压气机装置和燃气涡轮发动机制造方法及图纸

本发明专利技术涉及压气机装置(100)和包括该压气机装置(100)的燃气涡轮发动机。压气机装置(100)包括主压气机部段(10)，该主压气机部段再包括穿过主压气机部段(10)的主流体路径(13)的边界壁(11、12)。主压气机部段(10)还包括多排动叶(16)和多排静叶(17)，主压气机部段(10)并分段成上游子部段(14)和下游子部段(15)，上游子部段(14)和下游子部段(15)中的每一个包括布置在主流体路径(13)内的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)。过渡件(20)被提供并且位于主压气机部段(10)的多排动叶(16)的下游，过渡件(20)包括穿过过渡件(20)的主流体路径(13)的另外的边界壁(21、22)。压气机装置(100)包括环形腔体(30)、将下游子部段(15)或过渡件(20)与腔体(30)连接的溢流开口(48)、在操作期间控制从主流体路径(13)经由溢流开口(48)到腔体(30)中的压气机流体(41)的溢流的至少一个阀(40)、以及连接腔体(30)与主压气机部段(30)的在操作期间引导腔体(30)和主压气机部段(10)的主流体路径(13)之间的流体的通道(50)，其中通道(50)位于上游子部段(14)和下游子部段(15)之间，并且通道(50)位于溢流开口(48)的上游的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压气机装置和燃气涡轮发动机
本专利技术涉及一种压气机装置，即燃气涡轮发动机的子部段，其允许将转移的主流体再注入回到压气机部段中的位置处的主流体路径中。此外，本专利技术涉及一种燃气涡轮发动机。
技术介绍
燃气涡轮发动机像其它旋转机械或涡轮机一样需要在一系列的操作模式下运行。特别是，可能需要在宽负载范围上操作燃气涡轮发动机。此外，可能需要在不同环境温度水平下操作燃气涡轮发动机。此外，可能需要针对所有不同操作模式满足排放要求。在燃气涡轮发动机中，通常环境空气作为相对冷的流体可以被压气机压缩(例如，燃气轮机的压气机部段)并且被提供给燃烧装置，在该燃烧装置中仍然基本上冷的流体(温度在压气机部段的排出处可以是几百摄氏度，但至少比燃气涡轮发动机的燃烧装置内的作业条件要冷得多)将与燃料一起反应，以为后续的涡轮机部段提供驱动力，在后续的涡轮机部段中来自燃烧装置的热和经加压的流体将驱动涡轮机的转子动叶，以再驱动轴。轴可以再驱动压气机部段的动叶，以执行环境空气的压缩，并且剩余的动力将驱动附接至燃气涡轮发动机的轴的发电机或旋转负载。在燃烧装置中或在越过燃烧装置的下游部段中，高温可能出现在引导热流体通过燃气涡轮发动机的部件上。温度可以高达1500℃或者甚至更高。关于排放，例如对于一氧化碳(化学符号：CO)和未燃烧的碳氢化合物的排放，高的燃烧温度可以是有利的。此外，应当注意的是，即使这可能降低压气机的效率，但是已知并非所有的压缩空气都可以被用于燃烧。一部分空气可以以其它不同方式而被使用，如在压气机的进口或燃气涡轮发动机的入口处的除冰，或者涡轮机动叶冷却，或者其它部件的冷却。因此，根据应用，通常在压气机级之中或之后从发动机内取得经压缩的空气。这种转移的压缩空气通常被称为引气，并且通常不被提供给燃烧器用于燃烧。还可以有理由从压气机提取空气并将其直接引导至燃气涡轮发动机的排气。尽管这是有计划的措施，但这导致整体效率降低。此外，潜在的空气提取可能在压气机的流动中产生不平衡，这可能引发压气机不稳定(例如压气机喘振、失速)或发动机不稳定(例如，不均匀的发动机温度、在燃烧器中火焰闪灭)。应当注意的是，作为通常在燃气轮机设计中的一般目标，力求于在满负载下利用尽可能少的燃料供应进行稀薄燃烧，特别是为了减少燃料的消耗。稀薄燃烧通常可以针对满负载操作而被配置和被优化。由于低负载操作通常远离最佳设计条件，在连续的低负载操作中运行燃气涡轮发动机可能是有问题的。对于瞬态低负载操作，短时间的超过法定排放可能不是问题，但对于连续的低负载操作，应当符合给定的排放要求。目标是提供一种解决方案，用以扩展充分满足排放要求的操作模式的范围。在WO2008/123904A2中可以找到一个选项，即，在部分负载模式中以降低的CO排放操作燃气涡轮发动机。存在多个管道，用以将压气机空气引流至大气、排气或入口。
技术实现思路
本专利技术寻求提供解决方案以扩展燃气涡轮发动机的操作模式的范围，而不会有与排放有关的实质性的负面影响。这一目标通过独立权利要求而被实现。从属权利要求描述了本专利技术的有利改进和修改。根据本专利技术，提供了一种压气机装置(即燃气轮机发动机的子部件)包括主压气机部段、过渡件和环形腔体。主压气机部段(特别是涡轮压气机或轴流式压气机)包括穿过主压气机部段的主流体路径的边界壁，主压气机部段包括多排动叶和多排静叶并且主压气机部段被分段为上游子部段和下游子部段，上游子部段和下游子部段的每一个包括布置在主流体路径内的至少一排动叶和至少一排静叶。主压气机部段特别地是燃气涡轮发动机的一体部分。过渡件位于主压气机部段的多排动叶的下游(即过渡件不包括动叶并且优选地也不包括静叶)，过渡件包括穿过过渡件的主流体路径的另外的边界壁。这意味着过渡件的另外的边界壁将引导从主压气机部段提供的主流体。所提及的腔体优选地不是主流体路径的一部分，并且优选地径向地包围主流体路径。此外，腔体是环形腔体。压气机装置并且具体是主压气机部段包括将下游子部段或过渡件、与环形腔体连接的溢流开口。压气机装置还包括至少一个阀，以在操作期间控制从主流体路径(即从过渡件或从下游子部段)经由溢流开口到腔体中的压气机流体的溢流，即，经由通过阀限定的通道的流体的流通被控制和/或被偏置，例如，可能甚至完全被关闭。此外，压气机装置包括连接腔体与主压气机部段的通道，以在操作期间引导腔体和主压气机部段的主流体路径之间的流体，其中通道位于上游子部段和下游子部段之间，并且通道位于溢流开口上游的至少一排动叶和至少一排静叶处。本专利技术因此允许将主流体的一部分(即压缩空气)从过渡件(在过渡件处的主流体在这种情况下称为压气机排出流体)或者从下游子部段重新导向返回到主压气机部段的中间部段处的流体路径中。由于过渡件处主流体的温度被升高，这种升高温度的流体被注入到流体路径中，进入更低温度的主流体中，增加了经过混合点(即通道的下游)的主流体的总体温度。因此，在过渡件处的主流体的温度随时间而上升。然后主流体的一部分被重新导向，并且主流体的剩余部分(占主要部分)被提供至过渡件下游的燃烧装置。由于这种持续的重新导向(或再循环)流体流，过渡件处的主流体的总体温度升高，特别是提供至燃烧装置的流体的总体温度升高。压气机中气流的重新分配以改变的转子转速并且以可能降低的效率和增加的燃料消耗而为燃气轮机建立了新的平衡点，因此升高了火焰温度并改善了燃尽。除了温度的影响外，质量流也随时间而减少，以使特别是更少的空气(也是更少的氧气)被输送至燃烧装置。原因主要是具有改变的转子转速新平衡点。另外，体积中的一部分首先被转移而不被提供至燃烧器。此外，温度增加的主流体自身携带更少的氧气以及具有更少的质量流。因此，假定针对燃烧装置的燃料供应保持恒定，则燃烧区中的燃料对空气的比率增加。混合物变得更富集。从而，即使是针对燃气涡轮发动机的部分负载的操作，燃烧温度也增加。如上所述，该主流体的主要部分(具有升高温度)从过渡件被提供至下游的燃烧装置。与没有激活再循环的主流体相比较，增加的温度导致更高的燃烧温度，这是由于压气机排出的更高的温度并且由于燃料对空气比例中更高的燃料含量，因此这还允许改善在部分负载或低的环境温度情况下的(即更稳定)的操作，并且仍然满足排放要求。由于没有至发动机排气或至周边环境的引流，“废弃”热量被保持在过程内。要注意的是，主流体通常是环境空气，环境空气从燃气轮机入口提供至压气机(特别是主压气机部段)，并且还经由过渡件到达燃烧装置。过渡件处或下游子部段处的主流体的压力通常高于主压气机部段内任何更上游级处的压力。因此，当阀被打开时，仅由于所经历的压力差，主流体的一部分将自动流动到腔体中，并且随后经由通道返回到主压气机部段的主流体路径中。由于腔体是环形的，压气机流体的提取和/或所提取的压气机流体的分配将更均匀。环形空腔优选地包围主压气机部段或过渡件的边界壁，以使边界壁的部段也形成腔体的壁。因此，不需要外部的管路。优选地，该操作模式可以经由提及的阀而被激活、停用和/或控制。在第一操作模式期间，该通道在至少一个阀处于打开位置时可以提供流体从腔体到主流体路径中的流动。在第二操作模式期间，该通道在至少一个阀处于关闭位置时可以不提供流体从主流体路径到腔体中或者相反的流动。此外，在第三操作模式期间，该通道在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压气机装置(100)，特别是燃气涡轮发动机的一部分，包括：一个主压气机部段(10)，其包括穿过所述主压气机部段(10)的主流体路径(13)的边界壁(11、12)，所述主压气机部段(10)包括多排动叶(16)和多排静叶(17)，所述主压气机部段(10)被分段成上游子部段(14)和下游子部段(15)，所述上游子部段(14)和所述下游子部段(15)中的每一个均包括被布置在所述主流体路径(13)内的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)；一个过渡件(20)，其位于所述主压气机部段(10)的所述多排动叶(16)的下游，所述过渡件(20)包括穿过所述过渡件(20)的所述主流体路径(13)的另外的边界壁(21、22)；一个环形腔体(30)；一个溢流开口(48)，其将所述下游子部段(15)或所述过渡件(20)、与所述腔体(30)连接；至少一个阀(40)，在操作期间控制从所述主流体路径(13)经由所述溢流开口(48)到所述腔体(30)中的压气机流体(41)的溢流；一个通道(50)，其将所述腔体(30)与所述主压气机部段(10)连接，以在操作期间引导所述腔体(30)与所述主压气机部段(10)的所述主流体路径(13)之间的流体，其中所述通道(50)位于所述上游子部段(14)和所述下游子部段(15)之间，并且所述通道(50)位于所述溢流开口(48)的上游的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)处。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.30 EP 15187754.51.一种压气机装置(100)，特别是燃气涡轮发动机的一部分，包括：一个主压气机部段(10)，其包括穿过所述主压气机部段(10)的主流体路径(13)的边界壁(11、12)，所述主压气机部段(10)包括多排动叶(16)和多排静叶(17)，所述主压气机部段(10)被分段成上游子部段(14)和下游子部段(15)，所述上游子部段(14)和所述下游子部段(15)中的每一个均包括被布置在所述主流体路径(13)内的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)；一个过渡件(20)，其位于所述主压气机部段(10)的所述多排动叶(16)的下游，所述过渡件(20)包括穿过所述过渡件(20)的所述主流体路径(13)的另外的边界壁(21、22)；一个环形腔体(30)；一个溢流开口(48)，其将所述下游子部段(15)或所述过渡件(20)、与所述腔体(30)连接；至少一个阀(40)，在操作期间控制从所述主流体路径(13)经由所述溢流开口(48)到所述腔体(30)中的压气机流体(41)的溢流；一个通道(50)，其将所述腔体(30)与所述主压气机部段(10)连接，以在操作期间引导所述腔体(30)与所述主压气机部段(10)的所述主流体路径(13)之间的流体，其中所述通道(50)位于所述上游子部段(14)和所述下游子部段(15)之间，并且所述通道(50)位于所述溢流开口(48)的上游的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)处。2.根据权利要求1所述的压气机装置(100)，其特征在于所述压气机装置(100)被配置成以第一操作模式操作，其中所述通道(50)在所述至少一个阀(40)处于打开位置时被布置成：提供流体从所述腔体(30)到所述主流体路径(13)中的流动。3.根据权利要求1或2中任一项所述的压气机装置(100)，其特征在于所述压气机装置(100)被配置成以第二操作模式操作，其中所述通道(50)在所述至少一个阀(40)处于关闭位置时被布置成：不提供流体从所述主流体路径(13)到所述腔体(30)中的流动。4.根据前述权利要求中任一项所述的压气机装置(100)，其特征在于所述压气机装置(100)被配置成以第三操作模式操作，其中所述通道(50)在所述至少一个阀(40)处于关闭位置时被布置成：提供流体从所述主流体路径(13)到所述腔体(30)中的流动。5.根据前述权利要求中任一项所述的压气机装置(100)，其特征在于，所述压气机装置(100)还包括被布置在引流管道(61)中的引流阀(60)，所述引流管道(61)从所述腔体(30)转离，以及其特征在于(a)所述压气机装置(100)被配置成以第四操作模式操作，其中所述通道(50)在所述至少一个阀(40)处于关闭位置和所述引流阀(60)处于打开位置时被布置成：提供流体从所述主流体路径(13)到所述腔体(30)中的流动，以及(b)所述压气机装置(100)被配置成以第五操作模式操作，其中所述通道(50)在所述至少一个阀(40)处于关闭位置和所述引流阀(60...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·安德森，A·曼里克卡雷拉，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE