專利名稱：軸流式渦輪壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有以旋轉軸線為中心設置的環(huán)形的壓縮機通道的軸流式渦輪壓縮機，所述壓縮機通道在徑向外側由通道壁定界并且在所述壓縮機通道中可組裝成環(huán)的動葉片設置成可圍繞轉動軸線轉動地支承，其中動葉片的端部自由的尖部分別在形成間隙的情況下對置于通道壁并且通道壁在尖部的軸向部段中至少部分地具有壁結構部(還已知為機匣處理部)，并且其中在通道壁中設有抽氣通道的抽氣口，用于抽取在壓縮機通道中流動的介質。
背景技術：
例如從GB 2158879A中已知前面所描述的裝置。機匣處理部設置在位于上游的動葉片排上方的殼體側的通道壁上，并且用于抽取空氣的抽氣部位安置在置于所述抽氣部位下游的動葉片排上。此外，在抽氣通道中設有閥，以便依據(jù)運行狀態(tài)來抽取不同量的壓縮機空氣。兩種措施實現(xiàn)一定程度地調節(jié)用于高壓縮比的壓縮機的運行，而在此沒有出現(xiàn)如喘 振或者分離現(xiàn)象(Surge)的不期望的壓縮機現(xiàn)象。然而，缺點為，前述的擴展方案對于燃氣輪機的部分負荷運行證實為是不足夠的。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的為，提供一種軸流式渦輪壓縮機，其中通過更有效地避免不期望的壓縮機現(xiàn)象來進一步改進運行范圍。本發(fā)明的其他的目的為，提供一種具有根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪壓縮機的燃氣輪機，所述燃氣輪機尤其在部分負載運行時避免了不允許地高的排放。本發(fā)明所基于的目的借助一種軸流式渦輪壓縮機來實現(xiàn)。有利的改進形式和擴展方案在下文中說明。根據(jù)本發(fā)明提出，將抽氣口安置在壁結構部中。因此，不僅提出在軸流式渦輪壓縮機之內同時地應用機匣處理部和對壓縮機空氣的進行抽取，而且還局部地，即在軸流式渦輪壓縮機的單個的動葉片排的區(qū)域中進行所述組合。因此，能夠避免壓縮空氣的阻塞和因此在后續(xù)的壓縮機級中的在空氣動力學方面不利地高的壓縮比，這盡可能地避免了不期望的壓縮機現(xiàn)象的形成。通過根據(jù)本發(fā)明的組合，能夠尤其簡單地并且根據(jù)運行狀態(tài)來匹配所涉及的壓縮機級的喘振極限。在靜止的燃氣輪機中使用軸流式渦輪壓縮機時，這實現(xiàn)尤其低的部分負載運行，而沒有在此超過排放極限。在應用在燃氣輪機中時，能夠特別是通過抽取壓縮機空氣將對于部分負載而言相對少的空氣量導入到燃燒室中，由此最小化CO排放。因此，目的明確地將空氣從壓縮機中抽出，使得沒有出現(xiàn)如能夠在傳統(tǒng)的排氣閥中出現(xiàn)的不希望的流體動力學效應。此外，在機匣處理部中設有的空氣抽取還輔助壁結構部本身的作用，使得機匣處理部與在其中沒有安置有抽氣口的機匣處理部相比能夠更加節(jié)約空間地構成。根據(jù)有利的第一改進形式，壁結構部的大小和/或形狀能夠改變，并且由此能夠至少部分地露出抽氣口。所述擴展方案以簡單的結構實現(xiàn)軸流式渦輪壓縮機的總共三種運行狀態(tài)I.軸流式渦輪壓縮機在沒有機匣處理部和沒有抽取壓縮機空氣的情況下運行，優(yōu)選在全負載的情況下運行，2.軸流式渦輪壓縮機僅借助機匣處理部運行，但是此外沒有抽取壓縮機空氣，優(yōu)選在高的部分負載的情況下運行，和3.軸流式渦輪壓縮機在同時抽取壓縮機空氣的情況下借助機匣處理部運行，優(yōu)選在低的部分負載的情況下運行。因此，在大小和形狀方面可調整的機匣處理部不僅僅起到調整壁結構部的作用，而同時還用作用于接通或者斷開壓縮機空氣抽氣的調整機構。這還實現(xiàn)了尤其節(jié)約空間的結構。
當借助于移動的插入件能改變壁結構部的大小和/或形狀并且將抽氣口安置在容納插入件的凹槽的側壁中時，能夠在結構上尤其簡單地實現(xiàn)前述擴展方案。插入件能夠構成為能沿著凹槽移動的栓塞。根據(jù)栓塞的位置完全地封閉凹槽(對于第一運行狀態(tài))，借助繼續(xù)封閉的抽氣口僅部分地封閉凹槽(對于第二運行狀態(tài))或者打開凹槽以及抽氣口(對于第三運行狀態(tài))。就此而言，以簡單和可靠的方式能夠單獨地通過沿著栓塞的容納所述栓塞的凹槽移動所述栓塞在前述的三種運行狀態(tài)之間來回切換。適宜地，抽氣通道能在流動出口側與排放空氣系統(tǒng)和/或冷卻空氣系統(tǒng)連接。同樣適宜的是，每個動葉片環(huán)設有多個抽氣口。在該情況下，在軸流式渦輪壓縮機的圓周上來看，從所述壓縮機通道均勻地抽取在壓縮機通道中流動的介質，所述介質大多為空氣。尤其有利的是，燃氣輪機具有之前所描述的結構方式的根據(jù)本發(fā)明的軸流式渦輪壓縮機，由此燃氣輪機能夠尤其低排放地在低的部分負載情況下運行。


根據(jù)附圖中的優(yōu)選的實施例詳細地闡明本發(fā)明的其他的優(yōu)點、特征和特性。通過根據(jù)本發(fā)明的所示出的裝置的特征的有利的組合得到適當?shù)臄U展方案。其示出圖I示出具有軸流式渦輪壓縮機的靜止的燃氣輪機的縱向部分剖面圖，圖2、3分別示出橫貫具有機匣處理部的第一擴展方案的軸流式渦輪壓縮機的殼體的橫截面的斷面圖，圖4示出具有根據(jù)第二擴展方案的機匣處理部的軸流式渦輪壓縮機的殼體的斷面的立體圖，圖5示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三擴展方案的立體圖，和圖6、7示出機匣處理部和抽氣口的根據(jù)本發(fā)明的組合的第四擴展方案。
具體實施例方式圖I示出靜止的燃氣輪機10的縱向部分剖面圖。燃氣輪機10在內部具有圍繞轉動軸線12旋轉支承的轉子14，所述轉子還稱作為渦輪機轉子。沿著轉子14彼此相繼地跟隨有吸氣殼體16、軸流式渦輪壓縮機18、具有多個彼此旋轉對稱地設置的燃燒器22的環(huán)面狀的環(huán)形燃燒室20、渦輪機單元24和排氣殼體26。代替環(huán)形燃燒室，燃氣輪機還能夠配設有筒倉式燃燒室或管形燃燒室。軸流式渦輪壓縮機18包括構成環(huán)形的壓縮機通道25，所述壓縮機通道具有由動葉片環(huán)或者靜葉片環(huán)組成的、在其中以級聯(lián)的方式彼此連續(xù)的壓縮機級。設置在轉子14上的動葉片27的端部自由的葉身尖部29對置于壓縮機通道25的外部的通道壁42。壓縮機通道25經由壓縮機輸出擴散器36通到高壓室38中。在所述高壓室中，環(huán)形燃燒室20配設有其燃燒室28，所述燃燒室與渦輪機單元24的環(huán)形的熱氣通道30連通。根據(jù)所示出的實施例，在渦輪機單元24中設置四個串聯(lián)連接的渦輪機級32。在轉子14上耦聯(lián)有發(fā)電機或者做功機械(分別沒有示出)。在燃氣輪機10工作時，軸流式渦輪壓縮機18通過吸氣殼體16抽吸作為待壓縮的介質的環(huán)境空氣34并且將該環(huán)境空氣壓縮。所壓縮的空氣通過壓縮機輸出擴散器36引入到高壓室38中，所述空氣從所述高壓室流入到燃燒器22中。燃料也經由燃燒器22到達到燃燒室28中。在那里，在添加壓縮空氣的情況下燃料被燃燒成熱氣M。熱氣M接下來流入到熱氣通道30中，在所述熱氣通道中所述熱氣以在渦輪機單元24的渦輪葉片上做功的方式膨脹。在此期間所釋放的能量由轉子14吸收，并且一方面用于驅動軸流式渦輪壓縮機18 并且另一方面用于驅動做工機械或者發(fā)電機。然而，在燃氣輪機10運行時并且因此在軸流式渦輪壓縮機18運行時，能夠出現(xiàn)部分地限制運行的狀態(tài)和空氣動力學現(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)所述狀態(tài)和現(xiàn)象，在通道壁42中設有至少一個壁結構部。在圖I中為了清晰性，沒有示出所述壁結構部。所述壁結構部還已知為所謂的“機匣處理部”并且例如構成為在圓周方向上環(huán)形延伸的槽或者在圓周上分布的、在軸向方向上延伸的殼體槽。壁結構部通常設置在壓縮機通道25的軸向部段中，在所述軸向部段中，動葉片27的端部自由的尖部分別在形成間隙的情況下對置于通道壁42。現(xiàn)在，圖2和3示出橫貫壓縮機通道25的在壁結構部44的區(qū)域中的通道壁42的斷面的詳細的橫截面圖。壁結構部44根據(jù)所述第一擴展方案包括多個徑向延伸穿過通道壁42的凹槽46。在每個凹槽46中置有徑向移動的、T形橫截面的插入件48。兩個通道在側向通到凹槽46中。所述通道構成為抽氣通道50。所述抽氣通道的開口 52安置在壁結構部44中，即在凹槽46的側壁54中。在向內部移動插入件48時，凹槽46和抽氣口 52同時完全地封閉(沒有示出)。在插入件48的根據(jù)圖2示出的位置中，通過將插入件48從其涉及凹槽46的封閉位置中向外移動，將凹槽46部分地打開，以便激活起到空氣動力學作用的壁結構部44。在插入件48的所示出的位置中，露出抽氣通道50的第一開口 52，使得同時從壓縮機通道25經由凹槽46對壓縮空氣抽氣，即能夠進行抽取。根據(jù)插入件48在圖3中示出的位置，露出抽氣通道50的兩個抽氣口 52。就此而言，能夠改變壁結構部44的大小和/或形狀并且由此能夠至少部分地露出抽氣口 52。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二擴展方案的立體圖。根據(jù)第二擴展方案，現(xiàn)在，在通道壁42的指向壓縮機通道25的面中在圓周方向上設有環(huán)形延伸的槽60，沒有示出的動葉片的尖部沿著所述槽環(huán)繞。多個沿著圓周均勻分布的抽氣通道62通到槽60之一的側壁61中，僅僅示意地示出所述抽氣通道中的一些。然而，在所述擴展方案中，用于打開和/或關閉對壓縮空氣的抽氣的閥系統(tǒng)沒有通過可移動的插入件來構成，而是構成為下游的系統(tǒng)。抽氣通道62顯然也能夠不均勻地分布。
根據(jù)在圖5中示出的第三擴展方案，壁結構部44構成為在軸向方向上延伸的、均勻地在通道壁42的圓周上分布的槽64，所述槽安置在可在圓周方向上轉動的插入件45中，所述插入件位于設置在通道壁42中的、與插入件45對應的凹槽47中。抽氣通道50的抽氣口 52位于凹槽47的底部中。通過插入件45的設置在槽64之間的腹板49根據(jù)插入件45的位置將開口 52封閉或者部分地打開或者完全地打開。圖6和7分別以立體圖示出其中設有抽氣口 52的可調整的機匣處理部的第四擴展方案。圖6示出具有在圓周方向上環(huán)形的槽66的通道壁42，在所述槽中安置有用于打開和關閉壁結構部44的以及打開和關閉設置在槽側壁70中的抽氣口 52的徑向移動的插入件68。在圖6中，抽氣口 52通過插入件68來封閉。根據(jù)圖7，抽氣口 52打開。整體上，借助本發(fā)明提出一種軸流式渦輪壓縮機18或者一種燃氣輪機10，其具有以旋轉軸線12為中心設置的環(huán)形的壓縮機通道25，所述壓縮機通道在徑向外側由通道壁42定界并且在所述壓縮機通道中可組裝成環(huán)的動葉片27設置成可圍繞轉動軸線12轉動地支承。在此，動葉片27的端部自由的尖部29在形成間隙的情況下分別對置于通道壁42，其中在通道壁42本身中，在尖部29的軸向部段中至少部分地設有壁結構部44。為了進一步 改進軸流式渦輪壓縮機18的運行特性，設有用于抽取和引出在壓縮機通道25中流動的空氣的抽氣通道50的抽氣口 52，所述抽氣口根據(jù)本發(fā)明安置在壁結構部44中。
權利要求
1.軸流式渦輪壓縮機(18)， 具有以旋轉軸線(12)為中心設置的環(huán)形的壓縮機通道(25)，所述壓縮機通道在徑向外側由通道壁(42)定界并且在所述壓縮機通道中能夠組裝成環(huán)的動葉片(27)設置成能圍繞所述轉動軸線(12)轉動地支承，其中所述動葉片(27)的端部自由的尖部(29)在形成間隙的情況下分別對置于所述通道壁(42)，并且所述通道壁(42)在所述尖部(29)的軸向部段中至少部分地具有壁結構部(44)，并且 其中在所述通道壁(42)中設有抽氣通道(50)的抽氣ロ(52)，用于抽取在所述壓縮機通道(25)中流動的介質， 其特征在于，所述抽氣ロ(52)位于所述壁結構部(44)中。
2.根據(jù)權利要求I所述的軸流式渦輪壓縮機(18)，其中所述壁結構部(44)的大小和/或形狀是能夠改變的并且由此能夠至少部分地露出所述抽氣ロ(52)。
3.根據(jù)權利要求2所述的軸流式渦輪壓縮機(18)，其中所述壁結構部(44)的大小和/或形狀能夠借助于可動的插入件(45、48、68)改變，并且所述抽氣ロ(52)位于容納所述插入件(45、48、68)的凹槽(46、47、70)的側壁(54、70)中。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的軸流式渦輪壓縮機(18)，其中所述抽氣通道(50)在流動出ロ側與排放空氣系統(tǒng)和/或冷卻空氣系統(tǒng)連接。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的軸流式渦輪壓縮機(18)，其中每個動葉片環(huán)設有多個抽氣ロ(52)。
6.燃氣輪機(10)，具有根據(jù)上述權利要求之一所述的軸流式渦輪壓縮機(18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有以旋轉軸線(12)為中心設置的環(huán)形的壓縮機通道(25)的軸流式渦輪壓縮機(18)，所述壓縮機通道在徑向外側由通道壁(42)定界并且在所述壓縮機通道中可組裝成環(huán)的動葉片(27)設置成可圍繞轉動軸線(12)轉動地支承，其中動葉片(27)的端部自由的尖部(29)在形成間隙的情況下分別對置于通道壁(42)并且通道壁(42)在尖部(29)的軸向部段中至少部分地具有壁結構部(44)，并且其中在通道壁(42)中設有抽氣通道(50)的抽氣口(52)，用于抽取在壓縮機通道(25)中流動的介質。為了實現(xiàn)極其有效地抽取在壓縮機通道(25)流動的介質，將抽氣口(52)安置在壁結構部(44)中。
文檔編號F04D27/02GK102817865SQ20121018717
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權日2011年6月8日
發(fā)明者迪爾克·默滕斯 申請人:西門子公司