[发明专利]用于能够沿轴向方向被主流穿流而过的流体机械的环形的流动通道

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于压缩机的流动通道，该流动通道围绕着沿轴向方向延伸的机器轴线同心地布置并且为轴向导引主流由横截面为圆形的分界壁限定，其中所述分界壁具有多个在其圆周上分布的回流通路，通过所述回流通路可以分别将可在提取位置上从所述主流分出的支流在处于所述提取位置的上游的馈入位置回输给所述主流，并且所述流动通道具有叶片环的射线状地布置在所述流动通道中的叶身，所述叶身的叶身尖端则相应地在形成缝隙的情况下与所述分界壁对置。

背景技术

燃气涡轮机及其作用原理是众所周知的。被燃气涡轮机的压缩机吸入的空气在该压缩机中被压缩并且而后在燃烧器中与燃料混合。接下来这种流入燃烧室中的混合物燃烧成热气，该热气随后流经连接在所述燃烧室后面的涡轮机并且同时由于其膨胀将所述燃气涡轮机的转子置于旋转之中。通过所述转子的旋转，除了所述压缩机之外也驱动连接在该转子上的发电机，该发电机则将所提供的机械能转化为电能。

不仅所述压缩机而且所述涡轮机都相应地由多个先后连接的级组成，所述级分别包括两个先后相随的由叶片构成的环。涡轮级包括由不可相对转动的导向叶片构成的导向叶片环和布置在该导向叶片环的下游的转子叶片环，相反，压缩机级则包括转子叶片环和布置在该转子叶片环的下游的导向叶片环；这一切均相应地沿穿流的介质的流动方向来观察。在单轴的燃气涡轮机上，所有转子叶片都固定地安装在共同的转子上。

串联布置的也就是说在轴向上先后相随的压缩机级由于与转子一同旋转的转子叶片将所吸入的空气从所述压缩机的入口朝压缩机出口的方向输送，其中空气在每个级(或者环)的内部得到增量的压力上升。在压缩机上总的压力上升是在每个级(或者所有的环)上所有增量的压力上升的总和。

在燃气涡轮机运行时，尤其在燃气涡轮机的压缩机运行时会以公知的方式出现这样的情况，即在接近于稳定界限时因误入流和上升的间隙涡流而扩大再循环(Rezirkulation)。由此会在压缩机内部在一个或多个叶身上出现流动中断，也就是说沿主流动方向的空气流动因压缩机级的一部分而停止，因为从转子传递给空气的能量不足以将空气输送穿过所述压缩机级并且产生相关的压缩机级的所必需的压力比。所述压力比是关于相应的级的入口压力在所述压缩机的相关的级上出现的压力升高。如果没有立即抵抗所述流动中断，那么该流动中断的进展会导致旋转失速(rotating stall)并且可能甚至导致整个穿过压缩机的空气流的方向倒转，这一点作为压缩机-喘振(Pumpen)是已知的。这种特别紧急的运行状态危害着叶片组并且阻止向燃烧室供给足够的压缩机空气，从而必定诊断出燃气涡轮机运行出现故障并且必须立即断开机器。

此外，在EP 0 719 907 A1中要克服所说明的问题，从该专利文件中公开了一种结构化的分界壁，该分界壁与转子叶片的尖端对置。壳体的这种结构化、所谓的“机匣处理结构(Casing Treatment)”用于为特定的状况积极地影响近缝隙的流动，在所述特定状况中在叶身上存在流动中断的危险。由于所述结构化，在低流动速度的区域中从主流中提取支流并且随后在提取位置的上游又输送给所述主流。在压缩机叶片的压力侧上在尖端区域中提取的空气被输送给相关的压缩机叶片的吸入侧的主流用于防止可能在那里出现的流动中断。导送所述支流的通道相应地相对于机器轴线或者说旋转轴线倾斜，从而-沿转子的旋转方向观察-所述提取位置处于馈入位置之后，在所述馈入位置上，被分出的支流被导回给近缝隙的主流。这一点是必要的，以便由于所述叶身的相对于旋转方向倾斜放置的尖端的安装角，所述支流可以超过所述叶身尖端从压力侧导送到吸入侧。由此，回流通道的纵向伸长基本上横向于所述叶片尖端侧的安装角的直线定向，也就是说近似平行于机器轴线定向。

一种类似的装置从EP 1 286 022 A1中得到公开。

前面提到的设计方案具有这样的缺点，即所述支流的流动导向不是最优的。

此外，FR 2 325 830公开了一种压缩机壳体，该压缩机壳体具有加入其中的槽。通过这些槽防止分界流(Grenzstrmung)的流动中断并且由此防止压缩机的喘振，但是通过所述槽出现的流没有反向于所述主流流动，而是与其一起流动。

发明内容

本发明的任务是，提供压缩机的横截面为环形的流动通道，其“机匣处理结构”进一步改进压缩机的工作范围并且降低压缩机流动失速的倾向。