用于燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及壓縮機(jī)組件，并且更一般地涉及用于燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]如熟知的，在燃?xì)鉁u輪中，冷卻空氣被從壓縮機(jī)抽出。在穩(wěn)態(tài)操作期間，冷卻空氣被抽出以用于冷卻渦輪葉片的目的。在諸如啟動(dòng)和停機(jī)的瞬時(shí)操作期間，通常更大量的空氣被抽出和釋放到大氣環(huán)境，以支持燃?xì)鉁u輪的穩(wěn)定操作并且避免例如壓縮機(jī)中的失速。這種瞬時(shí)抽氣被稱為放氣。
[0003]—般來講，空氣流被從壓縮機(jī)環(huán)帶抽吸通過泄放管道或槽口，并且收集在腔體中。腔體具有凸緣，流從該凸緣抽入發(fā)動(dòng)機(jī)的外部管道系統(tǒng)中。這樣的構(gòu)型在不同的周向位置重復(fù)。在瞬態(tài)操縱中，流經(jīng)由管道系統(tǒng)導(dǎo)引至渦輪以用于冷卻或釋放到大氣環(huán)境。
[0004]腔體由壓縮機(jī)殼體中的澆注空間或由壓縮機(jī)靜葉支架(常常稱為C.V.C.)與壓縮機(jī)外部殼體之間的開放空間形成。
[0005]更具體地，啟動(dòng)條件對(duì)于壓縮機(jī)是潛在地危險(xiǎn)的，因?yàn)閴嚎s機(jī)在偏離設(shè)計(jì)條件的情況下操作。因此，存在流的較大失配，導(dǎo)致在葉片和靜葉上的大入射角。這導(dǎo)致流分離。此外，在部分速度下，由于不充分的壓縮，通過壓縮機(jī)的體積流量變得太高。這導(dǎo)致偏離設(shè)計(jì)的軸向速度，該速度與葉片的恰當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度不匹配。
[0006]為了改善此現(xiàn)象，通過在啟動(dòng)期間從指定的抽取點(diǎn)抽取大量空氣來減小體積流量?？諝饨又鴮⒃诜艢庀到y(tǒng)中被清除。此外，在正常操作期間從主通道抽取顯著減少量的空氣，以用于冷卻目的[1]。
[0007]簡(jiǎn)言之，最佳壓縮機(jī)泄放腔體的存在對(duì)于確保上述過程在啟動(dòng)和正常操作期間平穩(wěn)地發(fā)生至關(guān)重要。一個(gè)重要的方面是腔體的尺寸，其必須容納所需量的抽氣。腔體的尺寸應(yīng)迀就用于啟動(dòng)和正常操作兩者的抽取的空氣。
[0008]然而，為了實(shí)現(xiàn)最佳泄放流量，不僅在泄放系統(tǒng)的功能方面，而且在整個(gè)壓縮機(jī)機(jī)械的整個(gè)結(jié)構(gòu)和幾何形狀方面存在約束。
[0009]例如，小的泄放槽口將是期望的，因?yàn)樗鼫p小壓縮機(jī)的軸向長(zhǎng)度，并且因此減小成本。類似地，小的泄放腔體將減小成本并且也滿足空間約束。
[0010]另一方面，從空氣動(dòng)力學(xué)角度來看，最佳泄放系統(tǒng)將是具有低流量損耗的系統(tǒng)。這較大程度上考慮了從抽氣點(diǎn)直到管線的整個(gè)泄放系統(tǒng)。
[0011]知道流型對(duì)于最小化由于旋流導(dǎo)致的損失是重要的，并且對(duì)于改善腔體的幾何形狀(尤其是在拐角處的倒圓)是重要的。作為示例，圖1示出了采用矩形形式的泄放腔體中的流態(tài)拓?fù)?。流從泄放槽口離開并進(jìn)入泄放腔體，由于流的突然旋轉(zhuǎn)，其在泄放出口處立即形成旋流。這形成S形旋流，其中相鄰的旋流來自腔體底部側(cè)壁。此S形旋流的結(jié)果是形成在腔體中在向上方向上的流，該流接著分裂成移動(dòng)遠(yuǎn)離彼此的兩個(gè)90°的流。
[0012]當(dāng)流到達(dá)拐角邊緣時(shí)，它們形成旋流，并且再次豎直地向下移動(dòng)，接近底部拐角邊緣，形成旋流。然后，整個(gè)流態(tài)拓?fù)渲貜?fù)。
[0013]泄放腔體的構(gòu)型對(duì)于放氣連接中的流態(tài)拓?fù)渚哂杏绊?。在泄放腔體中出現(xiàn)不同的流態(tài)拓?fù)涫怯捎诹鲝男狗挪劭谶M(jìn)入腔體。此外，旋流系統(tǒng)取決于圓周位置、放氣質(zhì)量流量和腔體的構(gòu)型。腔體的高度在逼近沿著腔體的摩擦損耗的幅度中起重要作用。這可從CFD計(jì)算獲得，然后可以進(jìn)行關(guān)于來自不同流長(zhǎng)度的各個(gè)顆粒的進(jìn)一步計(jì)算，從而得到對(duì)摩擦損耗的更好逼近。
[0014]本領(lǐng)域已知的解決方案趨于在如上所述的設(shè)計(jì)和空氣動(dòng)力學(xué)方面進(jìn)行折衷，以實(shí)現(xiàn)泄放和放氣系統(tǒng)的最佳可能設(shè)計(jì)。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于，根據(jù)腔體寬度和放氣連接的凸緣位置，通常形成導(dǎo)致高的流量損耗的一系列旋渦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是通過提供基本上在獨(dú)立權(quán)利要求1中限定的壓縮機(jī)組件來解決上述技術(shù)問題。
[0017]此外，本發(fā)明的目的還有提供基本上在獨(dú)立權(quán)利要求13中限定的用于燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)。
[0018]在對(duì)應(yīng)的從屬權(quán)利要求中限定了優(yōu)選實(shí)施例。
[0019]根據(jù)將在以下【具體實(shí)施方式】中僅出于示例性而非限制性目的描述的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的解決方案教導(dǎo)在腔體內(nèi)定位分離器元件或隔膜，其用來將由壓縮機(jī)的外部殼體和內(nèi)部靜葉支架形成的腔體分隔成兩個(gè)子腔體。如將從本發(fā)明的示例性和非限制性實(shí)施例的描述顯而易見的，這有利地導(dǎo)致在凸緣放氣抽取器的定位和腔體定尺寸方面更靈活的設(shè)計(jì)，因?yàn)橥咕壩恢貌槐叵駴]有分離器元件或隔膜時(shí)那樣為流的邊界。此時(shí)可以在間隙和抽取流的壓力損失方面優(yōu)化部件。
[0020]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，分離器元件的存在減少了腔體中的熱傳遞。事實(shí)上，通過提供兩個(gè)子腔體，一個(gè)子腔體經(jīng)歷高的熱傳遞，而另一個(gè)子腔體不暴露于高流速。
[0021]分離器元件由此用來以有利方式引導(dǎo)流，例如，減少旋渦數(shù)。這樣減少了流量損耗。
[0022]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，腔體內(nèi)壁也可例如利用絕緣材料或利用填充空氣的腔體進(jìn)行局部絕緣。
[0023]附加地和/或備選地，分離器元件可設(shè)有通氣孔，以對(duì)后面的子腔體進(jìn)行通氣，即，在用于冷卻或啟動(dòng)目的的流抽取不發(fā)生的地方的子腔體。有利地，由于潛在的泄漏，通氣孔平衡相鄰腔體的相鄰子腔體之間的溫度和壓力，并且也可消除不可取的壓差。
【附圖說明】
[0024]本發(fā)明的上述目的和許多伴隨優(yōu)點(diǎn)將變得更易于了解，因?yàn)楫?dāng)結(jié)合附圖時(shí)，通過參照以下【具體實(shí)施方式】，上述目的和許多伴隨優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中:
圖1示出了泄放腔體中的流態(tài)拓?fù)涞氖纠撔狗徘惑w為矩形的；
圖2-4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三個(gè)備選的壓縮機(jī)組件的側(cè)剖視圖，其中，用于抽取流的槽口位于沿著壓縮機(jī)的軸向發(fā)展的三個(gè)不同位置處；
圖5-8示出了根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)組件的三個(gè)備選方案的側(cè)剖視圖，其中，用于抽取流的槽口位于沿著壓縮機(jī)的軸向發(fā)展的三個(gè)不同位置處；
圖9示出了在圖5-8中描繪的分離器元件的細(xì)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照?qǐng)D2，在側(cè)剖視圖中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)組件100。壓縮機(jī)包括能夠沿著軸線A旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子200。
[0026]壓縮機(jī)組件100包括大體上用附圖標(biāo)記3標(biāo)示的壓縮機(jī)外部殼體，外部殼體又包括放氣開口 4，放氣開口 4提供到外部管道系統(tǒng)(未示出)的必要的連接裝置，以輸送從壓縮機(jī)抽出的空氣流，從而有助于啟動(dòng)階段和渦輪葉片冷卻。與壓縮機(jī)外部殼體3 —體化的是靜葉支架，壓縮機(jī)的定子靜葉50固定到靜葉支架。在此圖中，靜葉支架部分30和40限定泄放管道或槽口 5。壓縮機(jī)組件100布置成使得外部殼體3與靜葉支架3和4 一起限定腔體6，以用于收集通過泄放管道5接收自壓縮機(jī)的流體流。備選地，用于聚積流體流的腔體可由位于壓縮機(jī)外部殼體中的澆注腔體形成。
[0027]流接著聚集在腔體內(nèi)并且通過上文詳述的放氣連接4饋送到外部。應(yīng)當(dāng)理解，圖1所示構(gòu)型可沿著壓縮機(jī)環(huán)帶的軸向發(fā)展重復(fù)多次。更具體地，腔體6可具有相鄰的腔體6’和6’’，腔體6’由公共的靜葉支架30部分地限定，并且腔體6’’由公共的靜葉支架40部分地限定。
[0028]在圖1的布置中，由于泄放管道5定位在腔體6的中部周圍，腔體中的溫度大約類似于壓縮機(jī)環(huán)帶中。事實(shí)上，如熟知的，壓縮機(jī)環(huán)帶中的壓縮空氣的溫度在由圖中的箭頭A指示的流動(dòng)方向上軸向增加。在腔體和環(huán)帶中具有基本上相同的溫度有益于低的間隙和應(yīng)力。然而，如上文參照?qǐng)D1所述，由腔體中的流經(jīng)歷的旋渦和旋流導(dǎo)致高的空氣動(dòng)力學(xué)損失