Нагнетатель

Изобретение относится к нагнетателю, в частности, машины, использующей энергию потока. Нагнетатель (2) включает, по меньшей мере, одно кольцо (8, 12) с лопатками, по меньшей мере, два кольцевых сегмента (20, 22; 30, 32), причем кольцо (8; 12) с лопатками имеет два равных по величине кольцевых сегмента (20, 22; 30, 32). Дальше нагнетатель включает лопатки, которые расположены в кольцевых сегментах (20, 22; 30, 32) кольца (8; 12) с лопатками таким образом, что первое количество (Х+a; Y+b) лопаток (23, 34) расположено в первом кольцевом сегменте (20; 30) и второе количество (X; Y) лопаток (23, 34) расположено во втором кольцевом сегменте (22; 32). При этом первое количество (Х+а; Y+b) лопаток не равно второму количеству (X; Y) лопаток (23, 34). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к нагнетателю, например, машины, использующей энергию потока, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, как описано в публикации DE 10326533 А1.

Следует отметить, что нагнетатель называется также компрессором. С одной стороны такой нагнетатель в соединении с камерой сгорания и турбиной может устанавливаться, например, в газовой турбине. С другой стороны такой нагнетатель может изготавливаться и в качестве отдельного модуля, чтобы стать приводом отдельной машины.

При вращении оснащенного лопатками ротора относительно неподвижного статора, в частности, неподвижного корпуса или неподвижных направляющих лопаток, в неподвижных узлах конструкции вследствие движения ротора и лопаток ротора через неподвижные узлы конструкции возбуждаются колебания. Колебания внутри машины, использующей энергию потока, в частности, газовой турбины или двигателя самолета, являются, однако, недостатком, так как в результате колебаний узлы конструкции газовой турбины подвергаются более высоким нагрузкам и с ними повышенному износу. В частности, должны предотвращаться резонансные колебания.

В приведенном выше уровне техники между лопатками ротора имеется различное расстояние (интервал лопаток). К сожалению, это техническое решение не пригодно для повторяющихся ступеней, так как при этом техническом решении не учитываются резонансные колебания между ступенями. Повторяющиеся ступени это такие ступени нагнетателя, рабочие стороны лопаток которых идентичны и последовательно расположены друг за другом. В мире специалистов говорят о « синхронизированных» ступенях. Обычно различные ступени имеют одинаковый интервал. В целом это означает, что порядок возбуждения подводимого потока и отводимого потока каждой повторяющейся ступени является идентичным.

Таким образом, в основе настоящего изобретения лежит задача создания такого нагнетателя, с помощью которого могут быть предотвращены колебания лопаток, в частности, также в повторяющихся ступенях нагнетателя.

Задача решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение относится к нагнетателю, в частности, машины, использующей энергию потока. Этот нагнетатель включает, по меньшей мере, одно кольцо с лопатками, по меньшей мере, два кольцевых сегмента, причем кольцо с лопатками разделено на, по меньшей мере, два, в частности, равных по величине, кольцевых сегмента. Нагнетатель включает лопатки, которые расположены в кольцевых сегментах кольца с лопатками таким образом, что первое количество лопаток расположено в первом кольцевом сегменте и второе количество лопаток расположено во втором кольцевом сегменте. При этом первое количество лопаток не равно второму количеству лопаток. Сегменты в кольцах с рабочими лопатками могут устанавливаться преимущественно парами.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения нагнетатель включает, по меньшей мере, две ступени, причем каждая ступень имеет кольцо с рабочими лопатками и кольцо с направляющими лопатками.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения каждое кольцо рабочих лопаток разделено на, по меньшей мере, два, в частности, равных по величине, кольцевых сегмента.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения каждое кольцо рабочих лопаток разделено на, по меньшей мере, четыре, в частности, равных по величине, кольцевых сегмента.

Это является, в частности, предпочтительным, так как вследствие этого на периметре создается смещение фаз потока, так что уменьшается возбуждение колебаний, как направляющих лопаток, так и рабочих лопаток.

В предпочтительном исполнении изобретения расстояния между лопатками первого кольцевого сегмента равны и/или расстояния между лопатками второго кольцевого сегмента равны. Это, в частности, предпочтительно, так как, например, в состоящих из двух частей корпусах (split cases), в частности, в промышленных газовых турбинах или компрессорах в технологических установках, первый кольцевой сегмент расположен в верхней половине корпуса, а второй кольцевой сегмент расположен в нижней половине корпуса. Таким образом, прежде всего сегменты рабочих лопаток на лопаточной решетке могут оснащаться различным числом лопаток. Например, верхний кольцевой сегмент имеет X лопаток, а, например, нижний кольцевой сегмент имеет X+а лопаток, причем действительно следующее: а≠0 и X>2.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения нагнетатель включает другое кольцо с лопатками с, по меньшей мере, двумя другими кольцевыми сегментами, причем другое кольцо с лопатками разделено, на по меньшей мере, два, в частности равных по величине, других кольцевых сегмента, которые имеют другие лопатки. Следует отметить, что кольца с лопатками могут быть как кольцами с рабочими, так и направляющими лопатками. Дальше другое кольцо с рабочими лопатками может быть разделено на, по меньшей мере, четыре, в частности, равных по величине, других кольцевых сегмента.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения второй другой кольцевой сегмент имеет первое число других лопаток и/или первый другой кольцевой сегмент имеет второе число других лопаток. Это является, в частности, предпочтительным, так как через лопаточную решетку на периметре может устанавливаться, по меньшей мере, другое смещение фазы потока.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения угловое позиционирование первого кольцевого сегмента на кольце с лопатками идентично угловому позиционированию второго другого кольцевого сегмента на другом кольце с лопатками. Это является, в частности, предпочтительным, так как через ступени нагнетателя на периметре может устанавливаться, по меньшей мере, другое смещение фазы потока.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения угловое позиционирование второго кольцевого сегмента на кольце с лопатками идентично угловому позиционированию первого другого кольцевого сегмента на другом кольце с лопатками. Это является, в частности, предпочтительным, так как через ступени нагнетателя на периметре может устанавливаться, по меньшей мере, другое смещение фазы потока, без необходимости изменения количества лопаток соответствующей лопаточной решетки.

В другом, предпочтительном исполнении изобретения оба кольца с лопатками зафиксированы с разворотом друг к другу. Если в случае колец с лопатками речь ведется о кольцах с рабочими лопатками, то они соединены через главный вал машины, использующей энергию потока, друг с другом. Если в случае колец с лопатками речь ведется о кольцах с направляющими лопатками, то они соединены друг с другом через корпус машины, использующей энергию потока.

Другие, предпочтительные исполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Ниже с помощью схематического чертежа более подробно описываются предпочтительные примеры осуществления изобретения. При этом показывают:

фигура 1: продольный разрез нагнетателя,

фигура 2: развертку двух ступеней приведенного выше нагнетателя.

На фигуре 1 можно видеть продольный разрез нагнетателя 2. В верхней области горизонтально проходит корпус 4 и в нижней области проходит главный вал 6. На корпусе 4 закреплены: первое кольцо 8 с направляющими лопатками и второе кольцо 10 с направляющими лопатками, при этом соответственно можно видеть только одну из направляющих лопаток, которая здесь на фигуре 1 проходит вертикально. На главном валу 6 закреплены: первое кольцо 12 с рабочими лопатками и второе кольцо 14 с рабочими лопатками, при этом соответственно можно видеть только одну из направляющих лопаток, которая здесь на фигуре 1 проходит вертикально. Первое кольцо 12 с рабочими лопатками и первое кольцо 8 с направляющими лопатками образуют ступень 16 нагнетателя, здесь, например, первую ступень нагнетателя. Второе кольцо 14 с рабочими лопатками и второе кольцо 10 с направляющими лопатками образуют другую ступень 18 нагнетателя, здесь, например, вторую ступень нагнетателя. Следует отметить, что ступени нагнетателя не должны располагаться непосредственно рядом друг с другом, так что между изображенными ступенями 16, 18 нагнетателя может иметься, по меньшей мере, другая ступень нагнетателя.

Фигура 2 показывает вид сверху развертки обеих ступеней 16, 18 нагнетателя из фигуры 1. При этом боковая поверхность всех четырех колец 8-14 с лопатками здесь разворачивается горизонтально. В первой строке изображено первое кольцо 12 с рабочими лопатками, во второй строке изображено первое кольцо 8 с направляющими лопатками, в третьей строке изображено второе кольцо 14 с рабочими лопатками и в четвертой строке изображено второе кольцо 10 с направляющими лопатками.

Первое кольцо 12 с рабочими лопатками здесь разделено преимущественно на два или четыре равных по величине кольцевых сегмента 20 и 22. Слева стрелкой обозначено направление вращения первого кольца 12 с рабочими лопатками. Речь фактически может идти о съемных элементах конструкции, так что кольцевой сегмент преимущественно перекрывает периметр на 90° или 180°. Первый кольцевой сегмент 20 первого кольца 12 с рабочими лопатками содержит первое количество X+а рабочих лопаток 23 и второй кольцевой сегмент 22 первого кольца 12 с рабочими лопатками содержит второе количество X рабочих лопаток 23, причем на фигуре 2 имеет место следующее: X=2 и а=1. Должны быть выполнены только следующие условия: X≥2 и а>0. Рабочие лопатки 23 в первом кольцевом сегменте 20 имеют первый интервал t₁. Рабочие лопатки 23 во втором кольцевом сегменте 22 имеют второй интервал t₂, причем как видно из фигуры 2, второй интервал t₂ больше первого интервала t₁. Следует отметить, что под интервалом следует понимать расстояние между двумя соседними лопатками. Здесь на фигуре 2 подразумевается расстояние t₁, t₂, u₁, u₂ в направлении периметра между обеими передними кромками лопаток. Кольцевые сегменты с одинаковым интервалом должны располагаться преимущественно из-за возможности вибрации противоположно.

Для второго кольца 14 с рабочими лопатками действительно равенство с первым кольцом 12 с рабочими лопатками. Второе кольцо 14 с рабочими лопатками здесь точно также разделено на два равных по величине кольцевых сегмента 24 и 26. Речь может идти фактически о двух съемных элементах конструкции, так что один кольцевой сегмент перекрывает преимущественно периметр на 180°. Первый кольцевой сегмент 24 кольца 14 с рабочими лопатками содержит второе количество X рабочих лопаток 28 и второй кольцевой сегмент 26 кольца 14 с рабочими лопатками включает первое количество X+а рабочих лопаток 24, причем на фигуре 2 имеет место следующее: X=2 и а=1. Должны быть выполнены только следующие условия: X≥2 и а>0. Рабочие лопатки 28 в первом кольцевом сегменте имеют второй интервал t₂. Рабочие лопатки 28 во втором кольцевом сегменте 26 имеют первый интервал t₁, причем как видно из фигуры 2, второй интервал t₂ больше первого интервала t₁. Таким образом, кольцо 12 с рабочими лопатками первой ступени 16 нагнетателя сконструировано наоборот по отношению к кольцу 14 с рабочими лопатками следующей (здесь второй) ступени 18 нагнетателя. Теперь можно предположить, что кольцо с рабочими лопатками третьей ступени нагнетателя (не показано) имеет одинаковое расположение рабочих лопаток с первым кольцом 12 с рабочими лопатками. Таким образом, кольца с рабочими лопатками нечетных ступеней нагнетателя имеют конфигурацию лопаток первого кольца 12 с рабочими лопатками и кольца с рабочими лопатками четных ступеней нагнетателя имеют конфигурацию лопаток второго кольца 14 с рабочими лопатками. Так как кольца с рабочими лопатками, например, нагнетателя высокого давления соединены с главным валом 6, их положение друг к другу не изменяется, так что эти кольца с рабочими лопатками всегда имеют развернутую на 180° конфигурацию одной ступени по отношению к следующей ступени.

Первое кольцо 8 с направляющими лопатками здесь разделено преимущественно на два равных по величине кольцевых сегмента 30 и 32. Так как кольцо 8 с направляющими лопатками не вращается, слева не показано никакой стрелки, как у колец 12 и 14 с рабочими лопатками. Фактически речь может идти о двух съемных элементах конструкции, так что один кольцевой сегмент перекрывает преимущественно периметр на 180°. Первый кольцевой сегмент 30 кольца 8 с направляющими лопатками содержит первое количество Y+b направляющих лопаток 34 и второй кольцевой сегмент 32 кольца 8 с направляющими лопатками содержит второе количество Y направляющих лопаток 34, причем на фигуре 2 имеет место: Y=2 и b=1. Должны быть выполнены только следующие условия: Y≥2 и b>0. Направляющие лопатки 34 в первом кольцевом сегменте 30 имеют первый интервал u₁. Направляющие лопатки 34 во втором кольцевом сегменте 32 имеют второй интервал u₂, причем, как можно видеть из фигуры 2, второй интервал u₂ больше первого интервала u₁.

Второе кольцо 10 с направляющими лопатками здесь точно также разделено преимущественно на два одинаковой величины кольцевых сегмента 36 и 38. Фактически речь может идти о двух съемных элементах конструкции, так что один кольцевой сегмент перекрывает преимущественно периметр на 180°. Первый кольцевой сегмент второго кольца 10 с направляющими лопатками содержит второе количество Y направляющих лопаток 40 и второй кольцевой сегмент 38 второго кольца 10 с направляющими лопатками содержит первое количество Y+b направляющих лопаток 40, причем на фигуре 2 имеет место следующее: Y=2 и b=1. Должны быть выполнены только следующие условия: Y≥2 и b>0. Направляющие лопатки в первом кольцевом сегменте 36 имеют второй интервал u₂, причем как можно видеть из фигуры 2, второй интервал u₂ больше первого интервала u₁. Таким образом, кольцо 8 с направляющими лопатками первой ступени 16 нагнетателя разработано обратным по отношению к кольцу 10 с направляющими лопатками следующей (здесь второй) ступени 18 нагнетателя. Теперь можно предположить, что кольцо с направляющими лопатками третьей ступени нагнетателя (не показано) имеет одинаковое расположение направляющих лопаток с первым кольцом 8 с направляющими лопатками. Таким образом, кольца с направляющими лопатками нечетных ступеней нагнетателя имеют конфигурацию лопаток первого кольца 8 с направляющими лопатками и кольца с направляющими лопатками четных ступеней нагнетателя имеют конфигурацию лопаток второго кольца 10 с направляющими лопатками. Так как кольца с направляющими лопатками, например, нагнетателя высокого давления соединены с корпусом 4, их положение друг к другу не изменяется, так что эти кольца с направляющими лопатками всегда имеют развернутую на 90° конфигурацию одной ступени по отношению к следующей ступени.

С помощью этой конфигурации лопаток могут предотвращаться колебания и таким образом соответствующие элементы конструкции могут рассчитываться более тонкими, так что в машине, использующей энергию потока, с таким предложенным в соответствии с изобретением нагнетателем может получаться экономия на весе.

Перечень ссылочных обозначений

2 Нагнетатель

4 Корпус

6 Главный вал

8 Первое кольцо с направляющими лопатками

10 Второе кольцо с направляющими лопатками

12 Первое кольцо с рабочими лопатками

14 Второе кольцо с рабочими лопатками

16 Первая ступень нагнетателя

18 Вторая ступень нагнетателя

20 Первый кольцевой сегмент кольца 12

22 Второй кольцевой сегмент кольца 12

23 Лопатки кольца 12

24 Первый кольцевой сегмент кольца 14

26 Второй кольцевой сегмент кольца 14

28 Лопатки кольца 14

30 Первый кольцевой сегмент кольца 8

32 Второй кольцевой сегмент кольца 8

34 Лопатки кольца 8

36 Первый кольцевой сегмент кольца 10

38 Второй кольцевой сегмент кольца 10

40 Лопатки кольца 10

X+a; Y+b Первое количество лопаток

X+Y Второе количество лопаток

1. Нагнетатель, имеющий: по меньшей мере, одно кольцо (8; 10; 12; 14) с лопатками первой ступени нагнетателя, которое имеет, по меньшей мере, два кольцевых сегмента (20, 22; 30, 32); лопатки, расположенные в кольцевых сегментах (20, 22; 30, 32) кольца (8; 12) с лопатками таким образом, что первое количество (Х + а; Y + b) лопаток (23; 34) расположено в первом кольцевом сегменте (20; 30), а второе количество (Х; Y) лопаток (23; 34) расположено во втором кольцевом сегменте (22; 32), причем первое количество (Х +а; Y+b) лопаток не равно второму количеству (Х; Y) лопаток (23, 34); другое кольцо (10; 14) c лопатками другой ступени нагнетателя, по меньшей мере, с двумя другими кольцевыми сегментами (24, 26; 36, 38), которые имеют другие лопатки (28, 40), при этом второй другой кольцевой сегмент (26; 38) имеет первое количество (Х +а; Y+b) других лопаток (28; 40) и первый другой сегмент (24; 36) имеет второе количество (Х; Y) других лопаток (28; 40).

2. Нагнетатель по п. 1, отличающийся тем, что расстояния (t₁; u₁) между лопатками первого кольцевого сегмента (20; 30) равны и/или расстояния (t₂; u₂) между лопатками второго кольцевого сегмента (22; 32) равны.

3. Нагнетатель по п. 1, отличающийся тем, что угловое позиционирование первого кольцевого сегмента (20; 30) на кольце (12; 8) с лопатками идентично угловому позиционированию второго другого кольцевого сегмента (26; 38) на другом кольце (14; 10) с лопатками.

4. Нагнетатель по п. 1 или 3, отличающийся тем, что угловое позиционирование второго кольцевого сегмента (22; 32) на кольце (12; 8) с лопатками идентично угловому позиционированию первого другого кольцевого сегмента (24; 36) на другом кольце (14; 10) с лопатками.

5. Нагнетатель по п. 1 или 3, отличающийся тем, что оба кольца (8, 10; 12, 14) с лопатками зафиксированы с разворотом друг к другу.

6. Нагнетатель по п. 4, отличающийся тем, что оба кольца (8, 10; 12, 14) с лопатками зафиксированы с разворотом друг к другу.

7. Нагнетатель по любому из пп. 1-3, 6, отличающийся тем, что кольцо (12; 8) с лопатками имеет только два кольцевых сегмента (20, 22; 30, 32) и/или другое кольцо (14; 10) с лопатками имеет только два других кольцевых сегмента (24, 26; 36, 38).

8. Нагнетатель по любому из пп.1-3, 6, отличающийся тем, что лопатки и/или другие лопатки являются рабочими лопатками (23; 28) и/или направляющими лопатками (34; 40).

9. Нагнетатель по любому из пп.1-3, 6, отличающийся тем, что нагнетатель (2) включает, по меньшей мере, две ступени, причем каждая ступень имеет кольцо (12, 14) с рабочими лопатками и кольцо (8, 10) с направляющими лопатками.

10. Нагнетатель по п. 9, отличающийся тем, что каждое кольцо (8, 10) с направляющими лопатками разделено на, по меньшей мере, два, в частности, равных по величине кольцевых сегмента (30, 32; 36, 38).

11. Нагнетатель по п. 9, отличающийся тем, что каждое кольцо (12, 14) с рабочими лопатками разделено на, по меньшей мере, четыре, в частности, равных по величине кольцевых сегмента (20, 22; 24, 26).

12. Нагнетатель по п. 10, отличающийся тем, что каждое кольцо (12, 14) с рабочими лопатками разделено на, по меньшей мере, четыре, в частности, равных по величине кольцевых сегмента (20, 22; 24, 26).

13. Машина, использующая энергию потока, с нагнетателем по любому из пп. 1-12.