[发明专利]燃气涡轮机扩压器吹气方法和相应的扩压器

说明书

技术领域

本发明涉及在燃气涡轮机的压气级扩压器中，特别是离心式或混合式类型的压气机中吹气的方法。混合式压气机可以理解为在叶轮出口处构造的压气机，这样气流相对于径向方向形成0和90°之间的角度。本发明也涉及适于实施这种方法的压气机扩压器。

本发明的领域是压气机运行和它们性能的改进，特别是喘振裕度改进的领域。性能对来自于压气机叶轮的气流特别敏感。扩压器具有调整该气流的作用，以优化动态空气压力转化为静态压力。

通常，扩压器包括在两个端板之间所形成的空间中的倾斜的叶片。由叶片所产生的偏差可以引起叶片下部或上部表面上气流的分离。这种分离可以引起气流的分开，以及如果该现象增加，则引起喘振。

因此有必要维持足够的喘振裕度，以避免非常有害的喘振结果，这甚至可以引起压气机构件的破坏。

迄今，为了试图稳定气流和避免喘振，例如，根据在专利US6699008中所述的方法，通过在叶轮的出口偏向一些空气和通过再次将其喷射到扩压器的端板的区域中，一部分空气可以被吸入到扩压器叶片上游的气道中。但是这种系统不是最佳的，因为如果再次引入到扩压器中的空气可以改进压气机的稳定性，那么在叶轮出口偏向空气就可以引起新的稳定性问题。而且，为了实现再次引入而不产生另外的损失是困难的，因为在叶轮出口处的空气比再喷射位点的空气处于更低的静态压力水平。

也已知在叶片上部表面中产生腔室，以用它作为冷气流，如在文献US6210104中所述。以申请人名字的专利文献FR2937385描述了通过在进气孔口和出气孔口之间腔室截面的逐渐增加而对该方案的改进。然后，在叶片上均质化流体的吸入。然而，可以证明必须将该收集的空气排出到外部，这对整个循环的平衡是有害的。

其它的方案提供了来自于孔口的空气的再循环，然后通过轴向地对称方式，再次导向到前缘上游的气道中，该孔口在接近叶片前缘形成。专利EP2169237实施了这种布置，以减少叶片上空气吸入的分离，像前述的专利US6210104和FR2937385。扩压器叶片上游所引起的再次引入仅仅影响扩压器的前缘上的范围。

发明的描述

本发明寻求通过积极地稳定边界空气层，更有效地减轻边界空气层的分离。为此，本发明通过吹气/吸入联合，给再供能的边界层提供高压的空气。

更精确地，本发明涉及向燃气涡轮机的压气机的压缩级扩压器中吹气的方法。这种扩压器包括封装多个周缘叶片的两个端板。沿着叶片的气流由扩压器的前缘向后缘产生。在这种方法中，通过在相对于位于下游的后缘的上游前缘的进气口，进行空气喷射到扩压器上游气道与来源于下游气道的空气回收的联合。通过该进气口，在从上游到下游的气道中发生了喷射空气的吹气。定向喷射，这样喷射的空气沿着叶片和/或端板吹入到气道中。然后，通过将该空气吸入到后缘的气道中实现空气的回收，这样回收的空气的压力明显地高压在回收区域中流动的空气的压力。因此，从气流的层状边界层到涡流层的过渡被起始和/或由其能量水平的增加而被加强。

可以从相对于喷射面法线的0°到约±90°定向喷射。有利地，尽可能地与气流方向上喷射面相切地喷射空气。因此，从气流的层状边界层到涡流层的过渡被起始和/或由其能量水平的增加而被加强。

因此，当边界层是层状时，这种吹气通过使边界层涡流，可以“稳定”边界层，并且由此延迟分离，因为涡流边界层本质上比层状边界层更稳定。当边界层是涡流时，这种能量的供应延迟了分离的出现。此外，即使已经起始了气流的分离，能量的供应也同样能够实现边界层的再附着。

通过当空气喷射位于接近凸壁出现的“柯恩达（coanda）”效应，可以加强本发明的再供能的现象。该效应引起流体吸引朝向壁。根据回收区域中空气喷射的速度和角度，可以最大化该“柯恩达（coanda）”效应。

根据有利的实施方式，根据本发明的方法提供了回收在随后级的格栅中或在随后级中扩压器下游的空气，或者所涉及的扩压器中的空气，特别地在叶片后缘附近的空气。

根据更多的特定实施方式，在扩压器中回收空气的情况下：

-可以在叶片的下部和/或上部表面上进行空气的回收，并且可以在叶片的下部和/或上部表面上进行吹气；

-可以在扩压器的轮毂的端板上和/或罩体上进行回收，并且可以在端板上进行吹气；

-可以在叶片上进行回收以及可以在端板上进行吹气或者（通过在端板上回收和在叶片上吹气）反之亦然；