TWI364490B - Method for modifying a multistage compressor - Google Patents

Description

1364490 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於調整如專利請求項】之多級壓縮 機之方法。其進一步係關於一種根據所詳述之方法而調整 之壓縮機，且係關於一種包含因此而調整之壓縮機的燃氣 渦輪組。 【先前技術】 當葉片葉之輪廓保持怪定#改變葉片歹^之葉月肖，可對

渴輪壓縮機進行調整。在此情況下，㉟常將葉片角界定為 輪廓之弦與壓縮機之圓周方向形成的角。由於改變葉片柵 之幾：㈣的可能性’故(例如)可在不需要重新設計葉片 葉的刖提下增加質量流量。此在(例如)可調節壓縮機導向 葉片列的情況下且尤其在壓縮機之可調節入口導向葉片列 的情況下實施。然#，複數個可調節導向葉片列之實施相 對複雜。 【發明内容】 根據本發明之一態樣，因此將詳述一種用於藉由擺動葉 片（思即，改變葉片角）來調整多級壓縮 片葉之輪廓。根據本發明卜更特定的態樣，將在== 可調節葉片列的前提下詳述此可能性。根據本發明之另一 態樣’與調整之前之壓縮機相比，在-示範性實施例中壓 縮機之質量流量增加多達百分之六。在-更特定的實施例 中’將在不減小壓縮機中之流動穩定性且/或不引起由於 增加之質量流量導致的葉片管中之流動阻塞的前提下，實 108082.doc 1364490 現質量流量增加。 如請求項1之方法除了其他有利效果外亦能夠滿足上文 所列之要求。 瀛方法包3將第一壓縮機葉片列之移動葉片交換成經調 整之移動葉片’該等經調整之移動葉片具有與初始安裝之 移動葉片相同之葉片葉輪磨及與初始安裝之移動葉片不同 的葉片角。藉此可增加第一壓縮機移動葉片列之吸收容 量，且尤其在與可調節入口導向葉片列結合時可增加壓縮 機質量流量。由於進-步調整了排列於更下游且尤盆是第 二壓縮機級下游之至少-個葉片列的葉U，故抵消葉片 柵之經調整之幾何形狀帶來的潛在削弱的流動穩定性。出 於此目的’將至少一個另外的葉片列之葉片交換成經調整 之葉片’該等經調整之葉片具有與初始葉片相同之葉片葉 輪廓及與初始葉片之葉片角不同的葉月角。在本發明之一 中’該另外的葉片列之葉片角的變化與第一壓縮機 動葦K列之葉片角的變化同向，意即’當第一壓縮機移 ^葉片角增大時’該另外的葉片列之葉片角亦增 :田第：壓縮機移動葉片列之葉片角減小時，該另外 列i葉歹片片角亦減小。由於第—壓縮機級之導向葉片 亦不調整葉可片^維持不變（意即，既不調整葉片葉輪廓 性。 ’、角），故本發明之—實施例具有特定優越 跟二=，，壓縮機級"應理解為意謂壓縮機移動葉片列及 者1於下游之I缩機導向葉片列的排列。此應理解 I08082.doc 1364490 $與渦輪機級形成對比，㈣機級包含_具有排列於 之移動葉片列的導向葉片歹·】。移動葉片列包人— ::移動葉片之葉片環或葉片柵。亦將此等指定為轉= 轉子葉片裝置、轉子葉片環或轉子葉片柵或類似 “列包含—含有複數個導向葉片之葉片環或 $片栅。亦將此等指定為定子組件’例如^子葉片裝置、 定子葉片環或定子葉片柵及類似術語。 、 • 本文所詳述之方法之—發展包含將第二壓縮機移動葉片 列之移動葉片交換成經調整之移動葉片，該等經調整 ==具有㈣始移動葉片相同之葉片葉輪廊及與初始移 動#片之葉片角不同的荦片条 姓哲 μ以此發展之—實施例包含維 持第二壓縮機級之導向葉片列之葉片幾何形狀不變。 =文所描述之方法之發展包含：在排列於第二壓縮機級 =游之至少—㈣縮機級中，將移動葉片列之葉片及導向 右:列之葉片交換成經調整之葉片，該等經調整之葉片具 •冑與初始葉片相同之葉片葉輪廓及與初始葉片之葉片角不 同的葉片角，及/或將排列於第二壓縮機級下游之每一壓 =機級之至少-個葉#列的葉片交換成經調整之葉片，該 =調整之葉片具有與初始葉片相同之葉片葉輪廟及與初 始#片之葉片角不同的葉片角。 與未經調整之塵縮機相比，在該方法之一實施例中，彼 此地調適葉片列f直螢Η ρ丄 、果月歹片已父換成經調整之葉片）之葉月 角，從而在個別歷縮機級中及/或個別葉片列中使相對的 4累積（enthalpy build_up)(相對於壓縮機中之總捨累積而 108082.doc 丄州4490 。）保持基本恆定。因此，可能改變壓縮機之質量流量且 同時維持穩定性儲量基本不變以防止失速。 葉片角（其界定為葉片葉輪廓之弦與壓縮機之圓周方向 形成的角）之增大通常導致質量流量增加。因此，本文所 描述之方法之應用（其中，將初始安裝之葉片交換成經調 整之葉片，與初始安裝之葉片的情況相比，在該等經調整 之葉片中導向葉片葉輪廓之弦在更大程度上定向於壓縮機 轴之方向上）促成該方法在增加壓縮機質量流量方面的應 用。藉由該方法之一示範性實施例，可在不稍許改變壓縮 機之穩定性儲量的前提下實現壓縮機質量流量增加多達百 分之六。 ¥’上文所描述之該方法之改進之處可彼此結合。 本發明進一步包含一種藉由上述方法而調整之壓縮機。 特定言之’此壓縮機包含至少三個軸向壓縮機級，且在更 特疋的實施例中此壓縮機為完全軸向多級壓縮機。完全軸 向夕級渦輪壓縮機用作（例如）燃氣渦輪組之壓縮機；在此 私度上本發明亦包含一種具有藉由上述方法而調整之壓縮 機的燃氣渦輪組。 根據下文所說明之附屬項及示範性實施例，熟習此項技 術者將瞭解本發明之進一步有利且有用的發展。 【實施方式】 圖1說明一燃氣渦輪組1〇〇。燃氣渦輪組1〇〇包含一多級 軸向渦輪壓縮機ιοί、一燃燒室102及—渦輪機1〇3。燃氣 渦輪組之機械軸ill驅動連接至發電機1〇4。壓縮機1〇1包 108082.doc 1364490 含一外殼，該外殼中排列有壓縮機之靜態組件；及一機械 轴，該機械軸in上排列有轉子組件。舉例而言且以簡 化之形式，該壓縮機包含一可具備可調節導向葉片之入口 導向葉片列IGV，及十個壓縮機級丨至1〇。在此情況下壓縮 機級之數量不構成限制；現代燃氣渦輪組之渦輪壓縮機習 知地具有較高數量的級，例如17至21。然而，為了說明本 發明，說明十個壓縮機級已足夠且較清楚。圖中壓縮機之 通μ方向為自左向右。第一壓縮機級包含一排列於機械軸 上之移動葉片列LA 1及一排列於外殼中之後部下游的導向 葉片列LE1。在每-情況下，所有另外的塵縮機級同樣地 包含一移動葉片列，該移動葉片列在後部下游排列有一導 向葉片列。以本身已知之方式，每一葉片列包含複數個葉 片，該等葉片中之每一者同樣以本身已知之方式具有一葉 片根及一葉片葉。 圖2展不示範性壓縮機以初始狀態（意即，在藉由所詳 述=方法進行調整之前）用於（例如_之燃氣渦輪組中的 細即。說明最初兩個壓縮機級，其包含移動葉片列L幻及 導向葉片列LEI ’ 亦包含移動葉片列LA2及導向葉片列 LE2。亦說明_任意愿縮機級N，其排列於第二愿縮機級 下游且具有移動葉片列LAN及導向葉片列LEN。121、 122 I23、i24、125及126表示葉月葉。在自外部呈放射 狀觀看的視圖中，可觀看到葉片葉輪摩，亦可觀看到葉片 角’其知界定為葉片葉輪廓之弦與壓縮機之圓周方向形成 的角。B、。表示第一移動葉片列LAi之葉片121之葉片角。 108082.doc ΒΜι〇表示第一導向華片列 一 茱月列LE1之葉片122之葉片角。b，2(^ 示第二移動葉片列乙八2之埜η # (八2之業片123之葉片角。Bm2〇表示第二 導向葉片細2之葉片以之葉片角。B.N。表示移動葉片列 LAN之葉片125之葉片角。B，、。表示導向葉片列LEN之葉 片126之葉片角。 圖3 s兒明已藉由所指试夕士_ .土 μ & 4之方法調整之圖2之壓縮機。所說 明之葉片列中之葉片之整Η 棠片葉輪廊才目同。類似地已維持第 廢縮機級之導向華片列Τ Ρ〕& α . 茶月歹j LE1與第二壓縮機級之lE2的葉 片角。相比而言，第-移動葉片列LA1之葉片角已自B、 增大至第二移動葉片列LA2之葉片角已自〜增大至 。接著，更大程度上在壓縮機之軸之方向上定向此兩 個移動葉片列的輪廊弦田 鄢弦因此減小各自葉片柵之阻塞程 度’從而導致壓縮機皙晉、土县说上 M m ®增加。在移動葉片列LAN及 導向葉片列LEN中，類似妯埜ΰ ώ Ώ, 貝似地葉片角自Β,ν〇及Β"νο增大至Β，ν1 m·每-情況下同樣地維持葉片葉輪廓。此調整亦可 貫施於未說明之屋縮機之其他葉片列中。在此情況下不必 要始終調整級的移動荦片？丨 # . 砂勒茱月列之葉片角及導向葉片列之葉片 角；類似地’在級中，可僅胡敏 ^ J僅凋整移動葉片列之葉片角或導 向葉片列之葉片角。排列於楚一两，& 拼幻於第一屋縮機級下游之葉片列的 調整具有以下效果··一方面， 万面由於增加之質量流量，故在 此等葉片列中不發生流動阻塞；且另一方面，虔縮機之搶 累積不超比例地（superprop〇rti〇naIIy)轉移至第—及第二移 動葉月列中，否則此將減小第一及第二移動葉片列之葉片 柵中用於防止失速之穩定性儲量。 I08082.doc ^64490 儘管未明確地提及，但熟習此項技術者易瞭解，上文給 出之說明可以類似方式應用於葉片帛輪庵纟葉片冑度上可 變的塵縮機葉片裝置’且尤其亦應用於熟習此項技術者所 热知之扭曲葉月；圖2及圖3中之說明係關於—圓周部分。 【圖式簡單說明】 77 ° 圖1展示一燃氣渦輪組； 圖2展示一多級軸向壓縮機之細節；且

圖3展示一經調整之多級軸向壓縮機之細節。 圖 省略對於理解本發明非必要之細節。 ,,^ 孕已f生貫施例及 且並非用以 式係用以幫助更好地理解上文所描述之方法， 限定本發明在申請專利範圍中所描繪之特徵。 【主要元件符號說明】 0 入口導向葉片 1 第一壓縮機級 2 第二壓縮機級 3 第三壓縮機級 4 第四壓縮機級 5 第五壓縮機級 6 第六壓縮機級 7 第七壓縮機級 8 第八壓縮機級 9 第九壓縮機級 10 第十壓縮機級 100 燃氣渦輪組 108082.doc 12 1364490 101 壓縮機 102 燃燒室 103 渦輪機 104 發電機 111 機械軸 112 外殼 121 第一移動葉片列之葉片葉 122 第一導向葉片列之葉片葉 123 第二移動葉片列之葉片葉 124 第二導向葉片列之葉片葉 125 移動葉片列N之葉片葉 126 導向葉片列N之葉片葉 Β'π 級Ν之導向葉片列之經調整之葉片角 Β"10 第一導向葉片列之初始葉片角 Β'10 第一移動葉片列之初始葉片角 Β’η 第一移動葉片列之經調整之葉片角 Β"20 第二導向葉片列之初始葉片角 Β'2〇 第二移動葉片列之初始葉月角 Β'21 第二移動葉片列之經調整之葉片角 Β"ν〇 級Ν之導向葉片列之初始葉片角 Β'ν〇 級Ν之移動葉片列之初始葉片角 Β'Ν1 級Ν之移動葉月列之經調整之葉片角 Β"Ν1 級Ν之導向葉片列之經調整之葉片角 IGV 入口導向葉片列 108082.doc -13- 1364490

L22 第 二 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LA10 第 十 壓 縮 機 級 之 移動 葉 片 列 LAI 第 一 壓 縮機級 之 移動 葉 片 列 LA2 第 二 壓 縮 機 級 之 移動 葉 片 列 LA3 第 二 壓 縮 機 級 之 移 動 葉 片 列 LA4 第 四 壓 縮 機 級 之 移 動 葉 片 列 LA5 第 五 壓 縮 機 級 之 移 動 葉 片 列 LA6 第 六 壓 縮 機 級 之 移 動 葉 片 列 LA7 第 七 壓 縮 機 級 之 移 動 葉 片 列 LA8 第 八 壓 縮 機 級 之 移 動 葉 片 列 LA9 第 九 壓 縮 機 級 之 移 動 葉 片 列 LAN 壓 縮 機 級N之移動葉； Η列 LE10 第 十 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LEI 第 — 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LE3 第 二 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LE4 第 四 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LE5 第 五 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LE6 六 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LE7 第 七 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LE8 第 八 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LE9 第 九 壓 縮 機 級 之 導 向 葉 片 列 LEN 壓 縮機 級N之導向葉， Η列 I08082.doc -14 -

Claims (1)

1364490 f_ 第095101510號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(1〇1年1月） L〇1年1月0备修(更)正替換頁 十、申請專利範圍： 一種用於增加一多級壓縮機中之吸收容量的方法，該壓 縮機包含具有一界定之葉片葉輪廓之—第一壓縮機轉子 葉片列之轉子葉片，且此等轉子葉片在流動方向上具有 -m定之f片角’且排列於—第二壓縮機級下游之至少 個另外的葉片列的葉片具有一界定之葉片葉輪廊及在 。危動方向上的一固定之葉片角該葉片角與該第一壓 縮機轉子葉片列之葉片角實質相同，該壓縮機轉子葉片 列及排列於該第二級下游之該至少—另外的葉片列與具 有：變葉片葉輪廓之不同的葉片列交換，並以一與該等 固定之葉月角相比不同的葉片角運作；且該至少」另外 :葉片列之該等葉片角被選擇作為該第-壓縮機轉子葉 列之為獲得一較大吸收容量而經調整之該葉片角的一 2·,請求項1之方法’其中維持第一麼縮機級之導向葉片 列之葉片幾何形狀不變。 "、 3 IS::方法，其中將該第二縮機轉子葉片列之 =1=成經調整_片，該等經調整之 嗲等:、、〜初始轉子葉片相同之葉片葉輪廓及與 4初始轉子葉片之葉片角不同的葉片角。 :求項3之方法，其’維持該第二壓縮機級 片列之葉片幾何形狀不變。 等门桊 5.如請求項丨之方法，1 列。 …另外的葉片列為一轉子葉片 108082-1010l03.doc % ib 0 3 ^Ί 平月日修(更)正替換頁 6. 如請求項ί夕匕古,νΓ Τ~7---- 、 法，其中該另外的葉片列為一導向葉片 列0 7. 如請求項ί 、 ，其令在排列於該第二壓縮機級下游 ★個壓縮機級中’將該轉子葉片列之該等葉片及 向葉片列之該等葉片交換成經調整之葉片，該等經 葉片具有-與初始葉片相同之葉片葉輪廓及與該 等初始葉片之葉片角不同的葉片角。 ::求項1之方法，其中將排列於該第二壓縮機級下游 縮機級之至少—個葉片列的該等葉片交換成經 調正之葉片’該等經調整筆 蹩之桊片具有—與初始葉片相同 9 2::葉輪廊與該等初始葉片之葉片角不同的葉片角。 敕：整項1二法’其中彼此地協調葉片已交換成經調 纩機級：的°亥等葉片列之該等葉片角，從而使得個別壓 縮機，·及中之㈣㈣累縣持基本值定。 10.如請求項1之方沐 中該等經調整之葉片之該葉片角 大於該等初始葉片之爷辇 '亥葉片角，從而使得該等經調整之 葉片之该4葉片葉輪廓的 祕你更大私度上定向於壓縮 機軸之方向上作為增加之f量流量之—函數。 .:叫求項1之方法，其中該壓縮機質量流量被增加。 種纽Μ縮機，其包含具有―界^之葉片葉輪廊之一 第一壓縮機轉子葉片列 …歹】之轉子葉片，且此等轉子葉片在 "IL動方向上具有—旧十 疋之葉片角，且排列於一第二>1縮 機級下游之至少—侗H I縮 7 W外的葉片列的葉片具有一界定之 葉片葉輪廓及在該流動方6 机勖方向上的一固定之葉片角，該葉 108082-10ioiQ3.doc 1364490 13. 14. 15. 16. 10谇1月0 i修(更)正替換頁 片角與該第一壓縮機轉子葉片列、該壓缩機轉子葉片列 及排列於該第二級下游之該至少一另外的葉片列之葉片 角實質相同，其中替換葉片列具有不變葉片葉輪廓之不 同的葉片列，並以一與該等固定之葉片角相比不同的葉 片角運作；且該至少一另外的葉片列之該等葉片角被選 擇作為該第一壓縮機轉子葉片列之為獲得一較大吸收容 量而經調整之該葉片角的一函數。 如凊求項12之壓縮機，其包含至少三個軸向壓縮機級。 如請求項13之壓縮機，其中該壓縮機係一完全軸向多級 壓縮機》 一種燃乳渦輪組，其包含如請求項丨2之壓縮機。 一種用於增加一多級壓縮機中之吸收容量的裝置，該壓 縮機包含具有一界定之葉片帛輪廓之一第一壓縮機轉子 葉片列之轉子葉片，且此等轉子葉片在流動方向上具有 口疋之葉片角，且排列於一第二壓縮機級下游之至少 1另外的葉片列的葉片具有—界定之葉片葉輪廊及在 亥机動方向上的一固定之葉片角，該葉片角與該第一壓 縮機轉子葉片列之葉片角實質相同，該壓縮機轉子葉片 、Λ至乂另外的葉片列係排列在該第二壓縮機級的 I^ θI置包含用於該第—壓縮機轉子葉片列及該至 少：另外的葉片列的替代葉片列，該替代葉片列具有替 = '㈣代葉片具有不變的葉片葉輪廓及-與該等 固疋之葉片角相比不同的葉片角，且該至少一另外的葉 片列之替代葉片的葉片角被選擇作為該第一壓縮機轉子 108082-1010iQ3.doc 1364490 ，S 0日3修⑵正替換頁 葉片列之替代葉片之為獲得一較大吸收容量而經調整之 該葉片角的一函數。 108082-1010103.doc 4-