多級渦輪壓縮機的製作方法

2023-06-04 13:10:11

專利名稱：多級渦輪壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一個多級渦輪壓縮機，當其工作時，將介質從入口壓力傳遞到出口壓力，其中，在每個情況下，所述渦輪壓縮機包括一定數量的導向葉柵和動葉柵，它們沿著傳遞的方向以這樣的方式交替進行設置，即在每一個情況下一個動葉柵和在傳遞方向緊接著它的一個導向葉柵構成了一個壓縮機級，該動葉柵設置在轉子上以及該導向葉柵設置在定子上，所述渦輪壓縮機對於至少一個在入口壓力和出口壓力之間的以外壓力，至少具有一個引出點，在這個引出點上引出部分壓縮的介質的部分流動，和涉及操作所述渦輪壓縮機的方法。
用於控制渦輪壓縮機的一個很有效的方法涉及調節一個或多個級的導向葉柵(Dubbel，Taschenbuch fur den Maschinenbau [機械工程手冊]，14th版，1981第877頁；Traupel，ThermischeTurbomaschinen[熱力渦輪機械]，3rd，1982，第2卷，第111頁)。這個控制方法已經被長時間採用，特別是對於具有大轉速範圍的機械的情況下在航空發動機中，優選能夠對半數的壓縮機級裝備可調節幾何形狀的導向葉柵。即使對於最新代的固定式燃氣渦輪機，發展的趨向是朝著設計多個帶有可調節幾何形狀的壓縮機級，例如如在ABB技術，2/1994，第4頁中所述的。
多級渦輪壓縮機，準確地說是那些用於燃氣輪機的多級渦輪壓縮機，具有用於在一個或多個壓力上排出壓縮機空氣的引出點，引出壓力在入口壓力和出口壓力之間。在引出點所需的輔助空氣通常需要在一個很高的壓力水平，例如為了冷卻渦輪機部件。因此引出點幾乎位於壓縮機的後面的級中。這樣引出壓力基本上被壓縮機的工作壓力所預先確定。一方面，在一個特定的壓縮機出口壓力的情況下，它是變化的，在另一方面，它直接隨著壓縮機的工作點變化。
因此，對於現有的通常的渦輪壓縮機和操作它的方法，不可能提供一個與渦輪壓縮機的工作點無關的確定的引出壓力。
那麼本發明是要對此加以改進。因此，對於一個多級渦輪壓縮機，當其工作時，將介質從入口壓力傳遞到出口壓力，其中，在每個情況下，所述渦輪壓縮機包括一定數量的導向葉柵和動葉柵，它們沿著傳遞的方向以這樣的方式交替設置，即在每一個情況下一個導向葉柵和在傳遞方向緊接著它的的一個動葉柵構成了一個壓縮機級，該動葉柵設置在轉子上以及該導向葉柵設置在定子上，所述渦輪壓縮機對於至少一個在入口壓力和出口壓力之間的以外壓力，至少具有一個引出點，在這個引出點上排出部分壓縮的介質的部分流動，本發明的目的是提供一個將引出壓力設置在寬的範圍內的可能，而與壓縮機的工作點無關。
根據本發明，可以這樣達到目的，即位於緊鄰著引出點的上遊的級的導向葉柵和/或至少一個設置在引出點的下遊的級的導向葉柵被設計成可調節的幾何形狀。
如開始所提到的，對一個在相對寬的轉速範圍內工作的渦輪壓縮機，為了與級的運動相適應，通常優選設計相對大數量的動葉柵以至於可被調節。可是，這裡與本發明相關的導向葉片列的調節是被用作控制在壓縮機中一個特定點的壓力，與壓縮機的工作點無關。因此，即使在穩定轉速下工作的壓縮機中應用本發明也是有利的和需要的。
由於這個設計，對壓縮機可以具有一個工作模式，其中根據引出點要求與壓縮機工作點的要求的函數關係，壓縮機的工作輸出被轉移到前面的或後面的壓縮機級中。


圖1顯示了一個在第三壓縮機級後帶有中間引出點的五級軸流式壓縮機的實施例。
圖2說明了根據本發明的這個壓縮機在設計和工作模式中的兩個工作點的壓力圖。
圖1說明了一個軸流式壓縮機的實施例，其沿著從壓力p＝p0到壓力p＝p5的方向傳遞介質25、26。壓縮機的動葉柵LA1、LA2、LA3、LA4、LA5被布置在壓縮機的軸11上，它們與機器的軸10一起旋轉。每個動葉柵在流動方向都緊接著一個在殼體中固定的導向葉柵LE1、LE2、LE3、LE4、LE5。所說明的壓縮機還包括一個可調節的預導向葉片列VLE，其基本上決定了壓縮機的入口流動容積。
這裡對所說明的五級軸流式壓縮機的說明沒有任何特別的限制的意謂，特別是在級的數量和設計的方面。作為一個燃氣渦輪機設備的整體部分的軸流式壓縮機一般具有很多級。另一方面，例如，在徑流式壓縮機或在具有軸流級和徑流級二者的或通過其斜對流過的級的壓縮機中，也能夠實現本發明的構想。預導向葉片列也不是必須的。
壓縮機的工作點，特別是壓力p5，是由用戶預先確定設置在最後的壓縮機級和級別5的下遊，同時壓力p0基本對應於環境壓力。如果級具有給定的幾何形狀，在壓縮機中級別1、2、3、4的壓力由入口和出口壓力和容積流量所確定。
此外，在所說明的壓縮機中，在殼體12上設置一個引出點14，通過在壓縮機第三級LA3、LE3下遊的所述的引出點，引出一定數量的部分壓縮的介質14。例如這可以是冷卻空氣，在燃氣輪機設備中，在一個合適壓力點上它被供應以在高的熱負荷的渦輪機中流動。
在圖2中的實線簡要描述了在設計工作點上沿著壓縮機的流動方向上的壓力線，假設所有級具有相同的壓比。
如果壓縮機出口壓力下降，於是，在任何壓縮機的中間級別的壓力也同樣下降，當然，這就是說在級別3的引出點14上的壓力也下降。如果這個壓力要保持恆定，為此壓縮機的特性圖必須改變，特別是，可以通過改變級的幾何形狀來實現這個要求。如前所述，可調節的壓縮機導向葉柵是已知的。而同樣如前所述，它們的使用被限制在前面的壓縮機級中，那裡它們被用作將壓縮機的特性圖適應於用戶所要求的，或作為一個用於控制入口流動容積的預導向葉片列。
於是在根據本發明的渦輪壓縮機中，為了儘可能直接地作用於所得到的引出壓力，緊接著引出點的導向葉柵被設計成可調節的。例如在實施例中，假定導向葉片LE3是可調節的，當壓縮機出口壓力下降時，於是導向葉柵的幾何形狀能夠這樣加以改變，即可使在第三壓縮機級中的焓比和因此所建立的壓力與其它的級相比增加。由虛線可以說明在壓力圖中的這個結果當壓縮機的出口壓力下降時，在級別3的引出壓力能夠保持恆定。
當然導向葉片列LE3的調節也可以被用於當壓縮機的出口壓力增加時，降低在第三壓縮機級中所建立的壓力以保持引出壓力恆定。導向葉柵的調節還可以同樣在以下應用，當壓縮機在恆定範圍的條件下工作時，以將在引出點14上的壓力適應於用戶連接在那裡的不同要求。
當然，也可能通過調節位於緊接著在實施例的引出點LE4的下遊的壓縮機級的導向葉柵，來達到壓力的適應。
參考符號列表0在壓縮機中的級別1在壓縮機中的級別2在壓縮機中的級別3在壓縮機中的級別4在壓縮機中的級別5在壓縮機中的級別7部分壓縮介質的量11 軸12 殼體14 引出點25 到壓縮機的未壓縮介質的入流26 離開壓縮機的已壓縮介質的出流。LA1 第一壓縮機級的葉輪LE1 第一壓縮機的導向葉柵LA2 第二壓縮機級的葉輪LE2 第二壓縮機的導向葉柵LA3 第三壓縮機級的葉輪LE3 第三壓縮機的導向葉柵LA4 第四壓縮機級的葉輪LE4 第四壓縮機的導向葉柵LA5 第五壓縮機級的葉輪LE5 第五壓縮機的導向葉柵P0入口壓力P5出口壓力
權利要求
1.多級渦輪壓縮機，當其工作時，將介質(25、26)從入口壓力(p0)傳遞到出口壓力(p5)，其中，在每個情況下，所述渦輪壓縮機包括一定數量的導向葉柵(LE)和動葉柵(LA)，它們沿著傳遞的方向以這樣的方式交替設置，即在每一個情況下，一個導向葉柵與在傳遞方向緊接著它的的一個動葉柵構成了一個壓縮機級，該動葉柵設置在轉子(11)上和該導向葉柵設置在殼體(12)上，所述渦輪壓縮機對於至少一個在入口壓力和出口壓力之間的以外的壓力，至少具有一個引出點(14)，在這個引出點上排出部分壓縮的介質(7)的部分流動，藉此位於引出點的緊鄰上遊的級的導向葉柵和/或至少一個設置在引出點的下遊的級的導向葉柵被設計成可調節的幾何形狀。
2.如權利要求1所述的多級渦輪壓縮機，其特徵是，所提供的渦輪壓縮機是工作在恆定轉速上的。
3.用於操作如權利要求1所述的渦輪壓縮機的方法，藉此通過在一個恆定的轉速上，對具有可調節幾何形狀的導向葉柵的調節，可以改變在引出點處的壓力，而與入口和出口壓力以及傳遞介質的入口容積流量無關。
4.用於操作如權利要求1所述的渦輪壓縮機的方法，藉此在一個恆定的轉速上並且當具有變化的入口或出口壓力時，通過對具有可調節幾何形狀的導向葉柵的調節，可以使在引出點處的壓力保持恆定。
全文摘要
在兩個壓縮機級之間設置有引出點的多級渦輪壓縮機。位於引出點的緊鄰的上遊的級的導向葉柵被設計成可調節的幾何形狀。通過調節這個導向葉柵,在引出點的壓力能夠被設置在一個寬的範圍內,而與入口和出口壓力以及傳遞介質的入口容積流量無關。
文檔編號F01D17/16GK1267783SQ0010275
公開日2000年9月27日 申請日期2000年2月23日 優先權日1999年2月24日
發明者弗朗茨·約斯, 馬伊連·源, 烏爾裡希·烏爾特克 申請人:Abb阿爾斯通電力(瑞士)股份公司