燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)，壓氣機包括動葉、靜葉、蝸殼，動葉和靜葉安裝在蝸殼里，動葉之間周向布置形成動葉葉輪，靜葉之間周向布置形成靜葉葉柵，動葉葉輪與連接軸相連，靜葉葉柵與蝸殼固連，一組動葉葉輪和一組靜葉葉柵組成一級增壓結(jié)構(gòu)，在一級增壓結(jié)構(gòu)中，動葉葉輪位于靜葉葉柵的前方，靜葉包括噴水葉片和普通葉片，噴水葉片包括葉片體，葉片體里設(shè)置內(nèi)腔，內(nèi)腔里安裝水管，葉片體尾緣加工劈縫，葉片體尾緣處設(shè)置噴嘴，噴嘴分別與內(nèi)腔和水管相連通，水泵連通噴水葉片的水管，壓氣機設(shè)置第一出口和第二出口，第一出口連通燃燒室，第二出口連通噴水葉片的內(nèi)腔。本發(fā)明能夠簡化現(xiàn)有的霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更好的霧化效果。
【專利說明】燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種加濕結(jié)構(gòu)，具體地說是燃氣輪機的加濕結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃氣輪機濕壓縮技術(shù)通過設(shè)置噴水裝置，改變壓縮工質(zhì)的含水量，利用液滴的蒸發(fā)潛熱降低工質(zhì)的壓縮溫度，從而減小壓氣機耗功，提高燃氣輪機的輸出功率。同時，濕度的增加可以改善燃燒室的工作環(huán)境，降低燃燒室氮氧化物的排放，達到節(jié)能減排的目的。工業(yè)燃氣輪機濕壓縮技術(shù)主要采用的加濕方式是在高、低壓壓氣機的進口設(shè)置加濕裝置(霧化器)，使壓縮工質(zhì)在進入壓氣機前就攜帶大量的小霧滴。這種加濕方式的關(guān)鍵在于霧化器的霧化效果，務必保證液滴的隨流性(研究表明，5 μ m左右的液滴其隨流性較好，可以實現(xiàn)很好的濕壓縮效果)，因此往往需要復雜的液滴霧化系統(tǒng)。目前的加濕方式只能使壓氣機前面某些級有較好的加濕效果，而到后面溫度、壓力較高的級液滴蒸發(fā)殆盡，加濕效果不明顯。從壓氣機內(nèi)指定位置葉片表面對壓縮工質(zhì)進行加濕能夠很好的解決這個問題，改善加濕效果，然而同樣面臨著水滴的霧化問題，從葉片表面加濕不適合安裝復雜的噴嘴結(jié)構(gòu)。
[0003]轉(zhuǎn)/靜干涉的非定常效應是壓氣機內(nèi)流場所固有的屬性，是由于轉(zhuǎn)子與靜子之間的周期性相對運動造成的。轉(zhuǎn)/靜干涉主要由無粘的勢流干擾和粘性尾跡干擾組成，對于可壓縮流動而言，勢流干擾隨著馬赫數(shù)的增加能夠沿軸向傳播很遠，并受到葉列間軸向間隙大小的影響，在軸向間隙小于10%葉片弦長的情況下，勢流干擾與尾跡干擾保持在相同的量級水平上。粘性尾跡干擾相對能夠傳播更遠的距離，一般能夠達到I?1.5倍弦長以上。由于轉(zhuǎn)/靜干涉現(xiàn)象以及尾跡的傳播，在葉片表面會產(chǎn)生具有一定強度的周期性壓力脈動，其脈動頻率由壓氣機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)速與葉片數(shù)決定，對于燃氣輪機的壓縮系統(tǒng)，高頻脈動頻率能夠接近IOKHz左右。轉(zhuǎn)/靜干涉現(xiàn)象是壓氣機氣動噪聲的一個重要來源，同時也是造成葉片高周疲勞的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供能實現(xiàn)從壓氣機內(nèi)指定葉片表面位置對壓縮工質(zhì)進行加濕，從而取得比現(xiàn)有加濕方式更好的加濕效果的燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)，包括燃燒室、壓氣機、渦輪，壓氣機和渦輪通過連接軸相連，壓氣機和渦輪均與燃燒室相連，其特征是:還包括水泵，壓氣機包括動葉、靜葉、蝸殼，動葉和靜葉安裝在蝸殼里，動葉之間周向布置形成動葉葉輪，靜葉之間周向布置形成靜葉葉柵，動葉葉輪與連接軸相連，靜葉葉柵與蝸殼固連，一組動葉葉輪和一組靜葉葉柵組成一級增壓結(jié)構(gòu)，在一級增壓結(jié)構(gòu)中，動葉葉輪位于靜葉葉柵的前方，靜葉包括噴水葉片和普通葉片，噴水葉片包括葉片體，葉片體里設(shè)置內(nèi)腔，內(nèi)腔里安裝水管，葉片體尾緣加工劈縫，葉片體尾緣處設(shè)置噴嘴，噴嘴分別與內(nèi)腔和水管相連通，水泵連通噴水葉片的水管，壓氣機設(shè)置第一出口和第二出口，第一出口連通燃燒室，第二出口連通噴水葉片的內(nèi)腔。
[0007]本發(fā)明還可以包括:
[0008]1、每個噴水葉片至少設(shè)置兩個噴嘴。
[0009]2、每級增壓結(jié)構(gòu)的噴水葉片至少有兩個，噴水葉片與普通葉片交替布置。
[0010]3、所述的增壓結(jié)構(gòu)至少有兩級，前一級增壓結(jié)構(gòu)的靜葉葉柵與后一級增壓結(jié)構(gòu)的動葉葉輪相鄰。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0012]I)相比現(xiàn)有的加濕技術(shù)，本發(fā)明通過在指定葉片表面位置噴射水滴或濕空氣，可以實現(xiàn)任意指定級的加濕，使?jié)駢嚎s在整個壓縮過程中都得以應用，進一步減少壓氣機的耗功。
[0013]2)利用壓氣機內(nèi)固有的轉(zhuǎn)/靜干涉產(chǎn)生的壓力脈動能量對噴入壓氣機葉柵內(nèi)的水滴進行霧化，不需要復雜的霧化系統(tǒng)，簡化了結(jié)構(gòu)，能夠取得更好的霧化效果。
[0014]3)在葉片尾緣附近吸力面加濕，在加濕的同時，相當于對壓氣機附面層損失采取了主動控制，有利于減少壓氣機葉型損失，提高壓氣機負荷。
[0015]4)水滴的霧化過程能夠消耗掉部分轉(zhuǎn)/靜干涉產(chǎn)生的擾動能量，降低壓力波動幅值。對由于轉(zhuǎn)/靜干涉引起的氣動噪聲能夠起到一定的抑制作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為平面葉柵示意圖；
[0017]圖2a為圖1中1-1位置的軸向截面，圖2b為圖2a中觀測點壓力脈動信號的頻域分布情況；
[0018]圖3為本發(fā)明的噴水葉片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4a為噴水葉片剖面圖，圖4b為噴水葉片剖面局部放大圖；
[0020]圖5為壓氣機三維組合效果圖；
[0021]圖6為本發(fā)明總體布置示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0023]結(jié)合圖1?6，安裝噴霧裝置的葉片需增加一定的厚度，以便在葉片內(nèi)部布置內(nèi)腔1，內(nèi)腔內(nèi)安裝水管2。葉片尾緣加工劈縫3，以便安裝噴嘴4，噴嘴類似于霧化噴嘴，外層為氣，內(nèi)層為水，氣體高速噴出，能將管內(nèi)噴出的水霧化。沿葉片徑向根據(jù)總體需要可以布置多個噴嘴。如圖3，沿周向可均勻布置多個改裝的葉片。
[0024]根據(jù)總體熱力參數(shù)，需要確定噴霧裝置所安裝的級數(shù)、周向布置噴霧裝置的個數(shù)、每個葉片噴嘴的個數(shù)以及引氣的級數(shù)。其次，根據(jù)葉柵通道的幾何參數(shù)，如葉片弦長、轉(zhuǎn)折角和稠度以及壓氣機的轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)等參數(shù)，確定動靜干涉產(chǎn)生的壓力擾動的頻率和強度，并確定動靜干涉效應的作用范圍。根據(jù)動靜干涉效應作用的范圍，在葉片尾緣布置噴霧裝置。將高壓級引出的高壓氣體通入到葉片的內(nèi)腔中，通過尾緣劈縫布置的噴嘴高速噴出，由于噴嘴結(jié)構(gòu)為霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，因此可以將水初步霧化，初步霧化的水滴進入到流道中，受到動靜干涉的壓力擾動的影響，水滴得到進一步的打碎霧化。[0025]本發(fā)明是利用壓氣機內(nèi)轉(zhuǎn)子與靜子之間的非定常干涉作用在葉片表面及附近空間產(chǎn)生的高頻壓力脈動對從葉片表面噴入壓氣機葉柵內(nèi)的水滴進行霧化，實現(xiàn)從壓氣機內(nèi)指定葉片表面位置對壓縮工質(zhì)進行加濕，從而取得比現(xiàn)有加濕方式更好的加濕效果。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0027]利用壓氣機內(nèi)動/靜干涉效應產(chǎn)生的高頻壓力擾動使噴入壓氣機流道內(nèi)的水滴霧化實現(xiàn)濕壓縮，其特點在于:
[0028]1、根據(jù)葉柵通道的幾何參數(shù)以及壓氣機轉(zhuǎn)速，確定動靜干涉產(chǎn)生的壓力擾動的頻率和強度，并確定動靜干涉效應的作用范圍。
[0029]2、根據(jù)葉片表面壓力脈動強度的分布情況，確定葉片表面加濕位置。
[0030]3、加濕工質(zhì)選擇純凈水或者帶有液滴的濕空氣。
[0031]4、從多級壓氣機出口高壓端引氣，將經(jīng)過軟化的無雜質(zhì)的水或濕空氣從葉片表面嗔出。
[0032]噴水口為圓形，直徑在0.25mm-0.5mm之間。
[0033]噴水流量為壓氣機主流流量的0.5-1.5%之間
[0034]壓氣機轉(zhuǎn)速為7000_10000n/min之間。
[0035]本發(fā)明的原理:
[0036]燃氣輪機濕壓縮技術(shù)以向壓縮工質(zhì)中噴入水滴的形式、利用水滴的蒸發(fā)潛熱，有效的減小壓氣機的壓縮功，提高燃氣輪機輸出功率，液滴霧化是濕壓縮的關(guān)鍵技術(shù)之一，需要復雜的霧化裝置。動/靜干涉現(xiàn)象(動葉和靜葉之間的相對運動)普遍存在于壓氣機葉柵流道內(nèi)，當壓氣機轉(zhuǎn)速較高，葉片數(shù)較多時，其可以在葉片表面附近空間產(chǎn)生具有一定強度的，頻率超過IOkHz以上的高頻壓力擾動，這種壓力擾動的強度主要與動葉和靜葉片之間的相對距離有關(guān)，擾動頻率與壓氣機轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)等有關(guān)。本發(fā)明就是利用壓氣機內(nèi)固有的超聲波-高頻壓力脈動現(xiàn)象對從指定葉片表面位置噴射的液滴進行二次霧化，并基于此原理實現(xiàn)對多級壓氣機內(nèi)指定位置的加濕。
[0037]本發(fā)明包括燃燒室10、壓氣機12、渦輪13，帶有加濕結(jié)構(gòu)靜葉柵是具有漸縮型葉柵，應用于采用濕壓縮技術(shù)設(shè)計的壓氣機；壓氣機靜葉輪盤中若干個帶有加濕結(jié)構(gòu)的葉片應具有相對較大的葉片厚度，在靜葉片尾緣吸力面帶有方形劈縫結(jié)構(gòu)，葉片上的噴嘴和劈縫結(jié)構(gòu)離散分布于葉片高度方向上；噴嘴和劈縫的尺寸根據(jù)空氣流量、加濕量以及葉片尺寸確定；壓氣機靜葉片加濕結(jié)構(gòu)能夠簡化壓氣機加濕時的高壓水泵11以及噴嘴結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更好的霧化效果。
[0038]帶有加濕結(jié)構(gòu)靜葉柵是具有漸縮型葉柵，應用于采用濕壓縮技術(shù)設(shè)計的壓氣機。
[0039]壓氣機靜葉輪盤中若干個帶有加濕結(jié)構(gòu)的葉片具有相對較大的葉片厚度，在靜葉片尾緣吸力面帶有方形劈縫結(jié)構(gòu)，葉片上的噴嘴和劈縫結(jié)構(gòu)離散分布于葉片高度方向上。
[0040]壓氣機靜葉片能夠簡化壓氣機加濕時的高壓水泵11以及噴嘴結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更好的霧化效果。
【權(quán)利要求】
1.燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)，包括燃燒室、壓氣機、渦輪，壓氣機和渦輪通過連接軸相連，壓氣機和渦輪均與燃燒室相連，其特征是:還包括水泵，壓氣機包括動葉、靜葉、蝸殼，動葉和靜葉安裝在蝸殼里，動葉之間周向布置形成動葉葉輪，靜葉之間周向布置形成靜葉葉柵，動葉葉輪與連接軸相連，靜葉葉柵與蝸殼固連，一組動葉葉輪和一組靜葉葉柵組成一級增壓結(jié)構(gòu)，在一級增壓結(jié)構(gòu)中，動葉葉輪位于靜葉葉柵的前方，靜葉包括噴水葉片和普通葉片，噴水葉片包括葉片體，葉片體里設(shè)置內(nèi)腔，內(nèi)腔里安裝水管，葉片體尾緣加工劈縫，葉片體尾緣處設(shè)置噴嘴，噴嘴分別與內(nèi)腔和水管相連通，水泵連通噴水葉片的水管，壓氣機設(shè)置第一出口和第二出口，第一出口連通燃燒室，第二出口連通噴水葉片的內(nèi)腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)，其特征是:每個噴水葉片至少設(shè)置兩個噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)，其特征是:每級增壓結(jié)構(gòu)的噴水葉片至少有兩個，噴水葉片與普通葉片交替布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)，其特征是:所述的增壓結(jié)構(gòu)至少有兩級，前一級增壓結(jié)構(gòu)的靜葉葉柵與后一級增壓結(jié)構(gòu)的動葉葉輪相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃氣輪機的壓氣機加濕結(jié)構(gòu)，其特征是:所述的增壓結(jié)構(gòu)至少有兩級，前一級增壓結(jié)構(gòu)的靜葉葉柵與后一級增壓結(jié)構(gòu)的動葉葉輪相鄰。
【文檔編號】F04D29/66GK103967615SQ201410216225
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】姜斌, 鄭群, 譚春來, 張海, 岳國強, 董平 申請人:哈爾濱工程大學