CH318017A - Multi-stage axial flow compressor - Google Patents

Multi-stage axial flow compressor

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CH318017A
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CH
Switzerland
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blade
guide vane
axial flow
stage axial
compressor
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German (de)
Inventor
Light Wilde Geoffrey
Bathgate Mckenzie Archibald
Original Assignee
Rolls Royce
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0246Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  

  Mehrstufen-Axialströmungskompressor    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf  Mehr stufen-Axialströmungskompressoren.  



  Von besonderer Wichtigkeit ist. die Erfin  dung bei mehrstufigen Axialkompressoren mit  hohem Kompressionsverhältnis, zum Beispiel.  hei Kompressoren von Flugzeuggasturbinen  anlagen, bei welchen der Kompressor beson  ders im obern Drehzahlbereich, der der Lei  stung bei Reiseflug oder der Maximalleistung  der Anlage entspricht, hohen Wirkungsgrad  besitzen soll.  



  Üblicherweise wird der Kompressor so ge  baut, dass er innerhalb des genannten Dreh  zahlbereiches den     besten    Wirkungsgrad auf  weist.  



  Es hat sich gezeigt, dass zur Erzielung  eines grossen Massendurchflusses unter Ver  meidung eines übermässig grossen     Gesamt-          durehm.essers    das Naben/Spitzen-Verhältnis  der Schaufeln der Einlassstufen möglichst  klein sein muss. Das Naben/Spitzen-Verhältnis  ist wie folgt definiert:  
EMI0001.0004     
  
    Ratordurchmesser <SEP> am <SEP> Schaufelfuss
<tb>  Rotordurehmesser <SEP> an <SEP> der <SEP> Sühaufelspitze.       Obwohl die vorliegende Erfindung allge  mein auf Mehrstufen-Axialströmungskompres  soreü mit hohem Kompressionsverhältnis an  wendbar ist, besitzt sie ihre besondere Bedeu  tung dort, wo das Naben/Spitzen Verhältnis  in der Einlassstufe kleiner als 0,55: l ist.

      Wenn der Kompressor so ausgebildet ist,  dass er bei einer bestimmten Drehzahl. des  obern Drehzahlbereiches den besten Wirkungs  grad besitzt, so sinkt bei Drehzahlen im untern.  Drehzahlbereich in den Einlassstufen der Wir  kungsgrad stark ab, zufolge     des    verminderten  Gesamtdichteverhältnisses des durch den Kom  pressor strömenden Gases.  



  Bekanntlich umfasst eine Kompressorstufe  einen Laufschaufelkranz mit anschliessendem  Leitschaufelkranz. Ein Leitschaüfelkranz, der  unmittelbar vor dem Laufschaufelkranz der  Einlassstufe angeordnet ist, wird im folgenden  als  der Einlassstufe vorgeordneter     Leitschaui-          felkranz     bezeichnet.  



  Die vorliegende Erfindung bezweckt die  chafftuig eines Mehrstufen-Axialkompressors,  S<B>S</B>  bei welchem während des Betriebes mit Dreh  zahlen im untern Drehzahlbereich der Wir  kungsgrad der Einlassstufen verbessert wer  den kann, so dass über einen weiten Drehzahl  bereich ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.  



  Der Mehrstufen-Axialkompressor gemäss  der Erfindung, der einen einer Einlassstufe  vorgeordneten Leitschaufelkranz besitzt, ist\       dadurch    gekennzeichnet,     d'ass    in Abhängigkeit  einer     Betriebsgrösse    des Kompressors     betätigte          111        itt &         vorgesehen        sind:

      zur Änderung der     Gas-          strömungsrichtung    durch den     Leitsehaufel-          kranz,        zwecks        Ändei-Ling    des Dralles des in  den nachfolgenden     Laufschaufelkmnz    eintre  tenden     Gasstromes    über den radmal     innern    Teil      dieser     Laufschaufeln,    so dass der Drall bei  einem untern Drehzahlbereich entsprechenden  Werten der genannten Betriebsgrösse grösser  ist als bei einem obern Drehzahlbereich ent  sprechenden Werten dieser Betriebsgrösse, und  zwecks entgegengesetzter Änderung des Dralles,

    des in den genannten Laufschaufelkranz ein  tretenden     Gasstromes    über den     radial    äussern  Teil der Laufschaufeln, so dass der Drall bei  dem     untern    Drehzahlbereich     entsprechenden     Werten der Betriebsgrösse kleiner ist als bei  dem obern Drehzahlbereich entsprechenden  Werten dieser Betriebsgrösse.  



  Die genannte     Betriebsgrösse    kann die     wirk-          liche    oder die korrigierte Drehzahl oder  irgendeine andere drehzahlabhängige Betriebs  grösse des Kompressors sein.  



  Die Erfindung ist besonders gut auf Axial  kompressoren anwendbar, deren Kompressions  verhältnis grösser als 6:1, deren Naben/  Spitzen-Verhältnis am Einlass kleiner als  0,55:1 und deren Gesamtdrehzahlbereich  grösser als 3: 1 ist.  



  Ein solcher Kompressor besitzt. nun Bei  spiel zehn Stufen, wobei der Laufschaufelung  der ersten Stufe ein Leitschaufelkranz vorge  ordnet ist. Dieser Leitschaufelkranz wird  üblicherweise Drallschaufelkranz genannt,  wobei die Erfindung besonders auf diesen  Drallschaufelkranz anwendbar ist, und zwar  entweder nur auf diesen oder auch auf die  andern vorgeordneten Leitschaufelkränze der  Einlassstufen des Kompressors.  



  In der beiliegenden Zeichnung sind Aus  führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes  dargestellt; es zeigt:  Fig. 1, 2 und 3 verschiedene Formen von       Leitschaufeln,    welche in einem Kompressor  nach der Erfindung verwendbar sind,  Fig. 4 eine Gasturbinenanlage, teilweise im       Schnitt,    mit einem Ausführungsbeispiel des  erfindungsgemässen Kompressors, und  Fig. 5 teilweise im Schnitt eine Ausfüh  rungsform des Steuermittel, wie sie beim Kom  pressor gemäss Fig. 4 verwendbar sind.  



  Gemäss den Fig. 1 bis 3 besitzt der     Einlass-          leitschaufelkranz    eines     Axialströmungskom-          pressors    Schaufeln mit dem gewünschten aero-    dynamischen Profil. Jrede Einlassleitschaufel  besitzt einen äussern Teil 10 und einen innern  Teil 11. Der Schaufelteil 10 ist in Lagern 12  im Aussengehäuse 13 des Kompressors um eine  Achse drehbar     gelagert,    während der Schaufel  teil 11 in gleicher Weise in Lagern 5 in einem  Ring     gelagert    ist, der am stationären Tragteil  6 für das vordere Kompressorlager befestigt ist.  



  Die äussern Schaufelteile 10, die im Ge  häuse 13 gelagert sind, sind zur gleichsinni  gen     gemeinsamen    Einstellung um die Achsen  Y-Y miteinander verbunden. Ebenso sind  die innern Schaufelteile 11, die im Tragteil 6  gelagert sind, miteinander verbunden. Bei den  Beispielen ist an jedem Schaufelteil ein Arm  20 befestigt, welche Arme durch einen Ring 21  miteinander verbunden sind; der Ring 21 ist.  um die Kompressorachse drehbar, wodurch die  Schaufelteile verdreht und somit der Drall,  welcher durch diese Schaufeltssile den durch  strömenden Gasen erteilt wird, verändert wer  den     kann.     



  Den äussern und     den        innern    Schaufelteilen  ist je ein Antriebsmotor 22 bzw. 23 zugeord  net, welche die     Einstellung    der Schaufelteile       ermöglichen.    Inder Zeichnung sind     diese    Mo  toren als     hydraulische    Motoren     dargestellt;    es  können aber auch Elektromotoren vorgesehen  sein.

   Die Anordnung ist dabei derart, dass  heim Betrieb im untern Drehzahlbereich des  Kompressors die äussern Teile der     Leitschau-          feln    im Sinne einer     Verminderung    des     Dralles,     am     Auslass    der     Einlassleitschaufeln    verstellt  werden,     während    gleichzeitig die innern Schau  felteile im Sinne einer     Vergrösserung    des       Dralles    verstellt werden.  



  Die beiden Teile der Leitschaufeln sind,  wie     Fig.    1     zeigt,    durch Halbieren der Schau  feln     gebilJdet,    so, dass ein radial äusserer  Schaufelteil 10 und ein radial innerer Schau  felteil 11 gebildet     ist.    Bei     diesem        Ausführungs-          beispiel    sind beide Schaufelteile 1.0, 11 auch  noch in Lagern gelagert, die von einem     Rin-    7  getragen sind.

   Der Ring 7 erstreckt sich axial       bezüglich    der     Rotationsaxe    X -X des Kom  pressors und     ist    an radialen Streben 8 be  festigt, auf     welchen    der stationäre     Lagerteil     1.6     abgestützt    ist. Somit     isst    ersichtlich, dass      beide Schaufelteile 10, 11 so schwenkbar ge  lagert sind, dass der Drall des Gasstromes  durch den Kompressor durch Verschwenken  der Schaufelteile um eine in Richtung der  Schaufellängsaxe verlaufende Axe Y-Y ver  ändert werden kann.  



  Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungs  beispiel ist jede der- einstellbaren     Leitschau-          feln    in Diagonalrichtung geteilt, so dass ein  äusserer Schaufelteil 10 gebildet ist, der sich  am äussern Schaufelende über die ganze Schau  felbreite erstreckt und die Vorderkante der       Schaufel    enthält, während der innere     Schau-          Felteil    11 die Schaufelhinterkante aufweist und  sich am radial innern Schaufelende über die  ganze Schaufelbreite     erstreckt.    Die 'beiden  Schaufelteile 10, 11 sind um die Axe Y-Y  einstellbar, und zwar der     äussere    Schaufelteil  10 mittels des Motors 22 und der innere  Schaufelteil 11 mittels des Motors 23.  



  In     gewissen    Fällen können auch durch  Verdrehen deformierbare, zum Beispiel aus  geeignetem Stahl bestehende Schaufeln vor  gesehen sein, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.  Die     Anordnung        ist    dabei derart, dass die  Schaufelenden durch die Motoren 22 und 23  gleichzeitig in     entgegengesetzten    Richtungen  verdreht werden können. Bei dieser Ausfüh  rungsform sind die beiden Schaufelteile 10,  11 nicht als getrennte Teile ausgebildet.  



  Die Betätigung der Antriebsmotoren 22, 23  wird durch eine Drehzahlansprechvorrichtung  gesteuert. Diese Vorrichtung kann zum Bei  spiel ein Zentrifugalregler sein, der mit einer  zur Drehzahl des Kompressors proportionalen       Drehzahl    angetrieben wird. Anderseits kann  die     Steuerung    auch     mittels    einer auf das  Druckverhältnis des     Kompressors    anspre  chenden Vorrichtung erfolgen.

   Sind zum Ver  stellen der Schaufelteile     Elektromotoren    vor  gesehen, so können diese Vorrichtungen dann       bestimmt    sein, die     Stromzufuhr        zu    den Moto  ren einzuschalten, wenn eine bestimmte Kom  pressordrehzahl oder ein bestimmtes Kom  pressordruckverhältnis erreicht wird.  



  Es kann in gewissen Fällen erwünscht  sein, in einem     bestimmten    Drehzahlbereich des       Kompressors    die     Einstellung        des    einen oder    beider Schaufeltelle stetig zu gestalten. In  diesem Fall kann eine Steuervorrichtung vor  gesehen sein, welche hydraulisch auf Dreh  zahländerungen anspricht und dadurch die  Zufuhr von Servofluidum zu einem Servo  motor steuert. Eine solche Anordnung ist bei  spielsweise, in den Fig. 4 und 5 dargestellt.  



  Bei diesem Beispiel ist der mehrstufige  Axialkompressor 14 der Gasturbinenanlage  zur Förderung von komprimierter Luft in  die Verbrennungseinrichtung 16 vorgesehen,  in welcher mittels der Einspritzdüsen 17 zuge  führter Brennstoff verbrannt wird. Die Ver  brennungsprodukte aus der Verbrennungsein  richtung 16 strömen durch die Turbine 18,  welche zum     Antrieb    des     Kompressors    durch  eine Welle 19 mit diesem verbunden ist.  



  Den Düsen 17 wird aus einem Tank 24       mittels    einer     Brennstoffpumpe    26 Brennstoff       zugeführt.    Die Saugseite der Brennstoff  pumpe 26 ist mittels einer Saugleitung 25 an  den Tank 24 angeschlossen, während die     För-          derseite    der Pumpe 26 über eine Drossel 27  an einen Verteiler für die Düse 17 ange  schlossen ist.  



  Die einstellbaren Teile 10, 11 der     Einlass-          leitschaufeln    sind zu gleichzeitiger Betätigung  in     :entgegengesetzten        Richtungen.    mittels der  hydraulischen Servovorrichtungen 22, 23 mit  einander verbunden.

   Jede Kolbenstange     32ca     (Fug. 5)     des    Kolbens 32     einer        hydraulischen          Servovorrichtung        ist    mit     einem        radialen    Arm  28 verbunden, der an einem     einstellbaren    Teil  einer     Leitschaufel    angebracht     ist.    Jede hydrau  lische     Servovorrichtung    22, 23 besitzt gemäss       Fig.    5 einen     Zylinder    31, in welchem der  Kolben 32     geführt    ist,

       sowie    einen     Steuer-          mechanismus    33,     mittels    welchem die     Stellung     des     Kolbens    32 im Zylinder     in    Abhängigkeit  von der korrigierten Drehzahl     der    Anlage fest  gelegt wird. Die     Kolbenstange        32a        ist    hohl     -und      in Führungen 34, 35     gelagert,    welche gleich  zeitig dem Kolben 32     als        Anschläge    dienen.

    Der     Hohlraum        der        Kolbenstange        32a        stellt     durch eine     Bohrung    36 mit dem Zylinder  raum 37 auf der einen     Seite    des     Kolbens    32  in     Verbindllll,g,    so     dass    die dem Zylinder  raum 37 zugekehrte     wirksame    Fläche des Kol,-      bens 32 grösser ist als die dem Zylinderraum  38 zugekehrte Kolbenfläche. Durch die     Brenn-          staffpumpe    26 wird durch eine Leitung 39  jedem Zylinder 31 der Servovorrichtungen  Brennstoff zugeführt.

   Die Leitung 39 steht  mit Bohrungen 40, 41 in dien     Servovorrich-          tungen    in Verbindung. Die Bohrung 40 mün  det direkt in den Zylinderraum 38, während  die Bohrung 41 über eine Drossel 42 mit dem  Zylinderraum 37 ih Verbindung steht.  



  Der     Steuermechanismus    33 besitzt zwei  Abteile 43, 44, die durch eine biegsame Mem  bran 45 voneinander getrennt sind. Das Ab  teil 43 ist durch eine Leitung 46 stromabwärts  einer Strömungsdrossel 61 mit veränderbarem  Öffnungsquerschnitt an eine Leitung 60 an  geschlossen, während das Abteil 44 stromauf  wärts der Drossel 61 durch eine Leitung 47  mit der Leitung 60 verbunden ist. Die Leitung  60 ist mit der Saugleitung 25 verblenden und  enthält eine Verdrängerpumpe 64 mit bei  konstanter Drehzahl konstanter Fördermenge.  Die Plumpe 64 wird über die Antriebsmittel  64a (Fig. 4) durch die Kompressorwelle 19  angetrieben,     so    dass der     Brennstoffstrom    durch  die Drossel 61 eine Funktion der Drehzahl  der Anlage ist.

   Die Querschnittsfläche der  Drossel 61 wird in Abhängigkeit von der Tem  peratur im Einläss des Kompressors einge  stellt, indem ein im Einlass angeordneter Be  hälter 65 als Temperaturfühler wirkt. Die       Einstellung    erfolgt mittels des Balges 66, der  durch die Leitung 67 an den Behälter 65 an  geschlossen ist. Der Balg 65 ist im Innern  eines     Gehäuses    68     angeordnet.     



  Somit ist der Fluidstrom durch die Pumpe  proportional der momentanen Maschinendreh  zahl, während die Querschnittsfläche der  Drossel 61 in Abhängigkeit von der Kompres  sor einlasstemperatur eingestellt wird. Die Ver  hältnisse     sind    so gewählt, dass der an der  Drossel 61 auftretende Druckabfall der     korri-          gierten    Drehzahl der Maschine proportional       ist.     



  Die Membran 45 ist mittels einer Stange  51 durch eine Feder 50 belastet. Diese     Feder-          belastung        hängt        von    der Lage     des        Kolbenfis    32    im Zylinder 31 ab. Ferner ist die Membran  45 durch eine zweite Feder 52 belastet, welche  in der gleichen Richtung wie die Feder 50,  dagegen entgegengesetzt zu der durch den  Fluiddruck bewirkten Belastung der Membran  wirkt.    Die Bewegungen der Membran 45 werden  auf eine Stange 53 übertragen, welche ein       halbkugelförmiges    Ventilelement 54 trägt.

    Das     Ventilelement    54     steuert    den     Fluidum-          ausfluss    aus dem Zylinderraum 37 durch eine  Leitung 55, welche aus diesem Raum in eine  Kammer 56 führt. Die Kammer 56 ist durch  eine     Leitung    57 mit der Saugseite der     Pumpe     26 verbunden.    Wenn im beschriebenen System der     Druek-          abfall    Null ist, befindet sich der Kolben 32  am linken Ende des Zylinders 31 (Fig. 5)  und die Feder 50 ist entlastet.

   Es versteht  sich, dass wenn ein Flüssigkeitsdruck auf die  Membran 45 wirkt, und zwar genügend stark,  um die Belastung durch die Feder 52 auf  heben zu     können,    so hebt sich das Ventil  element 54 von seinem Sitz, wobei aus dem  Zylinderraum 37 Fluidum entweichen kann.

    Dabei sinkt der Druck in diesem Zylinder  raum, und der     Kolben:    32 bewegt sich gemäss       Fig.    5 nach     rechts,    bis die durch die Feder 50  bewirkte     Belastung    der Membran 45 den     auf     diese Membran     wirkenden        Fluid'druck        wieder          überwiegt.    Somit nimmt der Kolben 32 bei  jedem Wert der     korrigierten    Drehzahl-     eint     bestimmte Lage im Zylinder 31 ein     und    er  einstellbare     Schaufelteil    10 bzw.

   11 jeder       Einlassleitschaufel,    der mit dem Kolben 32  verbunden     ist,    wird auf einen bestimmten       Auslasswinkel    eingestellt, durch welchen der  Drall des     Luftstromes,    .der an diesem     Schau-          felteil        vorbeiströmt,    bestimmt     wird.     



  Die     wirksame        Qlierschnittsfläehe    der Dros  sel 61, die Fläche der Membran 45 und die  Stärke der Feder 52     sind    bezüglich der För  dermenge der Pumpe 64 so     gewählt.,    dass die  beschriebene Steuerung der Schaufelteile<B>10,</B>  11 innerhalb eines Drehzahlbereiches zur Wir  kung kommt, dessen untere Grenze durch die       Stärke    der Feder 52     bestimmt    ist.



  Multistage Axial Flow Compressor The present invention relates to multistage axial flow compressors.



  Is of particular importance. the inven tion in multi-stage axial compressors with a high compression ratio, for example. Hei compressors of aircraft gas turbines systems, in which the compressor FITS in the upper speed range, which corresponds to the performance during cruising or the maximum power of the system, should have high efficiency.



  The compressor is usually built in such a way that it has the best efficiency within the specified speed range.



  It has been shown that in order to achieve a high mass flow rate while avoiding an excessively large overall diameter, the hub / tip ratio of the blades of the inlet stages must be as small as possible. The hub / tip ratio is defined as follows:
EMI0001.0004
  
    Ratio diameter <SEP> at the <SEP> blade root
<tb> Rotordurehmesser <SEP> on <SEP> the <SEP> sowing blade tip. Although the present invention is generally applicable to multi-stage axial flow compressors with a high compression ratio, it is particularly important where the hub / tip ratio in the inlet stage is less than 0.55: 1.

      When the compressor is designed to run at a certain speed. the upper speed range has the best degree of efficiency, it decreases at speeds in the lower. The speed range in the inlet stages greatly decreases the efficiency, due to the reduced overall density ratio of the gas flowing through the compressor.



  It is known that a compressor stage comprises a rotor blade ring with an adjoining guide blade ring. A guide vane ring, which is arranged directly in front of the rotor blade ring of the inlet stage, is referred to below as a guide vane ring upstream of the inlet stage.



  The present invention aims to create a multi-stage axial compressor, S <B> S </B> in which the efficiency of the inlet stages can be improved during operation at speeds in the lower speed range, so that a high speed range can be increased over a wide speed range Efficiency is achievable.



  The multi-stage axial compressor according to the invention, which has a guide vane ring upstream of an inlet stage, is characterized in that, depending on an operating variable of the compressor, there are provided:

      to change the direction of gas flow through the guide vane ring, for the purpose of changing the twist of the gas flow entering the subsequent rotor blade km over the inner part of these rotor blades, so that the twist is greater than the specified operating variable at a lower speed range corresponding to values with an upper speed range corresponding values of this operating variable, and for the purpose of changing the twist in the opposite direction,

    of the gas flow entering said rotor blade ring over the radially outer part of the rotor blades, so that the swirl in the values of the operating variable corresponding to the lower speed range is smaller than in the upper speed range corresponding values of this operating variable.



  Said operating variable can be the real or the corrected speed or any other speed-dependent operating variable of the compressor.



  The invention is particularly applicable to axial compressors whose compression ratio is greater than 6: 1, whose hub / tip ratio at the inlet is less than 0.55: 1 and whose total speed range is greater than 3: 1.



  Such a compressor possesses. Now, for example, ten stages, with the rotor blades of the first stage being pre-arranged with a guide vane ring. This guide vane ring is usually called a swirl vane ring, the invention being particularly applicable to this swirl vane ring, either only to this or to the other upstream guide vane rings of the inlet stages of the compressor.



  In the accompanying drawings, exemplary embodiments of the subject invention are shown; 1, 2 and 3 show different shapes of guide vanes which can be used in a compressor according to the invention, FIG. 4 shows a gas turbine plant, partly in section, with an exemplary embodiment of the compressor according to the invention, and FIG. 5 partly in section Ausfüh approximately form of the control means, as they can be used in the compressor according to FIG.



  According to FIGS. 1 to 3, the inlet guide vane ring of an axial flow compressor has blades with the desired aerodynamic profile. Each inlet guide vane has an outer part 10 and an inner part 11. The vane part 10 is rotatably mounted about an axis in bearings 12 in the outer housing 13 of the compressor, while the vane part 11 is mounted in the same way in bearings 5 in a ring that is attached to the stationary support part 6 is attached for the front compressor bearing.



  The outer blade parts 10, which are stored in the housing 13 Ge, are connected to each other for the same setting conditions about the axes Y-Y. The inner blade parts 11, which are mounted in the support part 6, are also connected to one another. In the examples, an arm 20 is attached to each blade part, which arms are connected to one another by a ring 21; the ring 21 is. rotatable around the compressor axis, which rotates the blade parts and thus the twist, which is given by these blade parts to the gases flowing through, changes who can.



  The outer and inner blade parts are each assigned a drive motor 22 and 23, which enable the blade parts to be adjusted. In the drawing, these motors are shown as hydraulic motors; however, electric motors can also be provided.

   The arrangement is such that when the compressor is operating in the lower speed range, the outer parts of the guide vanes are adjusted to reduce the swirl at the outlet of the inlet guide vanes, while at the same time the inner parts of the vane are adjusted to increase the swirl.



  As FIG. 1 shows, the two parts of the guide vanes are formed by cutting the vanes in half, so that a radially outer vane part 10 and a radially inner vane part 11 are formed. In this exemplary embodiment, both blade parts 1.0, 11 are also supported in bearings that are carried by a ring 7.

   The ring 7 extends axially with respect to the axis of rotation X -X of the compressor and is fastened to radial struts 8 be on which the stationary bearing part 1.6 is supported. It can thus be seen that both blade parts 10, 11 are pivoted so that the swirl of the gas flow through the compressor can be changed by pivoting the blade parts about an axis Y-Y running in the direction of the longitudinal axis of the blade.



  In the embodiment shown in FIG. 2, each of the adjustable guide vanes is divided in the diagonal direction so that an outer vane part 10 is formed which extends at the outer vane end over the entire vane width and contains the leading edge of the vane, during the inner blade part 11 has the blade rear edge and extends over the entire blade width at the radially inner blade end. The two vane parts 10, 11 are adjustable about the axis Y-Y, namely the outer vane part 10 by means of the motor 22 and the inner vane part 11 by means of the motor 23.



  In certain cases deformable blades, for example made of suitable steel, can also be seen in front of them, as shown in FIG. 3. The arrangement is such that the blade ends can be rotated simultaneously in opposite directions by the motors 22 and 23. In this embodiment, the two blade parts 10, 11 are not designed as separate parts.



  The actuation of the drive motors 22, 23 is controlled by a speed response device. This device can, for example, be a centrifugal regulator which is driven at a speed proportional to the speed of the compressor. On the other hand, the control can also take place by means of a device responding to the pressure ratio of the compressor.

   If electric motors are seen to set the blade parts before, these devices can then be intended to switch on the power supply to the motors when a certain compressor speed or a certain Kom compressor pressure ratio is reached.



  In certain cases it may be desirable to make the setting of one or both of the blade points constant in a certain speed range of the compressor. In this case, a control device can be seen, which responds hydraulically to speed changes and thereby controls the supply of servofluidum to a servo motor. Such an arrangement is shown in FIGS. 4 and 5, for example.



  In this example, the multi-stage axial compressor 14 of the gas turbine system is provided for conveying compressed air into the combustion device 16, in which fuel supplied by means of the injection nozzles 17 is burned. The combustion products from the combustion device 16 flow through the turbine 18, which is connected to the compressor by a shaft 19 to drive the compressor.



  The nozzles 17 are supplied with fuel from a tank 24 by means of a fuel pump 26. The suction side of the fuel pump 26 is connected to the tank 24 by means of a suction line 25, while the delivery side of the pump 26 is connected to a distributor for the nozzle 17 via a throttle 27.



  The adjustable parts 10, 11 of the inlet guide vanes are for simultaneous actuation in: opposite directions. connected to one another by means of the hydraulic servo devices 22, 23.

   Each piston rod 32ca (fig. 5) of the piston 32 of a hydraulic servo device is connected to a radial arm 28 which is attached to an adjustable part of a guide vane. Each hydraulic servo device 22, 23 has, according to FIG. 5, a cylinder 31 in which the piston 32 is guided,

       and a control mechanism 33, by means of which the position of the piston 32 in the cylinder is fixed as a function of the corrected speed of the system. The piston rod 32a is hollow and mounted in guides 34, 35, which at the same time serve as stops for the piston 32.

    The cavity of the piston rod 32a connects through a bore 36 with the cylinder space 37 on one side of the piston 32, so that the effective area of the piston 32 facing the cylinder space 37 is larger than that of the cylinder space 38 facing piston surface. The fuel pump 26 supplies fuel to each cylinder 31 of the servo devices through a line 39.

   The line 39 is connected to bores 40, 41 in the servo devices. The bore 40 opens directly into the cylinder chamber 38, while the bore 41 is connected via a throttle 42 to the cylinder chamber 37 ih.



  The control mechanism 33 has two compartments 43, 44 which are separated from each other by a flexible Mem brane 45. From the part 43 is closed by a line 46 downstream of a flow throttle 61 with a variable opening cross section to a line 60, while the compartment 44 upstream of the throttle 61 is connected by a line 47 to the line 60. The line 60 is blended with the suction line 25 and contains a displacement pump 64 with a constant delivery rate at a constant speed. The plump 64 is driven via the drive means 64a (FIG. 4) by the compressor shaft 19, so that the fuel flow through the throttle 61 is a function of the speed of the system.

   The cross-sectional area of the throttle 61 is set as a function of the temperature in the inlet of the compressor by a container 65 arranged in the inlet acting as a temperature sensor. The setting is made by means of the bellows 66, which is closed through the line 67 to the container 65. The bellows 65 is arranged in the interior of a housing 68.



  Thus, the fluid flow through the pump is proportional to the instantaneous engine speed, while the cross-sectional area of the throttle 61 is adjusted as a function of the compressor inlet temperature. The conditions are chosen so that the pressure drop occurring at the throttle 61 is proportional to the corrected speed of the machine.



  The membrane 45 is loaded by a spring 50 by means of a rod 51. This spring load depends on the position of the piston 32 in the cylinder 31. Furthermore, the diaphragm 45 is loaded by a second spring 52, which acts in the same direction as the spring 50, but opposite to the loading of the diaphragm caused by the fluid pressure. The movements of the diaphragm 45 are transmitted to a rod 53 which carries a hemispherical valve element 54.

    The valve element 54 controls the outflow of fluid from the cylinder space 37 through a line 55 which leads from this space into a chamber 56. The chamber 56 is connected to the suction side of the pump 26 by a line 57. When the pressure drop in the described system is zero, the piston 32 is located at the left end of the cylinder 31 (FIG. 5) and the spring 50 is relieved.

   It goes without saying that when a liquid pressure acts on the diaphragm 45, namely sufficiently strong to be able to lift the load from the spring 52, the valve element 54 lifts from its seat, whereby fluid can escape from the cylinder space 37 .

    The pressure in this cylinder space decreases and the piston 32 moves to the right according to FIG. 5 until the load on the membrane 45 caused by the spring 50 outweighs the fluid pressure acting on this membrane again. Thus, the piston 32 assumes a certain position in the cylinder 31 for each value of the corrected speed and the adjustable blade part 10 or

   11 of each inlet guide vane, which is connected to the piston 32, is set to a specific outlet angle through which the swirl of the air flow flowing past this vane part is determined.



  The effective cross-sectional area of the throttle 61, the area of the membrane 45 and the strength of the spring 52 are selected with respect to the delivery rate of the pump 64 so that the described control of the blade parts 10, 11 within a speed range We act, the lower limit of which is determined by the strength of the spring 52.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Mehrstufen-Axialströmungskompressor, der einen einer Einlassstufe vorgeordneten Leit- sehaufelkranz aufweist, dadurch gekennzeich net, dass in Abhängigkeit einer Betriebsgrösse des Kompressors betätigte Mittel vorgesehen sind zur Änderung der Gasströmungsrichtung durch den Leitschaufelkranz zwecks Änderung des Dralles des in den nachfolgenden Lauf schaufelkranz eintretenden Gasstromes über den radial innern Teil dieser Laufschaufeln, PATENT CLAIM Multi-stage axial flow compressor which has a guide vane ring upstream of an inlet stage, characterized in that means actuated as a function of an operating variable of the compressor are provided for changing the direction of gas flow through the guide vane ring for the purpose of changing the swirl of the gas flow entering the following rotor blade ring the radially inner part of these blades, so dass der Drall bei einem untern Dreh zahlbereich entsprechenden Werten der ge nannten Betriebsgrösse grösser ist ass bei einem obern Drehzahlbereich entsprechenden Werten dieser Betriebsgrösse, und zwecks entgegen gesetzter Änderung des Dralles des in den genannten Laufschaufelkranz eintretenden Gasstromes über den radial äussern Teil der Laufschaufeln, so dass der Drall bei dem untern Drehzahlbereich entsprechenden Wer ten der Betriebsgrösse kleiner ist als bei dem obern Drehzahlbereich entsprechenden Werten dieser Betriebsgrösse. UNTERANSPRÜCHE 1. so that the swirl is greater for values of the specified operating variable corresponding to the lower speed range than corresponding values of this operating variable for an upper speed range, and for the purpose of opposing change in the swirl of the gas flow entering the said rotor blade ring over the radially outer part of the rotor blades, see above that the twist is smaller for the values of the operating variable corresponding to the lower speed range than for the values of this operating variable corresponding to the upper speed range. SUBCLAIMS 1. Mehrstufen - Axialströmungskompressor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass jede Schaufel des Leitschaufelkranzes einen äussern Teil und einen innern Teil auf weist, wobei die beiden Schaufelteile gleich zeitig einstellbar sind zur Veränderung des Dralles des Gasstromes am Auslass des Leit- schaufelkranzes, und dass ferner Einstellmittel vorhandnen sind zum Einstellleu der Schaufel teile im Sinne einer Vergrösserung des Dralles des Gasstromes am Auslass des innern Schau felteils und im Sinne einer Verkleinerung des Dralles des Gasstromes am Auslass des äussern Schaufelteils, wenn die Kompressordrehzahl sinkt, und umgekehrt, wenn die Kompressor drehzahl steigt. 2. Multi-stage axial flow compressor according to claim, characterized in that each vane of the guide vane ring has an outer part and an inner part, the two vane parts being adjustable at the same time to change the swirl of the gas flow at the outlet of the guide vane ring, and that further adjustment means To adjust the blade parts are present in the sense of increasing the swirl of the gas flow at the outlet of the inner blade part and in the sense of reducing the swirl of the gas flow at the outlet of the outer blade part when the compressor speed drops and vice versa when the compressor speed rises. 2. Mehrstufen - Axialströmungskompressor nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass Antriebsmittel zur Betätigung der Einstellmittel vorgesehen sind sowie Mittel zur Steuerung der Antriebsmittel, welche Steuermittel eine auf eine Betriebsgrösse des Kompressors ansprechende Vorrichtung auf weisen, die zur automatischen Betätigung der Einstellmittel bestimmt ist. 3. Mehrstufen - Axialströmungskompressor nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass die Steuermittel derart ausgebildet sind, dass sie bei stetiger Änderung der Be triebsgrösse, auf welche die genannte Vorrich tung anspricht, innerhalb eines bestimmten. Multi-stage axial flow compressor according to dependent claim 1, characterized in that drive means are provided for actuating the setting means, as well as means for controlling the drive means, which control means have a device responsive to an operating variable of the compressor, which is intended for automatic actuation of the setting means. 3. Multi-stage axial flow compressor according to dependent claim 2, characterized in that the control means are designed such that they operate with constant change in the loading to which the said device responds, within a certain. Bereiches eine stetige Einsstellung der innern und äussern Leitsehaufelteile bewirken. 4. Mehrstufen-Axialströmungskompressor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitschaufel durch Verdrehen de formierbar ist, wobei der innere und der äussere Leitschaufelteil je durch Einstell mittel in zueinander entgegengesetzten Rich tungen verdrillbar sind. 5. Cause a constant adjustment of the inner and outer guide vane parts. 4. Multi-stage axial flow compressor according to claim, characterized in that each guide vane can be deformed by twisting, the inner and outer guide vane parts being twistable by setting means in mutually opposite directions. 5. Mehrstufen - Axialströmungskompressor nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitschaufel einen äussern und einen von diesem getrennten innern Teil aufweist, welche Teile durch Einstellmittel in zuein ander entgegengesetzten Richtungen drehbar sind. Multi-stage axial flow compressor according to claim, characterized in that each guide vane has an outer part and an inner part which is separate from this and which parts can be rotated in mutually opposite directions by adjusting means. 6. Mehrstiüen-Axiakströmungskompressor nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeich- net, dass die einander benachbarten Ränder der beiden Schaufelteile sich quer zur Schau- fel'längsaze erstrecken. 7. 6. Multi-stage axial flow compressor according to dependent claim 5, characterized in that the mutually adjacent edges of the two blade parts extend transversely to the longitudinal blade. 7th Mehrstufen - AxiaIströmungskompressor nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass die einander benachbarten Ränder der beiden Schaufelteile sich diagonal durch die Schaufel erstrecken. Multi-stage axial flow compressor according to dependent claim 5, characterized in that the mutually adjacent edges of the two blade parts extend diagonally through the blade.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3095010A (en) * 1959-04-30 1963-06-25 Rolls Royce Gas turbine engine having adjustable guide vanes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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