軸流壓縮機(jī)以及軸流壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種軸流壓縮機(jī)以及軸流壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，在具有對吸氣噴霧液滴的中間冷卻效果的軸流壓縮機(jī)的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時，抑制中間級動葉片前端部和殼體內(nèi)壁面之間的間隙縮小，可靠性優(yōu)異。一種燃?xì)廨啓C(jī)軸流壓縮機(jī)，具備向壓縮前或壓縮中的動作流體供給液滴的單元，并具有以上述液滴在上述壓縮機(jī)內(nèi)蒸發(fā)的方式構(gòu)成的多個級，上述燃?xì)廨啓C(jī)軸流壓縮機(jī)在上述壓縮機(jī)的殼體上具有空腔，該空腔由上述殼體和包圍上述壓縮機(jī)的多級動葉片的周圍且在內(nèi)部形成壓縮流道的內(nèi)側(cè)殼體構(gòu)成，并具備能夠?qū)⒈壬鲜隹涨桓肯掠蝹?cè)的壓縮空氣供給到上述空腔的流道。
【專利說明】軸流壓縮機(jī)以及軸流壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有吸氣噴霧的燃?xì)廨啓C(jī)用或者生產(chǎn)用的軸流壓縮機(jī)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。【背景技術(shù)】
[0002]例如，在夏季等的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)中，因氣溫高的情況下吸氣密度低而使燃?xì)廨啓C(jī)的輸出下降。對于該輸出降低，例如存在通過對壓縮機(jī)的吸入空氣噴霧水等的液滴使吸氣密度上升，并通過吸氣冷卻的效果來提高燃?xì)廨啓C(jī)輸出的方法。再有，在使該液滴的噴霧量增加并向壓縮機(jī)內(nèi)部導(dǎo)入液滴的情況下，通過中間冷卻的效果使壓縮動力下降以提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。與該氣流一起被輸送至壓縮機(jī)內(nèi)部的微小的液滴一邊通過動葉片列間、靜葉片列間一邊蒸發(fā)至級的飽和溫度，在其蒸發(fā)潛熱的作用下使動作流體的溫度降低。
[0003]因為在多級軸流壓縮機(jī)中液滴從壓縮機(jī)的上游側(cè)開始?xì)饣怪髁鳒囟认陆?，所以形成與在壓縮機(jī)上游側(cè)葉片列負(fù)載降低而在其相反側(cè)的下游側(cè)葉片列負(fù)載增加的、相對于流動方向通常的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載分布不同的分布。一般地，在燃?xì)廨啓C(jī)的部分負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)中，因為壓縮機(jī)下游側(cè)的葉片列負(fù)載相比上游側(cè)變大，所以部分負(fù)載時若噴霧液滴則使下游側(cè)葉片列負(fù)載進(jìn)一步增加，因此存在使葉片列可靠性下降的可能性。因此，液滴的噴霧開始于燃?xì)廨啓C(jī)到達(dá)額定負(fù)載的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時。
[0004]另外，在壓縮機(jī)中，殼體的內(nèi)壁面和動葉片的外周部之間的間隙在轉(zhuǎn)子以及動葉片和殼體之間的熱膨脹差的作用下變化，若殼體的熱膨脹比轉(zhuǎn)子大則動葉片前端的間隙變大而使壓縮機(jī)的效率顯著下降。相反地，若轉(zhuǎn)子、動葉片的熱膨脹比殼體的熱膨脹大太多則動葉片和殼體內(nèi)壁面接觸而有可能損傷動葉片前端。在一般的簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)中，考慮該熱膨脹差而將動葉片前端間隙設(shè)定為最適于額定運(yùn)轉(zhuǎn)時。但是，在對燃?xì)廨啓C(jī)的吸氣噴霧大量液滴而進(jìn)行中間冷卻的壓縮機(jī)中，由于額定運(yùn)轉(zhuǎn)時噴霧液滴，因此產(chǎn)生殼體的熱變形和一般的簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)完全不一樣的現(xiàn)象。
[0005]在簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的動葉片前端間隙的控制中，由于壓縮機(jī)的殼體和轉(zhuǎn)子以及動葉片的熱膨脹差在壓縮機(jī)的下游級的高溫區(qū)域達(dá)到最大，因此作為該動葉片前端間隙的控制結(jié)構(gòu)，例如存在專利文獻(xiàn)I所示的控制結(jié)構(gòu)。在專利文獻(xiàn)I中，公開了通過用從壓縮機(jī)的中間級抽氣的抽氣空氣將壓縮機(jī)的內(nèi)側(cè)殼體相比周圍進(jìn)行冷卻，從而使壓縮機(jī)的軸方向的溫度梯度變小，控制殼體內(nèi)壁面和動葉片前端之間的間隙的技術(shù)。
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-3492號公報
[0008]上述技術(shù)所記載的簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時的壓縮機(jī)殼體的熱變形與噴霧大量液滴進(jìn)行中間冷卻的壓縮機(jī)的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時的殼體的熱變形有較大不同，對其差異進(jìn)行說明。
[0009]首先，在簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)中，流經(jīng)壓縮機(jī)內(nèi)部的主流的溫度在因壓縮作用引起的焓增加的作用下，后級側(cè)相比前級側(cè)(大概為大氣溫度)達(dá)到大約400°C?450°C的高溫。由此，殼體的后級側(cè)相比前級側(cè)熱膨脹變大。另一方面，在對吸入空氣噴霧大量液滴的壓縮機(jī)中，因為相對于壓縮機(jī)的流動方向從上游側(cè)開始在中間級液滴堆積于殼體，所以殼體急劇地被冷卻，抑制中間級的殼體的熱膨脹。由此，存在轉(zhuǎn)子或動葉片的熱膨脹比殼體的熱膨脹大的可能性。由于在壓縮機(jī)的后級側(cè)液滴完全蒸發(fā)，因此殼體通過液滴附著而被冷卻的可能性較低。
[0010]由此，在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，由于未考慮具有對壓縮機(jī)的吸氣噴霧液滴的中間冷卻效果的軸流壓縮機(jī)，因此在進(jìn)行吸氣噴霧的情況下，在壓縮機(jī)的中間級，動葉片前端部和殼體的內(nèi)壁面之間的間隙變小，存在動葉片前端部與殼體內(nèi)壁面接觸而使動葉片前端部損傷的危險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種軸流壓縮機(jī)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法，在具有對吸氣噴霧液滴的軸流壓縮機(jī)的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時，抑制中間級動葉片前端部和殼體內(nèi)壁面之間的間隙縮小，可靠性優(yōu)異。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的軸流壓縮機(jī)具備向壓縮機(jī)的動作流體供給液滴的液滴供給單元和形成供上述動作流體流下的流道的殼體，并具有多個由連續(xù)的一個動葉片列和一個動葉片列構(gòu)成的級，上述液滴在上述壓縮機(jī)內(nèi)蒸發(fā)，該軸流壓縮機(jī)的特征在于，在上述殼體上具有空腔，上述空腔由外側(cè)殼體和包圍多級動葉片列的周圍且在內(nèi)部形成上述動作流體的流道的內(nèi)側(cè)殼體形成，具備用于將比上述內(nèi)側(cè)殼體的形成上述空腔的區(qū)域更靠下游側(cè)的上述動作流體供給到上述空腔的流道。
[0013]本發(fā)明的效果如下。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種軸流壓縮機(jī)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法，在對吸氣噴霧液滴的軸流壓縮機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)時，抑制中間級動葉片前端部和殼體內(nèi)壁面之間的間隙縮小，可靠性優(yōu)異。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的實施方式之一的具備吸氣噴霧的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的實施方式之一的軸流壓縮機(jī)的子午面剖視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的實施方式之一的軸流壓縮機(jī)的子午面剖視圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的實施方式之一的軸流壓縮機(jī)的子午面剖視圖。
[0019]圖5是本發(fā)明的實施方式之一的控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0020]圖6是本發(fā)明的實施方式之一的控制系統(tǒng)構(gòu)成圖。
[0021]圖中:1一壓縮機(jī),2—燃燒器，3—潤輪機(jī),4一發(fā)電機(jī)，5—旋轉(zhuǎn)軸，11一空氣，12—高壓空氣，13—燃料，14一高溫燃燒氣體，15—排氣，31—吸氣管道，32—噴霧嘴，33—吸氣靜壓箱，51—動葉片列，52—轉(zhuǎn)子，53—靜葉片列，54—殼體，55—入口引導(dǎo)葉片，56—可變靜葉片機(jī)構(gòu)，57—中間級動葉片列，61—動葉片前端，62—外側(cè)環(huán)狀殼體，63—內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體，64、65 —空腔，71—冷卻空氣抽氣配管，72、73、74—高溫、高壓空氣供給通道，81、82—閥，83—動葉片前端間隙測量傳感器，84—控制器，85—溫度測量傳感器，91、92 —收發(fā)通道。
【具體實施方式】[0022]圖1概要地表示具備吸氣噴霧的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的整體構(gòu)成圖。以下，使用圖1對具備吸氣噴霧的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成例進(jìn)行說明。
[0023]燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)由將空氣壓縮而生成高壓空氣的壓縮機(jī)1、使壓縮空氣和燃料混合并燃燒的燃燒器2以及通過高溫的燃燒氣體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的渦輪機(jī)3組成。壓縮機(jī)I和渦輪機(jī)3通過旋轉(zhuǎn)軸5與發(fā)電機(jī)4連接。
[0024]接下來，對動作流體的流動進(jìn)行說明。作為動作流體的空氣11流入壓縮機(jī)1，一邊被壓縮機(jī)壓縮一邊作為高壓空氣12流入燃燒器2。在燃燒器2內(nèi)使高壓空氣12和燃料13混合并燃燒，生成高溫的燃燒氣體14。燃燒氣體14使渦輪機(jī)3旋轉(zhuǎn)后，作為廢氣15向系統(tǒng)外排出。發(fā)電機(jī)4被通過連接壓縮機(jī)和渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸5傳遞來的渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動。
[0025]在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)一般所使用的體積流量一定的定轉(zhuǎn)數(shù)壓縮機(jī)中，在夏季等吸氣溫度高的情況下，由于空氣密度變小而使吸入空氣的質(zhì)量流量降低，因此與之相應(yīng)，在燃燒器內(nèi)燃燒的燃料流量也不得不降低。即，存在壓縮機(jī)的吸氣溫度越變高，燃?xì)廨啓C(jī)的輸出越下降的問題。
[0026]因此，存在在通過對壓縮機(jī)的吸氣噴灑水等的液滴的吸氣冷卻的效果作用下使燃?xì)廨啓C(jī)輸出提高的方法。作為吸氣冷卻的方法，存在在吸氣管道上設(shè)置媒介式吸氣冷卻器，并通過吸入的空氣經(jīng)過吸氣冷卻器以使吸氣溫度下降的方法。另一方面，也存在如圖1所示的在吸氣管道31內(nèi)配置液滴噴霧嘴32并通過對吸氣中噴霧微小液滴使其在氣流中蒸發(fā)通過液滴的蒸發(fā)潛熱使吸氣溫度下降的方法。
[0027]在使用這樣的對液滴進(jìn)行噴霧的方法的情況下，除了增加液滴量與液滴在吸氣管道內(nèi)蒸發(fā)而得到吸氣冷卻效果，液滴還能供給到壓縮機(jī)內(nèi)部，并能夠期望通過液滴在壓縮機(jī)內(nèi)部氣化而得到中間冷卻效果。據(jù)此，能夠有助于因燃?xì)廨啓C(jī)的輸出提高和壓縮動力降低而得到的燃?xì)廨啓C(jī)的高效率化。此外，在本實施例中，雖然僅圖示液滴噴霧嘴32設(shè)于吸氣管道31的一個位置，但是也可以在吸氣管道31和壓縮機(jī)入口的吸氣靜壓箱33兩階段分別設(shè)置噴霧嘴。
[0028]使用圖2的壓縮機(jī)的子午面截面的概要圖，對壓縮機(jī)的詳細(xì)構(gòu)造進(jìn)行說明。軸流壓縮機(jī)I由安裝有多個動葉片列51的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子52和安裝有多個靜葉片列53的殼體54構(gòu)成，并由轉(zhuǎn)子52的外周面和殼體54的內(nèi)周面形成環(huán)狀流道。動葉片列51和靜葉片列53沿軸向交替配置，一個動葉片列和一個靜葉片列構(gòu)成一個級。在初級動葉片的上游側(cè)設(shè)置有控制吸入流量并能夠調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)載的入口引導(dǎo)葉片(IGV) 55。另外，在前級側(cè)靜葉片列上為了抑制燃?xì)廨啓C(jī)啟動時的旋轉(zhuǎn)失速而具備可變機(jī)構(gòu)56。雖然圖2中具備可變機(jī)構(gòu)的靜葉片列僅為初級靜葉片，但也存在具備多級可變靜葉片的情況。
[0029]從吸氣管道(未圖示)流入的空氣11在位于壓縮機(jī)上游側(cè)的吸氣靜壓箱33轉(zhuǎn)向90度而向壓縮機(jī)內(nèi)部供給。水等的液滴從配設(shè)于吸氣管道內(nèi)部的噴霧嘴32噴射，微小的液滴在氣流中蒸發(fā)，通過其蒸發(fā)潛熱使流入壓縮機(jī)的氣體溫度下降，與此同時，使吸氣的密度上升。與氣流一同被輸送的微小液滴中沒有在吸氣靜壓箱被完全氣化至飽和的液滴保持液滴的狀態(tài)流入壓縮機(jī)內(nèi)部。
[0030]液滴在壓縮機(jī)的內(nèi)部一邊通過動葉片列間、靜葉片列間一邊蒸發(fā)至飽和溫度，使壓縮過程中的動作流體的溫度下降。由于通過該中間冷卻效果使壓縮特性接近等溫壓縮，因此能夠降低壓縮機(jī)的動力。理想情況為，被導(dǎo)入壓縮機(jī)的所有液滴在被壓縮機(jī)排出前在氣流中完全蒸發(fā)。但是，存在從噴霧嘴噴射的液滴的一部分對主流空氣的冷卻沒有幫助而是作為液膜堆積、作為排水被排出至壓縮機(jī)外部的情況。
[0031]接下來，對無助于壓縮機(jī)的主流空氣的液滴動作進(jìn)行說明，如上所述，在吸氣管道內(nèi)噴霧的液滴的一部分有時與吸氣靜壓箱33的壁面相碰撞并作為液膜堆積。另外，當(dāng)在噴霧后液滴彼此干涉而生成粒徑較大的液滴時，該液滴不能隨氣流一同被輸送而與壁面碰撞，作為液膜堆積。再有，與位于壓縮機(jī)的入口的支撐桿58或IGV55碰撞,其一部分附著于葉片表面形成液膜。一部分該液膜分裂，形成粒徑大的二次液滴而流入壓縮機(jī)內(nèi)部。在壓縮機(jī)的內(nèi)部，粒徑大的液滴與動葉片51碰撞并在動葉片旋轉(zhuǎn)的離心力作用下被吹飛向外周側(cè)而在殼體內(nèi)壁面上形成液膜。
[0032]一部分液膜在殼體的熱傳導(dǎo)的作用下蒸發(fā)，其余的再次分離形成二次液滴飛向下游級。由于該二次液滴的粒徑變大，因此與下游的動靜葉片碰撞并形成液膜的可能性變高。這樣的液膜存在的范圍是從軸流壓縮機(jī)的最前級開始到液滴在壓縮機(jī)內(nèi)部完全蒸發(fā)的級(以下稱為蒸發(fā)結(jié)束級)為止，特別地，確認(rèn)從上游側(cè)開始在中間級產(chǎn)生液膜。此外，蒸發(fā)結(jié)束級附近的主流溫度為300°C以上，認(rèn)為即使液滴與殼體內(nèi)壁面碰撞也會瞬間蒸發(fā)。
[0033]接下來，對壓縮機(jī)葉片前端間隙進(jìn)行說明。在壓縮機(jī)中，殼體的內(nèi)壁面和動葉片的外周部之間的間隙在轉(zhuǎn)子以及動葉片和殼體之間的熱膨脹差的作用下變化，若殼體的熱膨脹較大則動葉片前端的間隙變大而使壓縮機(jī)的效率顯著下降。另一方面，若轉(zhuǎn)子、動葉片的熱膨脹比殼體的熱膨脹大太多則存在動葉片和殼體內(nèi)壁面接觸而損傷動葉片前端的可能性。該現(xiàn)象在燃?xì)廨啓C(jī)的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時變得最嚴(yán)重。由于相對于前級側(cè)的轉(zhuǎn)子以及動葉片主要在離心力作用下變形，在后級側(cè)是在離心力和熱膨脹的作用下熱變形，因此轉(zhuǎn)子以及動葉片和殼體的熱膨脹差的預(yù)測在提高壓縮機(jī)效率與確?？煽啃苑矫媸侵匾摹?br> [0034]在一般的簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)中，在內(nèi)部流動的主流的溫度在由壓縮作用引起的焓增加的作用下，其級側(cè)比前級側(cè)(大概為大氣溫度)高大約400°C?450°C。因此殼體的后級側(cè)比前級側(cè)熱膨脹變大?？紤]該熱膨脹差將葉片前端間隙設(shè)計為最適于額定運(yùn)轉(zhuǎn)時。但是，由于實際上殼體的熱變形的方式是主流溫度越高溫越復(fù)雜，因此難以高精度地設(shè)定后級側(cè)的葉片前端間隙。因此，在簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)中，后級側(cè)的殼體內(nèi)也設(shè)置像空腔一樣的抽氣室，通過使用該抽氣空氣冷卻下游側(cè)的殼體以控制葉片前端間隙。
[0035]另一方面，在對燃?xì)廨啓C(jī)的吸氣噴霧大量的液滴進(jìn)行中間冷卻的壓縮機(jī)中，從前級側(cè)到中間級的殼體內(nèi)壁面上形成液膜。因為主流空氣的溫度伴隨著流動從大氣溫度開始徐徐上升，所以堆積于前級側(cè)的液膜對殼體的熱變形幾乎沒什么影響。但是，在位于比液滴的蒸發(fā)結(jié)束級靠上游側(cè)的中間級，在高溫的殼體內(nèi)壁面上附著有液滴對殼體的熱變形有較大的影響。
[0036]在噴霧液滴前的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時，對在中間級動葉片前端部和包圍該動葉片的環(huán)狀的殼體內(nèi)壁面間具有一定的間隙的狀態(tài)下，噴霧液滴時進(jìn)行說明。在中間級的殼體堆積有液滴并形成液膜的情況下，通過熱傳導(dǎo)使殼體溫度下降，抑制殼體的熱膨脹。因此殼體的熱膨脹比轉(zhuǎn)子、動葉片的熱膨脹使而使動葉片和殼體內(nèi)壁面的間隙縮小。然后，在殼體的熱膨脹變得過小的情況下，存在動葉片與殼體內(nèi)壁面接觸、動葉片前端損傷的可能性。
[0037]另一方面，在考慮液滴的噴霧而將動葉片前端間隙較大地設(shè)計的情況下，能夠通過在高氣溫時噴霧液滴以抑制殼體的熱變形而使葉片前端間隙為最小。但是，由于低氣溫時液滴噴霧被調(diào)整至小流量或停止，因此通過動葉片前端間隙的擴(kuò)大而使壓縮機(jī)的效率下降。另外，由于在壓縮機(jī)的吸氣溫度、濕度條件作用下吸氣管道內(nèi)的蒸發(fā)量變化，因此壓縮機(jī)內(nèi)部的蒸發(fā)位置也變化。即，由于蒸發(fā)結(jié)束級由于空氣條件、噴霧量而變化，因此設(shè)計時難以準(zhǔn)確地設(shè)定動葉片前端間的間隙量。另外，在壓縮機(jī)的動作溫度比額定運(yùn)轉(zhuǎn)時低的部分負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)行吸氣噴霧的情況下，雖然由于抑制轉(zhuǎn)子和動葉片的熱膨脹而使動葉片前端間隙有富余，但是壓縮機(jī)的入口引導(dǎo)葉片(IGV)比與額定運(yùn)轉(zhuǎn)時相比，處于關(guān)閉狀態(tài)，液滴與IGV碰撞使排水量增加而不能夠得到有效的中間冷卻效果，再者有可能對動葉片產(chǎn)生酸蝕影響。
[0038]使用圖2對本發(fā)明的第一實施例的壓縮機(jī)進(jìn)行說明。在本實施例中，在軸流壓縮機(jī)的中間級(比液滴的蒸發(fā)結(jié)束級更靠上游側(cè))的殼體形成有沿圓周方向連通的空腔64。另夕卜，在空腔64的下游側(cè)形成有同樣的沿圓周方向連通的空腔65。然后，空腔64由包括外側(cè)環(huán)狀殼體62和包圍壓縮機(jī)的中間級動葉片57周圍且在內(nèi)部形成壓縮流道的內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63組成的雙重殼體形成。然后，具備能夠?qū)目涨?5流經(jīng)比內(nèi)周側(cè)環(huán)狀殼體63的形成空腔64的區(qū)域更靠下游側(cè)的高溫、高壓的壓縮空氣的一部分向上游側(cè)的空腔64供給的流道72。也可以在該能夠向上游側(cè)空腔64供給高溫、高壓空氣的流道72內(nèi)設(shè)置能夠控制流量的閥等。
[0039]接下來，對本實施例進(jìn)行液滴噴霧時對動葉片前端間隙的影響進(jìn)行說明。如圖2所示，在中間級相對于徑向作為兩個不同的雙重殼體構(gòu)造沿圓周方向設(shè)置空腔的情況下，通過液滴附著在內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63上來抑制熱膨脹。但是，在安裝有內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63的外側(cè)環(huán)狀殼體62上，與未設(shè)置空腔64時相比，熱容量變小，另外未附著液滴，因此抑制熱膨脹的作用減少，因為內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63被支撐于外側(cè)環(huán)狀殼體62，所以內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體62也以外側(cè)環(huán)狀殼體62的熱延伸量沿徑向移動。因此，能夠抑制動葉片前端61的間隙的縮小。
[0040]再有，通過將來自下游級空腔65的高溫、高壓的壓縮氣體通過流道72向上游側(cè)空腔64供給，對外側(cè)環(huán)狀殼體62進(jìn)行暖機(jī)而將空腔內(nèi)的溫度控制在設(shè)定值，從而能對熱膨脹進(jìn)行控制，因此能夠抑制動葉片前端61的間隙的縮小。另外，通過使內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63更高溫，能夠使附著于內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63內(nèi)周側(cè)的液滴蒸發(fā)而抑制排水的產(chǎn)生。此外，當(dāng)在流道72設(shè)置能夠控制供給到上游側(cè)空腔64的壓縮空氣流量的閥時，能夠更有效地控制空腔64內(nèi)的溫度，能夠使間隙控制或抑制產(chǎn)生排水的效果更顯著。
[0041]另外，就外側(cè)環(huán)狀殼體62和內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63的材料而言，內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63使用相比于外側(cè)殼體線膨脹系數(shù)低的材料制成殼體是有效的。熱膨脹量根據(jù)殼體厚度、長度、溫度差以及殼體材料的線膨脹系數(shù)的積而算出。由于通過選定低線膨脹系數(shù)的材料制作內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體并向空腔內(nèi)供給高溫、高壓的壓縮空氣而使外側(cè)環(huán)狀殼體更加熱膨脹，從而能夠抑制動葉片前端61和內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63的內(nèi)壁面的干涉。
[0042]再有，內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63的排氣側(cè)的內(nèi)壁面上施以可磨涂層加工也是有效的。可磨涂層是通過在殼體的內(nèi)壁面上進(jìn)行溶射涂層，使得即使動葉片的旋轉(zhuǎn)而與殼體的內(nèi)壁面干涉也能容易地切削涂層部從而抑制動葉片的損傷。通過在內(nèi)側(cè)和外側(cè)形成兩個不同的殼體，對內(nèi)側(cè)殼體施以可磨涂層加工變得容易，對降低成本有效果。
[0043]在本實施例中，通過抽氣配管71從下游側(cè)的空腔65抽氣的高溫、高壓空氣利用于渦輪機(jī)的葉片冷卻，其中一部分供給到上游側(cè)的空腔。因此，能夠以簡單的構(gòu)成將高溫、高壓的空氣導(dǎo)入空腔64。再有，通過將上游側(cè)的空腔64的空氣用作燃?xì)廨啓C(jī)的軸承的密封空氣而能夠不使壓縮空氣向外部排出地有效地在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部利用熱量。
[0044]通過采用如上所述的構(gòu)成，在本實施例中即使對額定運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)行液滴噴霧也能夠避免動葉片前端61和殼體內(nèi)壁面干涉，能夠確保軸流壓縮機(jī)的可靠性。另外，因為無論有無液滴噴霧都能夠?qū)尤~片前端間隙調(diào)整為適當(dāng)?shù)拈g隙，所以壓縮機(jī)的效率提高，進(jìn)而可以提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。
[0045]接下來，使用圖3對本發(fā)明的第二實施例的壓縮機(jī)進(jìn)行說明。圖3是壓縮機(jī)的子午面截面的概要圖，與圖2所示的第一實施例的不同點在于，向包圍中間級動葉片57的周圍的空腔64供給高溫、高壓空氣使用的是軸流壓縮機(jī)排出的空氣，并設(shè)置有能夠供給該排出空氣的通道73。通過如圖3所示地利用排出空氣，由于外側(cè)環(huán)狀殼體62的金屬溫度和供給的空氣的溫度差比供給圖2的下游級的空腔65的空氣時變大，因此能夠以小流量的供給空氣量調(diào)整動葉片前端間隙量。
[0046]在這里，作為對壓縮機(jī)的排出空氣的抽氣有效的構(gòu)造，以高濕度用燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。高濕度用燃?xì)廨啓C(jī)由壓縮機(jī)、燃燒器、渦輪機(jī)、加濕裝置以及再生熱交換器構(gòu)成，在壓縮機(jī)的吸氣中，由吸氣噴霧嘴將水向空氣噴霧而生成濕空氣。由吸氣噴霧生成的濕空氣被壓縮機(jī)壓縮，并且由壓縮機(jī)形成的壓縮空氣被設(shè)置于壓縮機(jī)的排出的抽氣孔一次全部抽走。從壓縮機(jī)排出中抽氣的高壓空氣在一個配管中合流，并被加濕裝置加濕。
[0047]被加濕裝置加濕的濕空氣向被由于來自渦輪機(jī)的排氣而過熱的再生熱交換器供給。然后，在再生熱交換器中，從加濕裝置供給的濕空氣過熱，向燃燒器供給。供給到燃燒器的濕空氣在燃燒器內(nèi)與燃料混合并燃燒。然后，生成的燃燒氣體使對渦輪機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。從渦輪機(jī)排出的排氣被再生熱交換器熱回收并作為排氣排出。
[0048]由于在再生熱交換器中能夠?qū)⑴艢獾臒崮芰炕厥沼谌紵每諝?，因此減少燃燒器的燃料流量并提高燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的效率。另外，在加濕裝置中添加濕度并增加動作流體的作用下，高濕度用燃?xì)廨啓C(jī)的輸出增加。再有，在因添加濕度而使動作流體的溫度下降的效果和流量增加的效果的作用下，再生熱交換器的熱回收量增加，高濕度用燃?xì)廨啓C(jī)的效率提聞。
[0049]在這樣的系統(tǒng)中，如上所述，存在將壓縮機(jī)排出的空氣全部抽氣的構(gòu)造。因此，易于在構(gòu)造上設(shè)置一次抽氣后從一個配管向空腔供給高溫空氣的一部分的路徑。即，即使要將通道73插入現(xiàn)有的系統(tǒng)中，也沒有必要使現(xiàn)有的系統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)行較大地變化，能夠構(gòu)成延續(xù)現(xiàn)有的系統(tǒng)的可靠性的系統(tǒng)。
[0050]在這里，對壓縮機(jī)的抽氣流量進(jìn)行說明。在使壓縮機(jī)的吸入空氣量為100%時，來自壓縮機(jī)用于軸承密封的空氣為I?2%，從渦輪機(jī)靜葉片側(cè)供給的葉片冷卻空氣為大約3?5%。然后，在吸氣噴霧量為吸入空氣量的大約2wt% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))時，形成圖3的空腔的外側(cè)環(huán)狀殼體的金屬溫度達(dá)到大約120°C左右。另外，因為壓縮機(jī)的排出空氣溫度達(dá)到大約400°C左右，所以向空腔供給大約400°C的空氣。向空腔供給的排出空氣為大約1%，殼體的熱膨脹量大約為0.3?0.5_。從該排出空氣向空腔供給的空氣量相對于主流來說是微小的，另外，向空腔供給的空氣有助于附著于殼體的暖機(jī)、附著于壁面的液滴的蒸發(fā)，隨后，因為能夠被流動用作軸承密封空氣，所以認(rèn)為對燃?xì)廨啓C(jī)的效率降低影響較小。[0051]接下來，使用圖4，對本發(fā)明的第三實施例的壓縮機(jī)進(jìn)行說明。圖4是壓縮機(jī)的子午面截面的概要圖，與圖2的不同點在于，以向包圍中間級動葉片57的周圍的空腔64供給的高溫、高壓空氣從下游級的空腔65直接從連通設(shè)置于內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體的2個空腔的通道74供給的方式構(gòu)成。該通道74 (連通孔)是內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63沿軸向設(shè)置多個孔的構(gòu)造。
[0052]雖然本實施例的外側(cè)環(huán)狀殼體62的暖機(jī)效果和圖2是一樣的，但是本實施例中通過將空氣供給通道設(shè)置于內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63，具有能夠使配管簡單化的優(yōu)點。但是，即使在沒有吸氣噴霧的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，由于能通過壓力差從下游側(cè)空腔直接向上游側(cè)空腔供給高溫、高壓空氣，因此難以根據(jù)吸氣噴霧的有無來調(diào)整動葉片前端間隙。
[0053]此外，在本實施例中，作為在隔著空腔64和空腔65的殼體部件上設(shè)置連通孔的構(gòu)造，雖然假定在內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63上設(shè)置連通孔作為通道74的情況，但是也可以在外周側(cè)殼體62上設(shè)置連通孔作為通道74。
[0054]接下來，使用圖5對本發(fā)明的第四實施例的壓縮機(jī)進(jìn)行說明。圖5是本實施例的控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖，與圖2所示的第一實施例的不同點在于，設(shè)置有:設(shè)置于向液滴噴霧嘴32供給液滴的通道的閥81 ;設(shè)置于向中間級的空腔供給高溫、高壓空氣的通道的閥82 ;以及能夠測量位于比壓縮機(jī)的液滴蒸發(fā)結(jié)束級更靠上游側(cè)的中間級的動葉片前端間隙的葉片前端間隙傳感器83，并且具備接收葉片前端間隙傳感器83的測量值并以該測量值控制閥81以及閥82的控制裝置84。
[0055]在測量動葉片前端間隙而間隙值縮小的情況下，通過使液滴的噴霧量降低能夠降低附著于內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63的液滴量，從而能夠抑制動葉片前端61和殼體內(nèi)壁面的干涉。另夕卜，當(dāng)動葉片前端間隙縮小時，通過向空腔64供給高溫、高壓空氣，能夠?qū)ν鈧?cè)環(huán)狀殼體62進(jìn)行暖機(jī)而使動葉片前端間隙標(biāo)準(zhǔn)化。由此能夠確保液滴噴霧時壓縮機(jī)的可靠性。
[0056]此外，在本實施例中，雖然為控制兩個閥的構(gòu)成，但是只使用一方閥的控制也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的效果。但是，相比于根據(jù)液滴噴霧的閥81的動作來控制動葉片前端間隙，使向空腔64供給高溫空氣的閥82進(jìn)行動作能夠在更短的時間內(nèi)控制動葉片前端間隙。
[0057]另外，在本實施例中，雖然對在第一實施例說明的通道72設(shè)置調(diào)節(jié)流量的單元的情況進(jìn)行說明，但是在第二實施例說明的通道73或第三實施例說明的通道74設(shè)置調(diào)節(jié)流量的單元也能夠進(jìn)行同樣的控制。
[0058]最后，使用圖6對本發(fā)明的第五實施例的壓縮機(jī)進(jìn)行說明。與使用圖5說明的第四實施例的運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法的不同點在于，在內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63上設(shè)置作為溫度測量單元的溫度測量傳感器85代替測量動葉片前端間隙的傳感器，根據(jù)壓縮機(jī)內(nèi)部的溫度以及內(nèi)側(cè)環(huán)狀殼體63的金屬溫度測量來預(yù)測動葉片前端間隙。在本實施例中預(yù)先準(zhǔn)備好根據(jù)主流溫度和殼體金屬溫度85預(yù)先推定動葉片前端間隙的預(yù)測式，并根據(jù)溫度測量結(jié)果推定動葉片前端間隙，使液滴噴霧的閥81進(jìn)行動作而控制噴霧量。
[0059]本實施例的以熱電偶為代表的溫度測量傳感器85比動葉片前端間隙傳感器便宜。因此，由于在同樣的成本下能夠在壓縮機(jī)的軸向上設(shè)置多個以測定多個點，具有能夠提高測量精度的優(yōu)點?？墒牵跍y量主流溫度的情況下，在壓縮機(jī)內(nèi)部流動的粒徑大的液滴在附著于殼體的同時，液滴也附著于溫度測量傳感器85的可能性較高。如傳感器上附著有液滴則溫度測量的誤差變大。特別地，由于考慮到附著于殼體的液滴在重力作用下堆積于殼體的下半側(cè)，因此優(yōu)選將溫度測量傳感器設(shè)置于殼體的上半側(cè)。另外，也有必要供給用于抑制液滴附著的密封空氣。
[0060]此外，雖然未圖示，但是即使在代替液滴噴霧的閥81的控制而通過設(shè)置于向空腔供給高壓空氣的通道72?74的閥等控制供給到空腔64的高溫、高壓空氣流量的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)本實施例的目的。另外，如上所述，在控制供給到空腔64的高溫、高壓空氣的流量的情況下，能夠在更短的時間內(nèi)控制動葉片前端間隙。
【權(quán)利要求】
1.一種軸流壓縮機(jī)，其構(gòu)成為，具備向壓縮機(jī)的動作流體供給液滴的液滴供給單元和形成供上述動作流體流下的流道的殼體，并具有多個由連續(xù)的一個動葉片列和一個靜葉片列構(gòu)成的級，上述液滴在上述壓縮機(jī)內(nèi)蒸發(fā)，上述軸流壓縮機(jī)的特征在于， 在上述殼體上具有空腔， 上述空腔由外側(cè)殼體和包圍多級上述動葉片列的周圍且在內(nèi)部形成上述動作流體的流道的內(nèi)側(cè)殼體形成， 具備流道，該流道用于將比上述內(nèi)側(cè)殼體的形成上述空腔的區(qū)域更靠下游側(cè)的上述動作流體供給到上述空腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 作為用于向上述空腔供給動作流體的上述流道，具有供給從上述壓縮機(jī)的中心級抽出的動作流體的流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 作為用于向上述空腔供給動作流體的上述流道，具有供給從上述壓縮機(jī)排出的動作流體的流道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 在上述空腔的下游側(cè)具備使比上述內(nèi)側(cè)殼體的形成上述空腔的區(qū)域更靠下游側(cè)的上述動作流體流入的下游側(cè)空腔， 作為用于向上述空腔供給動作流體的上述流道，在上述外側(cè)殼體或內(nèi)側(cè)殼體上具有連通上述空腔和上述下游側(cè)空腔的連通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 上述內(nèi)側(cè)殼體的材質(zhì)比上述外側(cè)殼體的材質(zhì)的線膨脹系數(shù)低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 具備調(diào)節(jié)向上述空腔供給的動作流體的流量的單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 具備調(diào)節(jié)由上述液滴供給單元向上述動作流體供給的液滴的流量的單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 具備: 能夠測量上述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周面和被該內(nèi)周面包圍地配設(shè)的多級上述動葉片的前端之間的間隙的測量單元；以及 控制裝置，該控制裝置基于上述測量單元測量的上述間隙的測量值，控制調(diào)節(jié)向上述空腔供給的動作流體的流量的單元或調(diào)節(jié)向上述動作流體供給的液滴的流量的單元的至少一方。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 在上述內(nèi)側(cè)殼體上具備用于測量溫度的溫度測量單元， 該軸流壓縮機(jī)具備控制裝置，該控制裝置基于上述溫度測量單元測量的溫度，推定上述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周面和被該內(nèi)周面包圍地配設(shè)的多級上述動葉片的前端之間的間隙，并控制調(diào)節(jié)向上述空腔供給的動作流體的流量的單元或調(diào)節(jié)向上述動作流體供給的液滴的流量的單元的至少一方。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于，上述流道是將冷卻被高溫的燃燒氣體驅(qū)動的渦輪機(jī)的渦輪機(jī)冷卻空氣的一部分供給到上述空腔的流道。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸流壓縮機(jī)，其特征在于， 在上述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周側(cè)施以可磨涂層加工。
12.一種軸流壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，該軸流壓縮機(jī)具備向壓縮機(jī)的動作流體供給液滴的液滴供給單元和形成供上述動作流體流下的流道的殼體，并具有多個由連續(xù)的一個動葉片列和一個靜葉片列構(gòu)成的級，上述液滴在上述壓縮機(jī)內(nèi)蒸發(fā)，該軸流壓縮機(jī)在上述殼體上具有空腔，上述空腔由外側(cè)殼體和包圍多級上述動葉片的周圍且在內(nèi)部形成上述動作流體的流道的內(nèi)側(cè)殼體形成，具備用于將比上述內(nèi)側(cè)殼體的形成上述空腔的區(qū)域更靠下游側(cè)的上述動作流體供給到上述空腔的流道，上述軸流壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的特征在于， 測量或推定上述內(nèi)側(cè)殼體的內(nèi)周面和被該內(nèi)周面包圍地配設(shè)的多級上述動葉片的前端之間的間隙，并根據(jù)測量或推定的上述間隙，調(diào)節(jié)向上述空腔供給的動作流體的流量或向上述動作流體供給的液滴的流量中的任一方。
【文檔編號】F02C7/143GK103899419SQ201310534353
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】高橋康雄, 森崎哲郎, 明連千尋, 川村康太 申請人:株式會社日立制作所