CZ20002079A3

CZ20002079A3 - Sestava těsnění pro plynovou turbínu

Info

Publication number: CZ20002079A3
Application number: CZ20002079A
Authority: CZ
Inventors: Guy Bouchard
Original assignee: Pratt & Whitney Canada Corp.
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-12-13
Also published as: EP1036255B1; US5971703A; CA2312979A1; PL340922A1; CZ295662B6; DE69804010D1; EP1036255A1; JP2001526346A; CA2312979C; RU2000117861A; WO1999030009A1; PL195049B1; DE69804010T2

Description

Sestava těsnění pro plynovou turbínu

Oblast techniky

Vynález se týká zdokonalení sestavy těsnění pro použití v plynové turbíně. Vynález se pak zejména týká zdokonalené sestavy těsnění krytu plynové turbíny. Vynález se rovněž týká zdokonaleného těsnění pro tuto sestavu.

Dosavadní stav techniky

Konce lopatek rotoru plynové turbíny jsou obklopeny prstencovitým krytem. Tento kryt rotoru je obvykle vytvořen ze segmentů majících tvar mezikruží, které jsou umístěny těsně vedle sebe tak, že rotor obklopují. Segmenty krytu rotoru jsou neseny na své vnější straně prstencovitou nosnou skříní turbíny. Ssousedící segmenty krytu mají mezi sebou malé spáry, které umožňují tepelné roztahování segmentů při provozu turbíny. Do prstencovitého prostoru vytvořeného mezi nosnou skříní a segmenty krytu je přiváděn chladící vzduch, který segmenty krytu ochlazuje. Tento chladící vzduch však z uvedeného prstencovitého prostoru může unikat radiálně dovnitř z prostoru mezi spárami. Chladící vzduch může také unikat mezi dilatačními spárami axiálně ve směru proudění a ze spoje mezi segmenty krytu a nosnou skříní turbíny. U známých řešení je mezi segmenty krytu a nosnou skříní turbíny vytvořeno těsnění, které minimalizuje únik chladícího vzduchu jak ve směru radiálním, tak i ve směru axiálním.

• '· » • · · * * · » · · * · ·· eě »··· » *··· •η ·

Λ · • · ··

4'

4' »

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je vytvořit relativně jednoduchou a levnou těsnící sestavu, která zajistí utěsnění segmentů krytu v radiálním i axiálním směru a která bude současně bránit otáčení segmentů vzhledem k nosné skříni turbíny.

Sestava těsnění zahrnuje těsnící pásek, který má tvar písmene „L“, přičemž dlouhé rameno tohoto těsnícího pásku je upraveno pro axiální upevnění v drážkách vytvořených na přilehlých koncích sousedících segmentů krytu a zajišťuje utěsnění v radiálním směru. Krátké rameno tohoto těsnícího pásku současně směřuje radiálně přilehle ke straně segmentů krytu a zajišťuje utěsnění spáry v axiálním směru. Zároveň jsou na krátkém ramenu vytvořeny zarážky, které zasahují do radiálního vybrání vytvořeného v nosné skříni protilehle ke spárám. Zarážky umístěné ve vybráních brání otáčení segmentů krytu vzhledem k nosné skříni. Výhodné je, když tyto zarážky zahrnují prodloužení krátkého ramene těsnícího pásku.

Vynález se zejména týká sestavy pro zdokonalení činnosti plynové turbíny mající prstencovitou nosnou skříň a množství segmentů krytu rotoru nesených na radiálně vnitřní straně této nosné skříně. Segmenty krytu jsou umístěny těsně u sebe a tvoří prstencovitý kryt v nosné skříni. V každém z přiléhajících konců sousedních segmentů krytu jsou vytvořeny těsnění přijímající prostředky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že těsnění je upraveno pro vložení do uvedených těsnění přijímajících prostředků a pro utěsnění spár mezi přiléhajícími konci sousedících segmentů krytu jak v radiálním směru, tak i v axiálním směru. Na zadní straně těsnění a na nosné skříně jsou pro zabránění otáčení segmentů krytu vzhledem k nosné skříni dále vytvořeny spolupůsobící, otáčení bránící, prostředky.

Vynález se dále týká těsnění pro použití v sestavě plynové turbíny mající prstencovitou nosnou skříň a množství segmentů krytu rotoru nesených na radiálně vnitřní straně této nosné skříně. Segmenty krytu jsou umístěny těsně u sebe a tvoří prstencovitý kryt v nosné skříni. Těsnění zahrnuje pásek ve tvaru „L“ mající dlouhé rameno pro vložení do drážek přijímajících prostředků vytvořených v

• 4 *».

> 4‘ ’

4 4 <

·· ·»·* » '4 · »44

4 444 4

4 4 · 4 přiléhajících koncích sousedních segmentů a pro utěsnění spár mezi konci segmentů krytu v radiálním směru a krátké rameno, příčné k dlouhému ramenu, upravené pro utěsnění spáry mezi segmenty v axiálním směru. Těsnění je na svém krátkém ramenu dále opatřeno prostředky upravenými pro spolupůsobení s prostředky vytvořenými na nosné skříni, které po namontování těsnění na segmenty krytu brání obvodovému pohybu segmentů krytu vzhledem k nosné skříni.

Přehled obrázků na výkresech

Po tomto obecném popisu podstaty vynálezu bude následovat popis jeho výhodných provedení, který odkazuje na přiložené výkresy zobrazující příkladná provedení vynálezu, přičemž:

Obr. 1 zobrazuje částečný axiální řez turbínovou sekcí plynové turbíny se zdokonalenou sestavou těsnění podle tohoto vynálezu;

Obr. 2 je částečný axiální nárys s částečným řezem, zobrazující sestavu těsnění v krytu;

Obr. 3 je perspektivní pohled zobrazující těsnící prvek;

Obr. 4 je zvětšený axiální nárys zobrazující detail tohoto vynálezu, přičemž těsnící prvek zde je demontován;

Obr. 5 je zvětšený axiální pohled podobný Obr. 2;

Obr. 6 je detail zadního konce (po směru proudění) sestavy těsnění, zobrazující variantu těsnící sestavy; a

Obr. 7 je detailní pohled na zadní konec (po směru proudění) těsnící sestavy, zobrazující její další variantu.

S^SSShb

» ·· φ · * • « « »· tlil

Příklady provedení vynálezu

Plynová turbína 1, jak je zobrazena na Obr. 1 a na Obr. 2, má rotor 3 nesoucí na svém vnějším věnci 7 radiálně směřující lopatky 5 a je umístěn mezi sousedícími statory 9 a 11. Rotor 3 je přitom obklopen prstencovitým krytem 13, jehož radiálně vnitřní plocha 15 je umístěna přilehle ke koncům 17 lopatek 5 rotoru.

Prstencovitý kryt 13 je tvořen segmenty 19 krytu, které jsou umístěny těsně u sebe tak, že tvoří prstenec. Segmenty 19 krytu jsou uloženy v nosné skříni

21. která obklopuje rotor 3. Na segmentech 19 krytu a na nosné skříni 21 jsou vytvořeny spolupůsobící montážní prostředky, které slouží k uložení segmentů 19 krytu v nosné skříni 21.

Montážní prostředky vytvořené ve skříni 21 mohou zahrnovat přední (ve směru proudění) prstencovitou drážku 23 a zadní (ve směru proudění) prstencovitou drážku 24, která se nachází v axiálním odstupu od přední drážky 23, vytvářející na vnitřním čele 27 skříně 21 žebra 25, 26. Obě axiální drážky 23. 24 jsou otevřené po směru proudění. Spolupracující montážní prostředky, vytvořené na každém segmentu 19 krytu, mohou zahrnovat příruby 29, 31 vyčnívající proti směru proudění plynů v turbíně z předních čel 33, 35 od sebe vzdálených žeber 37, 39 vytvořených na vnější ploše 44 segmentu 19 krytu. Příruby 29, 31 vytvořené na segmentech 19 krytu přitom pasují do drážek 23, 24 vytvořených v nosné skříni 21 a upevňují segmenty 19 krytu.

Mezi segmenty 19 krytu a nosnou skříní 21 turbíny, mezi žebry 37, 39 segmentů 19 krytu, je vytvořena prstencovitá komora 45, do které může být chladícího kanálu 47 vytvořeného vně skříně 21 přiváděn chladící vzduch (jak je znázorněno šipkami A). Chladící vzduch prochází z chladícího kanálu 47 do prstencovité chladící komory 45 přes radiální otvory 49 vytvořené ve skříni 2T

Tento chladící vzduch ochlazuje segmenty 19 krytu, které jsou ohřívány horkými plyny (znázorněnými šipkami B) proudícími v průtočném kanále plynové turbíny. Tento chladící vzduch však může z prstencovité komory 45 unikat ve směru radiálně dovnitř i ve směru axiálně po směru proudění, jak je znázorněno ?Mt8BiS5BÍ

fcfc fcfcfcfc • fcfcfc fc šipkami C, a to spárami 53 vytvořenými mezi jednotlivými segmenty 19 krytu. Tyto spáry 53 jsou zde vytvořeny, aby při činnosti turbíny mohlo docházet k tepelnému roztahování segmentů 19 krytu.

Pro minimalizaci úniku chladícího vzduchu je známo vytvořit v sestavě krytu těsnění, která spáry 53 mezi sousedními segmenty 19 krytu utěsní. U tohoto vynálezu je těsnění 55 vytvořeno z pásku vhodného tenkého materiálu, který je ohnut do tvaru písmene „L“, jak je zobrazeno na Obr. 3. Vytvořeno je tak dlouhé rameno 57 a krátké rameno 59 na jednom konci dlouhého ramena 57, které svírá s dlouhým ramenem pravý úhel. Každý ze segmentů 19 krytu jena každém konci 65 segmentu opatřen drážkou 63(viz Obr. 4). Drážka vytvořená na každém konci segmentu 19 směřuje v radiálním směru dovnitř z té strany 67 segmentu, která leží dále po směru proudění. Drážka 63 také směřuje dovnitř z konce 65 v obvodovém směru. Drážka 63 je v axiálním směru od strany 67 mírně delší než je délka dlouhého ramena 57 těsnění 55 a má šířku mírně větší než je polovina šířky dlouhého ramena 57 v obvodovém směru od konce 65.

Těsnění je namontováno vložením svého dlouhého ramena 57 do sousedících drážek 63A, 63B vytvořených v přiléhajících koncích 65A, 65B sousedních segmentů 19A, 19B krytu (viz Obr. 5). Dlouhé rameno 57 utěsňuje spáru 53 mezi segmenty 19A, 19B krytu ve směru radiálně dovnitř a krátké rameno 59, dosedající na strany 67A. 67B segmentů 19A. 19B krytu, utěsňuje tuto spáru 53 ve směru axiálně po směru proudění.

Podle tohoto vynálezu jsou těsnění 55 a nosná skříň 21 turbíny dále opatřeny spolupůsobícími, otáčení bránícími, prostředky, které zabraňují tomu, aby se segmenty 19 krytu pohybovaly obvodově vzhledem ke skříni 21. Tyto prostředky bránící otáčení mohou na těsnění 55 zahrnovat prodloužení 71 krátkého ramena 59 těsnění 55 tak, že krátké rameno 59 je mírně delší než tloušťka segmentu 19 krytu. Spolupůsobící otáčení bránící prostředky, které se nacházejí na nosné skříni 21, mohou zahrnovat zářez 73 radiálně navazující na přilehlé spáry. Zářez směřuje radiálně ven do malé vzdálenosti od vnitřního čela 75 nosné skříně 21 turbíny a axiálně proti směru proudění a také radiálně dovnitř ze zadního (po směru proudění) čela 77 nosné skříně 21 až za zadní (po směru proudění) čelo 89 segmentů 19 krytu (viz Obr. 1).

9' · 9 • 9 ·

9 9 9

9 9 ·9»· ··

Je-li těsnění 55 umístěno v drážkách 63A. 63B. zasahuje prodloužení 71 krátkého ramena 59 až do zářezu 73 vytvořeného v nosné skříni 21 turbíny a zabraňuje tak otáčení segmentů 19 krytu vzhledem k nosné skříni 21 turbíny.

Výhodné je, když těsnění 55 má vnější pružnou část 81 vytvořenou integrálně s krátkým ramenem 59 a s jeho integrálním prodloužením 71. přičemž tato vnější pružná část 81 ramena je umístěna v blízkosti krátkého ramena 59, rovnoběžně s ním, ale není tak dlouhá (Obr. 5). Krátké rameno 59, prodloužení 71 a vnější pružná část 81 jsou všechny vytvořeny integrálně, v sérii za sebou z jediného kusu materiálu. Přilehle k vnější pružné části 81 v drážce 87 na vnitřní ploše 27 nosné skříně 21 turbíny je upevněn přidržovací kroužek 85, který udržuje těsnění 55 ve správné poloze. Přidržovací kroužek 85 tlačí na vnější pružnou část 81 ve směru proti směru proudění tak, že dotlačuje krátké rameno 59 těsně na zadní (po směru proudění) čelo 89 segmentů 19 krytu.

Těsnění 55 může být vytvořeno bez pružné části 81, Místo ní mohou být upravením přidržovacího kroužku 85A vytvořeny předepínací prostředky, které krátké rameno 59 těsnění 55 dotlačují na segmenty 19 krytu. Jak je vidět na Obr. 6, může být přidržovací kroužek 85A opatřen osazením 91 směřujícím axiálně po směru proudění. Toto osazení 91 má přitom takové rozměry, že těsně dosedá na krátké rameno 59, těsně jej dotlačuje na Segmenty 19 krytu a poté, co je přidržovací kroužek 85A umístěn do drážky 87 ve skříni 21, uzavírá spáru 53 v axiálním směru.

Alternativně, bez použití vnější pružné části těsnění, mohou předepínací prostředky zahrnovat, jak je vidět na Obr. 7, přidržovací kroužek 85B mající vnitřní čelo 93, které těsně dosedá na krátké rameno 59 a utěsňuje spáru. Radiálně vnější část 95 vnitřního čela 93 je ve směru od krátkého ramena 59 zkosena.

Přestože zde byla popsána pouze jedna podoba spolupůsobících otáčení bránících prostředků, mohou být použity i jiné otáčení bránící prostředky. Příkladně, krátké rameno těsnění by mohlo být opatřeno ven směřujícím jazýčkem, mnohem užším než je krátké rameno, který by zapadl do úzkého zářezu vytvořeného v nosné skříni turbíny.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Sestava pro zdokonalení činnosti plynové turbíny (1) mající prstencovitou nosnou skříň (21) a množství segmentů (19) krytu rotoru nesených na radiálně vnitřní straně této nosné skříně (21), kde segmenty (19) krytu jsou umístěny těsně u sebe a tvoří prstencovitý kryt (13) v nosné skříni (21) a dále těsnění přijímající prostředky (63) vytvořené v každém z přiléhajících konců (65) sousedních segmentů (19) krytu, vyznačující se tím, že zahrnuje těsnění (55) upravené pro vložení do uvedených těsnění přijímajících prostředků (63) a pro utěsnění spár (53) mezi přiléhajícími konci (65) sousedících segmentů (19) krytu ve směru radiálně dovnitř i axiálně ve směru proudění v turbíně, a tím, že zahrnuje spolupůsobící, otáčení bránící, prostředky (71, 73) vytvořené na zadní straně těsnění (55) a nosné skříně (21) pro zabránění otáčení segmentu (19) krytu vzhledem k nosné skříni (21).
2. Sestava podle nároku 1, vyznačující se tím, že těsnění (55) zahrnuje těsnící pásek ve tvaru „L“, mající dlouhé rameno (57) upravené pro vložení do přilehlých drážek (63A, 63B) vytvořených v přilehlých koncích (65A, 65B) sousedících segmentů (19) krytu pro utěsnění spáry (53) mezi segmenty (19A, 19B) ve směru radiálně dovnitř a dále krátké rameno (59), příčné k dlouhému ramenu (57), upravené pro umístění přilehle kve směru proudění vzdálenější straně (67) segmentů (19A, 19B) krytu přilehle ke spáře (53) pro utěsnění této spáry (53) mezi segmenty (19A, 19B) ve směru axiálně po směru proudění.
3. Sestava podle nároku 2, vyznačující se tím, že uvedené spolupůsobící otáčení bránící prostředky zahrnují prodloužení (71) vytvořené na volném konci krátkého ramena (59) těsnění (55), směřující, při těsnění (55) vloženém do drážek (63) na koncích (65) segmentu (19) krytu, radiálně ven za segmenty (19) krytu a dále radiálně dovnitř směřující zářez (73), vytvořený na vnitřní straně nosné skříně (21) krytu, pro přijetí uvedeného prodloužení (71).

«· ··>· ·· ···· « * • · • · · ·· ·
4. Sestava podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že krátké rameno (59) těsnění (55) je opatřeno pružnou částí (81) vyčnívající z něj a umístěnou přilehle k němu, a tím, že k vnitřní straně nosné skříně (21) krytu a přilehle k uvedené pružné části (81) je připevněn přidržovací kroužek (85) pro dotlačování pružné části (81) a tím i krátkého ramena (59) na ve směru proudění zadní stranu (67) segmentu (19) krytu a tím pro dokonalejší utěsnění spáry (53).
5. Sestava podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zahrnuje přidržovací kroužek (85A) připojený k vnitřní straně nosné skříně (21) a umístěný přilehle k zadní straně krátkého ramena (59) těsnícího pásku (55), přičemž přidržovací kroužek (85A) je opatřen osazením (91) dosedajícím na krátké rameno (59) a udržujícím krátké rameno (59) těsně na zadní straně (67) segmentů krytu.
6. Sestava podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zahrnuje přidržovací kroužek (85B) připevněný k vnitřní straně nosné skříně (21), kde vnitřní, proti směru proudění ležící, čelo přidržovacího kroužku (85B) je umístěno proti po směru proudění zadní straně (67) krátkého ramena (59) těsnícího pásku (55) a kde radiálně vnější část (95) jeho vnitřního čela (93) je zešikmena ve směru radiálně ven od krátkého ramena (59).
7. Těsnící prvek (55) pro utěsnění spár (53) mezi segmenty (19) krytu nesenými nosnou skříní (21) v plynové turbíně (1), vyznačující se tím, že těsnící prvek je vyroben z pásku plechového materiálu ohnutého tak, že je vytvořeno dlouhé rameno (57) a krátké rameno (59) směřující příčně z jednoho konce dlouhého ramene (57), přičemž uvedené krátké rameno (59) zahrnuje prodloužení (71), upravené pro záběr s nosnou skříní (21) tak, aby zabraňovalo otáčení segmentů (19) krytu.

.·····: .**.···: .·%··*·

9 : : · · · · · ‘ .·

.. · »· · »» ··
8. Těsnící prvek (55) podle nároku 7, vyznačující se tím, že prodloužení (71) vyčnívá ven z krátkého ramena (59).
9. Těsnící prvek (55) podle nároku 7, vyznačující se tím, že prodloužení (71) Směřuje ve stejném směru jako krátké rameno (59).
10. Těsnící prvek (55) podle nároku 7, 8 nebo 9, vyznačující se tím, že zahrnuje pružnou část (81), která je ohnuta zpět od volného konce krátkého ramena (59) tak, že krátké rameno (59) překrývá a je v odstupu od tohoto krátkého ramena (59).