專利名稱：渦輪機械促動系統和方法
技術領域：
本文所公開的主題的實施例大體上涉及方法和裝置，并且更具體而言，涉及用于促動可變入口導葉系統的一個或多個靜葉的機構和技術。
背景技術：
用于調整導葉的促動系統被用在渦輪機械設備中，渦輪機械設備包括(但不限于)壓縮機、泵和擴張器。具體而言，可變入口導葉(IGV)可被用于壓縮機應用中以調整進入第一壓縮機轉子的進氣的入射角并控制進氣量，以確保合適的縱蕩(surge)，以及最大限度地提高效率。促動系統可被用于例如回收甲烷、天然氣和/或液化天然氣(LNG)。回收的氣體可以氣化氣體(BOG)的形式源自導提管道(jetty pipeline)。這種氣體的回收將減少排放，并在將LNG裝載到船舶上期間減少突然燃燒操作。促動系統的其它應用是本領域中已知的。可變IGV系統提供帶有更大容量控制的壓縮機，并基于操作條件通過改變進入壓縮機的空氣和/或流體的流量和壓力比而減少能量損失。在這方面，應當注意，壓縮機在起動時應輕載，而后隨著壓縮機變成滿負荷操作而逐漸加載。IGV系統有助于在這些階段期間控制氣流。可變IGV系統設置在壓縮機的入口處，并且靜葉葉片可圍繞其空氣動力學中心旋轉以促進渦流。此外，通過使靜葉葉片旋轉而關于壓縮機葉輪的前緣具有最佳入射角，可最大限度地降低入口損失。圖1中顯示了可調整的IGV系統的一個示例，其復制于出自美國機械工程師學會渦輪博覽會2008 為陸海空提供動力(2008年6月9日-13日)的論文集“用于工業渦輪壓縮機的可調整的入口導葉的模擬和優化”(M. Hensges)，其全部內容通過引用而被包括在本文中。圖1顯示了一種可調整的IGV促動系統100，其包括直接連接至第一靜葉104的促動桿102。第一靜葉104經由驅動臂106連接在傳動環108上。第一靜葉104可旋轉地附連至導葉托架110。多個其它靜葉112可旋轉地附連至導葉托架110。所述多個靜葉112被連接至傳動環108的多個連桿114促動。因而，當促動桿102旋轉時，其確定第一靜葉104 的旋轉以及傳動環108的移位，這導致所述多個連桿114的運動以及所述多個靜葉110的旋轉。在操作中，當促動力被施加至促動桿102時，該力被傳遞至傳動環108，作為導致傳動環108偏心地旋轉的非對稱力。這由于所述多個連桿114在傳動環的單側鏈接至傳動環108而發生，其使得傳動環108的相對側沒有任何作用力，并因而失衡。非對稱的力產生彎曲扭矩，其可導致靜葉組件變形，使其容易錯位和振動。另外，需要高的促動力來驅動促動桿102以使傳動環108旋轉，其加劇彎曲扭矩。另一方法是在傳動環和導葉托架之間具有齒輪傳動配置，即，齒輪傳動機構。然而，這種方法是不受用戶偏愛的，因為其需要高精密的機械加工、高的促動力以及考慮齒的溫度變化的設計。
在傳統IGV中發現的還有另一問題是，在靜葉組件經受低溫的應用中關于可調整靜葉的卡住問題。這發生在當傳動環與其殼之間的間隙較小并且傳動環和殼的熱膨脹不同時。所發現的還有另一問題是，促動桿102在可變IGV的側面上的定位會增加組件的整體寬度，從而使它們不適合于應用和安裝在壓縮機的第一級之外。因此，需要提供避免之前所述問題和缺陷的方法和裝置。
發明內容
根據一個示例性實施例，渦輪機械包括殼體；附連至殼體的導葉托架，該導葉托架具有配置成用以容納軸的孔；傳動環，其面向導葉托架并配置成用以相對于導葉托架旋轉，該傳動環在面向軸的面上具有凹槽；至少一個連桿，其利用第一端附連至凹槽的內部； 至少一個桿臂，其附連至該至少一個連桿的第二端；以及，至少一個靜葉，其被導葉托架支持，其被附連至該至少一個桿臂并配置成用以在傳動環旋轉時相對于導葉托架旋轉。當傳動環旋轉時，該至少一個連桿的至少一部分保持在凹槽內。根據還有另一示例性實施例，促動系統包括傳動環、至少一個連桿和至少一個桿臂，該傳動環配置成用以旋轉并在面向傳動環的中心點的內部面上具有凹槽；該至少一個連桿利用第一端附連至凹槽的內部；并且該至少一個桿臂被附連至該至少一個連桿的第二端。當傳動環旋轉時，該至少一個連桿的至少一部分保持在凹槽內。根據還有另一示例性實施例，提供了一種用于組裝促動系統的方法。該方法包括 將至少一個連桿的第一端附連至形成于傳動環中的凹槽的內部，傳動環配置成用以旋轉， 凹槽位于面向傳動環的中心點的內部面上；以及，將至少一個桿臂連接至該至少一個連桿的第二端。當傳動環旋轉時，該至少一個連桿的至少一部分保持在凹槽內。
附圖被包括在說明書中并構成說明書的一部分，其顯示了一個或多個實施例，并與描述一起解釋這些實施例。在圖中圖1是常規IGV促動系統的透視圖。圖2是根據一個示例性實施例的IGV促動系統的分解圖。圖3是根據一個示例性實施例的IGV促動系統的選定部分的側視圖。圖4是根據一個示例性實施例的IGV促動系統的選定部分的透視圖。圖5A是根據一個示例性實施例的IGV促動系統的傳動環的透視圖。圖5B是根據一個示例性實施例的IGV促動系統的傳動環的前視圖。圖6是根據一個示例性實施例的IGV促動系統的傳動環中的凹槽的示意圖。圖7是根據一個示例性實施例的IGV促動系統的傳動環的透視圖。圖8是根據一個示例性實施例的附連至傳動環的桿臂和連桿的示意圖；圖9是常規裝置中的附連至環的臂的示意圖；圖10是根據一個示例性實施例的壓縮機的側向截面圖。圖11是根據一個示例性實施例的組裝IGV促動系統的示意圖。圖12是根據一個示例性實施例的用于組裝IGV促動系統的方法的流程圖。
具體實施例方式示例性實施例的下述描述參照了附圖。不同圖中的相同標號指示相同或相似的元件。下述詳細描述并不限制本發明。而是，本發明的范圍由所附權利要求限定。出于簡單起見，下述實施例關于促動系統并且尤其是用于進氣靜葉組件的促動系統的術語和結構而論述。然而，接下來要論述的實施例并不限于該系統，而是可應用于控制流體或氣體的入流的其它系統。整個說明書中對“一個實施例”或“一實施例”的參考意指結合一個實施例所述的特定特征、結構或特性被包括在所公開的主題的至少一個實施例中。因而，短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”在整個說明書的不同位置中的出現并不一定指相同的實施例。 此外，該特定特征、結構或特性可以任何合適的方式結合在一個或多個實施例中。根據一個示例性實施例，在用于油和氣體類型的應用的壓縮機中可采用促動系統。如由本領域技術人員理解的那樣，所論述的促動系統可在用于其它應用的壓縮機中或在另一渦輪機械(例如泵、擴張器等)中實現。根據圖2中所示的一個示例性實施例，促動系統200可包括促動底板202、傳動環 204、導葉托架206和促動桿208。當然，促動系統200可包括更多或更少的上述構件。底板 202可具有帶中間孔203的圓形形狀，中間孔203用于容納渦輪機械的軸205。底板202可被螺栓連接至內殼或渦輪機械的中間隔板。如圖3中詳細示出的那樣，導葉托架206支撐多個靜葉209。所述多個靜葉209可旋轉地連接至導葉托架206。桿臂210—端連接至相應的靜葉209，并且相對的端連接至連桿212。連桿212可樞轉地連接至傳動環204。底板 202可附連至內殼214。隨后還可將覆蓋物218安裝在殼體216內以用于密封壓縮機內部 (包括促動系統200)。促動桿208可通過殼體216中的孔219插入，并在連接點220處通過緊固手段連接至傳動環204，該緊固手段可包括(但不限于)銷、螺釘和螺栓。促動桿208可連接至促動裝置300 (見圖幻，其可提供用于使傳動環204旋轉的促動力。促動裝置300可以是電動裝置、氣動裝置、手動裝置等等，其被用戶和/或計算裝置控制。通過提供與傳動環204的周向邊緣相互作用的促動桿208，與常規IGV促動系統相比，減小了所呈現的合成彎曲力。另外，因為促動桿208在軸向方向上位于底板202和導葉托架206之間，可減小促動系統的整體寬度。如圖4中所示，促動桿208在連接點220處連接至傳動環204。連接點220可包括用于容納促動桿208的一端的凹槽并且包括緊固孔，該緊固孔垂直于促動桿208 ( 一旦被安裝)而定位。促動桿208可包括至少一個末端，該末端具有至少兩個基本平坦的表面以用于插入連接點220的凹槽中。促動桿還可包括孔或緊固件定位機構，其與連接點的緊固孔軸向地對準。通過使促動桿208朝著傳動環204的橫向中心定位，可最大限度地減小或消除扭矩彎曲變形。圖4還顯示了靜葉209。根據圖5A和5B中所示的一個示例性實施例，桿臂210可與傳動環204的平坦的側表面20 基本平行。另外，桿臂210可附連至可旋轉的軸或葉柄500(其至少部分地穿過導葉托架206的寬度而延伸)。桿臂210和軸500可以是通過緊固手段聯接的兩個單獨的構件，緊固手段可包括(但不限于)銷、螺釘和螺栓，或者這兩個構件可整體地形成。
桿臂210和軸500可被導葉托架206直接支撐，或者其可通過軸承502而支撐，軸承502例如(但不限于)襯套或滾珠軸承。桿臂210和軸500還可通過緊固手段附連至靜葉209，該緊固手段可包括(但不限于)粘接、焊接、銷、螺釘和螺栓。類似地，桿臂210還可通過緊固手段附連至連桿212，該緊固手段可包括(但不限于)銷、螺釘和螺栓。桿臂210可包括桿緊固孔504以容納用于附連至靜葉209和/或連桿212的緊固手段。連桿212還可包括連桿緊固孔512以容納用于與桿臂210和/或傳動環204附連的緊固手段。傳動環204還可包括相應的緊固孔512a，以容納用于與連桿212 附連的緊固手段。根據如圖5A至圖6中所示的一個示例性實施例，桿臂210和連桿212至少部分地容納在傳動環204中。圖5A和5B顯示，連桿212可完全容納在傳動環204的內部，而圖6 顯示，連桿212可部分地容納在傳動環204的內部。連桿212通過緊固手段附連至傳動環 204，該緊固手段可包括(但不限于)銷、螺釘和螺栓。在這方面，連桿212的第一端21 被固定在形成于傳動環204中的凹槽508內，而連桿212的第二端212b (與第一端相反)被連接至相應的桿臂210。圖5B中顯示了連桿212和桿臂210之間的連接或接頭213。接頭 213可連桿和桿臂中的每一個中包括孔以及連接這兩個元件的銷。還如圖5B中所示，當靜葉209完全打開時，連桿212可被完全容納在傳動環204的凹槽508內。根據如圖5A至圖6中所示的另一示例性實施例，桿臂210和連桿212至少部分地容納在傳動環切口 506中。在該示例性實施例中，傳動環切口 506允許桿臂210在朝著傳動環204的中心的方向上具有較長的延伸而不增加傳動環204的整體大小。利用較長的桿臂210，可獲得更大的機械優點，并且最終減少使靜葉209旋轉所需的促動力。另外，通過將連桿212容納在傳動環204內，與現有裝置相比，減小促動機構的整體大小。根據如圖5A和圖5B中所示的還有另一示例性實施例，傳動環切口 506在形狀上可以是半圓形的。在還有另一示例性實施例中，傳動環切口可具有非對稱的形狀，以便在傳動環旋轉時適應由連桿212和桿臂210所展現的運動范圍。根據如圖5A至圖7中所示的一個示例性實施例，傳動環204可包括用于容納連桿 212的凹槽508。在一個應用中，凹槽508在橫向方向上位于傳動環204的中心。凹槽508 形成于傳動環204的面向軸205的面509上。通過在傳動環204的中心或中心附近提供凹槽508，連桿212在靜葉209的促動期間在傳動環204上施加減小的彎曲扭矩或不施加彎曲扭矩，并且，因此，這種新穎的裝置減小或消除傳動環204所經歷的變形。在這方面，圖8顯示了與圖9中所示的傳統促動系統100并列比較的新穎的促動系統200。應當注意，圖8中的凹槽508在圖9中消失，并且由于這個原因，圖9中的臂114 設置在環108的側面108a上。臂114利用銷116連接至環108。然而，圖8中的連桿212 利用第一端21 連接到凹槽508的內部(例如利用銷520)。連桿212的第二端212b連接至桿臂210。如圖8中所示，施加于連桿212上的力F確定傳動環204上的扭矩，該扭矩與所施加的力離傳動環204的中心軸線Z的距離成比例。然而，因為力F沿著軸線Z或接近軸線 Z，所以該扭矩為零或接近于零。相反，圖9顯示，所施加的力F’與相應軸線V之間的距離 r’不為零。正是圖9中的這個扭矩確定傳統裝置中的環108的彎曲。凹槽508可包括沿著傳動環204的內徑向表面509延伸的周向通道。根據另一示例性實施例，凹槽508可包括沿著傳動環204的內徑向表面延伸的不連續的分段通道，例如，存在沒有凹槽的表面509部分。根據還有另一示例性實施例，凹槽508可包括不隨著傳動環204的圓周延伸的通道，但成形為用以容納連桿212所需的全部運動范圍以促動桿臂 210。根據一個示例性實施例，如圖5A中所示，桿臂210可具有用于與連桿212聯接的叉形末端。在另一示例性實施例中，桿臂可具有用于與連桿212聯接的單個末端。在還有另一實施例中，連桿可具有用于與桿臂210聯接的叉形末端，桿臂210可包括單個末端和叉形末端的其中一種。如圖3、圖5A和圖5B中所示，靜葉209可被促動至打開位置(如圖所示)或關閉位置(未顯示)。為了調整靜葉209的位置，通過促動裝置300在促動桿208上施加力以相對于殼體216將桿208推動或縮回。該動作被傳遞至傳動環204以產生旋轉運動，并最終改變靜葉209的位置。當傳動環204圍繞其中心軸線旋轉時，連桿212隨其后并在桿臂 210上施加推力或拉力。由于所應用的力的緣故，桿臂210旋轉以改變靜葉209的位置。根據一個示例性實施例，促動桿208可具有IOOmm至140mm的行進行程。傳動環 204可具有10度至18度的旋轉范圍。桿臂210以及靜葉209可具有高達120度的旋轉范圍，并且優選地可具有大約90度的旋轉范圍。在如圖10中所示的一個示例性實施例中，完成的組件可被安裝在壓縮機裝置300 中。圖2中所示的覆蓋物218可包括入口 800，其將流入的空氣和/或流體引向導葉209。 一旦空氣和/或流體通過促動系統200，其然后被傳送至壓縮機葉輪入口 802、葉輪葉片804 和擴散器806。現在參照圖11論述用于組裝促動系統的方法。在用于組裝促動系統的第一步驟中，靜葉209、桿臂210、導葉托架206、連桿212和傳動環204被安裝在一起以形成第一單元600。在下一步驟中，第一單元600被附連至促動底板202和內殼214以形成組裝件 (bundle) 602.然后，在下一步驟中，組裝件602被插入殼體216中以形成部分完成的組件。 在下一步驟中，促動桿208也被插入殼體216并在連接點220處與傳動環204連接。在最后的步驟908中，組裝至入口(800)的覆蓋物218被安裝到殼體216中以完成壓縮機組件。應當注意，通過這種方式，促動桿208的插入是在組裝過程結束時執行的，并且連接點220 (例如引入銷而將促動桿208附連至傳動環204)容易被位于壓縮機的開口處的人員接觸到。現在參照圖12論述一種用于組裝傳動環的方法。該方法包括步驟1200，將至少一個連桿的第一端附連至形成于傳動環中的凹槽的內部，傳動環配置成用以旋轉，凹槽位于面向傳動環的中心點的內部面上；以及，步驟1202，將至少一個桿臂連接至所述至少一個連桿的第二端。所公開的示例性實施例提供了一種用于調整渦輪機械中所使用的導葉的促動系統。然而，應當理解，該描述并不意圖限制本發明。相反，示例性實施例意圖覆蓋被包括在如由所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍內的備選方案、變型和等效物。此外，在示例性實施例的詳細描述中，為了提供對要求權利保護的本發明的完整理解，闡述了許多特定細節。然而，本領域技術人員應當理解，可在沒有這樣的特定細節的情形下實踐各實施例。雖然以特定組合在實施例中描述了示例性實施例的特征和元件，但是，各特征或元件可不帶有實施例的其它特征和元件而被單獨使用，或者以帶有或不帶有本文所公開的特征和元件的不同組合而被使用。 該書面描述用示例來公開包括最佳模式的本發明，并且還使本領域技術人員能實施本發明，包括制造和使用任何裝置或系統以及執行任何包括在內的方法。本發明的可專利范圍由所附權利要求所限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這種其它示例具有與所附權利要求的字面語言沒有不同的結構元件，或者如果它們包括與所附權利要求的字面語言無實質差別的等同結構元件，則這種其它示例意圖在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種渦輪機械，包括 殼體；導葉托架，所述導葉托架被附連至所述殼體，所述導葉托架具有配置成用以容納軸的孔；傳動環，所述傳動環面向所述導葉托架并配置成用以相對于所述導葉托架旋轉，所述傳動環在面向所述軸的面上具有凹槽；至少一個連桿，所述至少一個連桿利用第一端附連至所述凹槽的內部； 至少一個桿臂，所述至少一個桿臂附連至所述至少一個連桿的第二端；以及至少一個靜葉，所述至少一個靜葉被所述導葉托架支持，所述至少一個靜葉附連至所述至少一個桿臂并配置成用以在所述傳動環旋轉時相對于所述導葉托架旋轉，其中，當所述傳動環旋轉時，所述至少一個連桿的至少一部分保持在所述凹槽內。
2.根據權利要求1所述的渦輪機械，其特征在于，所述凹槽居中地位于所述傳動環的橫向方向上。
3.根據權利要求1所述的渦輪機械，其特征在于，還包括 入口，所述入口附連至覆蓋物；和至少一個軸或葉柄，所述至少一個軸或葉柄配置成用以穿過所述導葉托架并將所述至少一個靜葉連接至所述至少一個桿臂。
4.根據權利要求1所述的渦輪機械，其特征在于，所述至少一個桿臂是叉形物。
5.根據權利要求1所述的渦輪機械，其特征在于，所述導葉托架包括切口，所述切口配置成用以容納所述至少一個桿臂與所述至少一個連桿之間的接頭。
6.根據權利要求1所述的渦輪機械，其特征在于，所述至少一個連桿配置成使得，當所述至少一個靜葉完全打開時，所述至少一個連桿完全處于所述凹槽內。
7.根據權利要求1所述的渦輪機械，其特征在于，還包括 附連至所述軸的葉輪；和與所述葉輪處于流體連通的入口，其中，所述至少一個靜葉配置成用以控制從所述入口流向所述葉輪的流體量。
8.一種促動系統，包括傳動環，所述傳動環配置成用以旋轉并且在面向所述傳動環的中心點的內部面上具有凹槽；至少一個連桿，所述至少一個連桿利用第一端附連至所述凹槽的內部；和至少一個桿臂，所述至少一個桿臂附連至所述至少一個連桿的第二端； 其中，當所述傳動環旋轉時，所述至少一個連桿的至少一部分保持在所述凹槽內。
9.根據權利要求8所述的促動系統，其特征在于，還包括導葉托架，所述導葉托架面向所述傳動環并配置成用以固定地附連至渦輪機械的殼體；和至少一個靜葉，所述至少一個靜葉被所述導葉托架支持，所述至少一個靜葉附連至所述至少一個桿臂并配置成用以在所述傳動環旋轉時相對于所述導葉托架旋轉。
10.一種用于組裝促動系統的方法，所述方法包括將至少一個連桿的第一端附連至形成于傳動環中的凹槽的內部，所述傳動環配置成用以旋轉，所述凹槽位于面向所述傳動環的中心點的內部面上；以及將至少一個桿臂連接至所述至少一個連桿的第二端，其中，當所述傳動環旋轉時，所述至少一個連桿的至少一部分位于所述凹槽內。
全文摘要
本發明涉及渦輪機械促動系統和方法。具體而言，一種促動系統包括傳動環、至少一個連桿和至少一個桿臂，該傳動環配置成用以旋轉并在面向傳動環的中心點的內部面上具有凹槽；該至少一個連桿利用第一端附連至凹槽的內部；并且該至少一個桿臂附連至該至少一個連桿的第二端。當傳動環旋轉時，該至少一個連桿的至少一部分保持在凹槽內。
文檔編號F04D29/22GK102400948SQ20111026879
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者F·薩里, G·尤里斯奇, M·佩勒拉 申請人:諾沃皮尼奧內有限公司