下步骤:在出现推力期间，所述第二推力轴承(45)至少暂时地同时产生在推力方向上作用到所述第一推力轴承(43)上的力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中仅在出现所述转子(14)的轴向振动之后或在所述转子(14)的轴向振动出现时，激活在主推力方向上作用的力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，在不稳定的运行状态期间和/或在设计为涡轮机的旋转机械的部分负荷运行期间执行所述方法。
4.根据权利要求4所述的方法，在设计为固定式燃气轮机(10)的涡轮机中执行所述方法。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，在所述转子(14)轴向移动之前和/或在所述转子(14)轴向移动期间执行所述方法。
6.一种方法，其中轴承设计为液压的轴向轴承。
【文档编号】F16C32/06GK103688022SQ201280036184
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2011年7月21日
【发明者】斯特凡·扬森, 迈克尔·库尔施 申请人:西门子公司