压缩机整流段和燃气涡轮的制作方法
【专利摘要】一种压缩机整流段包括主体，其具有上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之间的相对侧表面。上游表面上的第一止动件成形为符合压缩机内的第一互补配件。下游表面上的第二止动件成形为符合压缩机内的第二互补配件。
【专利说明】压缩机整流段和燃气涡轮
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及整流段(fairing segment)。在特定实施例中，可将多个整流段结合到压缩机中。
[0002]【背景技术】
[0003]压缩机被广泛用于工业和商业经营中。例如，一种用来产生电力的典型商业燃气涡轮包括入口部段、位于入口部段下游的压缩机部段、位于压缩机部段下游的燃烧部段、位于燃烧部段下游的涡轮部段以及位于涡轮部段下游的排出部段。入口部段净化且另外调节流入压缩机部段中的工作流体(例如空气)。压缩机部段产生压缩的工作流体，其流至燃烧部段，在那里与燃料混合，随后燃烧以产生具有高温度和压力的燃烧气体。燃烧气体流过涡轮部段以产生功，且排出部段在进一步使用和/或排放燃烧气体到环境之前净化且另外调节燃烧气体。
[0004]图1提供了示例性现有技术压缩机10的透视图，并且图2提供了图1中所示示例性压缩机10的侧视截面图。如图1和图2中所示，壳体12大体围绕压缩机10以容纳工作流体(例如空气)，并且在图1中已移除壳体12的一部分以暴露压缩机10内的构件。壳体12内的旋转叶片14和定子静叶16的交替级将动能逐渐赋予工作流体以产生处于高能状态的压缩工作流体。每个旋转叶片14可围绕转子叶轮18周向地布置以沿径向向外朝壳体12延伸。相反，每个定子静叶16可围绕壳体12周向地布置以沿径向向内朝间隔轮(spacerwheel) 20延伸，间隔轮20分隔旋转叶片14的相邻级。
[0005]旁通定子静叶16或在其周围泄漏的压缩工作流体降低压缩机10的效率。因此，一些压缩机可包括内部护罩段或整流段以减少在定子静叶16和间隔轮20之间流动的压缩工作流体的量。例如，如在图2中最清楚示出的，从定子静叶16径向向内的间隔轮20可包括适于接收T形整流段24的周向燕尾槽22。周向燕尾槽22沿径向约束T形整流段24，并且T形整流段24包括表面26，其大体符合定子静叶16的内顶端28以减少定子静叶16与间隔轮20之间的泄漏。虽然T形整流段24在减少定子静叶16与间隔轮20之间的泄漏方面是有效的，但是间隔轮20中的周向燕尾槽22可降低间隔轮20的高周疲劳极限。因此，在间隔轮中不需要槽的改进整流段将是有用的。
【发明内容】
[0006]本发明的方面和优点在下面的描述中阐述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实施本发明而了解。
[0007]本发明的一个实施例是包括主体的压缩机整流段，该主体具有上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之间的相对侧表面。上游表面上的第一止动件(detent)成形为符合压缩机内的第一互补配件(fitting)。下游表面上的第二止动件成形为符合压缩机内的第二互补配件。
[0008]优选地，第一止动件包括自上游表面的第一突起，或者第二止动件包括自下游表面的第二突起。[0009]优选地，第一止动件覆盖压缩机内的第一互补配件，或者第二止动件覆盖压缩机内的第二互补配件。
[0010]优选地，主体限定符合定子静叶的内顶端的表面。
[0011 ] 优选地，上游表面比下游表面更窄。
[0012]优选地，压缩机整流段还包括位于相对侧表面中的每一个中的槽口。
[0013]本发明的另一实施例是包括主体的压缩机整流段，主体具有上游表面、下游表面以及在上游表面和下游表面之间的相对侧表面。压缩机整流段还包括:第一装置，用于固持上游表面抵靠压缩机内的第一转子叶轮或第一旋转叶片中的至少一个；以及第二装置，用于固持下游表面抵靠压缩机内的第二转子叶轮或第二旋转叶片中的至少一个。
[0014]优选地，第一装置包括自上游表面的第一突起，或者第二装置包括自下游表面的第二突起。
[0015]优选地，第一装置包括在上游表面中的第一凹部，或者第二装置的包括在下游表面中的第二凹部。
[0016]优选地，主体限定符合压缩机内的定子静叶的内顶端的表面。
[0017]优选地,上游表面比下游表面更窄。
[0018]优选地，压缩机整流段还包括位于相对侧表面中的每一个中的槽口。
[0019]本发明还可包括具有压缩机部段的燃气涡轮，该压缩机部段带有第一转子叶轮、围绕第一转子叶轮周向地布置的第一级旋转叶片、位于第一转子叶轮下游的第二转子叶轮、以及围绕第二转子叶轮周向地布置的第二级旋转叶片。多个整流段在第一转子叶轮和第二转子叶轮之间延伸。每个整流段包括:第一止动件，成形为符合第一级旋转叶片中的第一转子叶轮或第一旋转叶片中的至少一个上的第一互补配件；以及第二止动件，成形为符合第二级旋转叶片中的第二转子叶轮或第二旋转叶片中的至少一个上的第二互补配件。燃烧部段位于压缩机部段的下游，并且涡轮部段位于燃烧部段的下游。
[0020]优选地，第一或第二止动件中的至少一个包括在整流段上的突起。
[0021]优选地，第一互补配件包括在第一转子叶轮或第一旋转叶片中的至少一个上的突起。
[0022]优选地，第一止动件覆盖第一互补配件，或者第二止动件覆盖第二互补配件。
[0023]优选地，每个整流段限定符合定子静叶的内顶端的表面。
[0024]优选地，每个整流段包括在相对侧表面上的槽口。
[0025]优选地，燃气涡轮还包括在第一和第二转子叶轮之间的第三转子叶轮。
[0026]优选地，多个整流段围绕第三转子叶轮周向地布置。
[0027]在阅读该说明书后，本领域普通技术人员将更好地理解此类实施例的特征和方面及其它。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]在该说明书的其余部分中(包括参照附图)更特定地阐述了本发明的完全和能够实现的公开，包括其对于本领域技术人员的最佳模式，在附图中:
[0029]图1是移除了壳体的示例性现有技术压缩机的透视图；
[0030]图2是图1中所示示例性压缩机的侧视截面图；[0031]图3根据本发明的一个实施例的移除了壳体的示例性压缩机的透视图；
[0032]图4是图3中所示示例性压缩机的侧视截面图；
[0033]图5根据本发明的一个实施例的图3和图4中所示整流段的下游透视图；
[0034]图6是图5中所示整流段的上游透视图；
[0035]图7是图3和图4中所示转子叶轮的上游透视图；
[0036]图8是图7中所示转子叶轮的下游透视图；以及
[0037]图9是结合本发明的任何实施例的示例性燃气涡轮的截面图。
[0038]附图标记:
[0039]10压缩机
[0040]12壳体
[0041]14旋转叶片 [0042]16定子静叶
[0043]18转子叶轮
[0044]20间隔轮
[0045]22周向燕尾槽
[0046]24T形整流段
[0047]26表面
[0048]28内顶端
[0049]40压缩机
[0050]42壳体
[0051]44旋转叶片
[0052]46定子静叶
[0053]48转子叶轮
[0054]50转子叶轮(间隔件)
[0055]60整流段
[0056]62表面
[0057]64内顶端
[0058]66主体
[0059]68上游表面
[0060]70下游表面
[0061]72侧表面
[0062]74槽口(rabbet)
[0063]80上游表面中的止动件或突起
[0064]82叶片或叶轮中的适配凹部
[0065]84下游表面中的止动件或突起
[0066]86叶片或叶轮中的配件或突起
[0067]90燃气涡轮
[0068]92压缩机部段
[0069]94燃烧部段[0070]96涡轮部段
[0071]98转子
[0072]100发电机
[0073]102工作流体
[0074]104固定静叶(压缩机)
[0075]106旋转叶片
[0076]108压缩机壳体
[0077]110压缩机排气室
[0078]112燃烧器壳体
[0079]114燃料喷嘴
[0080]116端盖
[0081]118燃烧室 [0082]120过渡管道
[0083]122动叶
[0084]124固定静叶。
【具体实施方式】
[0085]现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中使用相似或类似的标记来指代本发明的相似或类似的部分。如文中所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个构件与另一构件，而并不意图表示各个构件的位置或重要性。此外，术语“上游”和“下游”是指构件在流体通路中的相对位置。例如，如果流体从构件A流到构件B，则构件A在构件B的上游。相反，如果构件B从构件A接收流体流，则构件B在构件A的下游。
[0086]每个示例以本发明的说明而非本发明的限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中做出修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而示出或描述的特征可用在另一实施例上以产生更进一步的实施例。因此，本发明意图覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0087]本发明的各种实施例包括一个或多个整流段，其可被结合到压缩机中以提高压缩机的效率。压缩机通常包括旋转叶片和定子静叶的交替级，如本领域中已知的。每个整流段大体在旋转叶片的相邻级之间延伸，并且包括用于保持整流段就位的各种装置。在特定实施例中，每个整流段可包括与定子静叶的内顶端符合的表面，并且多个整流段可在旋转叶片的相邻级之间围绕转子叶轮周向地布置，以减少可能旁通定子静叶级的工作流体的量。虽然本发明的示例性实施例将大体在结合到燃气涡轮中的压缩机的情景中描述以用于说明目的，但是，本领域普通技术人员将容易理解，除非在权利要求中具体陈述，本发明的实施例可包括和/或可被结合到任何压缩机中。
[0088]图3提供了根据本发明的一个实施例的示例性压缩机40的透视图，且图4提供了图3中所示示例性压缩机40的侧视截面图。如图3和图4中所示，壳体42大体围绕压缩机40以容纳工作流体(例如空气)，且在图3中已移除壳体42的一部分以暴露压缩机40内的构件。壳体42内的旋转叶片44和定子静叶46的交替级逐渐将动能赋予工作流体以产生处于高能状态的压缩工作流体。每个旋转叶片44可围绕转子叶轮48周向地布置以沿径向向外朝壳体42延伸。相反，每个定子静叶46可围绕壳体42周向地布置以沿径向向内朝转子叶轮50延伸，转子叶轮20分隔旋转叶片44的相邻级。可将转子叶轮48、50顺序地连接在一起以沿压缩机40的轴向中心线共同形成转子。
[0089]如图3和图4中所示，多个整流段60可在旋转叶片44的相邻级的转子叶轮48之间延伸。每个整流段60可包括用于保持整流段60在旋转叶片44的相邻级之间就位的各种装置。此外，如在图4中最清楚示出的，整流段60可围绕转子叶轮50周向地布置，转子叶轮50分隔旋转叶片44的相邻级，且每个整流段60可包括或限定符合定子静叶46的内顶端64的表面62。这样，整流段60可在定子静叶46的内顶端64与转子叶轮50之间减少旁通定子静叶46的压缩工作流体的量。
[0090]图5和图6分别提供了根据本发明的一个实施例的图3和图4中所示整流段60的下游和上游透视图。如图5和图6中所示，整流段60大体包括主体66，其具有上游表面68、下游表面70以及在上游表面68和下游表面70之间的相对侧表面72。上游表面68通常比下游表面70更窄，以符合压缩机40沿下游方向大体增加的直径，但这不是本发明的限制，除非在权利要求中具体陈述。另外，相对侧表面72还可包括凹槽、凸台、槽口 74或类似结构，以用于在相邻整流段60之间提供平滑、互补的适配。
[0091]图7提供了位于整流段60正上游的转子叶轮48的上游透视图，并且图8提供了位于整流段60正下游的转子叶轮48的下游透视图。如图5至图8中所示，整流段60还可包括:第一装置，用于固持上游表面68抵靠相邻的旋转叶片44和/或转子叶轮48 (在图7中示出)；以及第二装置，用于固持下游表面70抵靠相邻的旋转叶片44和/或转子叶轮48 (在图8中示出)。第一装置和第二装置的功能是在操作期间防止整流段60的上游表面68和/或下游表面70相对于相应的相邻旋转叶片44和/或转子叶轮48不慎的周向和/或径向移动，从而固持或保持整流段60就位。与第一和第二装置相关联的结构可包括本领域中已知的用于保持或固持一个构件抵靠另一构件的任何装置、配件或机构。例如，与第一和第二装置相关联的结构可在旋转叶片44、转子叶轮48、上游表面68和/或下游表面70中的一个或多个中包括粘接剂、螺栓、螺钉、搭扣、夹具、止动件和/或互补配件的任意组合。在图5和图7中所示的特定实施例中，例如，与第一装置相关联的结构可包括上游表面68 (在图5中示出)上的一个或多个止动件或突起80，其成形为符合相邻旋转叶片44和/或转子叶轮48 (在图7中示出)中的互补配件或凹部82。类似地，参照图6和图8中所示的特定实施例，与第二装置相关联的结构可包括下游表面70 (在图6中示出)上的一个或多个止动件或凹部84，其成形为覆盖和/或符合相邻旋转叶片44和/或转子叶轮48 (在图8中示出)中的互补配件或突起86。本领域普通技术人员将从文中的教导容易理解，止动件、配件、突起和凹部的多个组合可为第一装置和/或第二装置提供合适的结构，并且除非在权利要求中具体陈述，本发明不限于任何特定的组合。
[0092]图9提供了可结合本发明的各种实施例的示例性燃气涡轮90的简化截面图。如图所示，燃气涡轮90可大体包括位于前部的压缩机部段92、围绕中部径向设置的燃烧部段94以及位于后部的涡轮部段96。压缩机部段92和涡轮部段96可共享共同的转子98，其连接至发电机100以发电。[0093]压缩机部段92可包括轴流式压缩机，其中工作流体102 (例如环境空气)进入压缩机并经过固定静叶104和旋转叶片106的交替级。当固定静叶104和旋转叶片106加速时，压缩机壳体108可容纳工作流体102并重新引导工作流体102以产生压缩工作流体102的连续流。大部分压缩工作流体102经压缩机排气室110流到燃烧部段94。
[0094]燃烧部段94可包括本领域中已知的任何类型的燃烧器。例如，如图9中所示，燃烧器壳体112可周向地围绕燃烧部段94中的一些或全部，以容纳从压缩机部段92流来的压缩工作流体102。一个或多个燃料喷嘴114可沿径向布置在端盖116中，以将燃料供应至位于燃料喷嘴114下游的燃烧室118。可能的燃料包括例如高炉煤气、焦炉煤气、天然气、汽化的液化天然气(LNG)、氢和丙烷中的一种或多种。压缩工作流体102可沿燃烧室118的外部从压缩机排出通路110流来，然后到达端盖116并转换方向而流过燃料喷嘴114以与燃料混合。燃料和压缩工作流体的混合物102流到燃烧室118中，其在那里点燃以产生具有高温度和压力的燃烧气体。过渡管道120周向地围绕燃烧室118的至少一部分，且燃烧气体经过渡管道120流到涡轮部段96。
[0095]涡轮部段96可包括旋转动叶122和固定喷嘴124的交替级。过渡管道120重新引导并将燃烧气体集中到旋转动叶122的第一级上。当燃烧气体经过旋转动叶122的第一级时，燃烧气体膨胀，导致旋转动叶122和转子98旋转。燃烧气体然后流到固定喷嘴124的下一级，其将燃烧气体重新引导至旋转动叶122的下一级，并且该过程对于后续级重复。
[0096]本领域普通技术人员将从文中的教导容易理解，图3至图8中所示的实施例可提供优于现有T形整流罩的一个或多个优点。例如，第一和第二装置在操作期间防止整流段60的上游表面68和/或下游表面70相对于相应的相邻旋转叶片44和/或转子叶轮48不慎的周向和/或径向移动。结果，本文所述的实施例消除了对之前包括在间隔轮20中以轴向约束T形整流罩24的周向燕尾槽22的需要。此外，整流段60围绕转子叶轮50的周向布置可允许相邻侧表面72中的槽口 74在相邻整流段60之间形成搭叠密封，以进一步提高压缩机40中的效率。
[0097]该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括与权利要求的字面语言没有差别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非实质性差别的等同结构元件，则此类其它示例意图在权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种压缩机整流段，包括: a.主体，其具有上游表面、下游表面以及在所述上游表面和下游表面之间的相对侧表面； b.所述上游表面上的第一止动件，其成形为符合压缩机内的第一互补配件；以及 c.所述下游表面上的第二止动件，其成形为符合所述压缩机内的第二互补配件。
2.根据权利要求1所述的压缩机整流段，其特征在于以下至少一项:所述第一止动件包括自所述上游表面的第一突起，或者所述第二止动件包括自所述下游表面的第二突起。
3.根据权利要求1所述的压缩机整流段，其特征在于以下至少一项:所述第一止动件覆盖所述压缩机内的所述第一互补配件，或者所述第二止动件覆盖所述压缩机内的所述第二互补配件。
4.根据权利要求1所述的压缩机整流段，其特征在于，所述主体限定符合定子静叶的内顶端的表面。
5.根据权利要求1所述的压缩机整流段，其特征在于，所述上游表面比所述下游表面更窄。
6.根据权利要求 1所述的压缩机整流段，其特征在于，还包括位于所述相对侧表面中的每一个中的槽口。
7.—种压缩机整流段，包括: a.主体，其具有上游表面、下游表面以及在所述上游表面和下游表面之间的相对侧表面； b.第一装置，其用于固持所述上游表面抵靠压缩机内的第一转子叶轮或第一旋转叶片中的至少一个；以及 c.第二装置，其用于固持所述下游表面抵靠所述压缩机内的第二转子叶轮或第二旋转叶片中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的压缩机整流段，其特征在于以下至少一项:所述第一装置包括自所述上游表面的第一突起，或者所述第二装置包括自所述下游表面的第二突起。
9.根据权利要求7所述的压缩机整流段，其特征在于以下至少一项:所述第一装置包括在所述上游表面中的第一凹部，或者所述第二装置的包括在所述下游表面中的第二凹部。
10.根据权利要求7所述的压缩机整流段，其特征在于，所述主体限定符合所述压缩机内的定子静叶的内顶端的表面。
11.根据权利要求7所述的压缩机整流段，其特征在于，所述上游表面比所述下游表面更窄。
12.根据权利要求7所述的压缩机整流段，其特征在于，还包括位于所述相对侧表面中的每一个中的槽口。
13.一种燃气涡轮,包括: a.压缩机部段，其具有第一转子叶轮、围绕所述第一转子叶轮周向地布置的第一级旋转叶片、位于所述第一转子叶轮下游的第二转子叶轮、围绕所述第二转子叶轮周向地布置的第二级旋转叶片、以及在所述第一转子叶轮和所述第二转子叶轮之间延伸的多个整流段，其中，每个整流段包括第一止动件和第二止动件，所述第一止动件成形为符合所述第一级旋转叶片中的所述第一转子叶轮或第一旋转叶片中的至少一个上的第一互补配件，所述第二止动件成形为符合所述第二级旋转叶片中的所述第二转子叶轮或第二旋转叶片中的至少一个上的第二互补配件； b.位于所述压缩机部段下游的燃烧部段；以及 c.位于所述燃烧部段下游的涡轮部段。
14.根据权利要求13所述的燃气涡轮，其特征在于，所述第一或第二止动件中的至少一个包括在所述整流段上的突起。
15.根据权利要求13所述的燃气涡轮，其特征在于，所述第一互补配件包括在所述第一转子叶轮或所述第一旋转叶片中的至少一个上的突起。
16.根据权利要求13所述的燃气涡轮，其特征在于以下至少一项:所述第一止动件覆盖所述第一互补配件，或者所述第二止动件覆盖所述第二互补配件。
17.根据权利要求13所述的燃气涡轮，其特征在于，每个整流段限定符合定子静叶的内顶端的表面。
18.根据权利要求13所述的燃气涡轮，其特征在于，每个整流段包括在相对侧表面上的槽口。
19.根据权利要求13所述的燃气涡轮，其特征在于，还包括在所述第一和第二转子叶轮之间的第三转子叶 轮。
20.根据权利要求19所述的燃气涡轮，其特征在于，所述多个整流段围绕所述第三转子叶轮周向地布置。
【文档编号】F04B39/00GK203809239SQ201320568640
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2012年9月13日
【发明者】N.S.雷斯, B.D.波特 申请人:通用电气公司