CZ20004035A3 - Zařízení pro nárazové chlazení boční stěny segmentu trysky turbíny - Google Patents

Description

Vynález se týká nárazového chlazení boční stěny pásu trysky plynové turbíny u segmentu trysky, přičemž se zejména týká nárazového chlazení boční stěny pásu trysky v podříznuté oblasti segmentu trysky, kde je svařovaný spoj mezi krytem segmentu trysky a boční stěnou trysky vzdálen od stěny trysky, vystavené působení dráhy horkých plynů.

Dosavadní stav techniky

U běžných konstrukcí plynové turbíny jsou segmenty trysky obvykle uspořádány v prstencovité soustavě kolem osy otáčení turbíny. Tato soustava segmentů vytváří vnější a vnitřní prstencovitý pás a velké množství lopatek, ležících mezi těmito pásy. Tyto pásy a lopatky částečně vymezují dráhu horkých plynů, proudících turbínou.

Každý segment trysky obsahuje část vnějšího pásu a část vnitřního pásu, přičemž mezi těmito částmi vnějšího a vnitřního pásu je uspořádána jedna nebo více tryskových lopatek.

U běžných konstrukcí plynové turbíny je chladicí médium, například pára, přiváděno do každého ze segmentů trysky. Za 'i* • · účelem provádění parního chlazení obsahuje každá část pásu stěnu trysky, částečně vymezující dráhu horkých plynů, proudících turbínou, kryt, radiálně vzdálený od stěny trysky a vymezující komoru s touto stěnou trysky, a nárazovou desku, umístěnou v této komoře. Nárazová deska vymezuje spolu s krytem první dutinu na své jedné straně pro přivádění chladicí páry ze vstupu chladicí páry. Nárazová deska rovněž vymezuje podél své opačné strany spolu se stěnou trysky druhou dutinu.

Nárazová deska je opatřena velkým množstvím otvorů pro proudění chladicí páry z první dutiny do druhé dutiny pro účely nárazového chlazení stěny trysky. Chladicí pára poté proudí radiálně směrem dovnitř přes dutiny v lopatkách,, z nichž určité dutiny obsahují vložky s otvory pro nárazové chlazení bočních stěn lopatky. Chladicí pára poté vstupuje do komory v části vnitřního pásu, načež obrací směr svého průtoku a proudí radiálně směrem ven přes nárazovou desku pro účely nárazového chlazení stěny trysky vnitřního pásu. Upotřebené chladicí médium poté proudí zpět přes dutinu v lopatce směrem do výstupního otvoru ze segmentu trysky.

Kryt, kterým je opatřena jak část vnějšího pásu, tak i část vnitřního pásu, je s výhodou přivařen k příslušné stěně trysky. U známých konstrukcí je svařovaný spoj mezi krytem a stěnou trysky umístěn v radiálním místě mezi stěnou trysky a utěsněním prostřednictvím drážky a pera mezi bočními stěnami sousedních se'gmentů trysky. V takovémto místě je svar vystaven vysokým teplotám plynů v dráze horkých plynů, přičemž je velice obtížné jej chladit. V důsledku toho je únavová životnost svařovaného spoje výrazně snížena, neboť leží velice blízko dráhy horkých plynů.

Kromě toho pak umístění svaru nebylo optimální z hlediska výrobní opakovatelnosti a bylo velice citlivé na přesnost výrobních tolerancí. Známý svařovaný spoj byl charakterizován proměnlivou tloušťkou stěny, v důsledku čehož docházelo ke zvýšení napětí ve spoji, ke snížení únavy nízkého cyklu a k omezené životnosti příslušných součástí. Tloušťka stěny ve svaru byla po strojním obrobení rovněž proměnlivá, což není přijatelné z hlediska příslušného výrobního postupu.

Podstata vynálezu

V souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu, byl vyvinut chladicí systém v segmentu trysky, kde svařovaný spoj mezi krytem a stěnou trysky je na jedné straně těsnicího pera, vzdálené od stěny trysky, vystavené působení dráhy horkých plynů. To znamená, že svařovaný spoj mezi krytem a boční stěnou trysky vnějšího pásu je umístěn radiálně směrem ven od těsnicího pera mezi sousedními vnějšími pásy, zatímco svařovaný spoj mezi krytem a boční stěnou trysky vnitřního pásu je umístěn radiálně směrem dovnitř od těsnicího pera mezi sousedními vnitřními pásy.

Tím dochází ke snížení teploty svařovaných spojů během provozu turbíny, dále ke snižování napětí ve spojích, a to jak tepelných, tak i mechanických, jsou odstraněny veškeré požadavky na strojní obrábění po svařování, přičemž výsledkem jsou spoje o konstantní tloušťce a vysoké únavové životnosti. Takovéto umístění rovněž přispívá ke zdokonalené strojní obrobitelnosti a ke zlepšeným tolerancím vůči nedostatkům při svařování.

9 · >

• « 9 9

2a účelem umístění svaru jsou v blízkosti bočních stěn pásů segmentu trysky vytvořeny podříznuté oblasti. Každá podříznutá oblast zahrnuje zejména boční stěnu nebo okraj segmentu trysky a dovnitř směřující přírubu, vycházející směrem dovnitř z obecně rovnoběžné stěny trysky, a vzdálenou od stěny trysky. Avšak chlazení boční stěny nebo okraje pásu trysky je velice obtížné z hlediska podříznuté oblasti, neboť boční stěna či okraj trysky leží v určité vzdálenosti od nárazové desky. Tato velká vzdálenost dále snižuje účinnost nárazového chlazení boční stěny trysky prostřednictvím nárazového chladicího průtoku, proudícího otvory v nárazové desce.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl vyvinut způsob zdokonalené výroby a chlazení boční stěny. Zejména v důsledku toho, že svařovaný spoj mezi krytem a boční stěnou trysky je umístěn v určité vzdálenosti od dráhy horkých plynů, proudících turbínou, je chlazení boční stěny zdokonaleno, uspořádáním zadní desky pro nárazovou desku s průchozími otvory v této zadní desce, které jsou vyrovnány s průchozími otvory v nárazové desce pro účely zaměření nárazového chladicího průtoku směrem na boční stěnu.

Nárazová deska je zejména opatřena zahnutým okrajem. Stěny tohoto okraje jsou připevněny například přivařením k připravené ploše dovnitř směřující příruby boční stěny segmentu trysky s ponecháním části zahnutého okraje nárazové desky, která leží obecně rovnoběžně s boční stěnou segmentu trysky. Za účelem dokonalejšího nasměrování nebo zaměření průtoku nárazového chladicího média přes otvory v zahnutém okraji je k tomuto zahnutému okraji připevněna zadní deska, • · • · · » • · « • · i «ί která je opatřena otvory, vyrovnanými s průchozími otvory v zahnutém okraji nárazové desky.

V důsledku toho dochází ke zlepšení poměru délky ku průměru u těchto vyrovnaných otvorů, což umožňuje přímé nasměrování nebo zaměření chladicího průtoku na boční stěnu segmentu trysky. Zadní deska rovněž poskytuje přídavnou pevnostní výztuž kolem obvodu nárazové desky.

Shora uvedený chladicí systém je snadno a jednoduše vyrobitelný. Zadní deska může být například přidána k zahnuté přírubě nárazové desky, načež mohou být poté otvory vytvořeny současně jak v zadní desce, tak i v zahnutém okraji. Nárazová deska může být poté umístěna do segmentu trysky a ustavena do požadované polohy, načež může být přivařena nebo připájena k segmentu trysky.

V souladu s příkladným provedením předmětu tohoto vynálezu byl vyvinut segment trysky pro použití u plynové turbíny, mající vnější část pásu, vnitřní část pásu a alespoň jednu lopatku, ležící mezi uvedenými částmi pásů, alespoň jedna z uvedených částí pásů má stěnu trysky, vymezující částečně dráhu horkých plynů v turbíně, kryt, radiálně vzdálený od uvedené stěny trysky a vymezující mezi nimi komoru, a nárazovou desku, připevněnou k uvedenému segmentu a umístěnou v uvedené komoře, vymezující s uvedeným krytem první dutinu na jedné straně nárazové desky pro přivádění chladicího média, přičemž nárazová deska na své opačné straně vymezuje se stěnou trysky druhou dutinu, uvedená nárazová deska je opatřena množinou průchozích otvorů pro průtok chladicího média z uvedené první dutiny do uvedené druhé dutiny pro nárazové chlazení uvedené stěny trysky,. uvedený * »' '· segment trysky obsahuje boční stěnu, ležící obecně radiálně mezi uvedenou stěnou trysky a uvedeným krytem a opatřenou zahnutou přírubou, přičemž uvedená zahnutá příruba vymezuje podříznutou oblast v blízkosti uvedené boční stěny, a přičemž zadní deska překrývá část uvedené nárazové desky, uvedená zadní deska a uvedená část nárazové desky jsou opatřeny vyrovnanými průchozími otvory pro zaměření průtoku chladicího média na uvedenou boční stěnu pro nárazové chlazení této boční stěny.

Shora uvedené vyrovnané otvory mají poměr délky ku šířce, který přesahuje poměr délky ku šířce otvorů v částech nárazové desky, které nejsou překryty zadní deskou.

Nárazová deska je s výhodou opatřena zahnutým okrajem, připevněným k uvedené dovnitř směřující přírubě uvedené boční stěny, přičemž uvedená zadní deska leží podél uvedeného zahnutého okraje uvedené nárazové desky.

Zadní deska může být s výhodou umístěna v uvedené první dutině.

Zahnutý okraj uvedené nárazové desky a uvedená zadní deska mohou s výhodou ležet obecně v radiálním směru.

Boční stěna trysky a uvedený kryt jsou s výhodou vzájemně k sobě přivařeny svařovaným spojem na straně uvedené zadní desky, vzdálené od uvedené boční stěny.

Boční stěna je s výhodou opatřena drážkou, otevřenou směrem ven od uvedeného segmentu pro uložení těsnicího pera, přičemž jsou uvedená boční stěna a uvedený kryt vzájemně k sobě přiváženy svařovaným spojem směrem ven od uvedené drážky.

Jedna část pásu může být s výhodou tvořena vnějším pásem nebo vnitřním pásem uvedeného segmentu trysky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje rozložený axonometrický a schematický pohled na segment trysky, zkonstruovaný v souladu s předmětem tohoto vynálezu; a obr. 2 znázorňuje ve zvětšeném měřítku částečný pohled v řezu, zobrazující boční stěnu segmentu trysky, zadní desku a nárazovou desku pro chlazení boční stěny.

Příklady provedeni vynálezu

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn segment trysky, který je obecně označen vztahovou značkou 10, a který tvoří součást prstencovité soustavy segmentů, uspořádaných kolem osy plynové turbíny.

Každý segment 10 trysky obsahuje vnější pás 12, vnitřní pás 14 a jednu nebo více lopatek 16, ležících mezi těmito pásy 12 a 14. Pokud jsou segmenty 10 trysky uspořádány v prstencovité soustavě, potom vnější pás 12, vnitřní pás 14 •1»

a lopatky 16 částečně vymezují prstencovitou dráhu horkých plynů, procházejících turbínou, což je všeobecně známé.

Vnější pás 12, vnitřní pás 14 a lopatky 16 jsou chlazeny prostřednictvím proudění chladicího média, například páry, komorou ve vnějším pásu 12, radiálně směrem dovnitř přes dutiny v lopatkách .16, komorou ve vnitřním pásu 14 a radiálně směrem ven přes 'lopatky 16 pro navracení chladicího média do výstupního otvoru podél vnějšího pásu 12.

Jak je ve formě příkladného provedení znázorněno na vyobrazení podle obr. 1, tak vnější pás 12 obsahuje vnější stěnu 18 trysky, vnější kryt 20, který je uspořádán přes vnější stěnu .18, a který je k ní přivařen za účelem vymezení komory 21 (viz obr. 2), přičemž je v této komoře 21 umístěna nárazová deska 22. Nárazová deska 22 vymezuje spolu s vnějším krytem 20 segmentu 10 trysky první dutinu 24, přičemž na své opačné straně vymezuje spolu s vnější stěnou 18 trysky druhou dutinu 26.

Ve vnějším krytu 20 je uspořádán vstupní otvor 25 pro přivádění chladicího média, například páry do segmentu lopatky trysky, přičemž je zde rovněž uspořádán výstupní otvor 27 pro odvádění upotřebené chladicí páry ze segmentu 10 trysky. Chladicí pára je přiváděna do první dutiny 24 a prochází větším počtem otvorů 30 v nárazové desce 22 pro účely nárazového chlazení vnější stěny 18 trysky.

Nárazová chladicí pára proudí z druhé dutiny 26 do jedné nebo do více vložek (na vyobrazeních neznázorněno) v dutinách, které leží v lopatce 16 mezi vnějším pásem 12 a vnitřním pásem 14. Vložky v lopatce 16 jsou opatřeny větším množstvím otvorů pro účely nárazového chlazení bočních stěn lopatky.

Chladicí pára poté proudí do komory ve vnitřním pásu 14 a zejména do radiálně vnitřní dutiny pro průtok přes otvory v nárazové desce 22 ve vnitřním pásu 14 pro účely nárazového chlazení boční stěny vnitřního pásu 14. Upotřebená chladicí pára poté proudí dutinou v lopatce a výstupním otvorem 27 ven z vnějšího pásu 12.

Pro úplnější popis shora uvedeného provedení chladicího okruhu je možno odkázat na obsah patentového spisu US 5 634 766 stejného přihlašovatele, jehož obsah je zde uváděn ve formě odkazu.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněno spojení mezi sousedními segmenty 10 trysky. Zde je nutno zdůraznit, že následující popis se týká konkrétně vnějšího pásu 12, přičemž je však zcela stejně uplatnitelný i pro vnitřní pás 14.

Takže každý pás trysky (jak vnitřní pás 14, tak i vnější pás 12) obsahuje boční stěnu nebo okraj 40 trysky, který leží obecně radiálně mezi vnější stěnou 18 trysky a vnějším krytem 20. Pás rovněž zahrnuje dovnitř směřující přírubu 42, vycházející z vnější stěny 18 trysky a vymezující spolu s vnější stěnou 18 a s boční stěnou nebo okrajem 40 trysky podříznutou oblast 44. Dovnitř směřující příruba 42 je rovněž opatřena obvodově otevřenou drážkou 46 pro uložení jedné strany pera 48, vytvářejícího těsnění mezi sousedními segmenty 10 trysky.

’9 9

999 · · · · · φ 9 9 » 9 • ·· ·· *·

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 2, je každý kryt 20 přivařen . k dovnitř směřující přírubě 42 podél protilehlých okrajů pásu trysky. Svařovaný spoj 50 leží na té straně těsnicího pera 48, která je vzdálena od vnější stěny 18 trysky. Umístěním svařovaného spoje 50 mimo dráhu horkých plynů, vymezenou částečně vnější stěnou 18 trysky, je svařovaný spoj 50 vystaven působení mnohem nižších teplot, než by tomu bylo v případě, pokud by byl umístěn blíže dráhy horkých plynů.

Na vyobrazení podle obr. 2 je rovněž znázorněna nárazová deska 22, která je na každém ze svých okrajů opatřena přírubou nebo zahnutým okrajem 52. Tento zahnutý okraj 52 je připájen nebo přivařen k vnitřní ploše dovnitř směřující příruby 42. Jelikož jsou otvory 30 umístěny v každém ze zahnutých okrajů 52 nárazové desky 22, je nutno zdůraznit, že jezde poměrně velká vzdálenost mezi nejbližším otvorem 30 a boční stěnou nebo okrajem 40 trysky v podříznuté oblasti 44. Tato velká vzdálenost snižuje chladicí účinek chladicího média, proudícího otvory 62 v zahnutém okraji 52.

Za účelem zajištění účinného nárazového chlazení boční stěny nebo okraje 40 trysky v podříznuté oblasti 44 je na jedné straně zahnutého okraje 52 nárazové desky 22 uspořádána zadní deska 60. Tato zadní deska 60 je s výhodou připevněna k zahnutému okraji 52 nárazové desky 22 před připevněním nárazové desky 22 k segmentu 10 trysky. Po připevnění zadní desky 60 jsou v zadní desce 60 a v zahnutém okraji 52 vytvořeny otvory 62, kteréžto vyrovnané otvory jsou zaměřeny na boční stěnu nebo okraj 40 trysky.

Zvýšením poměru délky ku průměru u otvorů 62 pro proudění chladicího média, například páry, z první dutiny 24 do druhé dutiny 26 v důsledku použití zadní desky 60 je proudění těmito delšími otvory 62 zaměřeno na boční stěny nebo okraje 40 segmentů 10 trysky. Namísto rozprostřeného způsobu přivádění chladicího média, například kuželovitým rozprašováním tak chladicí médium zůstává zaměřeno a zaostřeno a souvisle překonává vzdálenost mezi zahnutým okrajem 52 a boční stěnou nebo okrajem 40, ke které chladicí médium směřuje, v důsledku čehož dochází k účinnému chlazení boční stěny nebo okraje 40 trysky.

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 2, je poměr délky ku průměru u vyrovnaných otvorů 62 vyšší, než.je poměr délky ku průměru u otvorů 30.

Zadní deska 60 je s výhodou uspořádána na zahnutém okraji 52 nárazové desky 22, a to například přivařením ještě před připevněním nárazové desky 22 k segmentu 10 trysky. Tímto způsobem mohou být vyrovnané otvory 62, procházející zadní deskou 60 a zahnutým okrajem 52 nárazové desky 22, vytvořeny současně. Nárazová deska 22 může být poté umístěna do segmentu 10 trysky a přivařena nebo připájena k zahnutému okraji 52 boční stěny nebo okraje 40 trysky. Zde je nutno zdůraznit, že toto uspořádání je možno uplatnit jak u vnitřního pásu, tak i u vnějšího pásu segmentu trysky.

Přestože byl předmět tohoto vynálezu popsán ve spojitosti s jeho příkladným provedením, které je v současné době považováno za nejpraktičtější, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu se. neomezuje pouze na shora popsané provedení, neboť je naopak určen k pokrytí různých modifikací

4 4'4

4 44 a ekvivalentních uspořádání, které spadají do myšlenky a rozsahu přiložených patentových nároků.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Segment (10) trysky pro použití u plynové turbíny, mající vnější část pásu (12), vnitřní část pásu (14) a alespoň jednu lopatku (16), ležící mezi uvedenými částmi pásů (12, 14), alespoň jedna z uvedených částí pásů (12, 14) má stěnu (18) trysky, vymezující částečně dráhu horkých plynů v turbíně, kryt (20), radiálně vzdálený od uvedené stěny (18) trysky a vymezující mezi nimi komoru (21), a nárazovou desku (22), připevněnou k uvedenému segmentu (10) a umístěnou v uvedené komoře (21), vymezující s uvedeným krytem (20) první dutinu (24) na jedné straně nárazové desky (22) pro přivádění chladicího média, přičemž nárazová deska (22) na své opačné straně vymezuje se stěnou (18) trysky druhou dutinu (26), uvedená nárazová deska (22) je opatřena množinou průchozích otvorů (30) pro průtok chladicího média z uvedené první dutiny (24) do uvedené druhé dutiny (26) pro nárazové chlazení uvedené stěny (18) trysky, uvedený segment (10) trysky obsahuje boční stěnu (40), ležící obecně radiálně mezi uvedenou stěnou (18) trysky a uvedeným krytem (20) a opatřenou zahnutou přírubou (42), přičemž uvedená zahnutá příruba (42) vymezuje podříznutou oblast (44) v blízkosti uvedené boční stěny, a přičemž zadní deska (60) překrývá část· uvedené nárazové desky (22), uvedená zadní deska (60) a uvedená část nárazové desky (22) jsou opatřeny vyrovnanými průchozími otvory (62) pro zaměření průtoku chladicího média na uvedenou boční stěnu pro nárazové chlazení této boční stěny.

   podle nároku 1, že uvedené vyrovnané
2. 2. Segment (10) trysky vyznačující se tím otvory (62) mají poměr délky ku šířce, který přesahuje poměr délky ku šířce otvorů (30) v částech nárazové desky (22) , které nejsou překryty zadní deskou (60).
3. 3. Segment (10) trysky podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedená nárazová deska (22) je opatřena zahnutým okrajem (52), připevněným k uvedené dovnitř směřující přírubě (42) uvedené boční stěny,

   přičemž uvedená zadní deska (60) leží podél uvedeného zahnutého okraje (52) uvedené nárazové desky (22). 4. Segment (10) trysky podle nároku 3, vyznačuj í c í s e tím, že uvedená zadní deska (60) leží v uvedené první dutině (24) . 5. Segment (10) trysky podle nároku 3, vyznačuj í c í s e tím, že uvedený zahnutý okraj (52) uvedené nárazové desky (22) a uvedená zadní deska (60) leží obecně v radiálním směru. 6. Segment (10) trysky podle nároku . i, vyznačuj í c í s e tím, že uvedená boční stěna (18) trysky a uvedený kryt (20) j sou vzájemně k sobě

   přivařeny svařovaným spojem (50) na straně uvedené zadní desky (60), vzdálené od uvedené boční stěny.
4. 7. Segment (10) trysky podle nároku 1, vyznačující se tím, že. uvedená boční stěna je opatřena drážkou (46), otevřenou směrem ven od uvedeného segmentu (10) pro uložení těsnicího pera (48), přičemž jsou uvedená boční stěna a uvedený kryt vzájemně k sobě přivařeny svařovaným spojem směrem ven od uvedené drážky.

   9 9 9 9 99

   9 9 9 9 9* 9 '· >

   9 9 9 9 9 ·

   9 9 9 9 9 9 9

   9 9 9 9 9 9

   999 99 9 9 9 9 9 f 9 9

   9 9

   9 999
5. 8. Segment (10) vyznačující s pásu obsahuje vnější pás trysky e tím, podle nároku 1, že uvedená jedna část (12) uvedeného segmentu (10) trysky.
6. 9. Segment (10) trysky podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedená jedna část pásu obsahuje vnitřní pás (14) uvedeného segmentu (10) trysky.