[发明专利]压气机装置和燃气涡轮发动机

说明书

本发明涉及压气机装置(100)和包括该压气机装置(100)的燃气涡轮发动机。压气机装置(100)包括主压气机部段(10)，该主压气机部段再包括穿过主压气机部段(10)的主流体路径(13)的边界壁(11、12)。主压气机部段(10)还包括多排动叶(16)和多排静叶(17)，主压气机部段(10)并分段成上游子部段(14)和下游子部段(15)，上游子部段(14)和下游子部段(15)中的每一个包括布置在主流体路径(13)内的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)。过渡件(20)被提供并且位于主压气机部段(10)的多排动叶(16)的下游，过渡件(20)包括穿过过渡件(20)的主流体路径(13)的另外的边界壁(21、22)。压气机装置(100)包括环形腔体(30)、将下游子部段(15)或过渡件(20)与腔体(30)连接的溢流开口(48)、在操作期间控制从主流体路径(13)经由溢流开口(48)到腔体(30)中的压气机流体(41)的溢流的至少一个阀(40)、以及连接腔体(30)与主压气机部段(30)的在操作期间引导腔体(30)和主压气机部段(10)的主流体路径(13)之间的流体的通道(50)，其中通道(50)位于上游子部段(14)和下游子部段(15)之间，并且通道(50)位于溢流开口(48)的上游的至少一排动叶(16)和至少一排静叶(17)处。

技术领域

本发明涉及一种压气机装置，即燃气涡轮发动机的子部段，其允许将转移的主流体再注入回到压气机部段中的位置处的主流体路径中。此外，本发明涉及一种燃气涡轮发动机。

背景技术

燃气涡轮发动机像其它旋转机械或涡轮机一样需要在一系列的操作模式下运行。特别是，可能需要在宽负载范围上操作燃气涡轮发动机。此外，可能需要在不同环境温度水平下操作燃气涡轮发动机。此外，可能需要针对所有不同操作模式满足排放要求。

在燃气涡轮发动机中，通常环境空气作为相对冷的流体可以被压气机压缩(例如，燃气轮机的压气机部段)并且被提供给燃烧装置，在该燃烧装置中仍然基本上冷的流体(温度在压气机部段的排出处可以是几百摄氏度，但至少比燃气涡轮发动机的燃烧装置内的作业条件要冷得多)将与燃料一起反应，以为后续的涡轮机部段提供驱动力，在后续的涡轮机部段中来自燃烧装置的热和经加压的流体将驱动涡轮机的转子动叶，以再驱动轴。轴可以再驱动压气机部段的动叶，以执行环境空气的压缩，并且剩余的动力将驱动附接至燃气涡轮发动机的轴的发电机或旋转负载。

在燃烧装置中或在越过燃烧装置的下游部段中，高温可能出现在引导热流体通过燃气涡轮发动机的部件上。温度可以高达1500℃或者甚至更高。关于排放，例如对于一氧化碳(化学符号：CO)和未燃烧的碳氢化合物的排放，高的燃烧温度可以是有利的。

此外，应当注意的是，即使这可能降低压气机的效率，但是已知并非所有的压缩空气都可以被用于燃烧。一部分空气可以以其它不同方式而被使用，如在压气机的进口或燃气涡轮发动机的入口处的除冰，或者涡轮机动叶冷却，或者其它部件的冷却。因此，根据应用，通常在压气机级之中或之后从发动机内取得经压缩的空气。这种转移的压缩空气通常被称为引气，并且通常不被提供给燃烧器用于燃烧。

还可以有理由从压气机提取空气并将其直接引导至燃气涡轮发动机的排气。尽管这是有计划的措施，但这导致整体效率降低。此外，潜在的空气提取可能在压气机的流动中产生不平衡，这可能引发压气机不稳定(例如压气机喘振、失速)或发动机不稳定(例如，不均匀的发动机温度、在燃烧器中火焰闪灭)。

应当注意的是，作为通常在燃气轮机设计中的一般目标，力求于在满负载下利用尽可能少的燃料供应进行稀薄燃烧，特别是为了减少燃料的消耗。稀薄燃烧通常可以针对满负载操作而被配置和被优化。

由于低负载操作通常远离最佳设计条件，在连续的低负载操作中运行燃气涡轮发动机可能是有问题的。对于瞬态低负载操作，短时间的超过法定排放可能不是问题，但对于连续的低负载操作，应当符合给定的排放要求。

目标是提供一种解决方案，用以扩展充分满足排放要求的操作模式的范围。