CN109477435B - 用于改善涡轮压缩机性能的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于改装燃气涡轮发动机以改善热天性能的方法和装置。方法可以包括从多个压缩机级去除第一选择定子叶片排，第一选择定子叶片排具有第一入口涡流角并且包括第一多个固定定子叶片。第一多个固定定子叶片的每个定子叶片可以具有第一定子叶片角。方法也可以包括提供第一改进定子叶片排以替换第一选择定子叶片排。第一改进定子叶片排可以具有第二多个固定定子叶片，每个具有小于第一定子叶片角的第二定子叶片角。方法也可以包括用第一改进定子叶片排替换第一选择定子叶片排以产生与第一选择定子叶片排相比增加的压力比和流速。

Description

用于改善涡轮压缩机性能的方法
技术领域
本公开一般涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地涉及在某些条件下增强压缩并因此增强燃气涡轮发动机的功率。
背景技术
燃气涡轮发动机包括压缩机、燃烧器和涡轮部段。压缩机部段包括入口导叶并且涡轮部段包括第三级动力涡轮喷嘴。燃料系统通常向燃烧器提供燃料。控制系统可以控制入口导叶的角度和由燃料系统输送到燃烧器的燃料量。
当涡轮压缩机和固定发动机操作线(由给定的热段流量设定)在较热的环境条件下运行时，空气动力学入口校正速度(或声学旋转速度)可以降低至其设计速度。这可以迫使压缩机的前级更接近其特性的失速侧操作，而后级可以被迫更靠近其流动特性的阻塞侧操作。这可以呈现次优操作特性和降低的功率输出。
本公开旨在克服发明人发现的或本领域已知的一个或多个问题。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种用于改装燃气涡轮发动机以改善热天性能的方法。所述燃气涡轮发动机可以具有多个压缩机级，所述多个压缩机级的每个压缩机级具有转子叶片排和定子叶片排。所述方法可以包括从所述多个压缩机级去除第一选择定子叶片排。所述第一选择定子叶片排可以具有第一入口涡流角并且包括第一多个固定定子叶片。所述第一多个固定定子叶片的每个定子叶片可以具有以所述燃气涡轮发动机的中心轴线为基准的第一定子叶片角。所述方法也可以包括提供第一改进定子叶片排以替换所述第一选择定子叶片排。所述第一改进定子叶片排可以具有第二多个固定定子叶片。所述第二多个固定定子叶片的每个定子叶片可以具有小于所述第一定子叶片角的第二定子叶片角。所述方法也可以包括安装所述第一改进定子叶片排以代替所述第一选择定子叶片排。与所述第一选择定子叶片排相比，所述第一改进定子叶片排可以具有小于所述第一入口涡流角的第二入口涡流角以产生增加的压力比和增加的流速。
本公开的另一方面提供了一种用于增加燃气涡轮发动机的压缩机的效率的改进定子叶片组件。所述压缩机可以具有选择用于替换的第一定子叶片组件。所述第一定子叶片组件可以具有第一多个固定定子叶片。所述第一多个固定定子叶片的每个固定定子叶片可以具有相对于所述燃气涡轮发动机的中心轴线的第一叶片角。所述改进定子叶片组件可以具有改进定子组件环，所述改进定子组件环具有由形成圆柱形回转表面的内表面围绕的中心轴线。所述改进定子叶片组件也可以具有围绕所述改进定子组件环的内周边形成的多个穿孔。所述改进定子叶片组件也可以具有用于插入所述多个穿孔中的第二多个定子叶片，其中所述第二多个定子叶片的每个定子叶片在插入所述多个穿孔中时具有小于所述第一叶片角的第二叶片角。当所述改进定子叶片组件用于代替所述第一定子叶片组件时，所述压缩机可以产生增加的功率比和增加的流速。
附图说明
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图2是图1的涡轮机的定子环组件的透视图。
图3是图2的定子环组件的一部分的透视图。
图4是图3的组件环上部分的一部分的分解图。
图5是图3的组件环的一部分的详细平面图。
图6是用于维修图1的燃气涡轮发动机以增强燃气涡轮发动机的功率输出的方法的流程图。
具体实施方式
本文所公开的系统和方法包括燃气涡轮发动机，其包括具有可变入口导叶的多级压缩机、燃烧器和具有多级的涡轮机，所述涡轮机包括涡轮喷嘴和涡轮转子组件。压缩机可以在压缩机的前级中具有可变导叶(VGV)和/或入口导叶(IGV)。压缩机也可以在压缩机的后部分中具有多级固定定子叶片(FSV)。燃气涡轮发动机也包括控制系统，所述控制系统尤其可以用于控制入口导叶的旋转角和输送到燃烧器的燃料量。在实施例中，通过用具有不同叶片设定(交错)角的固定定子叶片替换一个或多个压缩机级中的固定定子叶片，可以修改进入多个压缩机级的特定级的转子的入口涡流角。可以在不对定子(例如翼型形状、级设计等)进行进一步改变的情况下实现叶片设定或交错角。特定级的转子入口涡流角的改变对转子流量、压力比(PR)、以及给定速度下的效率和喘振裕度产生直接(正面或负面)影响。这也会对特定级的性能产生相应的影响。当在多级压缩机中共同且适当地引入这样的变化时，整个压缩机的整体性能可以实现目标变化。如本文所公开的，对定子叶片角的改进可以在热天或增加的环境发动机操作条件期间改善压缩机性能，并因此改善发动机性能。如本文所使用的，热天环境条件可以指具有超过称为ISO(国际标准办公室)条件的标准参考条件的环境温度的天。也可以进行冷天操作的类似修改以增强燃气涡轮发动机的压缩机效率，如果这是期望的目标。
工业燃气涡轮机设计用于在ISO环境条件下提供特定的发动机性能(发动机输出功率和发动机热效率)目标。该条件是国际标准，其中环境压力处于海平面高度条件(Po＝14.696psia)，并且环境温度处于(To＝59°F)。无论如何设计，燃气涡轮机的性能在不同的环境温度下都会发生显著变化。这在工业中被称为发动机功率和热效率的“环境直减率”。直减率曲线是燃气涡轮机制造商向其客户发布的发动机规格，并且它们对于每种发动机型号都是独特的。尽管发动机环境直减率由连续曲线定义为环境温度的函数，但环境温度的某些值有时在性能表或合同语言中被引用。除了ISO(59°F)条件之外，这样的通常所指的环境温度是：热天＝95°F、非常热天＝122°F、超热(不现实)天＝140°F。冷环境温度降至32°F、0°F和零下水平。
图1是示例性燃气涡轮发动机的示意图。为了清楚和便于解释起见，在该图和其它附图中省略或放大了某些表面。此外，本公开可能提及前向和后向。通常，除非另有说明，否则对“前向”和“后向”的所有提及均与主空气的流动方向(即，在燃烧过程中使用的空气)相关联。例如，前向为相对于主气流的“上游”，而后向为相对于主气流的“下游”。
另外，本公开通常可提及燃气涡轮发动机的旋转中心轴线95，其可以一般地由其一个或多个轴(由多个轴承组件150支撑)的纵向轴线限定。中心轴线95可以与各种其它发动机同心部件共有或共用。除非另有说明，所有提及的径向、轴向和圆周方向以及测量均指中心轴线95，并且诸如“内”和“外”的术语一般表示远离更小的或更大的径向距离，其中径向96可以是垂直于中心轴线95和由中心轴线95向外辐射的任何方向。
燃气涡轮发动机100可以具有入口110、压缩机200、燃烧器300、涡轮机400、排气装置500和动力输出联接件600。
压缩机200包括压缩机转子组件210、压缩机静叶片250和入口导叶255。如图所示，压缩机转子组件210是轴流转子组件。压缩机转子组件210包括一个或多个压缩机盘组件220。每个压缩机盘组件220包括压缩机转子盘，其周向地设置有压缩机转子叶片。压缩机静叶片250包括一个或多个定子叶片组件260。每个定子叶片组件260可以轴向地跟随每个压缩机盘组件220。与跟随压缩机盘组件220的相邻压缩机静叶片250配对的每个压缩机盘组件220被视为一个压缩机级。压缩机200可以具有多个压缩机级。
入口导叶255轴向地位于压缩机级之前。入口导叶255是可变导叶。入口导叶255可以均围绕入口导叶255的轴线旋转。与入口导叶255一起，压缩机静叶片250的前几级也可以是可变导叶。在所示的实施例中，压缩机200包括三级压缩机静叶片250，其包括位于入口导叶255轴向后方的可变导叶，三级定子是压缩机200的前三级。
燃烧器300包括一个或多个燃料喷射器310，并且包括一个或多个燃烧室390。燃料喷射器310可以围绕中心轴线95环形地布置。
涡轮机400包括涡轮机转子组件410和涡轮机喷嘴450。如图所示，涡轮机转子组件410是轴流转子组件。涡轮机转子组件410可以包括一个或多个涡轮盘组件415。涡轮盘组件415均包括周向设置有涡轮叶片的涡轮盘。
涡轮喷嘴450轴向地位于每个涡轮盘组件415之前。与在涡轮机盘组件415之前的相邻涡轮喷嘴450配对的每个涡轮盘组件415被视为一个涡轮机级。涡轮机400包括多个涡轮机级。
涡轮机400也包括气体发生器部段420和动力涡轮部段425。气体发生器部段420和动力涡轮部段425可以均包括一个或多个涡轮机级。
燃气涡轮发动机100可以包括单轴或双轴配置。在所示的实施例中，燃气涡轮发动机100包括气体发生器轴120和动力涡轮轴125。气体发生器轴120机械地联接到压缩机转子组件210和气体发生器部段420中的涡轮盘组件415。动力涡轮轴125联接到动力涡轮部段425中的涡轮盘组件415。动力涡轮轴125也可以包括动力输出联接件600。
排气装置500包括排气扩散器520和排气收集器550。
图2是图1的涡轮机的定子叶片组件的透视图。压缩机静叶片250(图1)，在本文中也称为固定定子叶片(FSV)，可以形成为多个定子叶片组件260。压缩机静叶片250的每个定子叶片组件260对于多级压缩机200的每个级可以是独特的。定子叶片组件260在本文中也可以称为定子叶片排。每个压缩机级可以具有沿着中心轴线95跟随压缩机转子组件220的定子叶片组件260。因此，中心轴线95可以延伸通过定子叶片组件260的中心和每个相邻的转子盘组件220。
每个定子叶片组件260可以具有定子组件环262和围绕定子组件环262的内表面265径向分布的多个定子叶片264。为方便起见，仅标记定子叶片264中的一个。与可变入口导叶255相比，定子叶片264以固定的角度交错位置永久地固定到定子组件环262。内表面265可以覆盖定子组件环262的内周边。在一些实施例中，定子组件环262可以是圆柱形构造，其具有形成或冲压到定子组件环262中的多个穿孔(图4)，每个尺寸确定成接收定子叶片264的根端267。在制造期间，每个定子叶片264可以装配到定子组件环262中的穿孔中并且钎焊或以其它方式紧固在适当位置以形成定子叶片组件260。
定子组件环262可以具有组件环上部分270和组件环下部分280。组件环上部分270和组件环下部分280的每一个可以具有第一端266和第二端268。组件环上部分270和组件环下部分280可以类似地形成并且当安装在燃气涡轮发动机100中时在第一端266和第二端268处连接在一起以形成定子叶片组件260并围绕中心轴线95。因此，组件环上部分270和组件环下部分280可以是定子环组件260的两个半部。组件环上部分270和组件环下部分280可以通过流路销(未示出)连接在一起。在一些示例中，定子叶片组件260可以通过插入各个定子叶片264并将它们牢固地钎焊到整个定子组件环262中而构造成完整的环。在该过程结束时，完整的定子组件环262可以精确地切成两半(例如，组件环上部分270和组件环下部分280)，以便于在发动机构建期间在压缩机壳体中组装/从其去除。
图3是图2的定子叶片组件的组件环上部分的透视图。如上所述，定子叶片组件260可以具有组件环上部分270和组件环下部分280。如上所述，这两个部分可以制造成完整的定子叶片组件260并且然后切成两半。在其它实施例中，这两个部分可以分开制造以便于燃气涡轮发动机100的组装。组件环上部分270和组件环下部分280可以由一个或多个水平圆柱形部段形成。
图4是图3的组件环上部分的一部分的分解图。多个穿孔402可以在定子组件环262中冲压或以其它方式形成。穿孔可以通过冲压工具冲压成类似于特定叶片(例如，定子叶片264)的翼型形状的形状并且定位成所需的叶片设定或交错角。穿孔402可以略大于单独的定子叶片264以允许在钎焊之前插入叶片。穿孔402可以围绕内表面265均匀地间隔并且接收定子叶片264的根端267。穿孔402的数量等于每个特定压缩机级的定子叶片264的期望设计数量。在一些实施例中，可以使用压印机或冲压工具在定子组件环262中形成穿孔402。压印机或冲压机可以在定子组件环262周围产生精确且均匀的穿孔402。
第一定子叶片组件260的定子叶片264全部具有相同的几何形状和尺寸。然而，几何形状和尺寸可以与另一压缩机级中的第二定子叶片组件的定子叶片264不同。每个级的定子叶片组件260可以通过设计具有独特的定子翼型形状、交错角和翼型计数，特别是压缩机级。取决于空气动力学和结构设计要求，每个压缩机级的这些特性也可以不同。定子叶片264可以具有不同的尺寸和形状。定子叶片264被描绘为具有相对均匀的弦长的翼型。然而，定子叶片264可以具有各种几何形状和尺寸，包括不同展向弦长和沿定子叶片264的翼展或堆叠轴线的不同程度的轴向和切向扫掠、弯曲和/或扭转。定子叶片264可以根据压缩机设计具有其它复杂的三维翼型形状。定子叶片264围绕整个定子组件环262的圆周(例如，内表面265)对称且均匀地放置。
图5是图3的组件环的一部分的详细平面图。示出了定子组件环262的一部分，其包括三个穿孔402的轮廓。三个穿孔402的轮廓以虚线描绘。在该视图中，定子叶片264未安装在穿孔402中。轮廓被示出为下述的改进穿孔520的基准。
示出了基准线502，其在水平方向上将定子组件环262的截面对分。基准线502平行于中心轴线95(图1)并且与内表面265重合。基准线502在本文中可以用作描述叶片角的基准。如本文所使用的，叶片角、叶片交错或叶片设定是穿孔402的弦线504与基准线502之间并且经由径向96、中心轴线95延伸的角的度量。弦线504是延伸通过穿孔402的前缘506和后缘508的假想线。因此，第一叶片角510(例如，叶片交错角)可以描述基准线502和弦线504之间的角。可以设定叶片交错角(例如，第一叶片角510)以将定子叶片264保持在特定绝对角位置处，叶片(例如，根端267)的固定根部(例如，根端267)进入定子组件环262。
给定定子叶片组件260中的每个定子叶片264具有相同的第一叶片角510。这可以确定入口涡流角(未示出)，其描述定子叶片264对入射在定子叶片264的前缘上的工作流体(例如，空气10)的影响。这也称为在给定定子叶片组件260直接下游的转子翼型的流入迎角或入射角。改变叶片角510可以直接影响定子叶片排的紧下游的转子叶片排空气箔(例如，压缩机盘组件220)的入口涡流角，导致转子叶片排的空气动力学性能特性的变化并且因此导致压缩机级的空气动力学性能特性的变化，以及压缩机200的效率和整个燃气涡轮发动机100的性能的变化。应当领会，多级压缩机中的叶片排(转子和/或定子)的任何变化都可能导致反映特定叶片排的相关变化整个压缩机空气动力学性能的变化，但更重要的是导致作为一个整体的多级压缩机系统的所有叶片排的级联反应。
在一些实施例中，可以通过改变定子叶片264的叶片角来实现对压缩机气流、压力比和压缩机效率的某些增强。例如，用于形成穿孔402的压印机或冲压机可以稍微改变为打开或关闭相对于基准线502的叶片角。增加叶片设定角或交错可以关闭定子叶片264，使交错或叶片角进一步远离轴向方向(例如，轴线95)并且减小下游压缩机盘组件220上的入射角。这可以驱动下游压缩机盘组件220以更接近其性能特征的“阻塞”侧操作。类似地，关闭的定子叶片264可以更接近其性能特性的阻塞侧操作。有效地，整个压缩机级(例如，压缩机盘组件220和定子叶片组件260)的泵送能力可随着级喘振裕度的增加而减小。这也会影响给定压缩机级的效率。相反，减小叶片设定或交错角可以打开定子叶片264，增加各个定子叶片264的入射角并驱动压缩机级远离其性能特性的阻塞侧(并朝向失速侧)。这可以增加压缩机级的泵送能力。
因此，可以在定子组件环262中形成多个改进穿孔520。改进穿孔520以实黑线示出，与穿孔402存在轻微角度偏转。在一些实施例中，改进穿孔520可以具有在改进穿孔520的弦线512和基准线502之间的叶片角522。改进穿孔520然后具有与第一叶片角510的叶片角差524。在一些示例中，取决于特定设计，叶片角差524可以是在打开或关闭方向上的2到10度。在一些其它实施例中，叶片角差可以为2、3、4、5、6、7、8、9或10度以及它们之间的任何角度分数。对于一些应用，叶片角和相应入口涡流角的变化可以足够小(例如，更打开3度)，以便不对单个(修改的)级造成不利影响，但是当应用于多个FSV压缩机级(例如，压缩机静叶片250)时可以提供大的累积效应。累积效应可以足够强以使失速控制前向压缩机级在较低的校正压缩机速度(例如，热天条件)下远离相应的近失速状态。在这样的较低速度下，(一个或多个)前压缩机级朝向峰值效率增加，与流量的显著增加、压力比的最小减小以及级效率和级喘振裕度的显著增加相一致。这导致在较低速度和较热天操作时的整个压缩机的净改进。具有改进穿孔502的所有改进压缩机级的压力比的增加大于对(一个或多个)前压缩机级压力比的最小减小的补偿。因此，整个压缩机200可以在非设计条件(例如较低的校正速度，热天条件)下以更高的总泵送容量、效率和喘振裕度操作。
对于多个压缩机级中的一个或多个选择定子叶片组件260，相同的叶片角差524可以应用于所有定子叶片264。在一些示例中，可以使用叶片角差524来改进所有FSV压缩机级。可以使用改进叶片角520代替第一叶片角510来制造新的定子组件环262。然后新的定子环组件可以安装在压缩机200中以改装燃气涡轮发动机100以改善热天性能。用具有改进穿孔520的定子叶片组件260改装的压缩机级在本文中可以称为“改进定子叶片组件”，“改进定子叶片排”，“修改压缩机级”或“改进压缩机级”。
压缩机的设计，包括从压缩机前部到压缩机后部的叶片角的变化，可以针对某些操作环境进行优化。例如，一些压缩机针对寒冷环境进行优化，并且在环境温度升高时不能以峰值效率操作。类似地，针对炎热环境设计的压缩机可能无法在较冷的环境中按照设计工作。
当给定压缩机200和固定发动机操作线(由给定的热段流量设定)在比正常温度高的环境条件下操作时，其空气动力学入口校正速度(或声学旋转速度)相对于其设计速度减小。这可以驱动压缩机200的前级以更接近其特性的失速侧操作，同时驱动后级以更接近其特性的阻塞侧操作。在一些示例中，前级中的可变设定角叶片(定子)，例如入口导叶255或其它可变导叶(VGV)，可以减轻轴向压缩机中的这些影响。在较低的校正速度下，这些叶片(例如，入口导叶255)被致动到更闭合的位置，从而减小这些级的泵送能力并且(使整个特性沿流动尺寸向下移动)并且因此减轻了失速附近的匹配。这可以以较低的流量/发动机功率为代价维持级/压缩机的稳健可操作性(喘振裕度)。在较低的校正速度下，压缩机200的前级成为亚音速级，并且它们从阻塞到失速的特征流量范围变得比在这些前级是跨音速的ISO设计条件下明显更宽。跨音速级中的通道冲击保持流量接近恒定，原因是级负载从阻塞条件变为失速条件。一排翼型的空气动力学损失朝向其特性的阻塞和失速侧增加，在远离这些条件的中间某处具有最小损失区域。当两个叶片排在其最小损失区域匹配时，级效率(例如，压缩机盘组件220和相应的定子叶片组件260)达到峰值。
图6是用于维修图1的燃气涡轮发动机以增强燃气涡轮发动机的功率输出的方法的流程图。方法600可以用于改装燃气涡轮发动机以改善高环境温度下的操作效率。如本文所使用的，高环境温度可以指热天条件，或超过95华氏度的条件。
在框605处，可以从多个压缩机级去除第一选择定子叶片排。第一选择定子叶片排可以具有第一入口涡流角和第一多个固定定子叶片。第一选择叶片排中的每个定子叶片可以具有以燃气涡轮发动机的中心轴线为基准的第一定子叶片角。
在框610处，方法600可以提供第一改进定子叶片排或改进定子叶片组件。第一改进定子叶片组件(叶片排)可以代替第一选择定子叶片排。第一改进定子叶片组件中的每个定子叶片可以插入定子组件环中的穿孔中。穿孔可以描述小于第一定子叶片角的第二定子叶片角。
在框615处，方法600可以包括安装第一改进定子叶片排来代替第一选择定子叶片排。方法600可以重复多次以用第二改进定子叶片排替换第二选择定子叶片排，等等。改进定子叶片排的定子叶片角可以比被替换的定子叶片排的叶片角更打开两度、三度、四度、五度或更多度。类似地，具有改进定子叶片排的压缩机级的入口流动角也可以比被替换的叶片排更打开(例如，更接近失速条件)。替换压缩机200中的多个定子叶片排可以在比正常环境温度更热的操作期间改善燃气涡轮发动机100中的压缩机效率、流量和功率比。在一些示例中，这样的环境温度可以是超过95华氏度的ISO热天条件。
以上部件(或它们的子部件)中的一个或多个可以由不锈钢和/或称为“超合金”的耐用高温材料制成。超合金或高性能合金是表现出优异机械强度，高温下的抗蠕变性，良好的表面稳定性，以及耐腐蚀性和抗氧化性的合金。超合金可以包括诸如HASTELLOY、INCONEL、WASPALOY、RENE合金、HAYNES合金、INCOLOY、MP98T、TMS合金和CMSX单晶合金的材料。
工业适用性
燃气涡轮发动机可适用于多种工业应用，如石油和天然气工业的各个方面(包括石油和天然气的传输、收集、储藏、抽出和起升)、发电工业、废热发电、航空航天和其它运输工业。
参考图1，气体(通常为空气10)作为“工作流体”进入入口110并通过入口导叶255。入口导叶255可以控制进入压缩机200的工作流体的量。然后由压缩机200压缩工作流体。在压缩机200中，由一系列的压缩机盘组件220在环形流动路径115中压缩工作流体。特别地，空气10在编号的“级”中被压缩，级与每个压缩机盘组件220相关联。例如，“第四级空气”可与在下游或“向后”方向(从入口110朝向排气装置500)上的第四压缩机盘组件220相关联。包括具有可变导叶的压缩机静叶片250的级也可以控制进入压缩机200的工作流体的量。
一旦压缩空气10离开压缩机200，它就进入燃烧器300，在此处使它扩散并加入燃料。空气10和燃料通过燃料喷射器310被喷射到燃烧室390中并燃烧。由一系列的涡轮盘组件415的每一级通过涡轮机400从燃烧反应中提取能量。废气90然后可以在排气扩散器520中扩散，收集并改变方向。废气90通过排气收集器550离开该系统并且可进行进一步处理(例如，以减少有害排放和/或从废气90中回收热)。
涡轮发动机设计和所产生的性能可以至少部分地取决于操作环境。例如，压缩机200的设计可以被优化用于在给定的一组环境条件下压缩工作流体(例如，空气10)。例如，某些发动机可以设计用于在标准日间条件(即海平面处59华氏度)，热天条件(95华氏度)，非常热天条件(122华氏度)或冷天条件(32华氏度)下操作。其它类型的条件也是可能的。
然而，燃气涡轮发动机100可能不总是在其设计或打算使用的环境中操作。气候也可以改变。因此，对于现有压缩机的某些改装可以增加压力比和流速以用于在(例如，比正常环境更热的)非设计环境下操作的某些实现方式。
在一些实施例中，在压缩机200的多个连续级中引入入口涡流角的小变化，如图5中所示，可以在热天改善发动机性能。叶片角的变化可以在一个或多个压缩机级中实现，从前级的下游的几个级开始一直到多级轴向压缩机的最后一级。涡轮发动机100可以具有超过10个压缩机级。新的定子叶片角(例如，叶片角522)可以例如在前跨音速压缩机级的下游实现。
通过减小这些级的固定定子叶片264的叶片角(例如，更朝向轴向方向)来引入转子入口涡流角的变化。已经表明，两度、三度或四度的变化可以导致转子入口流动迎角(或相对参考系中的入射角)的增加，这表现为给定级的泵送能力的增加，流量和压力比相应增加。如图5中所示，可以使用改进穿孔520将该变化引入定子叶片组件260。该微小变化足够小，不会引起任何单个改进/修改级的任何意外的不利后果，但是增加了具有带有改进穿孔520的定子叶片组件260的每个选择压缩机级的泵送能力。该布置可以利用工业燃气涡轮压缩机中的高压缩机级数，用每个压缩机级放大效果。虽然每个改进或修改的压缩机级可以单独地具有小变化，但是一起工作的所有级的累积效果可以对失速/喘振限制的前向压缩机级(在热天/低速限制)具有非常大的影响，迫使它们远离失速匹配。这可以压倒控制前级以远离其特性的近失速侧并更接近峰值效率匹配。
随着环境温度朝着热天条件和较低校正速度条件增加，改进穿孔520的减小角度可以减小前压缩机级上的空气动力负载。然后修改压缩机级前方的压缩机级可以在亚音速条件下操作，并且在高气流和非常稍低的压力比，更高的级效率和增加的级喘振裕度下重新匹配。修改定子叶片级的压力比的集体增加大于对前压缩机级中的压力比的损失的补偿。在后压缩机级远离阻塞条件匹配的情况下，前级不限于使更高的流量通过整个压缩机。所以，整个多级轴流式压缩机将在更高的环境温度和更低的校正速度操作条件下导致更高的流速、更高的压力比、更高的效率、以及增加的喘振裕度。
在设计速度(ISO条件)下，定子叶片组件修改对整体压缩机流量几乎没有影响，原因是在这些速度下，前级是跨音速的，并且它们的特性几乎是平直的。在这些级已经在其特性的阻塞侧匹配的情况下，它们将在竖直速度线上进一步向下匹配，导致这些级中的效率降低。在ISO条件下几个前级中的效率降低对整体压缩机效率的加权影响较小，原因是在该条件下修改定子叶片排效率不会发生太大变化。所以，相对于在热环境条件下令人印象深刻的性能增益，在ISO条件下压缩机性能损失可能存在轻微折衷。在冷环境条件下性能损失会变大，并且在极端环境温度下可能会显著。
通过修改多个压缩机级中的固定定子叶片的入口涡流角，本文公开的维修或修改可以导致燃气涡轮发动机100的压缩机200的现有功率比和效率的相对便宜的改善。维修尤其可以包括对燃气涡轮发动机100进行大修、现场修改、改装或翻新。
技术人员将领会，结合本文公开的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、单元和算法步骤通常可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的该可互换性，上面已经在功能性方面对各种说明性的部件、块、模块和步骤进行了总体描述。将这样的功能性实现为硬件还是软件取决于对整个系统施加的特定约束。技术人员可以针对每个特定系统以不同方式实现所描述的功能性，但是这样的实现决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。另外，单元、模块、块或步骤内的功能分组是为了便于描述。在不脱离本发明的情况下，可以从一个单元、模块或块移动特定功能或步骤。
前面的具体实施方案仅仅是示例性的，而不是用来限制本发明或本发明的应用和使用。所描述的实施方案并不限于与特定类型的燃气涡轮发动机一起使用。应当领会，根据本公开的燃气涡轮发动机可以以各种其它配置实现。此外，并没有意图使本发明受前面的背景技术和具体实施方式中提出的任何理论的束缚。也应理解，图示可包括放大的尺寸，以更好地图解示出的引用项，而不应认为如此限制，除非特别说明。

Claims (4)

1.一种用于增加燃气涡轮发动机的压缩机的效率的改进定子叶片组件，所述压缩机具有选择用于替换的第一定子叶片组件，所述第一定子叶片组件具有第一多个固定定子叶片，所述第一多个固定定子叶片的每个固定定子叶片具有相对于所述燃气涡轮发动机的中心轴线的第一叶片角，所述改进定子叶片组件包括：
改进定子组件环，所述改进定子组件环具有由形成圆柱形回转表面的内表面围绕的中心轴线并且具有围绕所述改进定子组件环的内周边形成的多个穿孔；
插入所述多个穿孔中并钎焊到所述改进定子组件环的第二多个定子叶片，其中所述第二多个定子叶片的每个定子叶片在插入所述多个穿孔中时具有小于所述第一叶片角的第二叶片角，并且
其中当所述改进定子叶片组件用于代替所述第一定子叶片组件时，所述压缩机产生增加的功率比和增加的流速。
2.根据权利要求1所述的改进定子叶片组件，其中所述改进定子组件环具有组件环上部分和与所述组件环上部分相同的组件环下部分。
3.根据权利要求1所述的改进定子叶片组件，其中所述改进定子叶片组件在环境条件下改善压缩机效率、功率比和流速，所述环境条件比安装有所述第一定子叶片组件的压缩机的设计考虑更热。
4.根据权利要求1所述的改进定子叶片组件，其中所述第二叶片角比所述第一叶片角小三度。
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