FR2630499A1

FR2630499A1 - DEVICE FOR MAINTAINING THE CENTER OF THE VOLUTE OF A GAS TURBINE AROUND THE SET OF TUYERES OF THE LAST

Info

Publication number: FR2630499A1
Application number: FR8905309A
Authority: FR
Inventors: Vasco Mezzedimi; Franco Frosini
Original assignee: Nuovopignone Industrie Meccaniche e Fonderia SpA; Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone Holding SpA; Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1988-04-21
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1989-10-27
Anticipated expiration: 2009-04-21
Also published as: FR2630499B1; GB8908879D0; JP2707134B2; GB2218157A; GB2218157B; CH675453A5; DE3913223C2; IT8820275A0; DE3913223A1; JPH01305133A; IT1216611B; CA1331100C

Abstract

Le dispositif pour maintenir l'orifice de sortie annulaire 8 de la volute 7 centré en permanence autour de l'ensemble 9 d'aubes de tuyères dans une turbine à gaz consiste en deux demi-bagues de retenue 12, 13 entourant ledit orifice annulaire, la demi-bague inférieure 13 ayant un rayon intérieur supérieur à celui de la demi-bague supérieure, cette dernière formant avec l'orifice annulaire un intervalle 7' prédéterminé.The device for keeping the annular outlet orifice 8 of the volute 7 permanently centered around the assembly 9 of nozzle vanes in a gas turbine consists of two retaining half-rings 12, 13 surrounding said annular orifice, the lower half-ring 13 having an inner radius greater than that of the upper half-ring, the latter forming with the annular orifice a predetermined gap 7 '.

Description

DISPOSITIF POUR MAINTENIR CENTREE LA VOLUTE D'UNE TURBINEDEVICE FOR MAINTAINING THE CENTER OF THE VOLUTE OF A TURBINE

A GAZ AUTOUR DE L'ENSEMBLE DE TUYERES DE CETTE DERNIERE A GAS AROUND ALL THE NOZZLES OF THIS LAST

La présente invention concerne un dispositif qui permet de maintenir centrée en permanence, autour de l'ensemble de tuyères, l'ouverture de sortie annulaire de la volute de sortie de gaz d'une turbine à gaz, même dans le cas des turbines à gaz à fort rapport de compression et à température de combustion élevée, dans lesquelles des charges importantes agissent sur la volute. Dans toutes les turbines à gaz munies d'une chambre de combustion unique se trouve une volute dont le rôle est de distribuer annulairement, à la série de tuyères, les The present invention relates to a device which makes it possible to keep permanently centered, around the nozzle assembly, the annular outlet opening of the gas outlet volute of a gas turbine, even in the case of gas turbines with a high compression ratio and high combustion temperature, in which significant loads act on the volute. In all gas turbines fitted with a single combustion chamber, there is a volute whose role is to distribute annually, to the series of nozzles, the

gaz très chaud s'échappant de la chambre de combustion. very hot gas escaping from the combustion chamber.

Comme la volute, tout comme les parois de la chambre de combustion, représente la pièce la plus chaude de la turbine, il est indispensable qu'elle constitue la structure en tôle la plus légère possible pour limiter à un minimum les contraintes thermiques avec, pour conséquence, qu'elle est incapable de supporter des As the volute, like the walls of the combustion chamber, represents the hottest part of the turbine, it is essential that it constitutes the lightest sheet metal structure possible to limit the thermal stresses to a minimum with, for as a result, that she is unable to endure

charges localisées élevées.high localized loads.

De même, le raccordement entre l'orifice de sortie annulaire de la volute et le support dé tuyères ne peut pas être rigide en raison du fait que ces éléments ont des masses différentes et qu'ils fonctionnent dans des conditions opératoires différentes, ces deux éléments étant portés à des températures très différentes avec, pour conséquence, une différence de dilatation Likewise, the connection between the annular outlet orifice of the volute and the nozzle holder cannot be rigid due to the fact that these elements have different masses and that they operate under different operating conditions, these two elements being brought to very different temperatures with, as a consequence, a difference in expansion

considérable.considerable.

On est donc confronté au problème de maintenir l'orifice de sortie annulaire de la volute centré autour de la série de tuyères et de s'assurer qu'il en est alnsl car tout défaut d'alignement se traduit par une perte de rendement de la turbine par suite des décrochements prononcés qui sont créés dans les passages empreintes par le gaz. La volute est soumise à des charges mécaniques qui proviennent de son poids (généralement négligeable) et en particulier de la pression des gaz et des différences globales de mouvement entre l'entrée et la sortie. Ces charges mécaniques, qui sont d'autant plus grandes que les pressions de travail de la turbine sont plus élevées et que, de ce fait, son rapport de compression est plus élevé, créent une force ascendante qui déplace l'orifice de sortie annulaire de la volute We are therefore faced with the problem of keeping the annular outlet orifice of the volute centered around the series of nozzles and of ensuring that it is alnsl there since any misalignment results in a loss of efficiency of the turbine as a result of pronounced recesses which are created in the passages imprinted by the gas. The volute is subjected to mechanical loads which come from its weight (generally negligible) and in particular from the pressure of the gases and the overall differences in movement between the inlet and the outlet. These mechanical loads, which are all the greater as the working pressures of the turbine are higher and as a result, its compression ratio is higher, create an ascending force which displaces the annular outlet orifice of the scroll

vers le haut.to the top.

Dans l'état actuel de la technique, le système In the current state of the art, the system

2630.4992630.499

classique utilisé habituellement pour guider ledit déplacement et pour maintenir concentriques l'une par rapport à l'autre toute paire de pièces soumises à une différence de dilatation considérable consiste à raccorder lesdites pièces l'une à l'autre à l'aide d'un ensemble de clavettes radiales qui permettent aux deux pièces d'effectuer un coulissement relatif tout en conventional usually used to guide said movement and to keep concentric with each other any pair of parts subject to a considerable difference in expansion consists in connecting said parts to each other using a set of radial keys which allow the two parts to perform relative sliding while

restant concentrique.remaining concentric.

Toutefois, un tel procédé ne peut pas être appliqué à des turbines à gaz à fort rapport de compression et à température de combustion élevée car les charges considérables consécutives agissant sur la volute seraient transmises par l'intermédiaire de ces clavettes radiales et, spécifiquement, par celles de ces clavettes qui se trouvent dans un plan horizontal, et cette concentration de charge à l'endroit des clavettes induirait des états de contraintes intolérables dans la volute qui, comme on l'a mentionné, doit être constituée par une structure très légère en raison de la température However, such a method cannot be applied to gas turbines with a high compression ratio and a high combustion temperature because the consecutive considerable loads acting on the volute would be transmitted by means of these radial keys and, specifically, by those of these keys which are in a horizontal plane, and this concentration of charge at the place of the keys would induce intolerable stress states in the volute which, as mentioned, must be constituted by a very light structure because of the temperature

élevée des gaz.high gas.

L'objet de la présente invention est de remédier à l'inconvénient précité à l'aide d'un dispositif qui permet de raccorder l'orifice de sortie annulaire de 1s volute au support de tuyères et qui, bien que dispensant de l'utilisation de clavettes, permet de maintenir un centrage efficace même dans les turbines à gaz à fort The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawback with the aid of a device which makes it possible to connect the annular outlet orifice of 1 volute to the nozzle support and which, although dispensing from use keys, maintains effective centering even in gas turbines with high

rapport de compression.compression ratio.

On atteint cet objectif essentiellement par le fait que l'on effectue le raccordement précité à l'aide de deux demi-bagues de retenue qui sont fixées au support de tuyères de manière à entourer l'orifice de sortie annulaire de la volute, la demi-bague supérieure formant avec le rebord extérieur dudit orifice un intervalle prédéterminé qui compense la différence de dilatation entre la volute et le support de tuyères afin de maintenir ainsi la volute centrée autour des tuyères This objective is mainly achieved by the fact that the aforementioned connection is made using two retaining half-rings which are fixed to the nozzle support so as to surround the annular outlet orifice of the volute, the half - upper ring forming with the outer edge of said orifice a predetermined interval which compensates for the difference in expansion between the volute and the nozzle support so as to keep the volute centered around the nozzles

pendant un fonctionnement normal.during normal operation.

A cet égard, pendant un fonctionnement normal, l'orifice de sortie annulaire de la volute repose contre la demi-bague supérieure sous l'effet de ladite force ascendante et, par conséquent, si les températures atteintes par la volute et la bague de support de tuyères sont connues, il est possible d'effectuer un calcul exact de l'intervalle qui doit être laissé entre le rebord In this regard, during normal operation, the annular outlet of the volute rests against the upper half-ring under the effect of said ascending force and, therefore, if the temperatures reached by the volute and the support ring nozzles are known, it is possible to perform an exact calculation of the interval which must be left between the flange

extérieur de l'orifice de sortie de volute et la demi- outside of the volute outlet and half

bague supérieure, de manière que cet orifice soit centré upper ring, so that this hole is centered

autour des tuyères pendant un fonctionnement normal. around the nozzles during normal operation.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, la demi-bague de retenue inférieure a un rayon According to another characteristic of the present invention, the lower retaining half-ring has a radius

intérieur supérieur à celui de la demi-bague supérieure. interior superior to that of the upper half-ring.

De cette manière, si, entre l'orifice de sortie annulaire de la volute et la demi-bague de retenue, il apparaît une différence de dilatation qui est supérieure à celle prévue, on évite le risque d'une action conjointe sérieuse car l'orifice annulaire peut continuer à se In this way, if, between the annular outlet orifice of the volute and the retaining half-ring, there appears a difference in expansion which is greater than that expected, the risk of a serious joint action is avoided because the annular orifice may continue to

dilater dans l'espace vide plus grand qui est disponible. expand into the larger empty space that is available.

Le dispositif pour maintenir l'orifice de sortie annulaire de la volute de sortie des gaz centré autour de l'ensemble de tuyères dans une turbine à gaz est donc caractérisé, selon la présente invention, par le fait qu'il comprend deux demi-bagues de retenue qui sont fixées à la bague de support de tuyères de manière à entourer ledit orifice annulaire, la demi- bague inférieure ayant un diamètre intérieur supérieur à celui de la demi- bague supérieure, laquelle forme, avec le rebord extérieur de l'orifice de sortie annulaire de la volute, un intervalle prédéterminé conçu de manière à compenser la différence de dilatation entre l'orifice The device for holding the annular outlet orifice of the gas outlet volute centered around the set of nozzles in a gas turbine is therefore characterized, according to the present invention, by the fact that it comprises two half-rings retainers which are fixed to the nozzle support ring so as to surround said annular orifice, the lower half-ring having an inner diameter greater than that of the upper half-ring, which forms, with the outer rim of the orifice of the annular outlet of the volute, a predetermined interval designed to compensate for the difference in expansion between the orifice

annulaire et la bague de support de tuyères. ring and the nozzle support ring.

On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés qui représentent un mode de réalisation préféré de cette invention à titre The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings which show a preferred embodiment of this invention by way of

purement illustratif et non limitatif. purely illustrative and not limiting.

Sur ces dessins: la figure 1 est une vue en coupe latérale partielle d'une turbine à gaz utilisant le dispositif de la présente invention; et la figure 2 est une vue en coupe frontale In these drawings: FIG. 1 is a partial side sectional view of a gas turbine using the device of the present invention; and Figure 2 is a front sectional view

partielle suivant A-A de la figure 1. partial along A-A in Figure 1.

Sur les figures, la référence 1 désigne l'enveloppe d'une turbine à gaz qui supporte de façon tournante, dans des pallers ou coussinets 2 l'arbre 3 supportant les disques 4 des ailettes 5 de turbine. La chambre de combustion 6 est raccordée à une volute 7 d'échappement de gaz dont l'orifice de sortie annulaire 8 fait face à la zone comprenant les aubes 9 de tuyères, qui sont supportées radialement par une bague 10 de support d'aubes de tuyères qui est elle-même supportée par In the figures, the reference 1 designates the casing of a gas turbine which rotatably supports, in pallers or bearings 2 the shaft 3 supporting the discs 4 of the fins 5 of the turbine. The combustion chamber 6 is connected to a gas exhaust volute 7 whose annular outlet orifice 8 faces the zone comprising the blades 9 of nozzles, which are supported radially by a ring 10 for supporting blades of nozzles which is itself supported by

l'enveloppe 1 de la turbine.the casing 1 of the turbine.

Pour maintenir l'orifice de sortie annulaire 8 centré en permanence autour de l'ensemble d'aubes 9 de tuyères, deux demi-bagues de retenue 12 et 13 sont fixées à l'aide de vis 11 à la bague 10 de support d'aubes de tuyères afin d'entourer l'orifice annulaire 8 de manière To keep the annular outlet orifice 8 permanently centered around the set of blades 9 of nozzles, two retaining half-rings 12 and 13 are fixed using screws 11 to the ring 10 for support of nozzle blades to surround the annular orifice 8 so

à laisser un intervalle prédéterminé 14 entre la demi- to leave a predetermined interval 14 between the half

bague supérieure 12 et le rebord extérieur 7' de cet orifice de sortie annulaire 8. De plus, la demi-bague inférieure 13 a un rayon intérieur plus grand que celui de la demi-bague supérieure 12 (voir figure 2 spécialement) de manière qu'un espace vide 15 plus grand upper ring 12 and the outer rim 7 'of this annular outlet orifice 8. In addition, the lower half-ring 13 has a greater internal radius than that of the upper half-ring 12 (see FIG. 2 especially) so that '' 15 larger empty space

soit disponible.is available.

Il est bien entendu que la description qui précède It is understood that the foregoing description

n'est donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente is given for illustrative purposes only and is not limitative and that variants or modifications may be made thereto in the context of this

invention.invention.

Claims

CLAIM

1. Device for holding the annular outlet orifice (8) of the gas exhaust volute (7) permanently centered around the assembly (9) of nozzle blades in a gas turbine, characterized by fact that it comprises two retaining half-rings (12, 13) which are fixed to the ring (10) for supporting the nozzle blades so as to surround the annular orifice, the lower half-ring (13) having an internal diameter greater than that of the upper half-ring (12) which forms, with the external rim (7 ') of the annular outlet orifice of the volute, a predetermined interval designed to compensate for the difference in expansion between this annular orifice

and the nozzle blade support ring.