[发明专利]用于能量转换机器的具有翼翘的导向翼片以及包括导向翼片的用于转换能量的机器

说明书

技术领域

本发明涉及用于能量转换机器的导向翼片，特别涉及压缩机或涡轮机，其中导向翼片包括翼翘。进一步，本发明涉及用于转换能量的机器，特别是压缩机或涡轮机，其包括具有翼翘的导向翼片。

背景技术

从具有势能（压头）和动能（速度头）的流动流体中可获得能量，并且该能量可利用涡轮机由涡轮机转换成机械能，例如转动能。获得的转动能例如可用于驱动发电机来产生电能。

燃气涡轮发动机包括用于压缩空气的压缩机，该空气然后与燃料混合并在燃烧室中燃烧。热的燃烧气体于是膨胀通过涡轮机，从而提供能够用于驱动诸如发电机、压缩机或泵的外部设备的机械能。

压缩机还可用于压缩待使用在工业过程中的气体或用于泵送管线中的天然气。

压缩机包括被可转动地支撑在外壳内的转子轴。在外壳内，转子轴典型地由包括多个瓦块轴承的轴承支撑。多个转子叶片连接到转子轴，并从转子轴径向向外延伸。转子轴围绕旋转轴线旋转，该旋转轴线沿着由提供给压缩机的机械能驱动的轴向方向定向，例如由进一步在下游与压缩机共享该轴的涡轮机提供。转子轴的旋转驱动通过压缩机的气体朝向更高压力。在沿着旋转轴线的特定轴向位置，多个转子叶片可连接到转子轴，从而形成一排转子叶片。多排转子叶片可在彼此分开的轴向位置处连接到转子轴。

为了将流动气体适当地引导至转子叶片，一排导向翼片被布置在一排转子叶片下游，其中导向翼片固定地连接到压缩机的外壳。从而，外壳属于压缩机的定子部分。因而，导向翼片保持不动，而转子叶片相对于导向翼片并相对于外壳旋转。进一步，压缩机可包括位于第一排转子叶片上游的一排进口导向翼片。

导向翼片朝着旋转的转子轴径向向内延伸。从而，在导向翼片的径向内端与转子轴之间形成间隙。由转子叶片传递的流动气体冲击到导向翼片的上游表面或压力表面上，典型地为凹面，并沿着该上游表面以及沿着导向翼片的下游表面或吸力表面流动，从而被引导至导向翼片（分别为该排导向翼片）下游的转子叶片（分别为一排转子叶片）。由于冲击气体的压力在导向翼片的上游表面处比在导向翼片的下游表面处更高，则导向翼片的上游侧也被称为导向翼片的压力侧，导向翼片的下游侧也被称为导向翼片的吸入侧。由于导向翼片的压力侧与吸入侧之间的压力差，冲击气体通过导向翼片的径向内端与转子轴之间的间隙从导向翼片的压力侧部分地流动至导向翼片的吸入侧，由此削弱压缩机的效率。

为了减少流动气体从导向翼片的压力侧至吸入侧的流动，导向翼片的径向内端与转子轴之间的间隙必须被构造得尽可能小。然而，由于压缩机操作期间的热膨胀（该膨胀对于压缩机的不同部件是不同的），该间隙可能不被构造得太小。相反，必须维持导向翼片的径向内端与转子轴之间的特定运行间隙。

根据文献US 2008/0213098 A1，已知有一种用于涡轮机的叶片，其中叶片具有叶片梢部，该叶片梢部关于叶片翼型为曲形。

根据文献GB 710938，已知有一种用于轴流式流体机器的转子叶片，其中在转子叶片的梢部处提供有加强板。

根据文献GB 1 491 556，已知有一种用于涡轮机的转子叶片，其中叶片在前侧和/或尾侧上承载有从那里突出的梢部板。

根据文献GB 733,918，已知有一种弹性流体涡轮机的叶片，其中小板被紧固在叶片梢部的顶表面上。

当前，用于减少运行间隙并因而使从导向翼片的压力侧到吸入侧的泄漏最小化的方法是，利用最后装配机械加工操作完成导向翼片顶长度。然而，该最后装配机械加工操作非常麻烦且危险，由于其涉及局部人工去毛刺，这带来了最后机械加工碎屑污染。机械加工碎屑污染削弱了内部密封并需要额外的清理步骤。进一步，最后装配机械加工操作极为成本密集。

可能需要提供如下导向翼片，当用在能量转换机器，特别是压缩机或涡轮机中时具有提高的性能，并且能够更容易地装配到例如压缩机或涡轮机的能量转换机器中。进一步，可能需要提高例如压缩机或涡轮机的能量转换机器的性能和效率，并且还需要减少能量转换机器的成本。进一步，可能需要提高能量转换机器的可维护性。

发明内容

该目标通过各个独立权利要求而实现。各从属权利要求描述了本发明的有利展开和修改。