CN1301364C - 一种燃气轮机用高效压气机 - Google Patents

Abstract

一种燃气轮机用高效压气机，它包含有机匣、机轴，工作叶轮和静叶片，在压气机进口设置可旋转导流叶片，在5、10、15级后设置放气活门，重型燃机上连续两级为处理机匣，1-3级压气机轮盘和叶片设有悬臂支承，转子长度缩短约1米，压气机转子1-4级盘和鼓螺栓连接，5-10，10-17级盘与鼓电子束焊连接，4和5级盘及10和11级盘销钉连接，压气机和透平间设有辐射式引气管与分层套管，并用环形件固定在压气机盘内孔上，本发明具有热效率高，工作稳定，机重相对减小，冷却效果好的特点。

Description

一种燃气轮机用高效压气机

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机中使用的压气机，尤其是关于燃气轮机吸入工作介质被压气机压缩后送入燃烧室喷入燃料燃烧后在透平内膨胀做功，通过传动轴输出给发电机发电或其它工作母机做功用的压气机。

背景技术

压气机是燃气轮机中的主要部件之一，直接反映压气机性能指标参数的是总压缩比、绝热压缩效率和稳定工作裕度。

为实现上述性能指标，目前的基本作法是在压气机机轴与压气机机匣上，交替连续依次分设工作叶片和静叶，而且由多个级串联构成气体流道，其总压缩比，绝热压缩效率和稳定工作裕度，是压气机的重要指标，现有多数燃气轮机压气机的级压比约为1.16左右。

发明内容

针对现有燃气轮机压气机级压比的现状，本发明提供一种燃气轮机用高效压气机，该压气机为单轴，15级轴流式压气机，其总增压比为14.7，平均级增压比为1.196，压缩机绝热压缩效率为0.84，压气机的稳定工作裕度大于12％，为实现以上指标，本发明所采用的具体技术方案是：

1、压气机进口设置可旋转导流叶片。在第5、10、15级后设置用于不同工作状态协调放气的放气活门，燃机上连续两级采用以改善转子第一、第二级工作叶片叶尖的气流流场、推迟失速，使单转子额定工况稳定工作裕度大于12％水平的处理机匣技术。

2、压气机转子1-3级压气机轮盘和叶片采用悬臂外伸结构，比常规设计转子长度缩短约1米。为提高平衡精度，减少转子工作时的内应力，压气机转子所有盘和鼓有三种不同连接形式，1-4级盘为螺栓连接，5-10级盘，11～17级电子束焊，4级盘和5级盘连接处和10级盘与11级盘连接处采用径向销钉方式连接。

3、为向透平盘和工作叶片提供不同压力和温度的冷却空气，在该机内设有一种由辐射式引气管与分层套管组成的转子内腔冷气传输装置，冷却空气从所需引出的级的鼓筒处开孔引入转子内腔，引入的空气由若干根沿园周分布的辐射式管收集，沿内层套管流路而送入透平转子内腔，先冷却透平轮盘，再被引入工作叶片去冷却高温的透平叶片，在转子内，分层套管和辐射式引气管用环形件固定在压气机盘的内孔上，并与转予一起旋转。

本发明所述方案的积极效果是用较少的级数达到较高的总增压比，转子轴颈缩短，质量下降，成本低，运行平稳，稳定工作裕度大幅提高，而且将不同压力、不同温度的冷却空气无干扰地引向各自的目的地，加强了特别是透平后面级的冷却效果。辐射式集气管的作用是减少因气流在盘腔内因轮盘的旋转效应而产生的温度升高，分层套管除引导气流外还起到隔热屏的作用减少冷却空气在传输过程中的温度升高，采用此方案大幅度提高了透平盘和叶片的冷却效果。

附图说明：

图1：是本发明结构原理剖视图；

图2：是图1中静子机匣后机匣垂直结合面示意图；

图3：是图1中静子机匣前机匣水平结合面示意图。

图中：1、压气机，2、可调导流叶片，3、压气机静子机匣，4、处理机匣、5压气机整流叶片，6、1～15级压气机叶片，7、转子，8、1～15级轮盘，9、放气口，10、辐射式引气管，11、分层套管，12、后鼓简承力盘，13、1～3级盘，14、前轴颈，15、5～10级盘，16、鼓筒开孔处，17、11～15级盘，18、前机匣，19、后机匣。

具体实施方式

一种重型燃气轮机用压气机(1)，由压气机静子(3)和转子(7)组成。静子上安装有进口可调导流叶片(2)，压气机整流叶片(5)等。转子上安装有1～15级轮盘(8)，1～15级压气机叶片(6)，前轴颈(14)和两级后鼓筒承力盘(12)，其转子后端与透平转子前端用螺栓连接形成整体转子。

压气机的流道形状采用先进的气动设计方法确定。工作叶片和整流叶片的叶型均采用高效率低损失的叶型。此压气机气动设计和叶片选型的优化组合使其在15级压缩机结构上达到压比为14.7，工作点效率0.84，稳定工作裕度为12％，平均级压比达1.196的水平。

压气机综合利用了各种提高非工作状态下稳定工作裕度的办法。在压气机进口装有可调进口导流叶片(2)，在第一、二级机匣内壁上设置了处理机匣结构(4)，在壁面上开有若干个斜置的小槽。它可以改善压气机第一、二级工作叶片叶尖气流的流场，从而推迟气流失速，扩大稳定工作裕度。在压气机第5、10和15级出口设计有放气口(9)，调整放气量可以扩大压气机非额定工况的稳定工作裕度。

压气机的静子机匣(3)，分成前后两段。前机匣(18)有水平分界安装边，后机匣(19)有垂直分界安装边，这种设计特点可以保证机匣组合后水平和垂直方向的刚性基本一致，加强整机刚性。

压气机转子1～3级盘(13)设计成前伸悬臂式，4级盘与前轴颈(14)用电子束焊在一起形成整体结构，5～10级盘(15)和11～15级盘(17)和两个鼓筒加强盘为电子束焊焊成的单元体。转子1～4级盘用螺栓相连，4级盘、5～10级盘和11～15级盘单元体之间采用一组径向销钉连接结构形式。在1～15级盘上装有1～15级叶片(6)。如图转子轴颈缩入1～3级盘内大大缩短了转子的长度，和目前重型单轴燃气轮机比它是本压气机的一大特点。压气机转子盘连接采用螺栓、焊接和径向销钉组合的形式。方便了转子的分步平衡方案的实施，提高转子平衡精度，减少转子工作时的内应力也是本压气机特点之一。

为向透平的轮盘和叶片输送冷却空气，本方案采用透平不同级分别输送不同压力、温度的冷却空气的方案以提高每级透平轮盘和叶片的冷却效果。具体实施方法是采用辐射式引气管(10)和分层套管(11)组成的转子内腔冷却空气传输装置。冷却空气从鼓筒开孔处(16)引入，由沿圆周均布的若干径向辐射状引气管收集，沿内腔的分层套管输向透平的轮盘和叶片对它们进行冷却。该装置用环形件固定在压气机转子轮盘的内径处与压气机转子一起转动。辐射引气管的作用是减少进入转子内腔的冷却空气因轮盘旋转效应而升温，分层套管的作用一方面隔离不同压力和温度的冷却空气形成通道，另外还起到隔热屏的作用减少对冷却空气的辐射传热，这种技术方案的特点是克服重型机中通常采用的单股冷却空气顺序冷却透平各级轮盘和叶片的方案中冷却效果欠佳的缺点，采用本装置可大幅度提高冷却效果特别是透平后几级轮盘和叶片的冷却效果。

Claims (3)

1、一种燃气轮机用单轴15级轴流压气机，它包含有机匣、工作叶轮和静叶片，其特点是压气机进口设置可旋转导流叶片，在第5、10、15级后设置放气活门，在第一、二级机匣内壁上设置了处理机匣结构，1～3级压气机轮盘和叶片设有悬臂支承，压气机转子1～4级盘与鼓螺栓连接，5～10，11～17盘与鼓电子束焊连接，4和5级盘及10和11级盘销钉连接，压气机和透平转子内设有辐射式引气管与分层套管，用环形件固定在压气机盘内孔上。

2、如权利要求1所述的燃气轮机用单轴15级轴流压气机，其特征在于所述第一、第二级机匣内壁上设置了处理机匣结构，是在壁面上开有若干斜置的小槽。

3、如权利要求1所述的燃气轮机用单轴15级轴流压气机，其特征在于在所述转子内设有由辐射式引气管与分层套管组成的转子内腔冷气传输装置，用来传输透平转子和叶片所需的冷却空气。

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