[发明专利]可调式压缩机抽气系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及离心式压缩机，更具体地说，涉及利用叶轮入口区中的抽气装置来调节和稳定某些工作参数的高性能离心式压缩机。本发明还涉及使用这种高性能离心式压缩机的燃气轮机动力设备。 

背景技术

离心式压缩机在各种系统中应用，以便提供高压空气，所述高压空气然后通常被导向例如燃气轮机动力设备中的燃烧室。这些压缩机在运行期间，尤其是在叶轮加速和减速期间常常经历流动不稳定性。这些不稳定性一般由全速运行期间在叶轮入口区中空气短缺或者在部分速度运行期间空气剩余引起。称为阻塞(choke)状况的空气短缺通常由叶轮快速加速、使得增加的压缩机泵送能力超过系统进气能力而引起。称为喘振状况的空气剩余通常由叶轮快速减速、导致压缩机泵送能力降低而引起。早先的系统把空气抽送到叶轮入口区以及将空气从所述叶轮入口区抽出，以便限制这种不稳定性。 

例如，授予Chapman等人的名称为“Dual Function Compressor Bleed(双功能压缩机抽气装置)”的美国专利No.4248566公开了一种采用环形压缩机罩盖的系统，所述罩盖具有分段式环形狭缝，所述环形狭缝构造成在全速运行速度下给叶轮入口区提供空气，而在部分运行速度下从叶轮入口区去除空气。该专利显示，这种系统通过扩大喘振裕度和改善高速流动能力提高了压缩机的工作效率。然而，这种设计的一个缺点是，抽气狭缝的宽度在生产压缩机之后是固定的。此外，环形罩盖不能在平行于压缩机轴线的方向上调节以便调整叶轮和罩盖之间的运行间隙或调节抽气狭缝相 对于叶轮的位置。而且，环形罩盖固定地安装在叶轮后缘附近的结构上。这种构型妨碍了那部分罩盖的受控形态(conformation)，从而由于叶轮和罩盖之间的摩擦而降低了系统效率并增加了成本。 

授予Tremaine的名称为“Single Slot Impeller Bleed(单狭缝叶轮抽气装置)”的美国专利No.6183195公开了一种采用两构件式环形罩盖的系统，此处每个分段都以悬臂的方式独立被支承，以便形成连续的环形狭缝。虽然该系统允许调节运行间隙和连续的环形狭缝宽度二者，但这些调节不能独立进行。在Tremaine的构造中，通过调节下游分段的位置，运行间隙和连续的环形狭缝的宽度二者同时改变。因此，为了改变运行间隙而不改变抽气狭缝的宽度，需要两组调节。因此，这种构型增加了系统复杂性和组装时间。而且，悬臂式安装设计要求将罩盖固定地安装到叶轮后缘附近的结构上。 

需要有一种消除或至少缓解这些缺点中的一个或多个的系统，以便允许使用离心式压缩机的燃气轮机动力设备有效运行。 

发明内容

本发明构成一种可调式抽气装置和方法，其通过允许独立调节分段式环形抽气狭缝的宽度和叶轮与罩盖之间的运行间隙，以及提供下游罩盖分段在叶轮出口区中的受控形态，来实现离心式压缩机的有效运行。独立调节减少了系统复杂性和装配时间。提供下游罩盖分段的受控形态通过减少结构应力和部件磨损而提高运行效率并降低运行成本。 

在一个方面，本文所公开的用于压缩机——该压缩机具有包括叶片并可绕一轴线旋转的叶轮、环绕叶轮的环形罩盖、和固定式进气口机壳——的可调式抽气装置包括构造成安装到固定式进气口机壳上的环形支承件。该装置还包括下游环形罩盖分段，所述下游环形罩盖分段在下游环形罩盖分段的上游端附近连接到环形支承件上，下游环形罩盖分段的下游端不受约束。该装置还包括上游环形罩盖分段，所述上游环形罩盖分段在上游罩盖分段的下游端处具有多个桥式构件，桥式构件安装在一凸缘上。该凸缘 与环形件和下游罩盖分段连接。桥式构件将环形抽气狭缝分段。分段式环形抽气狭缝的宽度是上游罩盖分段的下游端与下游罩盖分段的上游端之间沿轴向方向间隔开的距离。可调式抽气装置的部件之间的连接件构造成使得分段式环形抽气狭缝的宽度可调。 

在另一方面，用于将空气抽送至叶轮入口区或将空气从叶轮入口区抽出的方法包括：将环形罩盖构造成两个分开的环形分段，即上游罩盖分段和下游罩盖分段；提供连接于固定式进气口机壳和下游罩盖分段的上游端的环形支承件；通过环形支承件支承上游罩盖分段的下游端，所述上游罩盖分段的下游端与下游罩盖分段的上游端间隔开，以便提供分段式环形抽气狭缝；以及，调节抽气狭缝的宽度，以便在压缩机运行期间提供希望的抽气流量。根据运行状况，将空气抽送至叶轮入口区或从叶轮入口区抽出。 

包括在说明书中并构成说明书的一部分的附图举例说明所公开的可调式抽气装置的实施例，并和说明书一起用来阐明所述装置和方法的原理。 

附图说明