用于燃气涡轮的压缩机组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及压缩机组件，并且更一般地涉及用于燃气涡轮的压缩机。
【背景技术】
[0002]如熟知的，在燃气涡轮中，冷却空气被从压缩机抽出。在稳态操作期间，冷却空气被抽出以用于冷却涡轮叶片的目的。在诸如启动和停机的瞬时操作期间，通常更大量的空气被抽出和释放到大气环境，以支持燃气涡轮的稳定操作并且避免例如压缩机中的失速。这种瞬时抽气被称为放气。
[0003]—般来讲，空气流被从压缩机环带抽吸通过泄放管道或槽口，并且收集在腔体中。腔体具有凸缘，流从该凸缘抽入发动机的外部管道系统中。这样的构型在不同的周向位置重复。在瞬态操纵中，流经由管道系统导引至涡轮以用于冷却或释放到大气环境。
[0004]腔体由压缩机壳体中的浇注空间或由压缩机静叶支架(常常称为C.V.C.)与压缩机外部壳体之间的开放空间形成。
[0005]更具体地，启动条件对于压缩机是潜在地危险的，因为压缩机在偏离设计条件的情况下操作。因此，存在流的较大失配，导致在叶片和静叶上的大入射角。这导致流分离。此外，在部分速度下，由于不充分的压缩，通过压缩机的体积流量变得太高。这导致偏离设计的轴向速度，该速度与叶片的恰当旋转速度不匹配。
[0006]为了改善此现象，通过在启动期间从指定的抽取点抽取大量空气来减小体积流量。空气接着将在放气系统中被清除。此外，在正常操作期间从主通道抽取显著减少量的空气，以用于冷却目的[1]。
[0007]简言之，最佳压缩机泄放腔体的存在对于确保上述过程在启动和正常操作期间平稳地发生至关重要。一个重要的方面是腔体的尺寸，其必须容纳所需量的抽气。腔体的尺寸应迀就用于启动和正常操作两者的抽取的空气。
[0008]然而，为了实现最佳泄放流量，不仅在泄放系统的功能方面，而且在整个压缩机机械的整个结构和几何形状方面存在约束。
[0009]例如，小的泄放槽口将是期望的，因为它减小压缩机的轴向长度，并且因此减小成本。类似地，小的泄放腔体将减小成本并且也满足空间约束。
[0010]另一方面，从空气动力学角度来看，最佳泄放系统将是具有低流量损耗的系统。这较大程度上考虑了从抽气点直到管线的整个泄放系统。
[0011]知道流型对于最小化由于旋流导致的损失是重要的，并且对于改善腔体的几何形状(尤其是在拐角处的倒圆)是重要的。作为示例，图1示出了采用矩形形式的泄放腔体中的流态拓扑。流从泄放槽口离开并进入泄放腔体，由于流的突然旋转，其在泄放出口处立即形成旋流。这形成S形旋流，其中相邻的旋流来自腔体底部侧壁。此S形旋流的结果是形成在腔体中在向上方向上的流，该流接着分裂成移动远离彼此的两个90°的流。
[0012]当流到达拐角边缘时，它们形成旋流，并且再次竖直地向下移动，接近底部拐角边缘，形成旋流。然后，整个流态拓扑重复。
[0013]泄放腔体的构型对于放气连接中的流态拓扑具有影响。在泄放腔体中出现不同的流态拓扑是由于流从泄放槽口进入腔体。此外，旋流系统取决于圆周位置、放气质量流量和腔体的构型。腔体的高度在逼近沿着腔体的摩擦损耗的幅度中起重要作用。这可从CFD计算获得，然后可以进行关于来自不同流长度的各个颗粒的进一步计算，从而得到对摩擦损耗的更好逼近。
[0014]本领域已知的解决方案趋于在如上所述的设计和空气动力学方面进行折衷，以实现泄放和放气系统的最佳可能设计。
[0015]现有技术的关键点在于，根据腔体宽度和放气连接的凸缘位置，通常形成导致高的流量损耗的一系列旋涡。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是通过提供基本上在独立权利要求1中限定的压缩机组件来解决上述技术问题。
[0017]此外，本发明的目的还有提供基本上在独立权利要求13中限定的用于燃气涡轮的压缩机。
[0018]在对应的从属权利要求中限定了优选实施例。
[0019]根据将在以下【具体实施方式】中仅出于示例性而非限制性目的描述的优选实施例，本发明的解决方案教导在腔体内定位分离器元件或隔膜，其用来将由压缩机的外部壳体和内部静叶支架形成的腔体分隔成两个子腔体。如将从本发明的示例性和非限制性实施例的描述显而易见的，这有利地导致在凸缘放气抽取器的定位和腔体定尺寸方面更灵活的设计，因为凸缘位置不必像没有分离器元件或隔膜时那样为流的边界。此时可以在间隙和抽取流的压力损失方面优化部件。
[0020]根据优选实施例，分离器元件的存在减少了腔体中的热传递。事实上，通过提供两个子腔体，一个子腔体经历高的热传递，而另一个子腔体不暴露于高流速。
[0021]分离器元件由此用来以有利方式引导流，例如，减少旋涡数。这样减少了流量损耗。
[0022]根据优选实施例，腔体内壁也可例如利用绝缘材料或利用填充空气的腔体进行局部绝缘。
[0023]附加地和/或备选地，分离器元件可设有通气孔，以对后面的子腔体进行通气，即，在用于冷却或启动目的的流抽取不发生的地方的子腔体。有利地，由于潜在的泄漏，通气孔平衡相邻腔体的相邻子腔体之间的温度和压力，并且也可消除不可取的压差。
【附图说明】
[0024]本发明的上述目的和许多伴随优点将变得更易于了解，因为当结合附图时，通过参照以下【具体实施方式】，上述目的和许多伴随优点将变得更好理解，在附图中:
图1示出了泄放腔体中的流态拓扑的示例，该泄放腔体为矩形的；
图2-4示出了根据现有技术的三个备选的压缩机组件的侧剖视图，其中，用于抽取流的槽口位于沿着压缩机的轴向发展的三个不同位置处；
图5-8示出了根据本发明的压缩机组件的三个备选方案的侧剖视图，其中，用于抽取流的槽口位于沿着压缩机的轴向发展的三个不同位置处；
图9示出了在图5-8中描绘的分离器元件的细节。
【具体实施方式】
[0025]参照图2，在侧剖视图中示出了根据现有技术的压缩机的压缩机组件100。压缩机包括能够沿着轴线A旋转的转子200。
[0026]压缩机组件100包括大体上用附图标记3标示的压缩机外部壳体，外部壳体又包括放气开口 4，放气开口 4提供到外部管道系统(未示出)的必要的连接装置，以输送从压缩机抽出的空气流，从而有助于启动阶段和涡轮叶片冷却。与压缩机外部壳体3 —体化的是静叶支架，压缩机的定子静叶50固定到静叶支架。在此图中，静叶支架部分30和40限定泄放管道或槽口 5。压缩机组件100布置成使得外部壳体3与静叶支架3和4 一起限定腔体6，以用于收集通过泄放管道5接收自压缩机的流体流。备选地，用于聚积流体流的腔体可由位于压缩机外部壳体中的浇注腔体形成。
[0027]流接着聚集在腔体内并且通过上文详述的放气连接4馈送到外部。应当理解，图1所示构型可沿着压缩机环带的轴向发展重复多次。更具体地，腔体6可具有相邻的腔体6’和6’’，腔体6’由公共的静叶支架30部分地限定，并且腔体6’’由公共的静叶支架40部分地限定。
[0028]在图1的布置中，由于泄放管道5定位在腔体6的中部周围，腔体中的温度大约类似于压缩机环带中。事实上，如熟知的，压缩机环带中的压缩空气的温度在由图中的箭头A指示的流动方向上轴向增加。在腔体和环带中具有基本上相同的温度有益于低的间隙和应力。然而，如上文参照图1所述，由腔体中的流经历的旋涡和旋流导致高的空气动力学损失