CN102317634A - 具有低的径向间隙损失和扩压器损失的用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机,其具有:导向叶片栅(2),所述导向叶片栅由具有在轮毂侧自由的叶片尖端(4)的导向叶片(3)形成;以及静止的轴覆盖件(6),所述轴覆盖件在轮毂侧紧邻叶片尖端(4)地设置,并且限定轴流式压缩机(1)的流动通道的边界,其中在轴覆盖件(6)和叶片尖端(4)之间构成径向间隙,所述径向间隙最小地尺寸确定为,使得刚好仍可实现轴流式涡轮压缩机(1)的组装,并且在轴覆盖件(6)内设有多个凹部(7),其中每一个叶片尖端(4)与凹部(7)的一个相关联,所述凹部的一个紧邻与其相关联的叶片尖端(4)地设置,并且尺寸确定为,使得在轴流式涡轮压缩机(1)工作时,每个叶片尖端(4)可没入与其相关联的凹部(7)内,而叶片尖端(4)不明显地接触到轴覆盖件(6)。

Description

具有低的径向间隙损失和扩压器损失的用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机
技术领域
本发明涉及一种用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机,其中轴流式涡轮压缩机具有低的径向间隙损失。
背景技术
燃气轮机例如在轴向结构形式上具有涡轮压缩机。涡轮压缩机具有壳体,所述壳体具有安装在其上的定子和由壳体包围的转子。转子具有轴,在所述轴上,转子被旋转驱动。围绕轴设有周覆盖件,所述轴覆盖件的外轮廓连同壳体的内轮廓形成穿过涡轮压缩机的流动通道的一部分。流动通道具有沿流动方向扩宽的横截面,使得流动通道构成为扩压器。
转子具有多个转子级,所述转子级分别由转子叶片排形成。此外,定子具有多个定子叶片排,所述定子叶片排沿轴向方向观察与转子叶片排交替地设置。传统上,沿流动方向观察,导向叶片排设置在最后的转子叶片排后面,并且下游导向叶片排设置在该导向叶片排后面。
导向叶片排具有多个叶片,所述叶片的一端分别固定在壳体上,并且另一端指向轴的方向。在导向叶片的另一端上构成叶片尖端,所述叶片尖端面向轴覆盖件并且紧邻轴覆盖件地设置。在叶片尖端和轴覆盖件之间的距离构成为径向间隙,所述径向间隙尺寸确定为,使得一方面在燃气轮机工作时,叶片尖端不碰撞在轴覆盖件上,并且另一方面在燃气轮机工作时出现的穿过径向间隙的泄漏流尽可能的低。因此,该径向间隙设计得尽可能小,以便能够达到高的效率并且能够充分利用压缩机的全部叶片安装潜在性。替代自由的压缩机叶片,例如同样由EP 1 079 075A2已知,借助锁定销防止叶片的在轮毂侧的端部从轮毂侧的固定的内环中移出,并且针对振动的出现提供缓冲。
涡轮压缩机的壳体坚固地构造,以便能够承受在燃气轮机工作时的压力应力和温度应力。此外,壳体刚性地构成,以便在燃气轮机工作时作用在壳体上的载荷量导致轴覆盖件仅少量地变形。与此相反,在燃气轮机工作时轴覆盖件受到较低的机械应力,从而轴覆盖件比壳体更薄且较不坚固地构成。
由于轴覆盖件与壳体相比已较小的壁厚构成,并且通常具有不同于壳体的材料特性,因此轴覆盖件与固定有导向叶片排的壳体相比更快地变热。这导致,为了启动和停止燃气轮机,轴覆盖件和壳体具有不同的热膨胀速度,使得在燃气轮机启动和停机时,径向间隙的高度发生变化,其中径向间隙在启动时暂时较小并且在停机时较大。
因此,在涡轮压缩机工作时,导向叶片排的叶片尖端不碰撞在轴覆盖件上并且损坏该覆盖件,径向间隙设置有最小高度,其尺寸确定为,使得在燃气轮机的任何状态下,即静止的和非静止的,叶片尖端几乎不接触到轴覆盖件。这导致,在叶片尖端上暂时提供相应地尺寸确定的径向间隙,所述径向间隙导致燃气轮机的效率的降低。
此外,由径向间隙造成的阻塞导致主流动分量的减少,从而减少在扩压器内的压力回收,并且能够出现不利的分离现象。
发明内容
本发明的目的是,提供一种用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机,其具有高的效率和好的运转安全性。
根据本发明的用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机具有:导向叶片栅,所述导向叶片栅由具有在轮毂侧自由的导向叶片尖端的导向叶片形成;以及静止的轴覆盖件,所述轴覆盖件在轮毂侧紧邻叶片尖端地设置,并且限定轴流式压缩机的流动通道的边界,其中在轴覆盖件和叶片尖端之间构成径向间隙,所述径向间隙最小地尺寸确定为,使得刚好仍可实现轴流式涡轮压缩机的组装,并且在轴覆盖件内设有多个盲孔状的凹部,其中每一个叶片尖端与凹部的一个相关联,所述凹部的一个紧邻与其相关联的叶片尖端地设置,并且尺寸确定为,使得在轴流式涡轮压缩机工作时,每个叶片尖端可没入与其相关联的凹部内,而叶片尖端不明显地接触到轴覆盖件。
因此,在叶片尖端和轴覆盖件之间的径向间隙被调整到最小所需的装配间隙,使得径向间隙的高度减小到由装配决定的最小值。最小所需的装配间隙选择为,使得可实现导向叶片栅,尤其是后部的导向叶片栅的转入(Einkugeln)。
在传统的涡轮压缩机中,在叶片尖端和轴覆盖件之间的径向间隙配有如此选择的最少需要的高度,使得几乎在燃气轮机的所有的可设想到的工作状态下,叶片尖端几乎不接触到或者不接触到轴覆盖件。因此获得具有这样的高度的径向间隙,使得泄漏流的可察觉的质量流流过径向间隙,所述质量流导致燃气轮机的不希望的效率下降。
相反,在根据本发明的轴流式涡轮压缩机中,径向间隙被调整到最小可能的径向间隙,即最小所需的装配间隙,使得通过径向间隙的泄漏流最少。因此轴流式涡轮压缩机具有在扩压器段内的高的压力回收,并且因此具有高的效率。
此外,在轴流式涡压缩机工作时,叶片尖端能够没入凹部内,使得尽管径向间隙减小到最小所需的装配间隙,但是阻止在轴流式涡轮压缩机工作时叶片尖端与轴覆盖件的不利的接触。
如果在确定的工作状态期间,叶片尖端没入与其相关联的凹部内,那么叶片尖端的绕流减少,从而在叶片尖端上的泄漏流也同样减少。因此导向叶片栅的效率增加,并且减少在位于轴流式涡轮压缩机的下游的扩压器内的损失以及分离。总体上,由改进了的径向间隙行为获得燃气轮机的良好的总机器性能和高的总机器效率。相反,为此能够比在传统的扩压器中应具有的情况更大地选择扩压器的扩宽程度,即扩压器的扩压器角度。因此,随之出现机燃气轮机的结构长度相比于传统的燃气轮的减少。
优选的是,在凹部的底部上设置有蜂窝状和/或毛毡状的结构,所述结构在接触时能够通过叶片尖端产生。蜂窝状的结构优选为整流器。
因此,叶片尖端能够没入蜂窝状和/或毛毡状的结构中,其中叶片尖端不受到损坏。由此获得的优点是,在叶片尖端和蜂窝状和/或毛毡状的结构之间的距离小。因此,当在确定工作状态期间叶片尖端没入与其相关联的凹部内并且埋入蜂窝状和/或毛毡状的结构中时,叶片尖端的绕流减少。因此有利的是,在叶片尖端上的泄漏流附加地减少。
此外优选的是,凹部具有在轴覆盖件的表面上轮廓形状,所述轮廓形状适配于相关联的导向叶片的在叶片尖端上的外形,并且具有预先确定的深度。
因此,轴覆盖件的材料围绕没入凹部的叶片尖端设置成,使得一方面叶片尖端在没入凹部中时不碰撞在轴覆盖件上,并且另一方面叶片尖端的绕流减少。
优选的是,凹部的深度确定为,使得在轴流式涡轮压缩机工作时,在叶片尖端和轴密封件之间的径向的相对运动可得到补偿。
因此有利地到达,阻止在轴流式涡轮压缩机工作时叶片尖端与轴覆盖件的碰撞,使得轴流式涡轮压缩机的运转安全性高。
此外优选的是,凹部的轮廓形状确定为,使得在轴流式涡轮压缩机工作时,在叶片尖端和轴密封件之间的轴向的相对运动可得到补偿。
因此阻止了,在轴流式涡轮压缩机工作时,在叶片尖端和轴密封件之间具有轴向的相对运动的情况下,叶片尖端与轴覆盖件接触,使得轴流式涡轮压缩机的运转安全性高。
附图说明
下面借助于根据本发明的轴流式涡轮压缩机的优选的实施形式且借助于所附的示意图示出本发明。附图示出:
图1示出轴流式涡轮压缩机的部分的立体图;以及
图2示出沿着图1中的部分的叶片纵轴线的视图。
具体实施方式
如从图1和2中可看出,轴流式涡轮压缩机1具有导向叶片栅2,所述导向叶片栅由多个导向叶片3形成。导向叶片3在轴流式涡轮压缩机1的圆周方向上成排地设置,并且具有沿轴流式涡轮压缩机1的径向方向的纵向延伸部。
此外,轴流式涡轮压缩机1具有壳体5,在所述壳体上导向叶片3固定在内侧。背离壳体5,导向叶片3具有叶片尖端4,所述叶片尖端向内指向壳体5。
在轮毂侧,紧邻叶片尖端3地设置有轴覆盖件6,所述轴覆盖件构成为圆周对称的环。在轴覆盖件6的面向叶片尖端4的外侧上设有多个凹部7。每个凹部7与另一个叶片尖端4相关联,其中凹部紧邻与其相关联的导向叶片尖端4地定位。凹部7构成盲孔状,并且因此以封闭的方式终止。也就是说,凹部设置有紧密地封闭的底部,以便避免泄漏流。
每个凹部7在轴覆盖件6的面向叶片尖端4的外侧上具有轮廓8,所述轮廓适配于在导向叶片3的导向叶片尖端4上外形形状。此外,每个凹部7设有在轴覆盖件6内的深度9。深度9和轮廓8的形状确定为,使得在轴流式涡轮机工作时,每个叶片尖端4能够没入与其相关联的凹部7内,其中在没入时,叶片尖端4不接触到或几乎不接触到轴覆盖件6。
在每一个凹部7的底部上设置有蜂窝结构10,如在图1中示例地以中间的凹部7示出。如果在轴流式涡轮压缩机工作时叶片尖端4接触到蜂窝结构10,那么蜂窝结构10形成为,使得叶片尖端4压入蜂窝结构10内。

Claims (5)

1.一种用于燃气轮机的轴流式涡轮压缩机,具有:导向叶片栅(2),所述导向叶片栅由具有在轮毂侧自由的叶片尖端(4)的导向叶片(3)形成;以及静止的轴覆盖件(6),所述轴覆盖件在轮毂侧紧邻所述叶片尖端(4)地设置,并且限定轴流式压缩机(1)的流动通道的边界,
其中在所述轴覆盖件(6)和所述叶片尖端(4)之间构成径向间隙,所述径向间隙最小地尺寸确定为,使得刚好仍可实现所述轴流式涡轮压缩机(1)的组装,并且在所述轴覆盖件(6)内设有多个凹部(7),
其中每一个叶片尖端(4)与所述凹部(7)的一个相关联,所述凹部的一个紧邻与其相关联的所述叶片尖端(4)地设置,并且尺寸确定为,使得在所述轴流式涡轮压缩机(1)工作时,每个叶片尖端(4)能够没入与其相关联的凹部(7)内,而所述叶片尖端(4)不明显地接触到所述轴覆盖件(6)。
2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮压缩机,其中在每一个凹部(7)的底部上设置有蜂窝状和/或毛毡状的结构,所述结构在接触时能够通过所述叶片尖端(4)产生。
3.根据权利要求1或2所述的轴流式涡轮压缩机,其中每个凹部(7)具有在所述轴覆盖件(6)的表面上轮廓形状(8),所述轮廓形状适配于所述导向叶片(3)的在所述叶片尖端(4)上的外形,并且具有预先确定的深度(9)。
4.根据权利要求3所述的轴流式涡轮压缩机,其中所述凹部(7)的所述深度(9)确定为,使得在所述轴流式涡轮压缩机(1)工作时,在所述叶片尖端(4)和所述轴覆盖件(6)之间的径向的相对运动能得到补偿。
5.根据权利要求3或4所述的轴流式涡轮压缩机,其中所述凹部(7)的所述轮廓形状(8)确定为,使得在所述轴流式涡轮压缩机(1)工作时,在所述叶片尖端(4)和所述轴覆盖件(6)之间的轴向的相对运动能得到补偿。
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