Mehrstufiger Axialkompressor. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Axialkompressor für Luft oder Gas, der sieh beispielsweise für den Einbau üi einem Gasturbinenaggreäat eignet., in welchem die Turbine den Kompressor ent weder direkt oder über ein Vorgelege an treibt, so dass die Drehzahl des Kompressors entweder die gleiche wie jene der Turbine oder -derselben direkt proportional ist.
Der Kompressor kann einen Hoch- und einen Nie derdruckteil aufweisen, von welchen jeder eine Anzahl Beschaufelungsstufen hat und fördert in eine Verbrennungskammer, aus welcher die Verbrennungsprodukte der Turbine zugeführt werden.
Bei Axialkompressoren ist es in manchen Fällen erwünscht, Mittel vorzusehen, um Luft aus einer Zwischenstufe des Kompressors ab zublasen, wie es z. B. beim Anlassen des Aggre gates der Fall ist, um einen unstabilen Gang des Kompressors unter den beim Anlassen be stehenden Verhältnissen zu verhüten.
Es ist bereits bekannt, das Abblasen der Luft automatisch durch fliehliraftbetätigtc Ventile zu bewirken, welche normalerweise in der Offenstellung gehalten sind und sich unter der Fliehkraftwirkung zu schliessen beginnen, sobald die Drehzahl einen bestimmten Wert; erreicht, und bei höheren Drehzahlen geschlos sen bleiben.
Das Abblasen könnte aber auch durch die Benützung von druckbetätigten Ablassventilen bewirkt werden, welche so angeordnet sind, dass sie sieh schliessen, sobald der Druck einen bestimmten Wert erreicht.
Der mehrstufige Axialkonipressor gemäss der vorliegenden Erfindung, der Mittel zum Abblasen von Luft an mindestens einer Kom- pressorzwischenstufe aufweist, um einen un stabilen Betrieb des Kompressors bei dessen Anlassen ztt verhindern, kennzeichnet sich da dureb, class diese Mittel mindestens eine diver gente Düse aufweisen, deren abgerundeter Einlauf mit der Zwischenstufe verbunden ist.
Im Falle eines Gasauslasses durch eine ge wöhnliche Düse nimmt das Auslassvolumen, be- zo;-en auf den Einlasszustand des Gases, mit zunehmendem Verhältnis des Einlass- zum Auslassdruck zu, bis das kritische Verhältnis erreicht ist, worauf keine beträehtliche Zu nahme des Auslassvolumens mehr eintritt.
Im Falle eines Gasauslasses durch eine divergente Düse wird das Auslassvolumen bei kleinem Verhältnis des Einlass- zum Auslassdruck im wesentlichen durch den Durchmesser des Aus- lassendes der Düse bestimmt., während bei einem grösseren Druckverhältnis, das aber klei ner ist als das kritische Druekverhält.nis einer einfachen Düse, bereits die kritische Ge schwindigkeit, im Hals erreicht wird, so dass das Auslassvolumen hierdurph begrenzt wird.
Als Folge der Verwendung einer oder meh rerer divergenter Düsen ergibt sich, da.ss das Verhältnis des abgeblasenen Volumens zum Ansaugvolumen bei steinender Drehzahl und zunehmendem Druckverhältnis des Kompres- sors abnimmt; diese Abnahme ist jedoch bei einem niedrigeren Verhältnis des.Einlass- zurr Auslassdxuck stärker als bei einer einfachen Düse.
Bei einer Ausführungsform des Erfin- dumgsgegenstandes ist eine Anzahl divergen ter Düsen in Umfangsrichtuung rings um das Gehäuse des Kompressors verteilt angeordnet. Ihre Längsachsen können radial zur Kompres- soraehse liegen. Die Düsen können auch so ge bogen sein, da.ss sie in bezeig auf die Dreh richtung des Kompressors nach rückwärts ragen.
Wenn die Abblasdüsen in zwei Stufen des Kompressors vorgesehen sind, können die Düsen der vorhergehenden Stufe in Serie mit jenen der nachfolgenden Stufe angeord= net sein, so dass beim Erreichen eines gege benen Druckverhältnisses der Fluss durch die Abzweiglöcher der tieferen Stufe unterbro chen wird. In solchen Fällen wird der Druck abfall in der Düse für die obere Stufe gleich der Druckdifferenz zwischen den beiden auf diese Weise angezapften Stufen.
Anstatt die Abblasdüsen dem Gehäuse des Kompressors zuzuordnen, können die selben oder eine einzige innenseits des Rotors oder bei einem gegenläufigen Kompressor innenseits des innern Rotors angeordnet sein, und dem Rotor oder innern Rotor kann eine Umkehrzentrifuigalstife zugeordnet sein zur Speisung der Düse, welche zweckmässigerweise axial im Kompressor angeordnet ist. Die Um kehrstufe ist zweckmässigerweise mit Radial schaufeln zur Vermeidung von Werbelungen ausgebildet.
Ein Teil der so entnommenen Lift kann für die Kühlung der Lager des Kompressors abgeleitet werden.
Die durch die Düse strömende Luft wird vorieilhafterweise zum Einlass der ersten Stufe geleitet.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsge genstandes sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer divergenten Düse, und Fig. 2, 3 uuid 4.
zeigen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in schematischem Längsschnitt durch eine Hälfte. Eine vollständige Erklärung der divergen ten Düse ist einleitend gegeben worden, so dass es genügen dürfte, zur Erklärung der Fig. 1 anzugeben, dass<B>A</B> der Einlass der Düse, B der Hals tuid C der Auslass der Düse ist, wobei die Strömungsrichtung durch den Pfeil angedeutet wird.
Fig. 2 zeigt zwei Düsen 1 und 2 der in Fig. 1 dargestellten Art, welche in verschie denen Stufen des Kompressors 3 angeordnet sind. Das Organ 4 kann entweder in Form eines Zylinders ausgebildet sein, dessen Achse senkrecht zur Kompressor achse steht und der über Abzweiglöcher im Gehäuse des Kompres- sors angeordnet ist, oder es kann ein ring förmiger Kanal sein, um dessen Umfang je eine Anzahl solcher eingeschnürten Düsen an geordnet sind.
Fig. 3 zeigt die in der Einleitung erwähnte Anordnung, bei welcher zwei divergente DTC j sen 1a und 2a in Serie angeordnet sind, wobei die Düsenansätze 4a, welche ringförmig sein können, durch Rohre oder ringförmige Kanäle 5 mit den Abzweiglöchern im Gehäuse des Kompressors verbunden sein können.
Schliesslich ist in Fig. 4 eine einzige diver gente Abblasdüse 1b axial innerhalb des Ro tors des Kompressors angeordnet, falls letzte rer gegenläufig ist, kann innerhalb des innern Rotors eine solche Düse vorgesehen werden. Dem Rotor oder innern Rotor ist eine Um kehrzentrifugalstufe 6 zugeordnet für die Speisung der Düse 1b, welche zweckmässiger weise, wie dargestellt, axial angeordnet ist. Die abgeblasene Luft strömt durch die Kanäle i zum Umkehrkompressor 6.
Der letztere kann in seinem innern Teil Radialschaufeln 8 mir Verhütung von Luftwirbelungen haben.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Rotor auf der nichtdargestellten Welle mittels einer Scheibe 9 von gekrümmtem Querschnitt ab gestützt; 10 zeigt einen Teil des Lagergehäu ses, welches mittels einer Scheibe 11 in einem festen Einlassgehäuseteil 12 des Kompressors 3 abgestützt ist.
Ein Teil der die Düse 1b ver lassenden Luft kann durch den innern Teil der Scheibe 9 strömen, um das Kompressor lager 10 zu kühlen, während ein weiterer Teil der aus der Düse 1b ausströmenden Luft durch Löcher 13 in der Scheibe 9 austreten kann, um die äussere Oberfläche des Kompres- sorlagers zu kühlen lind ausserdem, wie durch den Pfeil 14 angedeutet, in das Einlassende des dargestellten Kompressors 3 einzuströmen.
Ferner kann ein Teil der Luft aus dem Umkehrkompressor 6, wie durch den Pfeil 15 angedeutet, durch einen Kanal 16 strömen, um das Turbinenlager zu kühlen, falls der Kompressor durch eine Gasturbine angetrie ben wird.
Multi-stage axial compressor. The present invention relates to a multistage axial compressor for air or gas, which is suitable, for example, for installation in a gas turbine unit, in which the turbine drives the compressor either directly or via an intermediate gear, so that the speed of the compressor is either the same as that of the turbine or directly proportional to it.
The compressor can have a high and low pressure part, each of which has a number of blading stages, and delivers into a combustion chamber from which the combustion products are fed to the turbine.
In axial compressors, it is desirable in some cases to provide means to blow air from an intermediate stage of the compressor from, as z. B. when starting the aggregate gate is the case to prevent an unstable gear of the compressor under the conditions be when starting be.
It is already known to cause the air to be blown off automatically by means of fliehliraftbetierterc valves which are normally kept in the open position and begin to close under the effect of centrifugal force as soon as the speed reaches a certain value; reached, and remain closed at higher speeds.
The blow-off could, however, also be effected by using pressure-actuated discharge valves which are arranged in such a way that they close as soon as the pressure reaches a certain value.
The multistage axial compressor according to the present invention, which has means for blowing off air at at least one intermediate compressor stage in order to prevent unstable operation of the compressor when it is started, is characterized by the fact that these means have at least one divergent nozzle, whose rounded inlet is connected to the intermediate stage.
In the case of a gas outlet through a common nozzle, the outlet volume, based on the inlet state of the gas, increases with an increasing ratio of the inlet to the outlet pressure until the critical ratio is reached, whereupon there is no longer any significant increase in the outlet volume entry.
In the case of a gas outlet through a divergent nozzle, the outlet volume is essentially determined by the diameter of the outlet end of the nozzle if the ratio of the inlet to the outlet pressure is small, whereas if the pressure ratio is higher but smaller than the critical pressure ratio a simple nozzle, the critical speed is already reached in the throat, so that the outlet volume is limited here.
As a result of the use of one or more divergent nozzles, the ratio of the volume blown off to the suction volume decreases with the speed of rotation and the increasing pressure ratio of the compressor; however, this decrease is greater at a lower inlet to outlet pressure ratio than for a simple nozzle.
In one embodiment of the subject matter of the invention, a number of divergent nozzles are arranged distributed in the circumferential direction around the housing of the compressor. Their longitudinal axes can lie radially to the compressor axis. The nozzles can also be bent in such a way that they protrude backwards in relation to the direction of rotation of the compressor.
If the blow-off nozzles are provided in two stages of the compressor, the nozzles of the previous stage can be arranged in series with those of the following stage, so that when a given pressure ratio is reached, the flow through the branch holes of the lower stage is interrupted. In such cases the pressure drop in the nozzle for the upper stage will be equal to the pressure difference between the two stages tapped in this way.
Instead of assigning the blow-off nozzles to the housing of the compressor, the same or a single one can be arranged inside the rotor or, in the case of a counter-rotating compressor, inside the inner rotor, and a reversing centrifugal pin can be assigned to the rotor or inner rotor to feed the nozzle, which is conveniently located axially in the Compressor is arranged. The reverse step is expediently designed with radial blades to avoid advertising.
Part of the lift removed in this way can be used to cool the compressor bearings.
The air flowing through the nozzle is preferably directed to the inlet of the first stage.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing, namely: FIG. 1 shows a schematic longitudinal section of a divergent nozzle, and FIGS. 2, 3 and 4.
show embodiments of the subject matter of the invention in a schematic longitudinal section through one half. A complete explanation of the divergent nozzle has been given in the introduction, so that it should suffice to explain FIG. 1 that A is the inlet of the nozzle, B the throat and C the outlet of the nozzle , the direction of flow being indicated by the arrow.
Fig. 2 shows two nozzles 1 and 2 of the type shown in FIG. 1, which are arranged in different stages of the compressor 3. The organ 4 can either be designed in the form of a cylinder, the axis of which is perpendicular to the compressor axis and which is arranged via branch holes in the housing of the compressor, or it can be an annular channel around its circumference a number of such constricted nozzles are arranged.
Fig. 3 shows the arrangement mentioned in the introduction, in which two divergent DTC j sen 1a and 2a are arranged in series, the nozzle attachments 4a, which can be annular, connected by pipes or annular channels 5 to the branch holes in the housing of the compressor could be.
Finally, in FIG. 4, a single divergent blow-off nozzle 1b is arranged axially within the Ro tor of the compressor, if the latter is counter-rotating, such a nozzle can be provided within the inner rotor. The rotor or inner rotor is assigned a reversing centrifugal stage 6 for feeding the nozzle 1b, which is expediently arranged axially, as shown. The blown air flows through the channels i to the reversing compressor 6.
The latter can have radial blades 8 in its inner part to prevent air turbulence.
As can be seen from Figure 4, the rotor is supported on the shaft, not shown, by means of a disk 9 of curved cross-section; 10 shows part of the bearing housing which is supported by means of a disk 11 in a fixed inlet housing part 12 of the compressor 3.
A part of the air leaving the nozzle 1b can flow through the inner part of the disc 9 to cool the compressor bearing 10, while a further part of the air flowing out of the nozzle 1b can exit through holes 13 in the disc 9 in order to To cool the outer surface of the compressor bearing, as indicated by the arrow 14, flow into the inlet end of the compressor 3 shown.
Furthermore, part of the air from the reversing compressor 6, as indicated by arrow 15, can flow through a duct 16 in order to cool the turbine bearing if the compressor is driven by a gas turbine.