CZ172297A3

CZ172297A3 - Gas turbine

Info

Publication number: CZ172297A3
Application number: CZ971722A
Authority: CZ
Inventors: Ian Tibbot; Roger Gates
Original assignee: Pratt & Whitney Canada
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 1997-09-17
Also published as: DE69516423D1; EP0796388B1; PL178880B1; CZ289277B6; DE69516423T2; JPH10510022A; JP3749258B2; WO1996018025A1; PL320635A1; RU2159856C2; CA2207033A1; EP0796388A1; CA2207033C; US5531457A

Description

Dosavadní stav techniky

Plynové turbíny jsou za účelem maximalizace účinnosti zkonstruovány tak, že mohou být provozovány při extrémně vysokých teplotách. Při takových teplotách se používané konstrukční materiály dostávají na hranici svých možností. Optimální funkce a konstrukce se dosahuje místním chlazením různých součástí.

K chlazení je použit vysokotlaký vzduch odebíraný z kompresoru, který je pak směrován do různých součástí. Použitý chladící vzduch přitom obchází spalovací komoru a má negativní vliv na účinnost plynové turbíny. Proto je žádoucí dosáhnout požadovaného —chlazení^ři' použitrmiriimalňíhdŮTíhož?tvrčhládícíhoj/zduchu...........-.. .......-........

V určitých oblastech se pro vymezení průtočného kanálu plynu používají obloukové segmenty. Jedním příkladem takových segmentů jsou základny lopatek. Tyto - základny lopatek musí být vytvořeny ze segmentů, neboť celistvý kruh by neumožňoval rozdílné roztahování pň provozu turbíny.

Segmenty jsou chlazeny vzduchem přicházejícím na chladnou stranu těchto segmentů. V místě, kde segmenty na sebe navazují je v každém segmentu vytvořena drážka, v níž je mezi dvěma sousedními segmenty umístěno kovové těsnění. Drážka v níž je umístěno toto těsnění však přerušuje tepelný tok z vnitřního povrchu segmentu k chlazené vnější straně. Tím dochází k tomu, že segment není v oblasti těsnění dostatečně chlazen. Pro zajištění chlazení samotného těsnění i okolního materiálu segmentů je známo několik uspořádání, umožňujících selektivnLehI azenLoblastitěsněnú---Přitom je vždy žádoucí dosáhnout správného chlazení s minimálním negativním vlivem ná účinnost plynové turbíny.

Patent GB-A-2 239 679 popisuje jedno takové uspořádání, kde do volných drážek (30) mezi sousedními segmenty (16) je vložen těsnící prvek (40). Drážky zahrnují na svých vzduchem chlazených stranách množství podélně od sebe vzdálených zářezů (38), rozprostírajících se pod těsnícím prvkem (40). Toto uspořádání vytváří dráhu pro chladící vzduch, která je kolmá na spáru mezi přilehlými segmenty.

' Podstata vynálezu

I' i

Množství obvodových k sobě přilehlých segmentů, jako jsou základny lopatek, má jednu plochu v kontaktu s proudem horkého plynu. Protilehlá plocha je v kontaktu s chladícím vzduchem. Každý segment má rovněž dvě boční plochy, kterými sousední segmenty přiléhají k mezeře vytvořené mezi nimi.

Drážky v každé boční ploše přilehlých segmentů jsou upraveny pro přijetí těsnění vkládaného do těchto drážek. Každá drážka má směrem k horké straně horkou boční plochu a směrem od horké strany chladnou boční plochu.

V těchto horkých bočních plochách drážek je vytvořeno množství horkých zářezů, kterými prochází chladící vzduch. Každý takový horký zářez přitom ústí do mezery mezi sousedními segmenty, a to střídavě se zářezy ústícími do téže mezery z přilehlého - hoFké-boění-pÍochy-sousedícího^segmehtúrToto-TrspořáčIáňí^lajisfújeýsrejnoměrnější odvětrávání mezery a přídavné chlazení sousedícího segmentu chladícím vzduchem, který proudí proti němu.

Průtok z každého zářezu ústícího do mezery má přitom složku proudu, která je paralelní k axiálnímu proudu plynu v turbíně, čímž se získá plynulý přídavný proud a méně negativní dopad na účinnost turbíny.

Výhodně je na každém chladné boční ploše drážek umístěno množství zářezů, které jsou v tekutinovém spojení s horkými zářezy na horké boční ploše drážky. Radiální přesazení sousedních segmentů, kdy uvedené těsnění dosedá na hranu drážky, při tomto uspořádání nemůže způsobit zablokování proudění.

Dále je výhodné, když každý zářez je od směru mezery odkloněn o úhel menší než^52,takže-tento-zářez-má-relativně-velkou-délku~nebO~velkýpo7něr-DD7čožpak zajišťuje silnější proudění při průchodu chladícího vzduchu zářezem.

V souladu s tímto vynálezem je v plynové turbíně s axiálním proudem plynu vytvořeno zařízení, mající množství obvodově k sobě přiléhajících segmentů, kde každý tento segment má první plochu v kontaktu s proudem horkého plynu a protilehlou plochu v kontaktu s přívodem chladícího vzduchu, každý segment má dvě boční plochy, kde každá tato boční plocha přiléhá k boční ploše sousedícího segmentu tak, že mezi těmito sousedícími segmenty zůstává mezera, každá boční plocha je přitom opatřena drážkou komplementární s drážkou vytvořenou v boční ploše sousedního segmentu a každá tato drážka má horkou boční plochu a chladnou boční plochu, přičemž do drážek mezi sousedícími segmenty je vloženo těsnění. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v každé horké boční ploše uvedených drážek je vytvořeno množství horkých zářezů, kde každý tento horký zářez je v tekutinovém spojení s uvedeným přívodem chladícího vzduchu a má vyústění do uvedené mezery, které je uspořádáno střídavě vzhledem k vyústěním horkých zářezu v sousedním segmentu tak, že při chodu turbíny každý horký zářez přivádí chladící vzduch do mezery v místech, která jsou uspořádána střídavě vzhledem k místům přívodu vzduchu z horkých zářezů v sousedním segmentu.

Znakem tohoto vynálezu je rovněž to, že v uvedeném zařízení má každý horký zářez složku proudu, která je paralelní s uvedeným axiálním proudem plynu.

Dalším znakem tohoto vynálezu je, že uvedené zařízení je v každé chladné boční pioše drážky opatřeno množstvím zářezů, kde každý z nich je v tekutinovém spojení s horkým zářezem najjyedené_horké_bočnLploše-drážky,-------—------- —- - ——

Vynálezem je dále vytvořeno zařízení, kde každý horký zářez má složku proudu vystupujícího vzduchu paralelní s uvedeným axiálním proudem plynu a kde na studené boční ploše drážky je vytvořeno množství zářezů, které jsou v tekutinovém spojení s horkými zářezy, vytvořenými na uvedené horké boční ploše drážky.

Výhodné pak je, když u tohoto zařízeni je každý horký zářez odkloněn od směru uvedené mezery o úhel menší než 45°.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 zobrazuje osový pohled na několik přilehlých segmentů lopatek:

Obr. 2 zobrazuje v pohledu zevnitř radiálně ven oblast, kde se dva přilehlé segmenty lopatek vzájemně dotýkají;

Obr, 3 je pohled v řezu vedeném podél čáry 3-3 z Obr. 2; a Obr. 4 je pohled v řezu vedeném podél čáry 4-4 z Obr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 zobrazuje část plynové turbíny 10 ležící v axiálním proudu plynu 12. Tento plyn prochází přes množství lopatek 14. Množství lopatek 14 je zde neseno vnitřním segmentem nebo lopatkovou základnou 16 a vnějším segmentem 18. Nosiče lopatek jsou rozděleny na segmenty, což umožňuje jejich roztahování při provozu turbíny.

Tyto segmenty k sobě vzájemně přiléhají, přičemž mezi nimi zůstává mezera 20. Každý segment má drážku 22 pro vložení těsnění, kterým je tenký pružný kovový plech (na tomto obrázku nezobrazeno). Každý segment má první plochu 24, která je v kontaktu s horkým proudem plynu 12 a dále protilehlou plochu 26, která je v kontaktu s přívodem chladícího vzduchu 28.

Každý segment má rovněž dvě boční plochy 30, kterými sousední segmenty přiléhají k mezeře 20 ležící mezi nimi.

Každá boční plocha 30 segmentu (Obr. 2) je opatřena drážkou 22 s těsněním 34, uloženým v této drážce 22. Jak je vidět na Obr. 3, má každá_drážka. 22_horkou_bo.ční_ —plochu 36 a chladnou boční plochu 38. V'horkýchbočníchpločháčh36~jšóuvytvořeny horké zářezy 40, a to tak, že složka proudu vzduchu vyúsťujícího z těchto zářezů má směr paralelní s axiálním proudem plynu v turbíně. Tento proud ze zářezů vyúsťuje do mezery 20, pročišťuje tuto mezeru 20 a umožňuje plynulý vstup do proudu horkého plynu. Je třeba poznamenat, že tyto zářezy 40 jsou odkloněny od směru 42 mezery 20 o úhel menší než 45°, čímž má zářez 40 relativně velkou délku nebo velký poměr UD. Proudění chladícího vzduchu zajišťuje výraznější konvekční chlazení materiálu.

V chladné boční ploše 38 drážky 22 je vytvořeno množství zářezů 46, které jsou v místě 48 ohybu v tekutinovém spojení se zářezy na horké boční ploše. Když dojde k radiálnímu vyosení lopatkových základen, dosedne těsnění 34 na roh 50 a blokuje průtok (Obr. 3). Vytvořené zářezy 46 zabraňují takovému zablokování průtočného kanálu.

-Přrtomto^_uspořádání^_je^_mateřiál mezi'ťěšněňím a horkým plynem dostatečně chlazen. Dopad proudu chladícího vzduchu na základnu mezi její vlastní chladící drážkou zvyšuje účinnost chlazení. Složka vyúsťujícího proudu, která je paralelní s axiálním proudem turbíny snižuje ztráty energie.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Plynová turbína (10) s axiálním proudem (12) plynu, zahrnující zařízení s množstvím obvodově k sobě přiléhajících segmentů (18), kde každý tento segment (18) má první plochu (24) v kontaktu s proudem (12) horkého plynu a protilehlou plochu (26) v kontaktu s přívodem chladícího vzduchu (28), každý segment (18) má dvě boční plochy (30), kde každá tato boční plocha (30) přiléhá k boční ploše (30) sousedícího segmentu (18) tak, že mezi sousedícími segmenty (18) zůstává mezera (20), každá boční plocha (30) je opatřena drážkou (22) komplementární s drážkou (22) v boční ploše (30) sousedního segmentu (18) a každá tato drážka (22) má horkou boční plochu (36) a chladnou boční plochu (38), přičemž do drážek (22) mezi sousedícími segmenty (18) je vloženo těsnění (34), vyznačující se tím, že v každé horké boční ploše (36) uvedených drážek (22) je vytvořeno množství horkých zářezů (40), kde každý tento horký zářez (40) je v tekutinovém spojení s uvedeným přívodem chladícího vzduchu (28) a má vyústění do uvedené mezery (20), které je uspořádáno střídavě vzhledem k vyústěním horkých zářezů (40) v sousedním segmentu (18) tak, že při chodu turbíny každý horký zářez (40) přivádí chladící vzduch do mezery (20) v místech, která jsou uspořádána střídavě vzhledem k místům přívodu vzduchu z horkých zářezů (40) v sousedním segmentu (18).

27' 'Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý horký zářez (40) má složku proudu paralelní s uvedeným axiálním proudem (12) plynu.
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že v každé chladné boční ploše (38) je vytvořeno množství zářezů (46), přičemž každý z nich je v tekutinovém spojení s horkým zářezem (40) na uvedené horké boční ploše (36).
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý horký zářez (40) je odkloněn od směru (42) uvedené mezery (20) o úhel menší než 45°.
5. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že v každé chladné boční ploše (38) je vytvořeno množství zářezů (46), přičemž každý z nich je v tekutinovém spojení s horkým zářezem (40) v uvedené horké boční ploše (36).
6. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že každý horký zářez (40) je odkloněn od směru (42) uvedené mezery (20) o úhel menší než 45’.
7. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že každý horký zářez (40) je odkloněn od směru (42) uvedené mezery (20) o úhel menší než 45°.
8. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že každý horký zářez (40) je odkloněn od směru (42) uvedené mezery (20) o úhel menší než 45°.