定子组件以及包括所述定子组件的燃气涡轮机组件的制作方法

定子组件以及包括所述定子组件的燃气涡轮机组件
1.相关申请的交叉引用此专利申请要求2021年12月30日提交的欧洲专利申请第21425077.1号的优先权，其整个公开通过引用结合在本文中。
技术领域
2.本发明涉及用于燃气涡轮机组件的压缩机的定子组件，并涉及包括所述定子组件的燃气涡轮机组件。特别地，本发明的燃气涡轮机组件是用于电能生产的设备的一部分。


背景技术：

3.如已知的那样，用于发电设备的燃气涡轮机组件包括压缩机、燃烧器和涡轮。
4.特别地，压缩机包括被供应空气的入口和压缩通过空气的多个旋转叶片。离开压缩机的被压缩的空气流入气室，即，被外壳体限界的闭合的体积，并从那里进入燃烧器。压缩的空气在燃烧器内与至少一种燃料混合并燃烧。得到的热气体离开燃烧器并在涡轮中膨胀。在涡轮中热气体膨胀使连接到转子上的旋转叶片移动，从而做功。
5.压缩机和涡轮两者都包括轴向地插入在转子组件之间的多个定子组件。
6.在定子组件和转子组件之间限定了多个组件间空腔。
7.每个转子组件都包括围绕主轴线旋转的转子盘和由转子盘支撑的多个叶片。
8.每个定子组件都包括由相应的静叶载架支撑的多个定子静叶，以及围绕转子布置而不与其接触的定子环。
9.但是，由于压缩机沿主气流方向提供正压力梯度，一部分压缩空气流进入定子组件的下游组件间空腔，通过定子环和转子之间的轴向间隙并且回到定子组件的上游组件间空腔（其处于低于下游组件间空腔的压力的压力下）并且最后再次注入静叶上游的主气流中（见示意性示出现有技术解决方案的图4中的箭头）。
10.上述向后再循环负面地影响压缩机效率，产生压力损失，并且也使主流朝向静叶的前缘偏移从而产生附加危险的涡旋。
11.有时，在静叶前缘上游的所述再循环气流的排出可能导致在静叶前缘处的流分离，从而也影响压缩机稳定性和可操作性。
12.用来减少所述向后再循环的一个解决方案是在转子和定子环之间布置迷宫密封件，以避免组件间空腔之间的连通（见示出现有技术解决方案的图4）。但是，此装置的效率强烈地受到迷宫密封件齿之间的间隙变化影响。通常，为了满足发动机操作期间防止齿摩擦的所有瞬态条件，这种间隙非常高，并且迷宫密封件不能避免向后流再循环。


技术实现要素：

13.本发明的目标因此是提供用于燃气涡轮机组件的压缩机的定子组件，其使得能够避免或者至少缓和所述缺点。
14.特别地，本发明的一个目标是提供一种具有改善结构的定子组件，该改善结构能
够最小化通过组件间空腔围绕定子环再循环的空气的量。
15.根据所述目标本发明涉及一种用于燃气涡轮机组件的压缩机的定子组件，其中空气沿方向d流动；定子组件包括定子环，其围绕纵向轴线延伸并且包括前壁和后壁；前壁沿气流方向布置在后壁的上游；后壁成形为以便限定开口空腔。
16.有利地，后壁中的开口空腔防止围绕压缩机的定子环的向后再循环。
17.空腔促进局部内部涡旋，从而阻挡空气流向轴向间隙。所产生的涡旋也充当空气动力学屏障，以限制其自身进入后组件间空腔的空气的量。
18.提供用于燃气涡轮机组件的高效压缩机也是本发明的一个目标，其中穿过组件间空腔围绕定子环再循环的空气的量被最小化。根据本发明的所述目标涉及如权利要求11中所述的燃气涡轮机组件的压缩机。
附图说明
19.现在将参考附图描述本发明，附图示出了一些非限制性实施例，其中：-图1是包括根据本发明的压缩机的燃气涡轮机组件的示意性截面前视图，且为了清楚去除了零件；-图2是根据本发明的定子组件的示意性截面前视图，且为了清楚去除了零件；-图3a是图2的定子组件的细节的示意性截面前视图，且为了清楚去除了零件；-图3b是图3a的细节的放大部分的示意性截面前视图，且为了清楚去除了零件；-图4是根据现有技术解决方案而不是本发明的一部分的图3的细节的示意性截面前视图，且为了清楚去除了零件。
具体实施方式
20.在图1中参考标号1指燃气涡轮机组件（图1中示意性地示出）。
21.燃气涡轮机组件1包括压缩机3、燃烧室4、燃气涡轮机5和发电机（为了简单，附图中没有示出）。
22.压缩机3、涡轮5和发电机（未示出）安装在相同的轴上以形成转子8，其容纳在转子壳体9中并且沿轴线a延伸。
23.更详细地，转子8包括前轴10、多个转子组件11和后轴13。
24.每个转子组件11都包括转子盘15和联接到转子盘15上并且径向地布置的多个转子叶片16。
25.多个转子盘15在前轴10和后轴13之间连续地布置并且优选地由中心拉杆14夹成包。作为备选，转子盘可焊接在一起。
26.中心轴17将压缩机3的转子盘15与涡轮5的转子盘15隔开并且延伸穿过燃烧室4。
27.另外，定子组件22与压缩机转子组件11交替。
28.每个定子组件22都包括定子环24和多个定子静叶25，定子静叶25径向地布置并且联接至定子环24且联接至相应的定子壳体9。
29.图2中示出了压缩机3中两个转子组件11之间的定子组件22。
30.箭头d指示在压缩机3的压缩通道26中流动的空气流的方向。
31.在转子组件11和定子组件22之间布置了组件间空腔27。
32.特别地，每个定子组件22都限定前组件间空腔27a和后组件间空腔27b，其中前组件间空腔27a沿热气体流方向d在后组件间空腔27b的上游。
33.参考图2和图3，定子环24围绕相应的转子盘15延伸而不与其接触。
34.特别地，定子环24包括前壁30、后壁31以及在前壁30和后壁31之间延伸的轴向壁32。前壁30沿气流方向d在后壁31的上游。
35.优选地，前壁30和后壁31相对于轴线a径向地布置。前壁30设有环形前面33a，而后壁31设有环形后面33b。
36.在定子环24的轴向壁32和相应的转子盘15之间存在轴向间隙34。
37.在所述轴向间隙34中布置有迷宫密封件35。
38.如图3a中示意性地所示，迷宫密封件35由从轴向壁32突出的多个齿36以及从相应的转子盘15突出的多个相对且交错的齿37限定。
39.多个定子静叶25彼此并排联接到定子环24上。
40.根据本发明，后壁31成形为以便限定空腔40，空腔40具有面向转子组件11的旋转部件的至少一个开口41。转子组件的旋转部件可为转子盘15或转子叶片16的根部的一部分。
41.空腔40成形为以便获得进入后组件间空腔27b的空气的再循环。
42.特别地，空腔40是沿着后壁31的环形后径向面33b上的环形路径延伸的开口空腔。
43.参考图3b的放大视图，环形后面33b在面向后组件间空腔27b的入口的外边缘处设有外平面部分42，以及在与轴向壁32接触的内边缘处的内平面部分43。外平面部分42和内平面部分43是径向地布置的。
44.外平面部分42的径向长度优选地小于内平面部分43的径向长度。
45.根据未示出的一个变型，外平面部分42的径向长度可以大致等于内平面部分43的径向长度。
46.空腔40布置在外平面部分42和内平面部分43之间。
47.特别地，空腔40由凹陷部分45和凸起部分46限定，凹陷部分45具有至少一个曲率半径r1，而凸起部分46具有至少一个曲率半径r2。
48.凹陷部分45优选地延伸以便对向(subtend)包括在10
°‑
60
°
之间的角度α。
49.凸起部分46优选地延伸以便对向包括在90
°‑
270
°
之间的角度β。
50.凸起部分46延伸以便限定空腔40的倒圆段47以允许空气再循环。
51.在内平面部分43和凸起部分46的相交处限定踢出边缘(kick-out edge)48。
52.踢出边缘48具有大于凸起部分46的最内点p的径向高度的径向高度（意图为沿着径向方向从轴线a的测量值）。
53.而凹陷部分45限定入口边缘49。
54.根据未示出的一个变型，在凹陷部分45和凸起部分46之间可以布置（优选地径向地布置）另一个平面部分。
55.在使用中，来自压缩通道26的空气进入后组件间空腔27b并且在空腔40中被引导，在那里如图3a和3b中的箭头所示，空气循环并朝向压缩通道26涡旋。
56.特别地，来自压缩通道26的空气进入后组件间空腔27b并且首先由凹陷部分45向内偏转，然后其由凸起部分46再循环以在倒圆段47内生成涡旋，并且最终其以大部分与进
入方向相反的方向再次注入后组件间空腔27b中。
57.有时，可能发生从空腔40注入的少量空气冲击面向它的转子组件11的旋转部件，并且其在较小的半径处被引向空气间隙34。但是，在这种情况下，由空腔40内的涡旋以及由迷宫密封件35提供的强压力损失防止气流抵达前组件间空腔27a并且因此在静叶25的上游被喷出。
58.这样，围绕压缩机定子环24获得了对抗回流再循环的空气动力学密封屏障。密封效果比通过当前用作迷宫密封件的传统装置获得的密封效果（见图4）更强。
59.此外，空腔40不涉及轴向间隙34中的任何间隙变化。因此，其在燃气涡轮机组件的所有操作状态期间提供了恒定而可靠的密封有效性。
60.最后，空腔40的形状和尺寸不影响定子环24的机械可靠性，并且如果需要的话，其也可以用来通过改变其质量而改善环定子的静态和动态响应。
61.最后，很清楚可以对本文所述的定子组件和压缩机做出改型和变型而不偏离如所附权利要求书中所限定的本发明的范围。

技术特征：
1.一种用于燃气涡轮机组件的压缩机的定子组件(22)，其中空气沿方向(d)流动；所述定子组件包括定子环(24)，所述定子环(24)围绕纵向轴线(a)延伸并且包括前壁(30)和后壁(31)；所述前壁(30)沿气流方向(d)布置在所述后壁(31)的上游；所述后壁(31)成形为以便限定开口空腔(40)。2.根据权利要求1所述的定子组件，其特征在于，所述后壁(31)限定环形后面(33b)；所述开口空腔(40)沿着所述后壁(31)的所述环形后面(33b)上的环形路径延伸。3.根据任何前述权利要求所述的定子组件，其特征在于，所述空腔(40)包括用于促进空气再循环的倒圆段(47)。4.根据权利要求3所述的定子组件，其特征在于，所述空腔(40)由凹陷部分(45)和至少一个凸起部分(46)限定，所述凹陷部分(45)具有至少一个曲率半径(r1)，所述至少一个凸起部分(46)具有曲率半径(r2)；所述凸起部分(46)包括所述倒圆段(47)。5.根据权利要求4所述的定子组件，其特征在于，所述凹陷部分(45)延伸以便对向包括在10
°‑
60
°
之间的角度(α)。6.根据权利要求4或5所述的定子组件，其特征在于，所述凸起部分(46)延伸以便对向包括在90
°‑
270
°
之间的角度(β)。7.根据权利要求4-6的任何权利要求所述的定子组件，其特征在于，所述空腔(40)设有踢出边缘(48)；所述踢出边缘(48)具有大于所述凸起部分(46)的最内点(p)的径向高度的径向高度。8.根据权利要求3-7的任何权利要求所述的定子组件，其特征在于，所述环形后面(33b)设有外平面部分(42)和内平面部分(43)；所述空腔(40)布置在所述外平面部分(42)和所述内平面部分(43)之间。9.根据权利要求8所述的定子组件，其特征在于，所述外平面部分(42)和所述内平面部分(43)是径向地布置的。10.根据权利要求8或9所述的定子组件，其特征在于，所述外平面部分(42)的径向长度小于或等于所述内平面部分(43)的径向长度。11.一种压缩机，其沿着纵向轴线(a)延伸，并包括：压缩通道(26)，空气沿着所述压缩通道(26)沿方向(d)流动；多个转子组件(11)，其每个都包括转子盘(15)和径向地布置并联接至所述转子盘(15)的多个转子叶片(16)；多个定子组件(22)；所述定子组件(22)和所述转子组件(11)沿着轴向方向(a)交替并且彼此隔开，以便对于每个定子组件(22)限定前组件间空腔(27a)和后组件间空腔(27b)；其中所述前组件间空腔(27a)沿着热气体流方向(d)在所述后组件间空腔(27b)的上游；至少其中一个所述定子组件(22)为任一前述权利要求中所要求保护的类型。12.根据权利要求11所述的压缩机，其特征在于，所述定子环(34)包括在所述前壁(30)和所述后壁(31)之间延伸的轴向壁(32)；所述定子环(34)围绕相应的转子盘(15)布置，以便在所述定子环(24)的所述轴向壁(32)和所述相应的转子盘(15)之间留下轴向间隙(34)。13.根据权利要求12所述的压缩机，其特征在于，在所述轴向间隙(34)中包括至少一个迷宫密封件(35)。

技术总结
本发明涉及定子组件以及包括所述定子组件的燃气涡轮机组件，具体而言，涉及一种用于燃气涡轮机组件的压缩机的定子组件(22)，其中空气沿方向(D)流动；定子组件包括定子环(24)，其围绕纵向轴线(A)延伸并包括前壁(30)和后壁(31)；前壁(30)沿着空气流动方向(D)布置在后壁(31)的上游；后壁(31)成形为以便限定开口空腔(40)。腔(40)。腔(40)。


技术研发人员：E
受保护的技术使用者：安萨尔多能源公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/7/6