EP1674734A1

EP1674734A1 - Verfahren zur Verbesserung der Strömungsstabilität eines Turbokompressors

Info

Publication number: EP1674734A1
Application number: EP04106808A
Authority: EP
Inventors: Marco Micheli
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-06-28
Also published as: WO2006067025A1; EP1828616B1; EP1828616A1; US20080003098A1

Abstract

Zur Verbesserung der Strömungsstabilität eines Turbokompressors wird im Schaufelkranz wenigstens einer Schaufelreihe wenigstens eine zusätzliche Schaufel (23) angeordnet. Damit wird das Teilungsverhältnis (t/s) verkleinert und die Strömungsstabilität verbessert.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Strömungsstabilität eines Turbokompressors. Das Verfahren ist insbesondere bei mehrstufigen axialen Turbokompressoren einsetzbar. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Komponenten eines Turbokompressors, welche mit Hilfe des angegebenen Verfahrens modifiziert sind, sowie auf einen Turbokompressor, und auf eine Gasturbogruppe, welche einen solchen Turbokompressor umfasst.

Stand der Technik

Verdichter von Gasturbogruppen und insbesondere luftatmenden Gasturbogruppen müssen über einen sehr weiten Betriebsbereich einen stabilen Betrieb gewährleisten. Dies ist einerseits im breiten Spektrum der Umgebungsbedingungen bedingt. Zum anderen ist es bei einwelligen Gasturbogruppen, welche zur Stromerzeugung dienen, nicht möglich, den Betriebszustand des Verdichters unabhängig über die Drehzahl zu regeln. Im Gegenteil müssen Maschinen, die in schwachen Netzen installiert sind, wie sie typischerweise in Drittweltländern auftreten, mit grossen vom Netz vorgegebenen Frequenz- und damit Drehzahlschwankungen und häufig mit stabilitätsverschlechternder Unterdrehzahl laufen. Auch können über die Lebensdauer eines Kompressors die Alterung, der Verschleiss, und die Verschmutzung der Verdichterschaufeln zu einer Verschlechterung des Stabilitätverhaltens führen. Bei Installationen, bei denen derart ungünstige Rahmenbedingungen gehäuft und kumuliert auftreten, ist es häufig wünschenswert, in einer an sich vorhandenen Gasturbogruppe den Verdichter derart zu modifizieren, dass er eine erhöhte Stabilität gegen Strömungsabrisse aufweist.
Bei der Auslegung von Gasturbogruppen muss der Verdichter in der Lage sein mit sehr guten Wirkungsgraden zu arbeiten. Daraus kann es aber resultieren, dass der Verdichter unter extremen Bedingungen, wie beispielsweise bei an sich Stabilitätsverbessernden niedrigeren Verdichtereintrittstemperaturen aufgrund des von der Turbine vorgegebenen steigenden Druckverhältnisses nahe an der Stabilitätsgrenze betrieben wird, oder aber dass sehr hohe VerdichterEintrittstemperaturen den Betriebspunkt des Verdichters in einen nur noch bedingt stabilen Bereich verschieben. Die Stabilitätsreserve ist dann möglicherweise nicht mehr ausreichend, um weitere oben genannte ungünstige Einflussgrössen aufzufangen.
Es ist aus verschiedenen Gründen offensichtlich nicht praktikabel und bei weitem zu aufwändig, für derartige spezielle Rahmenbedingungen die Kompressoren von Gasturbogruppen komplett anzupassen. Einerseits wird eine komplett neue Auslegung der Schaufelblattgeometrie für spezielle Fälle unwirtschaftlich. Zum anderen verbietet es sich fast von selbst, für einzelne Installationen von der standardmässigen Rotor- und/oder Statorgeometrie abzuweichen. Weiterhin wird die Stabilitätsgrenze häufig erst dann relevant, wenn im Laufe der Lebensdauer einer Gasturbogruppe aufgrund von Verbesserungen des Betriebskonzeptes oder der Turbine eine Leistungssteigerung und damit im Allgemeinen auch eine Steigerung des Druckverhältnisses realisiert wird.
Auch bei anderen Verdichterinstallationen, beispielsweise bei Industrieverdichtern, tritt der Fall auf, dass aufgrund von Änderungen im Betriebsregime der Abstand zum Strömungsabriss nicht mehr ausreichend ist. Nach dem Stand der Technik erfordert dies einen kompletten Austausch des Verdichters oder sehr aufwändige Modifikationen, welche auch die im Allgemeinen nicht vor Ort durchführbare Nachbearbeitung von Rotor- und/oder Statorteilen oder gar deren Austausch erfordern.

Darstellung der Erfindung

Es soll nunmehr ein Verfahren angegeben werden, welches es gemäss einem unter vielen Aspekten ermöglicht, das Betriebsverhalten eines Turbokompressors an spezielle Randbedingungen anzupassen und insbesondere die Strömungsstabilität des Turbokompressors zu verbessern, ohne Modifikationen der Rotorwelle oder des Gehäuses vornehmen zu müssen. Ebenso soll es, gemäss einem weiteren beispielhaften Aspekt, möglich sein, die Strömungsstabilität des Turbokompressors zu verbessern, ohne neue Schaufelblattgeometrien entwerfen und verifizieren zu müssen.
Diese Aufgaben werden mit dem im Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst.
Die Erfindung ermöglicht es, das Teilungsverhältnis eines axialen Schaufelgitters zu verändern, ohne die Geometrie der Schaufelblätter zu ändern und insbesondere ohne Komponenten wie die Rotorwelle oder das Gehäuse zu verändern.
Das Teilungsverhältnis des Schaufelgitters einer axialen Schaufelreihe oder eines Schaufelkranzes ist definiert als der gegenseitige Versatz zweier Schaufelblätter in Umfangsrichtung, bezogen auf die Sehnenlänge eines Schaufelblattes.
Es ist bekannt, dass abhängig von der Gitter-Belastungskenngrösse des Schaufelgitters ein optimales Teilungsverhältnis existiert, bei dem die Verluste minimiert sind. Abweichungen von diesem optimalen Teilungsverhältnis führen zu einem schnellen Anstieg der Gitterverluste. Moderne Turboverdichter befinden sich von ihrer Auslegung her im Bereich dieses optimalen Teilungsverhältnisses. Im Rahmen der Erfindung wurde nunmehr erkannt, dass eine Verkleinerung des Teilungsverhältnisses eines existierenden Verdichters die Strömungsstabilität innerhalb des Verdichters zu verbessern vermag. Diese Veränderung stellt jedoch einen tiefgreifenden Eingriff in die Gittergeometrie einer axialen Schaufelreihe dar. Es wurde weiterhin erkannt, dass eine verlusterhöhende Abänderung einer gesamten Verdichterbaureihe aufgrund von Stabilitätsproblemen unter extremen Einsatzbedingungen vermieden werden soll. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass Eingriffe in die Schaufelblattgeometrie schon an sich sehr aufwändig sind, und häufig grössere konstruktive Veränderungen oder Umbauten an der Rotorwelle und/oder am Gehäuse erfordern.
Es wird daher ein Verfahren zur Verbesserung der Strömungsstabilität eines Turbokompressors angegeben, bei welchem in einem axialen Schaufelgitter die Anzahl der in einer Schaufelreihe beziehungsweise in einem Schaufelkranz angeordneten Schaufeln erhöht wird. Damit wird der Abstand zwischen zwei Schaufelblättern verringert, und das Teilungsverhältnis wird auch ohne Veränderung der Schaufelblattgeometrie verkleinert, das heisst, zu zwar grösseren Gitterverlusten, aber auch einer verbesserten Stabilität verschoben.
Besonders einfach kann das vorgeschlagene Verfahren realisiert werden, wenn die in einem Schaufelkranz angeordneten Schaufeln mit ihren Schaufelfüssen in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut einer Rotorwelle oder eines Gehäuses angeordnet sind.
Gemäss einer Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens ein in Umfangsrichtung zwischen zwei Schaufelfüssen des Schaufelkranzes angeordnetes Distanzstück entfernt und an dessen Stelle wenigstens eine zusätzliche Schaufel eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens ein zwischen zwei Schaufelfüssen des Schaufelkranzes angeordnetes Distanzstück gegen ein Distanzstück mit geringerer Umfangserstreckung ausgetauscht und wenigstens eine zusätzliche Schaufel eingebaut. In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird wenigstens ein vorhandenes Distanzstück ausgebaut und derart bearbeitet, dass die Umfangserstreckung des Distanzstückes vermindert wird; das derart geänderte Distanzstück wird wieder eingebaut, und es wird wenigstens eine zusätzliche Schaufel in den Schaufelkranz eingesetzt. Ein offenkundiger Vorteil dabei, nur Distanzstücke zu ersetzen und/oder zu bearbeiten besteht darin, dass die aerodynamisch wie durch Fliehkräfte belasteten Schaufeln in ihrem besonders stark belasteten Fussbereich nicht modifiziert werden müssen. Im Übrigen beruht diese Modifikation nur aus dem Austausch oder dem Weglassen oder gegebenenfalls einer Nachbearbeitung fertigungstechnisch vergleichsweise leicht zu handhabender Komponenten. Damit ist diese Art der Modifikation von Schaufelnkränzen, bei denen in Umfangsrichtung zwischen Schaufelfüssen Distanzstücke angeordnet sind, besonders wirtschaftlich.
Eine alternativ oder kumulativ einzusetzende Verfahrensvariante zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine vorhandene Schaufeln gegen eine Schaufel ausgetauscht wird, deren Schaufelfuss eine geringere Umfangserstreckung aufweist, und wenigstens eine zusätzliche Schaufel in den Schaufelkranz einzusetzen. Dieses Verfahren kann auch umfassen, eine vorhandene Schaufel auszubauen, und deren Schaufelfuss derart zu bearbeiten, dass die Umfangserstreckung des Schaufelfusses verringert wird. Die Schaufel wird nachgängig der Modifikation des Schaufelfusses zusammen mit einer zusätzlichen Schaufel wieder eingebaut.
In Weiterbildungen der oben beschriebenen Verfahren werden als zusätzliche Schaufel und/oder als gegebenenfalls ersatzweise einzubauende Schaufeln Schaufeln verwendet, deren Schaufelblatt die gleiche Sehnenlänge und insbesondere die gleiche Schaufelblattgeometrie aufweist wie die ursprünglich eingebauten Schaufeln. Insbesondere wer dann in einer spezifischen Weiterbildung des Verfahrens als zusätzliche Schaufeln mit den ursprünglich eingebauten Schaufeln identische Schaufeln eingebaut. Gegebenenfalls wird auch an diesen zusätzlich einzubauen an sich identische Schaufeln eine Modifikation des Schaufelfusses vorgenommen, wobei die Umfangserstreckung des Schaufelfusses gegenüber dem ursprünglichen Zustand verringert wird. Auf diese Weise ist die einzige Gitterkenngrösse, die verändert wird, das Teilungsverhältnis. Damit wird der Aufwand, der für die Modifikation notwendig ist, gering gehalten, da je nach konkreter Sachlage nicht alle Schaufeln des modifizierten Schaufelkranzes ausgetauscht werden müssen und eine neue Auslegung der Schaufelblattgeometrie entfällt. Weiterhin bleiben die Auswirkungen auf die Strömungsverhältnisse der stromab angeordneten Schaufelgrenze minimal.In einer Ausführungsform des Verfahrens sind nach dem Umbau im gesamten Schaufelkranz Schaufeln mit identischer Sehnenlänge des Schaufelblattes und insbesondere mit identischer Schaufelblattgeometrie angeordnet.
Ein grosser Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens ist darin zu sehen, dass Verdichter individuell und vor Ort modifiziert werden können, um an spezifische Rahmenbedingungen beim Betrieb angepasst zu werden, ohne dass Modifikationen an grossen und nur schwer zu handhabenden Komponenten wie der Rotorwelle und/oder dem Gehäuse erforderlich sind. Das Verfahren kann so ausgeführt werden, dass hierfür nur serienmäßige Komponenten mit gegebenenfalls leicht durchzuführenden Modifikationen, wie beispielsweise ein leicht zu bewerkstelligendes Abfräsen des Schaufelfusses, benötigt werden. Weiterhin müssen nicht zwangsweise alle Schaufeln des Schaufelkranzes ausgetauscht werden, sondern es genügt gegebenenfalls, die zusätzlich einzubauen Schaufeln neu anzuliefern, was besonders bei Installationen wie schwer erreichbaren Regionen die Logistik erheblich vereinfacht.
Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, Stabilitätsprobleme von Verdichtern, welche aufgrund von auftretenden ungünstigen Betriebszuständen und/oder Alterungs- und/oder Verschleisserscheinungen beobachtet werden, mit vergleichsweise geringem Aufwand zu beheben.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht es weiterhin, Turbokompressoren für einen Normaleinsatz zu optimieren, da es mittels dem beschriebenen Verfahren sehr leicht möglich ist, einen Kompressor, der für aussergewöhnliche und extreme Einsatzbedingungen vorgesehen ist, hinsichtlich eines stabileren Betriebsverhalten zu modifizieren.
Die oben beschriebenen spezifischen Ausführungsformen des angegebenen Verfahrens können selbstverständlich untereinander kombiniert werden.
Das hier angegebene Verfahren eignet sich besonders zur Modifikation wenigstens einer Schaufelreihe des Rotors und/oder des Stators eines Turbokompressors. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Modifikation eines Turbokompressors einer Gasturbogruppe. Die Erfindung umfasst insofern auch einen Rotor eines Turbokompressors sowie einen Stator eines Turbokompressors, mit wenigstens einer Laufreihe, welche gemäss dem oben beschriebenen Verfahren modifiziert ist. Sie umfasst weiterhin auch einen Turbokompressor, welcher einen mittels des Verfahrens modifizierten Rotor und/oder Stator umfasst.
Dem Fachmann erschliessen sich anhand der oben gemachten Ausführungen und des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels sowie der Patentansprüche weitere Ausführungsformen und Anwendungsfälle der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im Einzelnen zeigen
Figur 1 eine Gastubogruppe;
Figur 2 eine Stufe eines axialen Turboverdichters mit in einer Umfangsnut angeordneten Verdichterschaufeln;
Figur 3 die Stufe aus Figur 2 in einer anderen Ansicht; und
Figur 4 eine tabellarische Zusammenfassung der Modifikationen eines 17-stufigen axialen Turboverdichters.
Nicht erfindungswesentliche Details sind weggelassen worden. Die Ausführungsbeispiele und die Zeichnung dienen dem besseren Verständnis des hier angegebenen Verfahrens und sollen nicht zur Einschränkung der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung herangezogen werden.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In der Figur 1 ist eine Gasturbogruppe 1 dargestellt, welche einen Verdichter 2, eine Brennkammer 3 und eine Turbine 4 umfasst. Die beispielhaft dargestellte Gasturbogruppe dient dem Antrieb eines Generators 5 zur Stromerzeugung. Auf nicht dargestellte, dem Fachmann aber geläufige Weise umfasst der Verdichter 2 einen Rotor, umfassend eine Rotorwelle mit Laufschaufeln sowie einen Stator mit üblicherweise im Gehäuse angeordneten Leitschaufeln. Wenn der Generator mit dem Elektrizitätsnetz verbunden ist resultiert jede Frequenzänderung des Netzes unmittelbar in einer Drehzahländerung der Gasturbogruppe. Die nachfolgenden Ausführungen beschreiben die Erfindung anhand des Rotors eines Verdichters; die Übertragung der Ausführungen auf einen Stator ist für den Fachmann ohne weiteres nachvollziehbar, weshalb eine explizite Erläuterung und Illustration der Erfindung anhand eines Verdichter-Stators sich erübrigt.
In der Figur 2 ist ein Teil eines Rotors eines Verdichters mit einer Schaufelreihe dargestellt. Der Rotor umfasst die Rotorwelle 21. In der Rotorwelle ist eine umlaufende Nut 22 eingearbeitet, in welcher die Laufschaufeln 23 der Laufschaufelreihe angeordnet sind. In der Darstellung eines Querschnittes entlang der mit A-A bezeichneten Linie ist die Anordnung des Laufschaufelkranzes zu erkennen. Eine Schaufel 23 umfasst einen Schaufelfuss 231 und ein Schaufelblatt 232. In der Umfangsnut 22 der Rotorwelle 21 sind abwechselnd Schaufelfüsse 231 und Distanzstücke 24 angeordnet. Der Schaufelkranz umfasst N Schaufeln. Mit U ist die Umfangsrichtung des Schaufelkranzes bezeichnet.
Die detaillierte Anordnung von Schaufelfüssen 231 und Distanzstücken 24 in der Umfangsnut sowie der Schaufelblätter 232 ist in der in Figur 3 dargestellten Abwicklung ersichtlich. Die Erstreckung eines Schaufelfusses in der Umfangsrichtung ist mit I bezeichnet. Die Erstreckung eines Distanzstückes in Umfangsrichtung ist mit b bezeichnet. Diese Masse sind jeweils am äusseren Umfang der Rotorwelle angegeben. Die Schaufelteilung, das heisst, der Abstand zwischen zwei Schaufelblättern in Umfangsrichtung, ist mit t bezeichnet. Selbstverständlich variiert dieses Mass über der Schaufelhöhe; ebenso ist auch die Sehnenlänge eines Schaufelblattes nicht zwangsläufig über die gesamte Schaufelhöhe konstant. Zur Charakterisierung eines Schaufelgitters ist dem Fachmann geläufig, diese Masse beispielsweise im Mittelschnitt zu bestimmen. Im Rahmen der nachfolgenden Ausführungen sind diese Werte jedoch als Absolutwerte nicht relevant. Das Teilungsverhältnis t/s ist, wie dem Fachmann geläufig ist, eine massgebende Gitterkenngrösse. Mit sinkendem Teilungsverhältnis nehmen die Wandreibungsverluste der Strömung im Schaufelgitter zu. Bei sehr grossem Teilungsverhältnis nehmen die Verluste aufgrund der zunehmend ineffizienten Strömungsumlenkung zu. Bei Verdichtern steigt darüberhinaus die Neigung zur Strömungsablösung. Dazwischen existiert ein optimales Teilungsverhältnis, bei dem die Verluste minimal sind, und auf welches ein Schaufelgitter üblicherweise wenigstens näherungsweise ausgelegt wird. Das optimale Teilungsverhältnis ist eine Funktion einer Gitter-Belastungskenngrösse und kann von Fachmann problemlos bestimmt werden. Beim hier vorgeschlagenen Verfahren wird nunmehr von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass mittels einer Verkleinerung des Teilungsverhältnisses die Ablöseneigung eines Turboverdichters verringert und dessen Betriebsbereich verbreitet werden kann. In Kenntnis des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, Turboverdichter, welche beispielsweise als Verdichter von Gasturbogruppen Verwendung finden, hinsichtlich der Verluste derart zu optimieren, dass sie in einem häufig, zum Beispiel in mehr als 70 Prozent aller Anwendungsfälle, vorkommenden Betriebsbereich mit geringsten Verlusten arbeiten. Die Möglichkeit, ohne konstruktive Änderungen die Betriebsstabilität des Turboverdichters zu verbessern, ermöglicht es unter anderem, diese Auslegung kompromissloser vorzunehmen und weniger Rücksicht auf extreme Einsatzbedingungen nehmen zu müssen als bis anhin üblich. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, einzelne Verdichter einer Baureihe unproblematisch individuell gegenüber der Standardauslegung abzuändern und an spezielle Betriebsbedingungen anzupassen. Probleme hinsichtlich des stabilen Betriebes bereiten beispielsweise Verdichter von Gasturbogruppen, welche bei sehr hohen Umgebungstemperaturen betrieben werden, und die womöglich in schwachen Elektrizitätsnetzen häufig mit Unterdrehzahl arbeiten müssen. Dies wird weiter akzentuiert, wenn die Gasturbogruppe bei hohen Umgebungstemperaturen zur Aufrechterhaltung der Leistung mit Wasser- und/oder Dampfeinspritzung in die Brennkammer betrieben wird, wodurch auch das Druckverhältnis, gegen welches der Verdichter arbeiten muss, ansteigt. Gemäss dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird der stabile Betriebsbereich des Verdichters erweitert, indem in wenigstens einer Schaufelreihe die Anzahl der im Schaufelkranz angeordneten Schaufeln erhöht und somit das Teilungsverhältnis verkleinert wird. Bei der in Figur 3 dargestellten Anordnung werden beispielsweise die Distanzstücke 24 ausgebaut, die Schaufeln werden zusammengeschoben, und es werden zusätzliche Schaufeln angeordnet. Im Ausführungsbeispiel finden N·b/l zusätzliche Schaufeln Platz; das Teilungsverhältnis reduziert sich von t=U/N auf t=U/(N·(1+b/l)). Wenn die Anzahl zusätzlicher Schaufeln, wie sie sich nach dieser Berechnung ergibt, nichtganzzahlig ist, so kann der Rest der Umfangserstreckung auf für den Fachmann an sich bekannte Weise mit einem Verschlussstück überbrückt werden. Die oben gemachten Ausführungen und die Unteransprüche offenbaren weitere Möglichkeiten, welche alternativ oder kumulativ verwendet werden können, um die Anzahl der in einem Schaufelkranz des Umfangs U angeordneten Schaufeln zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der dritten Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 41 auf 45 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der vierten Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 41 auf 45 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der fünften Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 41 auf 45 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 6. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 51 auf 57 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 7. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 51 auf 57 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 8. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 51 auf 57 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 9. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 65 auf 71 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 10. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 65 auf 71 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 11. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 65 auf 71 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 12. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 65 auf 71 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 13. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 65 auf 71 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 14. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 83 auf 91 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 15. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 83 auf 91 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 16. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 83 auf 91 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 17. Laufreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 83 auf 91 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der ersten Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 34 auf 38 zu erhöhen. Dabei wird die erste Leitreihe von einer Vorleitreihe verschieden; unter der ersten Leitreihe ist die Leitschaufelreihe zu verstehen, welche unmittelbar stromab der ersten Laufschaufelreihe angeordnet ist.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der zweiten Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 46 auf 50 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der dritten Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 52 auf 54 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der vierten Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 52 auf 54 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der fünften Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 60 auf 64 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der sechsten Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 56 auf 62 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 7. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 52 auf 58 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 8. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 66 auf 72 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 9. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 66 auf 72 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 10. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 66 auf 72 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 11. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 66 auf 72 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 12. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 66 auf 72 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 13. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 84 auf 92 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 14. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 84 auf 92 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 15. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 84 auf 92 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 16. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 84 auf 92 zu erhöhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst, in der 17. Leitreihe eines axialen Turboverdichters die Anzahl der Schaufeln von 84 auf 92 zu erhöhen.
Die Schaufelblattgeometrie bleibt bei diesen Modifikationen jeweils bevorzugt unverändert. In einer weiteren Ausführungsform werden die ursprünglich eingebauten Schaufeln wiederverwendet und zusätzliche Schaufeln neu eingebaut.
Die oben angeführten beispielhaften Ausführungsformen können untereinander kombiniert werden. In einer Ausführungsform werden alle Lauf- und Leitschaufelreihen eines Verdichters wie oben angegeben modifiziert, während die Anzahl der Schaufeln in den ersten beiden Laufschaufelreihen konstantgehalten wird. Es resultiert dann eine Verdichtermodifikation, wie in der Tabelle der Figur 4 angegeben. Dabei ist ein 17-stufiger axialer Turbokompressor gemäss einem in den Ansprüchen gekennzeichneten Verfahren modifiziert. Die oberste Zeile bezeichnet die Nummer der Stufe. LE bezeichnet die Leitreihen, und LA bezeichnet die Laufreihen. N₀ bezeichnet die Anzahl der Schaufeln in einem Schaufelkranz vor der Modifikation. N₁ bezeichnet die Anzahl der Schaufeln in einem Schaufelkranz nach der Modifikation. Auf diese Weise kann aus dem Vergleich der zweiten und dritten sowie der vierten und fünften Zeile die durchgeführte Modifikation abgelesen werden.
Für den Fachmann ist im Lichte der oben gemachten Ausführungen und der Patentansprüche die Durchführung des Verfahrens zur Modifikation anderer Verdichter offensichtlich.

Bezugszeichenliste

1: Gasturbogruppe

2: Verdichter

3: Brennkammer

4: Turbine

5: Generator

21: Rotorwelle

22: Umfangsnut

23: Schaufel

24: Distanzstück

231: Schaufelfuss

232: Schaufelblatt

b: Umfangserstreckung eines Distanzstückes

l: Umfangserstreckung eines Schaufelfusses

s: Sehnenlänge

t: Teilungsmass

LA: Laufschaufelreihe

LE: Leitschaufelreihe

N: Anzahl der Schaufeln in einem Schaufelkranz

N₀: Anzahl der Schaufeln im Schaufelkranz vor Modifikation

N₁: Anzahl der Schaufeln im Schaufelkranz nach Modifikation

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Strömungsstabilität eines Turbokompressors (2), umfassend, in einem axialen Schaufelgitter des Kompressors die Anzahl (N) der in einem Schaufelkranz angeordneten Schaufeln (23) zu erhöhen.
Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei die in einem Schaufelkranz angeordneten Schaufeln mit Ihren Schaufelfüssen (231) in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut (22) angeordnet sind.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, wenigstens ein in Umfangsrichtung (U) zwischen zwei Schaufelfüssen (231) des Schaufelkranzes angeordnetes Distanzstück (24) zu entfernen und wenigstens eine zusätzliche Schaufel einzusetzen.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, wenigstens ein zwischen zwei Schaufelfüssen (231) des Schaufelkranzes angeordnetes Distanzstück (24) gegen ein Distanzstück mit geringerer Umfangserstreckung (b) auszutauschen und wenigstens eine zusätzliche Schaufel einzusetzen.
Verfahren gemäss Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, wenigstens ein vorhandenes Distanzstück (24) auszubauen, dieses derart zu bearbeiten, dass die Umfangserstreckung (b) vermindert wird, und das geänderte Distanzstück und wenigstens eine zusätzliche Schaufel wieder einzubauen.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet dadurch, die ursprünglich eingebauten Schaufeln eingebaut zu belassen oder diese auszubauen und identisch wieder einzubauen oder die eingebauten Schaufeln gegen identische Schaufeln auszutauschen.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, wenigstens eine vorhandene Schaufel (23) gegen eine Schaufel auszutauschen, deren Schaufelfuss (231) eine geringere Umfangserstreckung
(I) aufweist, und wenigstens eine zusätzliche Schaufel einzusetzen.
Verfahren gemäss Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, wenigstens eine vorhandene Schaufel (23) auszubauen, deren Schaufelfuss (231) derart zu bearbeiten, dass die Umfangserstreckung (I) verringert wird, und die Schaufel zusammen mit einer zusätzlichen Schaufel wieder einzubauen.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, als zusätzliche Schaufel eine Schaufel zu verwenden, deren Schaufelblatt (232) die gleiche Sehnenlänge (s) aufweist wie die ursprünglich eingebauten Schaufeln.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, als zusätzliche Schaufel eine Schaufel zu verwenden welche die gleiche Schaufelblattgeometrie aufweist wie die ursprünglich eingebauten Schaufeln.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, für den gesamten Schaufelkranz Schaufeln mit identischer Sehnenlänge (s) des Schaufelblattes (232) zu verwenden.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, für den gesamten Schaufelkranz Schaufeln mit identischer Schaufelblattgeometrie zu verwenden.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, als zusätzliche Schaufel eine identische Schaufel einzubauen wie eine ursprünglich eingebaute Schaufel.
Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, als zusätzliche Schaufel eine identische Schaufel zu verwenden wie eine ursprünglich eingebaute Schaufel, deren Schaufelfuss derart zu bearbeiten, dass die Umfangserstreckung verringert wird, und die derart modifizierte Schaufel einzubauen.
Rotor eines Turbokompressors, umfassend wenigstens eine Schaufelreihe, welche gemäss einem der vorstehenden Verfahren modifiziert ist.
Stator eines Turbokompressors, umfassend wenigstens eine Schaufelreihe, welche gemäss einem der vorstehenden Verfahren modifiziert ist.
Turbokompressor (2), umfassend wenigstens einen Rotor oder einen Stator gemäss einem der Ansprüche 15 oder 16.
Gasturbogruppe (1) umfassend einen Turbokompressor (2) gemäss Anspruch 17.