DE1278180B

DE1278180B - Gas turbine plant, e.g. B. to drive an alternator

Info

Publication number: DE1278180B
Application number: DEE30151A
Authority: DE
Inventors: Roy Bolesworth; Waheeb Ritzk
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1964-09-24
Filing date: 1965-09-23
Publication date: 1968-09-19

Description

Gasturbinenanlage, z. B. zum Antrieb eines Wechselstromerzeugers. Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage, z. B. zum Antrieb eines Wechselstromerzeugers, mit wenigstens einem Gaserzeuger und einer Nutzleistungsturbine, die über eine stark gekrümmte, eine freie Wärmeausdehnung zulassende Leitung in Verbindung stehen.Gas turbine plant, e.g. B. to drive an alternator. The invention relates to a gas turbine system, e.g. B. to drive an alternator, with at least one gas generator and a power turbine that has a strong Curved, free thermal expansion permitting conduit are connected.

Bei derartigen Gasturbinenanlagen, bei denen zum Zweck raumsparender Bauweise die Gaserzeuger mit der Nutzleistungsturbine über gekrümmte Leitungen verbunden sind, bestehen Schwierigkeiten im Hinblick auf die Lagerung dieser gekrümmten Leitungen wegen der zu erwartenden relativ großen Wärmeausdehnung und im Hinblick auf die infolge der Gasstrahlablenkung auftretenden seitlichen Kräfte, während bei geradlinig verlaufenden Speiseleitungen zwischen Gaserzeuger und Nutzleistungsturbine die Wärmeausdehnung über herkömmliche Gleitlagerverbindungen aufgenommen werden kann, ist bei gekrümmten Leitungen, insbesondere auch infolge der Gasbelastung, eine derartige Lagerung nicht möglich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lageranordnung und -ausbildung bei einer gekrümmten Speiseleitung zwischen Gaserzeuger und Nutzleistungsturbine derart zu verbessern, daß die Leitung sich frei in allen Richtungen ausdehnen kann, ohne daß die beiden Enden der Leitung gegenüber den anschließenden Leitungsabschnitten von Gaserzeuger bzw. Nutzleistungsturbine versetzt werden, so daß die axiale Ausrichtung der Anschlußflansche auch bei wesentlichen Wärmeausdehnungen gewahrt bleibt.In such gas turbine systems, where space-saving for the purpose Design the gas generator is connected to the power turbine via curved lines there are difficulties with the storage of these curved lines because of the expected relatively large thermal expansion and in view of the as a result of the gas jet deflection occurring lateral forces, while with straight running feed lines between the gas generator and the power turbine reduce thermal expansion can be added via conventional plain bearing connections is curved Lines, especially as a result of the gas pollution, do not have such storage possible. The invention is therefore based on the object, the bearing arrangement and - Training with a curved feed line between the gas generator and the power turbine to be improved in such a way that the line can expand freely in all directions, without the two ends of the line facing the adjoining line sections be offset by gas generator or power turbine, so that the axial alignment the connection flange is preserved even with significant thermal expansion.

Gemäß der Erfindung wird .diese Aufgabe bei einer Gasturbinenanlage der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß die Leitung aus Innenmantel und Außenmantel besteht, daß der Innenmantel an seiner Unterseite und/oder Oberseite außen einen Ringteller trägt, der mit einem am Außenmantel befestigten Ring in Vertikalrichtung gleitbar im Eingriff steht, und daß der Innenmantel außen mehrere gleiche Gleitvorrichtungen trägt, die in einer horizontalen Meridianebene der Leitung oder in einer dazu parallelen Ebene liegen und eine allseitige Bewegung in dieser Ebene relativ zum Außenmantel zulassen.According to the invention, this task is achieved in a gas turbine plant the type mentioned above solved in that the line from the inner jacket and The outer sheath consists of the inner sheath on its underside and / or top outside carries a ring plate with a ring attached to the outer jacket in the vertical direction is slidably engaged, and that the inner jacket has a plurality of identical sliding devices on the outside carries, which is in a horizontal meridian plane of the line or in a parallel to it Lie level and an all-round movement in this plane relative to the outer jacket allow.

Hierdurch wird der gekrümmten Leitung die erforderliche Bewegungsfreiheit verliehen,. wobei die Gleitvorrichtungen die erforderliche axiale Ausrichtung aufrechterhalten.This gives the curved line the necessary freedom of movement awarded. the sliders maintaining the required axial alignment.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die Gleitvorrichtungen je einen am Innenmantel angeschweißten Zapfen auf, der in ein Zapfengehäuse eingreift, das zwischen einem Bügel und am Außenmantel befestigten Haltern in einer Horizontalebene gleitbar gelagert wird.According to a preferred embodiment of the invention, the sliding devices each on a pin welded to the inner jacket, which engages in a pin housing, that between a bracket and fastened to the outer jacket holders in a horizontal plane is slidably mounted.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Turbinenanlage, F i g. 2 eine Schnittansicht von Teilen der F i g. 1 in größerem Maßstab, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 1I1-III gemäß Fig.2, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV gemäß F i g. 2.An embodiment of the invention with reference to the Drawing described. In the drawing, F i g. 1 is a schematic representation a turbine system according to the invention, FIG. 2 is a sectional view of parts the F i g. 1 on a larger scale, FIG. 3 shows a section along the line 1I1-III according to Figure 2, F i g. 4 shows a section along the line IV-IV according to FIG. 2.

In F i g. 1 ist eine Turbinenanlage dargestellt, bei welcher die Abgase zweier als Gaserzeuger arbeitender Gasturbinentriebwerke eine Nutzleistungsturbine antreiben. Der Ausgang dieser Nutzleistungsturbine wird zum Antrieb eines Wechselstromgenerators benutzt. Jeder der beiden Gaserzeuger 11 ist als Einkreisgasturbine ausgebildet und hat einen Kompressor 12, der Luft aus der Atmosphäre ansaugt, komprimiert und in eine Brennkammer 13 leitet, wo in dieser Luft Brennstoff verbrannt wird. Die Abgase beaufschlagen eine Turbine 14, die den Kompressor 12 antreibt.In Fig. 1 shows a turbine system in which the exhaust gases from two gas turbine engines operating as gas generators drive a power turbine. The output of this power turbine is used to drive an alternator. Each of the two gas generators 11 is designed as a single-circuit gas turbine and has a compressor 12 which sucks in air from the atmosphere, compresses it and directs it into a combustion chamber 13, where fuel is burned in this air. The exhaust gases act on a turbine 14 which drives the compressor 12.

Die Abgase der Gaserzeuger 11 werden über Leitungen 15 einer Nutzleistungsturbine 16 zugeführt, die über eine Welle 17 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Wechselstromgenerator verbunden ist und diesen antreibt. Die Abgase der Nutzleistungsturbine 16 strömen durch eine Abgasleitung 18 in die Atmosphäre aus.The exhaust gases from the gas generators 11 are fed via lines 15 to a power turbine 16 which is connected via a shaft 17 to an alternating current generator (not shown in the drawing) and drives it. The exhaust gases from the power turbine 16 flow out through an exhaust pipe 18 into the atmosphere.

Um die Anlage raumsparend unterzubringen, sind die Gaserzeuger 11 neben der Abgasleitung 18 angeordnet und liegen mit ihren Achsen parallel zur Drehachse der Nutzleistungsturbine 16.In order to accommodate the system in a space-saving manner, the gas generators 11 arranged next to the exhaust pipe 18 and have their axes parallel to the axis of rotation the power turbine 16.

Gemäß Fig . 2 weist jede Leitung 15 einen Außenmantel 21 auf, der längs der horizontalen Mittellinie (die Schnittebene nach F i g. 2 ist hier entlanggeführt) in zwei Teile geteilt ist. Außerdem hat die Leitung einen Innenmantel 22, durch den das Gas strömt. Die Drücke auf beiden Seiten des Innenmantels 22 sind etwa gleich und haben einen hohen Wert, der vom Expansionsverhältnis der Nutzleistungsturbine 16 abhängt. Dieser Druck steht innerhalb des Außenmantels 21, der außenseitig durch den atmosphärischen Druck belastet ist. Der Außenmantel 21 ist demgemäß einer Aufsprengkraft ausgesetzt.According to Fig. 2, each line 15 has an outer jacket 21 which along the horizontal center line (the section plane according to Fig. 2 is drawn along here) is divided into two parts. In addition, the line has an inner jacket 22 through that the gas flows. The pressures on both sides of the inner jacket 22 are approximately the same and have a high value that of the expansion ratio of the power turbine 16 depends. This pressure is inside the outer jacket 21, which is on the outside the atmospheric pressure is loaded. The outer jacket 21 is accordingly an exploding force exposed.

Die Abgase werden in der Leitung 15 um einen Winkel von ungefähr 120° umgelenkt; der Innenmantel 22 wird infolge der Richtungsänderung der mit hoher Geschwindigkeit fließenden Gasströmung beansprucht.The exhaust gases are deflected in line 15 by an angle of approximately 120 °; the inner jacket 22 is stressed as a result of the change in direction of the gas flow flowing at high speed.

Der Außenmantel 21 ist mit einem Turbinenflansch 23 des Gaserzeugers 11 über eine Anordnung verbunden, die eine axiale Ausdehnung der Leitung 15 gegenüber dem Gaserzeuger ermöglicht. Mit dem ; Flansch 23 ist ein Abgaskonus 24 mit einer kreisringförmigen Ausnehmung am stromunterseitigen Ende verbunden, welche einen Flansch am Ende einer Hülse 25 aufnimmt. Das andere Ende der Hülse 25 gleitet in -einem dünneren Abschnitt 26, der ; über einen Zwischenabschnitt 27 am Außenmantel 21 befestigt ist, der hier einen verhältnismäßig dicken Abschnitt hat. Das, stromoberseitige Ende des Innenmantels 22 fluchtet mit der Hülse 25 und wird konzentrisch innerhalb des Außenmantels 21 mittels eines kegelstumpfförmigeri,Bauteils 28 getragen, der am Innenmantel angeschweißt ist und am äußeren Durchmesser gegen Schultern anliegt, die im Außenmantel 21 ausgebildet sind.The outer jacket 21 is connected to a turbine flange 23 of the gas generator 11 via an arrangement which enables the line 15 to expand axially with respect to the gas generator. With the ; Flange 23, an exhaust gas cone 24 is connected to an annular recess at the downstream end which receives a flange at the end of a sleeve 25. The other end of the sleeve 25 slides in a thinner section 26 which; is attached to the outer jacket 21 via an intermediate section 27, which here has a relatively thick section. The upstream end of the inner jacket 22 is aligned with the sleeve 25 and is supported concentrically within the outer jacket 21 by means of a frustoconical component 28, which is welded to the inner jacket and rests on the outer diameter against shoulders which are formed in the outer jacket 21.

Da der zwischen den Endflanschen liegende Abschnitt des Bauteils 26 mit einer minimalen Dicke ausgebildet ist, wird die Wärmeleitung von den Teilen, z. B. dem Abgaskonus 24 und der Hülse 25, die in unmittelbarer Berührung mit dem heißen Abgasstrom hoher Geschwindigkeit stehen, nach dem ; relativ kühlen Außenmantel 21 vermindert. Abdeckungen aus Wärmeisolationsmaterial, z. B. Steinwolle (in der Zeichnung der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt) sind vor allem an der gesamten inneren Oberfläche des Außenmantels 21 befestigt, um den Wärmeeingang in diesem Mantel zu vermindern. Ähnliche Auskleidungen sind um den kegelstumpfförmigen Bauteil 28 herum angeordnet und füllen den Raum zwischen dem stromoberseitigen Ende des Innenmantels 22 und dem Abschnitt 26. Der letztere ist außerdem von einem zylindrischen Wärmeschild umgeben.Since the portion of the component 26 lying between the end flanges is formed with a minimal thickness, the heat conduction from the parts, e.g. B. the exhaust cone 24 and the sleeve 25, which are in direct contact with the hot exhaust gas flow at high speed, after; relatively cool outer jacket 21 is reduced. Covers made of thermal insulation material, e.g. B. rock wool (not shown in the drawing for the sake of clarity) are mainly attached to the entire inner surface of the outer jacket 21 in order to reduce the heat input in this jacket. Similar linings are arranged around the frustoconical member 28 and fill the space between the upstream end of the inner jacket 22 and the section 26. The latter is also surrounded by a cylindrical heat shield.

Das stromunterseitige Ende des Außenmantels 21 ist mit einem Flansch 29 ausgestattet, der mit einem entsprechenden Flansch 30 verschraubt ist, der den Einlaßkegel der -Nutzleistungsturbine 16 umgibt. Die ungefähre Richtung der Kraft, die auf den Innenmantel 22 wegen des Winkels, um den die Gase in der Leitung 15 umgelenkt werden, wirkt, ist mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet.The downstream end of the outer casing 21 is equipped with a flange 29 which is screwed to a corresponding flange 30 which surrounds the inlet cone of the power turbine 16. The approximate direction of the force which acts on the inner jacket 22 because of the angle through which the gases are deflected in the line 15 is denoted by the reference numeral 31.

Der Innenmantel 22 ist gegen Horizontalbewegung, d. h. gegenüber einer Bewegung in der Zeichenebene gegenüber dem Außenmantel 21 mittels eines Ringtellers 32 (F i g. 3) festgelegt, der an den Innenmantel 22 angeschweißt ist und mit einem Ring 33 zusammenwirkt, der beim Zusammenbau mit dem Außenmantel 21 verbunden wird. Dem Ringteller 32 und dem Ring 33 gleiche Bauteile können an der Unterseite des Innenmantels 22 vorgesehen werden; hierbei fallen die Achsen dieser oberen und unteren Bauteile zusammen.The inner jacket 22 is against horizontal movement, i. H. towards a Movement in the plane of the drawing with respect to the outer jacket 21 by means of a ring plate 32 (F i g. 3) set, which is welded to the inner jacket 22 and with a Ring 33 cooperates, which is connected to the outer jacket 21 during assembly. The ring plate 32 and the ring 33 the same components can on the underside of the Inner jacket 22 are provided; here the axes of these upper and lower ones fall Components together.

Beim Zusammenbau wird (hier wird die obere Festlegungseinrichtung betrachtet) der Ring 33 zuerst in den Sockel des Ringtellers 32 eingefügt, der an den Innenmantel 22 angeschweißt ist; dann wird die obere Hälfte des Außenmantels 21 darübergefügt; so daß seine Flansche mit jenen der unteren Hälfte in einer Horizontalebene übereinstimmen. Es wird dann eine Kopfschraube durch ein Loch in der oberen Hälfte des Außenmantels 21 in eine zentrale Gewindebohrung des Rings 33 eingeführt. Infolge von Herstellungstoleranzen, insbesondere beim Aufschweißen des Ringtellers 32 auf dem Innenmantel 22, könnte die Kopfschraube nicht im Mittelpunkt des Lochs liegen. Wenn sich Innen- und Außenmantel 21, 22 in der richtigen Relativstellung befinden, wird die Kopfschraube angezogen, um den Ring 33 am Außenmantel 21 festzuklemmen.When assembling (here the upper fixing device considered) the ring 33 is first inserted into the base of the ring plate 32, which is attached to the inner jacket 22 is welded on; then the top half of the outer jacket 21 added on top; so that its flanges are in a horizontal plane with those of the lower half to match. It then becomes a cap screw through a hole in the top half of the outer jacket 21 is inserted into a central threaded hole in the ring 33. As a result of manufacturing tolerances, in particular when the ring plate 32 is welded on the inner jacket 22, the cap screw might not be in the center of the hole. When the inner and outer sheaths 21, 22 are in the correct relative position, the head screw is tightened in order to clamp the ring 33 on the outer casing 21.

Der Außenmantel 21 wird dann entfernt, und es werden dann die Gewindebohrungen hergestellt, die die Schrauben aufnehmen, welche den Ring 33 festlegen. Der Ring 33 kann mit dem Außenmantel 21 auch mittels eines Paßstifts verbunden werden.The outer jacket 21 is then removed, and there are then the threaded holes which receive the screws that define the ring 33. The ring 33 can also be connected to the outer jacket 21 by means of a dowel pin.

Nachdem der Ring 33 am Außenmantel 21 auf diese Weise festgelegt ist, kann die zentrale Schraube entfernt werden, und die gesamte Baueinheit kann in den Außenmantel eingesteckt werden. Wenn der Außenmantel 21 über den Innenmantel 22 in der richtigen Stellung angeordnet ist, in der die Horizontalflansche aufeinanderpassen, dann befindet sich der Ring 33 genau in der Lage, in der er in den Sockel des Ringtellers 32 paßt.After the ring 33 is fixed on the outer jacket 21 in this way, the central screw can be removed and the entire assembly can be inserted into the Outer jacket can be inserted. When the outer jacket 21 over the inner jacket 22 is arranged in the correct position in which the horizontal flanges fit together, then the ring 33 is exactly in the position in which it is in the base of the ring plate 32 fits.

Wenn gleichartige Festlegungsbauteile unter dem Innenmantel vorgesehen werden, kann dort der Zusammenbau auf gleiche Weise erfolgen.If similar fixing components are provided under the inner jacket assembly can be done there in the same way.

Der Innenmantel 22 wird im Außenmantel getragen und mittels dreier identischer Gleitvorrichtungen 34 (F i g. 4) gegen vertikale Bewegungen gesichert gehalten. Jede Gleitvorrichtung besteht aus einem Drehzapfen 35, der am Innenmantel 22 angeschweißt ist und in ein Zapfengehäuse 36 eingreift, das gegen die Halter 37 - die am Außenmantel 21 befestigt sind - mittels Bügel 38 gehaltert wird. Die Drehzapfen 35 werden demgemäß gegen eine vertikale Bewegung gesichert. Die Zapfengehäuse 36 können sich in Horizontalrichtung gegenüber dem Halter 37 und dem Bügel 38 bewegen.The inner jacket 22 is carried in the outer jacket and is held secured against vertical movements by means of three identical sliding devices 34 (FIG. 4). Each sliding device consists of a pivot 35 which is welded to the inner casing 22 and engages in a journal housing 36 which is held against the holders 37 - which are fastened to the outer casing 21 - by means of brackets 38. The pivot pins 35 are accordingly secured against vertical movement. The pin housings 36 can move in the horizontal direction with respect to the holder 37 and the bracket 38.

Claims

Claims: 1. Gas turbine system, z. B. to drive an alternator, with at least one gas generator and a power turbine that has a strong curved, free thermal expansion permitting conduit are connected, thereby characterized in that the line (15) consists of an inner jacket (22) and Outer jacket (21) consists that the inner jacket on its bottom and / or top outside a ring plate (32) carries which with a ring (33) attached to the outer jacket is slidably engaged in the vertical direction, and that the inner jacket has a plurality of outside the same sliding devices (34) carried in a horizontal meridional plane of the Line or lie in a plane parallel to it and move in all directions allow in this plane relative to the outer jacket.

2. Gas turbine plant according to claim 1, characterized in that the sliding devices (34) each have a pin (35) welded to the inner jacket (22) which engages in a pin housing (36) which is between a bracket (38) and the outer jacket ( 21) attached holders (37) is slidably mounted in a horizontal plane. Considered publications: German Patent Nos. 1055 009, 1045 177, 1018 071; Swiss Patent No. 112 678; French Patent Nos. 1385 893, 1330 642; U.S. Patent Nos. 3141651, 2,936,978, 2807934.