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CN1267783A - 多级涡轮压缩机 - Google Patents

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CN1267783A
CN1267783A CN00102754A CN00102754A CN1267783A CN 1267783 A CN1267783 A CN 1267783A CN 00102754 A CN00102754 A CN 00102754A CN 00102754 A CN00102754 A CN 00102754A CN 1267783 A CN1267783 A CN 1267783A
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弗朗茨·约斯
马伊连·源
乌尔里希·乌尔特克
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General Electric Switzerland GmbH
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ABB Alstom Power Switzerland Ltd
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Abstract

在两个压缩机级之间设置有引出点的多级涡轮压缩机。位于引出点的紧邻的上游的级的导向叶栅被设计成可调节的几何形状。通过调节这个导向叶栅,在引出点的压力能够被设置在一个宽的范围内,而与入口和出口压力以及传递介质的入口容积流量无关。

Description

多级涡轮压缩机
本发明涉及一个多级涡轮压缩机，当其工作时，将介质从入口压力传递到出口压力，其中，在每个情况下，所述涡轮压缩机包括一定数量的导向叶栅和动叶栅，它们沿着传递的方向以这样的方式交替进行设置，即在每一个情况下一个动叶栅和在传递方向紧接着它的一个导向叶栅构成了一个压缩机级，该动叶栅设置在转子上以及该导向叶栅设置在定子上，所述涡轮压缩机对于至少一个在入口压力和出口压力之间的以外压力，至少具有一个引出点，在这个引出点上引出部分压缩的介质的部分流动，和涉及操作所述涡轮压缩机的方法。
用于控制涡轮压缩机的一个很有效的方法涉及调节一个或多个级的导向叶栅(Dubbel，Taschenbuch fur den Maschinenbau [机械工程手册]，14th版，1981第877页；Traupel，ThermischeTurbomaschinen[热力涡轮机械]，3rd，1982，第2卷，第111页)。这个控制方法已经被长时间采用，特别是对于具有大转速范围的机械的情况下：在航空发动机中，优选能够对半数的压缩机级装备可调节几何形状的导向叶栅。即使对于最新代的固定式燃气涡轮机，发展的趋向是朝着设计多个带有可调节几何形状的压缩机级，例如如在ABB技术，2/1994，第4页中所述的。
多级涡轮压缩机，准确地说是那些用于燃气轮机的多级涡轮压缩机，具有用于在一个或多个压力上排出压缩机空气的引出点，引出压力在入口压力和出口压力之间。在引出点所需的辅助空气通常需要在一个很高的压力水平，例如为了冷却涡轮机部件。因此引出点几乎位于压缩机的后面的级中。这样引出压力基本上被压缩机的工作压力所预先确定。一方面，在一个特定的压缩机出口压力的情况下，它是变化的，在另一方面，它直接随着压缩机的工作点变化。
因此，对于现有的通常的涡轮压缩机和操作它的方法，不可能提供一个与涡轮压缩机的工作点无关的确定的引出压力。
那么本发明是要对此加以改进。因此，对于一个多级涡轮压缩机，当其工作时，将介质从入口压力传递到出口压力，其中，在每个情况下，所述涡轮压缩机包括一定数量的导向叶栅和动叶栅，它们沿着传递的方向以这样的方式交替设置，即在每一个情况下一个导向叶栅和在传递方向紧接着它的的一个动叶栅构成了一个压缩机级，该动叶栅设置在转子上以及该导向叶栅设置在定子上，所述涡轮压缩机对于至少一个在入口压力和出口压力之间的以外压力，至少具有一个引出点，在这个引出点上排出部分压缩的介质的部分流动，本发明的目的是提供一个将引出压力设置在宽的范围内的可能，而与压缩机的工作点无关。
根据本发明，可以这样达到目的，即位于紧邻着引出点的上游的级的导向叶栅和/或至少一个设置在引出点的下游的级的导向叶栅被设计成可调节的几何形状。
如开始所提到的，对一个在相对宽的转速范围内工作的涡轮压缩机，为了与级的运动相适应，通常优选设计相对大数量的动叶栅以至于可被调节。可是，这里与本发明相关的导向叶片列的调节是被用作控制在压缩机中一个特定点的压力，与压缩机的工作点无关。因此，即使在稳定转速下工作的压缩机中应用本发明也是有利的和需要的。
由于这个设计，对压缩机可以具有一个工作模式，其中根据引出点要求与压缩机工作点的要求的函数关系，压缩机的工作输出被转移到前面的或后面的压缩机级中。
图1显示了一个在第三压缩机级后带有中间引出点的五级轴流式压缩机的实施例。
图2说明了根据本发明的这个压缩机在设计和工作模式中的两个工作点的压力图。
图1说明了一个轴流式压缩机的实施例，其沿着从压力p＝p0到压力p＝p5的方向传递介质25、26。压缩机的动叶栅LA1、LA2、LA3、LA4、LA5被布置在压缩机的轴11上，它们与机器的轴10一起旋转。每个动叶栅在流动方向都紧接着一个在壳体中固定的导向叶栅LE1、LE2、LE3、LE4、LE5。所说明的压缩机还包括一个可调节的预导向叶片列VLE，其基本上决定了压缩机的入口流动容积。
这里对所说明的五级轴流式压缩机的说明没有任何特别的限制的意谓，特别是在级的数量和设计的方面。作为一个燃气涡轮机设备的整体部分的轴流式压缩机一般具有很多级。另一方面，例如，在径流式压缩机或在具有轴流级和径流级二者的或通过其斜对流过的级的压缩机中，也能够实现本发明的构想。预导向叶片列也不是必须的。
压缩机的工作点，特别是压力p5，是由用户预先确定设置在最后的压缩机级和级别5的下游，同时压力p0基本对应于环境压力。如果级具有给定的几何形状，在压缩机中级别1、2、3、4的压力由入口和出口压力和容积流量所确定。
此外，在所说明的压缩机中，在壳体12上设置一个引出点14，通过在压缩机第三级LA3、LE3下游的所述的引出点，引出一定数量的部分压缩的介质14。例如这可以是冷却空气，在燃气轮机设备中，在一个合适压力点上它被供应以在高的热负荷的涡轮机中流动。
在图2中的实线简要描述了在设计工作点上沿着压缩机的流动方向上的压力线，假设所有级具有相同的压比。
如果压缩机出口压力下降，于是，在任何压缩机的中间级别的压力也同样下降，当然，这就是说在级别3的引出点14上的压力也下降。如果这个压力要保持恒定，为此压缩机的特性图必须改变，特别是，可以通过改变级的几何形状来实现这个要求。如前所述，可调节的压缩机导向叶栅是已知的。而同样如前所述，它们的使用被限制在前面的压缩机级中，那里它们被用作将压缩机的特性图适应于用户所要求的，或作为一个用于控制入口流动容积的预导向叶片列。
于是在根据本发明的涡轮压缩机中，为了尽可能直接地作用于所得到的引出压力，紧接着引出点的导向叶栅被设计成可调节的。例如在实施例中，假定导向叶片LE3是可调节的，当压缩机出口压力下降时，于是导向叶栅的几何形状能够这样加以改变，即可使在第三压缩机级中的焓比和因此所建立的压力与其它的级相比增加。由虚线可以说明在压力图中的这个结果：当压缩机的出口压力下降时，在级别3的引出压力能够保持恒定。
当然导向叶片列LE3的调节也可以被用于当压缩机的出口压力增加时，降低在第三压缩机级中所建立的压力以保持引出压力恒定。导向叶栅的调节还可以同样在以下应用，当压缩机在恒定范围的条件下工作时，以将在引出点14上的压力适应于用户连接在那里的不同要求。
当然，也可能通过调节位于紧接着在实施例的引出点LE4的下游的压缩机级的导向叶栅，来达到压力的适应。
参考符号列表：0    在压缩机中的级别1    在压缩机中的级别2    在压缩机中的级别3    在压缩机中的级别4    在压缩机中的级别5    在压缩机中的级别7    部分压缩介质的量11   轴12   壳体14   引出点25   到压缩机的未压缩介质的入流26   离开压缩机的已压缩介质的出流。LA1  第一压缩机级的叶轮LE1  第一压缩机的导向叶栅LA2  第二压缩机级的叶轮LE2  第二压缩机的导向叶栅LA3  第三压缩机级的叶轮LE3  第三压缩机的导向叶栅LA4  第四压缩机级的叶轮LE4  第四压缩机的导向叶栅LA5  第五压缩机级的叶轮LE5  第五压缩机的导向叶栅P0  入口压力P5  出口压力

Claims (4)

1.多级涡轮压缩机，当其工作时，将介质(25、26)从入口压力(p0)传递到出口压力(p5)，其中，在每个情况下，所述涡轮压缩机包括一定数量的导向叶栅(LE)和动叶栅(LA)，它们沿着传递的方向以这样的方式交替设置，即在每一个情况下，一个导向叶栅与在传递方向紧接着它的的一个动叶栅构成了一个压缩机级，该动叶栅设置在转子(11)上和该导向叶栅设置在壳体(12)上，所述涡轮压缩机对于至少一个在入口压力和出口压力之间的以外的压力，至少具有一个引出点(14)，在这个引出点上排出部分压缩的介质(7)的部分流动，借此位于引出点的紧邻上游的级的导向叶栅和/或至少一个设置在引出点的下游的级的导向叶栅被设计成可调节的几何形状。
2.如权利要求1所述的多级涡轮压缩机，其特征是，所提供的涡轮压缩机是工作在恒定转速上的。
3.用于操作如权利要求1所述的涡轮压缩机的方法，借此通过在一个恒定的转速上，对具有可调节几何形状的导向叶栅的调节，可以改变在引出点处的压力，而与入口和出口压力以及传递介质的入口容积流量无关。
4.用于操作如权利要求1所述的涡轮压缩机的方法，借此在一个恒定的转速上并且当具有变化的入口或出口压力时，通过对具有可调节几何形状的导向叶栅的调节，可以使在引出点处的压力保持恒定。
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