燃气轮机中导叶转动的测量方法

技术领域

本发明涉及导叶转动的测量方法， 尤其涉及燃气轮机中测量导叶转动的平均转角 和最 大转角偏差的测量方法。

背景技术

为了使得压缩机适应燃气轮机的不同操作状态 ， 需要在压缩机中设置导叶。 通过导叶 迎角的变化而改变进入到压缩机中空气的流动 状态。 图 1显示了现有燃气轮机中导叶驱动 机构的结构示意图， 图中只示意性的绘出部分导叶 80。 如图所示， 导叶驱动机构包括一个 驱动圈 81、 一个推杆 82、 多个与导叶 80相对应的连杆 83、 和多个与导叶 80相对应的调 整杆 84。 推杆 82连接于驱动圈 81， 且推杆 82可推动驱动圈 81相对于缸体 85转动。 连 杆 83的一端连接于导叶 80， 其另一端连接于调整杆 84的一端。 调整杆 84的另一端连接 于驱动圈 81。 当驱动圈 81相对于缸体 85转动时， 它可带动调整杆 84和连杆 83运动， 从 而使得导叶 80转动而变化其转角。

当推杆 82施加推力于驱动圈 81时， 一方面驱动圈 81会相对于缸体 85转动， 另一方 面驱动圈 81的圆心会偏离缸体 85的截面圆心。 对于由驱动圈 81驱动而转动的导叶 80而 言， 此时驱动圈 81上对应于推杆 82与驱动圈 81连接处的导叶 80转角最大； 而驱动圈 81 上距离推杆 82与驱动圈 81连接处最远端的导叶 80转角最小。

为了反映导叶的转角， 燃气轮机设有两个角度传感器 86 (图中只示意性的显示了其中 一个）， 它们分别与一个导叶连接， 以实时地感测与其连接导叶的转角， 并由这两个角度 传感器感测的转角计算得到所有导叶的平均转 角， 以及所有导叶中最大转角和最小转角的 差值， 即最大转角偏差。 为了使得平均转角和最大转角偏差的计算值与 实际值接近， 需要 其中一个角度传感器的安装位置与缸体的截面 圆心连线， 与推杆与驱动圈连接点与缸体的 截面圆心连线之间的夹角为 0° ；而另一个角度传感器的安装位置与缸体的截 面圆心连线， 与推杆与驱动圈连接点与缸体的截面圆心连线 之间的夹角为 180° ， 即一个角度传感器可 感测到导叶的最大转角， 而另一个角度传感器可感测到导叶的最小转角 。 由这两个位置上 角度传感器感测的导叶转角的差值即为最大转 角偏差， 且由这两个位置上感测的导叶转角 的平均值即为所有导叶的平均转角。

由于燃气轮机中致动结构的限制， 需要改变角度传感器的安装角， 由此得到的平均转 角和最大转角偏差无法真实的反映燃气轮机中 导叶的真实情况。 发明内容

本发明的目的是提供一种燃气轮机中导叶转动 的测量方法， 当角度传感器的安装角不 等于 0° 和 180° 时， 仍能够真实的反映所有导叶的最大转角偏差。

本发明的目的是提供一种燃气轮机中导叶转动 的测量方法， 即使角度传感器的安装角 不等于 0° 和 180° 时， 仍能够真实的反映所有导叶的最大转角偏差。

本发明提供了一种燃气轮机中导叶转动的测量 方法， 其中燃气轮机包括一个缸体、 复 数个导叶以及一个可带动导叶转动的导叶驱动 机构， 导叶驱动机构包括一个驱动圈、 一个 可推动驱动圈相对于缸体转动的推杆、 以及连接导叶与驱动圈的复数个连杆和调整杆 。 导 叶转动的测量方法包括： 测量其中一个导叶的转角， 得到一个第一转角 ； 同时测量另一 个导叶的转角， 得到一个第二转角《 _{2 ;} 由所述第一转角和所述第二转角计算得到最大 转角 偏差 maxAa , 即 max = « ₂ ) x I， 式中， 为所述第一转角， α ₂ 为所述第二转角， 为与导叶驱动机构的几何参数和导叶安装位置 相关的几何常数。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的再一种示 意性的实施方式中， 导叶的转动测量方 法还包誦述最漏 扁差 maxA"十算赠 „，即 + ，式中，

« _mn 为所有所述导叶中转角的最小值。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的另一种示 意性的实施方式中，几何常数 的计 算公式为^ = ， 其中， 为调整杆与驱动圈的连接点至压缩机的 缸体的截面圆心的距离， 为推杆与驱动圈的连接点至缸体的截面圆心的 距离， Λ为第一 转角的导叶与缸体的截面圆心间的连线， 与推杆和驱动圈连接处与缸体的截面圆心间连 线 之间的夹角， 为第二转角的导叶与缸体的截面圆心间的连线 ， 与推杆和驱动圈连接处与 缸体的截面圆心间连线之间的夹角。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的又一种示 意性的实施方式中， 导叶中转角的最 小值《 _min 的计算公式为^皿二^ -~ ( - ) x( _{+ cosA)} , 其中， 为调整杆与驱动 cos p _l - cos β ₂ R _a 圈的连接点至缸体的截面圆心的距离， 为推杆与驱动圈的连接点至缸体的截面圆心的 距 离， Λ为第一转角的导叶与缸体的截面圆心间的连� ��， 与推杆和驱动圈连接处与缸体的截 面圆心间连线之间的夹角， y¾为第二转角的导叶与缸体的截面圆心间的连 线， 与推杆和驱 动圈连接处与缸体的截面圆心间连线之间的夹 角。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的又一种示 意性的实施方式中， 第一转角和所述 第二转角由角度传感器感测得到。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的又一种示 意性的实施方式中， 角度传感器为扭 矩传感器。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释， 并不限定本发明的范围。

图 1显示了现有压缩机的结构示意图。

图 2显示了燃气轮机中导叶驱动机构的分解结构� �意图。

图 3显示了图 2中导叶驱动机构的组装后的结构示意图。

图 4显示了图 2中 IV部分的放大结构。

图 5用于说明驱动圈的位置变化。

图 6用于说明燃气轮机中导叶转动的测量方法的� �程图。 具体实施方式

为了对发明的技术特征、 目的和效果有更加清楚的理解， 现对照附图说明本发明的具 体实施方式， 在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中， "示意性"表示 "充当实例、 例子或说明"， 不应将在本文中被描述为 "示 意性" 的任何图示、 实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技 术方案。

为使图面简洁， 各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的 部分， 它们并不代表其 作为产品的实际结构。 另外， 以使图面简洁便于理解， 在有些图中具有相同结构或功能的 部件， 仅示意性地绘示了其中的一个， 或仅标出了其中的一个。

在本文中， "一个"不仅表示 "仅此一个"， 也可以表示 "多于一个" 的情形。

在本文中， "第一"、 "第二 "等仅用于彼此的区分， 而非表示它们的重要程度及顺序 等°

在本文中， 角度的数值并非严格的数学和 /或几何学意义上的限制， 还包含本领域技术 人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。

图 2显示了燃气轮机中导叶驱动机构的分解结构� �意图。 图 3显示了图 2中导叶驱动 机构的组装后的结构示意图。 为了清楚地显示导叶驱动机构的结构， 图 2和图 3中只示意 性的绘出部分导叶。 参见图 2和图 3， 导叶驱动机构包括一个推杆 10、 一个驱动圈 20、 一 个缸体 30、 六个调整杆 50和六个连接杆 60。

其中， 推杆 10连接于驱动圈 20。 推杆 10施加的推力 F可推动驱动圈 20相对于缸体 30转动。 驱动圈 20具有一个圆心 02， 且缸体 30具有一个截面圆心 03， 即沿缸体 30中， 垂直于缸体 30的中心轴的截面的圆心。 当推杆未施加推力 F于驱动圈 20时， 圆心 02与 截面圆心 03重合； 当推杆施加推力 F于驱动圈 20时， 圆心 02偏离截面圆心 03 (参见图 5 )。

图 4显示了图 2中 IV部分的放大结构。 参加图 2、 图 3和图 4所示， 调整杆 50的一 端连接于驱动圈 20， 调整杆 50的另一端连接于连接杆 60。 连接杆 60未与调整杆 50连接 的一端连接于导叶 70的颈轴 72。 当驱动圈 20相对于缸体 30转动时， 驱动圈 20藉由调整 杆 50和连接杆 60带动导叶 70转动， 从而改变导叶 70的转角。 连接杆 60的长度为 /。 推 杆 10与驱动圈 20的连接点至截面圆心 03的距离为 。 调整杆 50与驱动圈 20的连接点 至截面圆心 03的距离为 。

导叶的转角由角度传感器测量得到， 在一种示意性的实施方式中角度传感器可采用 如 图 2所示的扭矩传感器 12。 为了区分两个角度传感器， 分别将它们命名为第一角度传感器 和第二角度传感器。 这两个角度传感器分别连接于一个导叶的颈轴 。 角度传感器安装位置 的导叶与截面圆心 03的连线，与推杆 10与驱动圈 20连接点与截面圆心 03的连线之间的 夹角， 以下简称为安装角。 第一角度传感器具有一个第一安装角 ， 其测量到一个导叶的 转角为第一转角 A。第二角度传感器具有一个第二安装角 ，其测量到的另一个导叶的转 角为第二转角《 ₂ 。 通过对第一转角《,和第二转角《 ₂ 的测量， 可以地反映出所有导叶的平 均转角《„^„， 以及所有导叶中最大转角和最小转角之差， 即最大转角偏差 max A«。 当第 一安装角 为 0° ， 而第二安装角 为 180° 时， 第一转角《,为所有导叶中的最大转角， 且第二转角《 ₂ 为所有导叶中的最小转角， 此时最大转角偏差为第一转角 与第二转角《 ₂ 之差， 而平均转角为第一转角 与第二转角《 ₂ 的平均值。

图 5用于说明驱动圈的位置变化， 图中虚线代表发生位移后的驱动圈。 参见图 5， 设 置于缸体 30与驱动圈 20之间的弹性支撑座 40可分别向驱动圈 20提供弹性支撑， 且弹性 支撑座 40的弹性支撑可减小缸体 30受热膨胀导致驱动圈应力水平过高。 当推杆 10施加 推力 F于驱动圈 20时， 驱动圈 20在 Y轴方向的位移为 d。

图 6用于说明燃气轮机中导叶转动的测量方法的� �意性流程图。 如图所示， 燃气轮机 中导叶的转动测量方法开始于步骤 S10。 在步骤 S10中， 由第一角度传感器和第二角度传 感器同时测量得到两个不同的导叶的转角。第 一角度传感器具有第一安装角 Λ， 测得这一 位置导叶的转角为第一转角 ，第二角度传感器具有第二安装角 y¾，测得该位置导叶的转 角为第二转角《,。 在步骤 S10完成第一转角 和第二转角《 ₂ 的测量后， 进入步骤 S20。 在步骤 S20中， 由第一转角 和第二转角《 ₂ 的差值， 即 A - ^ , 计算得到最大转角偏 差 maxAa , 且最大转角偏差的计算公式为： max Aa = - α ₂ ) χ 1。 在最大转角偏差 maxAc^计算公式中， 为一个与燃气轮机中叶驱动机构和各角度传感 器安装位置的几 何特征相关的常数。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的一种示意 性实施方式中， 的计算公式为 ，其中： 为调整杆与连接杆的连接点至截面圆心 03的距离； 为推杆与驱动圈的连接点至截面圆心 03的距离； 为第一角度传感器的第一安装角； 为第二角度传感器的第二安装角。步骤 S20后， 即可得知燃气轮机中导叶转角的最大转 角偏差。

燃气轮机中导叶转动的测量方法中， 最大转角偏差的得到不仅取决于第一角度传感 器 和第二角度传感器的测量值， 还考虑了燃气轮机中叶驱动机构和各角度传感 器安装位置的 几何特征的因素， 因此两个角度传感器的安装角可以任意选择， 计算得到的导叶的最大转 角偏差仍能够准确的反映导叶转角的实际情况 ， 从而解除了对角度传感器安装位置的限 制。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的一种示意 性实施方式中， 如果不仅需要得到最大 转角偏差， 还需要得到所有导叶的平均转角， 则程序可进入步骤 S30， 由步骤 S20中计算 的到的最大转角偏差 max A«计算得到所有导叶的平均转角 ， 且平均转角《 _m∞ „的计算 "一 + 。 平均 固„的计謹 中， 《匪 謹导叶转删小 值。

在燃气轮机中导叶转动的测量方法的一种示意 性实施方式中， 《 _mm 的计算公式为 a _mm = a -~ («i - «2 ) _{x( + cosA )} , 其中 为调整杆与连杆的连接点至缸体的截面圆 cos β - cos p ₂ R _a 心 03的距离， 为推杆与驱动圈的连接点至缸体的截面圆心 03的距离， A为所述第一 安装角， y¾为所述第二安装角； 为第一转角； 《 ₂ 为第二转角。 在燃气轮机中导叶转动的测量方法中， 同时得到最大转角偏差和平均转角可以使测量 结果更好体现燃气轮机中导叶的转动情况， 并且平均转角的计算也同样考虑了燃气轮机中 叶驱动机构和各角度传感器安装位置的几何特 征的因素， 因此两个角度传感器的安装角可 以任意选择， 计算得到的导叶的最大转角偏差和平均转角仍 能够准确的反映导叶转角的实 际情况， 从而解除了对角度传感器安装位置的限制。

应当理解， 虽然本说明书是按照各个实施例描述的， 但并非每个实施例仅包含一个独 立的技术方案， 说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见， 本领域技术人员应当将说明书 作为一个整体， 各实施例中的技术方案也可以经适当组合， 形成本领域技术人员可以理解 的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本 发明的可行性实施例的具体说明， 它们 并非用以限制本发明的保护范围， 凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案 或变更， 如特征的组合、 分割或重复， 均应包含在本发明的保护范围之内。

标号说明

10 推杆

12 扭矩传感器

20 驱动圈

30 缸体

40 弹性支撑座

50 调整杆

60 连接杆

70 导叶

72 颈轴

80 导叶

81 驱动圈

82 推杆

83 连杆

84 调整杆 86 弹性基座。