MX2008011352A

MX2008011352A - Turbina de gas con un escudo termico anular y bandas de sellado anguladas.

Info

Publication number: MX2008011352A
Application number: MX2008011352A
Authority: MX
Inventors: Peter Marx; Marcel Koenig; James Robert Wise
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-09-23
Also published as: US20090033036A1; WO2007101757A1; EP1991762A1; TWI383092B; EP1991762B1; TW200734527A

Abstract

La invención se refiere una turbina de gas que tiene un inductor que abarca concéntricamente un pasaje de gas caliente y se separa del pasaje de gas caliente por un escudo térmico anular (15') que está compuesto de una multiplicidad de segmentos que se distribuyen uno detrás de otro en la dirección circunferencial y que son contiguos en la dirección circunferencial en cada caso mientras forman un espacio, en donde, con el fin de sellar los espacios entre los segmentos contiguos, los sellos (16'), que se distribuyen y comprenden bandas de sellado alargadas, delgadas (23) que se acomodan en ranuras de sellado (19), que corresponden una a la otra y se define por una pared (25) transversalmente a la dirección longitudinal, en las caras de extremo opuestas de los segmentos contiguos del escudo térmico (15'). El desgaste inducido por vibración a través de la pared se previene por el área de fricción entre la pared (25) y las bandas de sellado (23) que son marcadamente ampliadas con relación a la cara de extremo (22) de la banda de sellado (23).

Description

TURBINA DE GAS CON UN ESCUDO TERMICO ANULAR Y BANDAS DE SELLADO ANGULADAS CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere al campo de tecnología de turbinas de gas. Se refiere a una turbina de gas de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1. ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los sellos de pluma o sellos de banda entre segmentos adyacentes en la ruta de gas caliente se conocieron por largo tiempo en turbinas de gas (US-A-3 , 752 , 598 ) . Se sabe, además, en donde se cruzan los sellos de intersección, proporcionar entre los segmentos sellos de transición angulados separados que sellan los puntos de intersección (US-A-5 , 154 , 577 ) . Finalmente, US-A-5 , 655 , 876 (Figuras 4 y 5) describe un sello de banda para segmentos, que surge de una abertura de ranura en el extremo y que se angula ahí con el fin de fijar la posición del sello. Las turbinas de gas ya en uso, tal como, por ejemplo, las turbinas de gas del solicitante de tipo GT24/26, tienen una estructura interna, tal como se ilustra en la forma de detalles en las Figuras 1, 2 y 4. La turbina de gas 10 tiene un rotor (no ilustrado) con una pluralidad de hélices en movimiento 13 , que se rodea concéntricamente por una estructura de soporte 11 para formar una ruta de gas caliente 12. Las aspas de guía 14 se sujetan a la estructura de soporte 11. Entre las aspas de guía de etapas sucesivas, la estructura de soporte 11 se protege con respecto a la ruta de gas caliente 12 por medio de un escudo térmico anular 15 fragmentado en la dirección circunferencial (ver con respecto a esto, por ejemplo, DE-Al-103 42 208) . Entre segmentos adyacentes del escudo térmico 15, un espacio permanece libre, que se sella por medio de sellos 16 y 17 distribuidos en el espacio. Los sellos 16, 17 se conocen como sellos de pluma o sellos de banda y en cuyo caso comprenden bandas de sellado alargadas delgadas (20 en la Figura 4) que se acomodan en ranuras de sellado mutuamente correspondiente 18, delimitadas transversalmente con respecto a la dirección longitudinal por una pared de extremo 21, en las caras de extremo mutuamente opuestas de los segmentos del escudo térmico 15 que limitan uno contra otro. El sello 17 evita que el aire de enfriamiento fluya a través de los espacios entre los segmentos en la ruta de gas caliente 12. El sello 16, inversamente, previene que los gases calientes fluyan fuera de las rutas de gas caliente 12 a través de los espacios entre los segmentos . La caída de presión a través del sello 16 es baja. La banda de sellado asociada 20 por lo tanto yace de forma floja en las ranuras de sellado correspondiente 18 de los segmentos que limitan uno contra otro (Figuras 2 y 4) . Durante la operación, por lo tanto, pueden ocurrir vibraciones de la banda de sellado 20 en la ranuras de sellado 18. Cuando la banda de sellado 20 vibra en la ranuras de sellado 18 (ver la flecha doble en la Figura 4, que ilustra la dirección de principio de vibración) , el extremo afilado de la banda (cara de extremo 22 en la Figura 4) se respalda contra la pared de extremo 21 de la ranura de sellado 18 y finalmente perfora la pared. Los cambios metalúrgicos ocurrirán debido a que la oxidación aumenta la dureza de las bandas de sellado 20 y además puede acelerar la fricción a través de la pared. Cuando la banda de sellado 20 se desgastó a través de la pared del escudo térmico completamente, ya no hay nada más que sostener la banda de sellado 20 en la ranura de sellado 18. La banda de sellado 20 surge de la ranura y penetra en la ruta de gas caliente 12. Este evento es peligroso por dos razones: por un lado, la banda de sellado floja puede causar daño impredecible en la ruta de gas caliente a los componentes que yacen en dirección 3' . Por otro lado, el sello entre los segmentos del escudo térmico está ausente, para que no pueda surgir gas caliente entre los segmentos y dañar la estructura que yace entre ellos o el consumo de aire de incremento aumenta y de esa forma se reduce el desempeño de turbina de gas . BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El objeto de la invención es especificar un sello de segmento para una turbina de gas, que evita la desventaja de sellos conocidos y se distingue particularmente en cuanto a que se edita una perforación de la pared de la ranura de sellado por el sello de banda vibratoria o al menos se retrasa ampliamente en una forma simple. El objeto se logra por medio de la totalidad de los aspectos de la reivindicación 1. Lo que es esencial para la invención es la ampliación marcada de la superficie que se puede friccionar entre la pared y las bandas de sellado con respecto a la cara de extremo de la banda de sellado. Lo que se logra con ello es que el efecto de revestimiento de material de la fricción se reduce, y una perforación de la pared de extremo de las ranuras de sellado por la banda de sellado que se mueve hacia y desde la ranura se previene o al menos se retrasa considerablemente. Una refinación de la invención se distingue en cuanto a que las bandas de sellado tienen, en su extremo orientado hacia la pared, una porción de angulada, el exterior de la cual forma la superficie de contacto con la pared. La porción angulada proporciona en una forma particularmente simple una superficie de contacto considerablemente mayor para el contacto que se puede friccionar de la banda de sellado con la pared. Un desarrollo de esta refinación se caracteriza porque, en los extremos de la ranura de sellado, se proporcionan extensiones de ranura angulada, en donde las bandas de sellado se acoplan con sus porciones de extremo anguladas . Las extensiones de ranura en este caso se pueden angular en ángulos rectos. Sin embargo, también se pueden angular en un ángulo de 90° ± d, 0 < d 20° que es aplicable. Una producción simplificada de esta configuración de ranura se caracteriza porque las extensiones de ranura se diseñan como porciones de ranura que interceptan las ranuras de sellado. BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La invención se explicará en más detalle posteriormente con referencia a modalidades ilustrativas, en conexión con las figuras en donde: la Figura 1 muestra, en un detalle, una sección longitudinal a través de una turbina de gas de conformidad con la técnica anterior con un escudo térmico segmentado que rodea concéntricamente la ruta de gas caliente, para proteger el inductor ; la Figura 2 muestra una vista en la dirección, circunferencial de un detalle ampliado de la cara de extremo de un segmento de escudo térmico de la Figura 1; la Figura 3 muestra el detalle, que corresponde a la Figura 2, de la cara de extremo del escudo térmico de conformidad con una modalidad ilustrativa de la invención; la Figura 4 muestra una sección longitudinal a través de la región de extremo de la ranura de sellado de la Figura 2 con la banda de sellado distribuida en ella; la Figura 5 muestra una ilustración, comparable con la Figura 4, de la región de extremo de la ranura de sellado con una banda de sellado insertada de conformidad con la Figura 3 ; y la Figura 6 muestra una ilustración, comparable con la Figura 5, de la región de extremo de una ranura de sellado con una banda de sellado insertada de conformidad con otra modalidad ilustrativa de la invención. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Las Figuras 5 y 6 reproducen modalidades ilustrativas del sello de conformidad con la invención, de la cual el punto esencial de la solución técnica puede reunirse: en una ranura de sellado 19 ó 27 cerca del extremo, como anteriormente, ya sea una banda de sellado 23 ó 29 que en su extremo tiene una porción de extremo 24 ó 30 angulada con respecto a la dirección longitudinal de la banda de sellado. El exterior de la porción de extremo angulada 24, 30 forma con respecto a la pared de extremo 21 (Figura 4) una superficie de contacto significativamente ampliada 26 ó 32 que entra en contacto con la pared extremo 25, 31 de la ranura de sellado 19, 27 durante la vibración que se puede friccionar (fechas dobles en las Figura 5 y 6, que ilustran la dirección de principio de vibración) de la banda de sellado 23, 29. Como un resultado de la superficie ampliada 26 ó 32, la fuerza ejercida en la pared de ranura por la banda de sellado 23, 29 se distribuye sobre un área mayor. Por la fuerza que se distribuye sobre un área mayor, la presión de contacto y la tensión de fricción se reducen. Con una reducción en la tensión, el daño a la pared causado por fricción se reduce drásticamente, si no es que se elimina incluso completamente, para que la probabilidad de la pared que se fricciona se reduce ampliamente. Si la ranura de sellado 19, 27 es suficientemente amplia, la porción de extremo angulada 24, 30 puede introducirse, sin la geometría de ranura que tiene que cambiarse. Con el fin de permitir superficies de contacto mayores, es ventajoso proporcionar en los extremos de las ranuras de sellado 19, 27 extensiones de ranura anguladas 28, 33 que reciben la porción de extremo angulada 24, 30 de la banda de sellado 23, 29. En la modalidad ilustrativa de la Figura 3 o Figura 5, la extensión de ranura 28 se inclina en ángulos rectos. En la modalidad ilustrativa de la Figura 6, la extensión de ranura 33 forma con la dirección longitudinal de la ranura de sellado 27 un ángulo que se desvía desde 90°. Esto puede ser ventajoso cuando la configuración de la ranura tiene que tomar en cuenta restricciones geométricas. En este caso tiene que probarse apropiado para tener un ángulo que yace en la región de 90° ± d, 0 < d = 20° que es aplicable. De conformidad con la Figura 6, puede ser ventajoso por razones de producción (por ejemplo, simplificación) diseñar la extensión de ranura 33 como ranuras cortas que interceptan la ranura de sellado 27. LISTA DE SIMBOLOS DE REFERENCIA 10 Turbina de gas 11 Estructuras de soporte 12 Ruta de gas caliente 13 Hélice móvil 14 Aspa de guía 15, 15' , 15" Escudo térmico (segmentado) 16, 16' , 16" , 17 Sello (sello de banda o de pluma) 18, 19, 27 Ranura de sellado 20, 23, 29 Banda de sellado 21 Pared de extremo (ranura de sellado) 22 Cara de extremo (banda de sellado) 24, 30 Porción de extremo (angulada) 25, 31 Pared (extensión de ranura) 26, 32 Superficie de contacto (porción de extremo) 28, 33 Extensión de ranura Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1.- Una turbina de gas con una estructura de soporte que rodea concéntricamente una ruta de gas caliente y se protege con respecto a la ruta de gas caliente por medio de un escudo térmico anular, cuyo escudo térmico está compuesto de una multiplicidad de segmentos que se distribuyen uno detrás del otro en una dirección circunferencial y que en cada caso se limitan uno contra otro en la dirección circunferencial para formar un espacio, los sellos que se distribuyen para sellar los espacios entre los segmentos que limitan uno contra otro, los sellos que comprenden bandas de sellado alargadas delgadas que se acomodan en ranuras de sellado mutuamente correspondientes, delimitadas transversalmente con respecto a la dirección longitudinal por una pared, en las caras de extremo mutuamente opuestas de los segmentos del escudo térmico pero limitan uno contra otro, caracterizada porque, para evitar la perforación por fricción inducida de la pared por la banda de sellado que yace en la ranura de sellado, la superficie que se puede friccionar entre la pared y las bandas de sellado se amplía marcadamente con respecto a la cara de extremo de la banda de sellado.
2. - La turbina de gas de conformidad con la 1 o reivindicación 1, caracterizada porque las bandas de sellado tienen, en su extremo orientado hacia la pared, una porción de extremo angulada, el exterior de la cual forma la superficie de contacto con la pared.
3. - La turbina de gas de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque, en los extremos de las ranuras de sellado, se proporcionan extensiones de ranura anguladas, en donde las bandas de sellado se acoplan con sus porciones de extremo anguladas .
4. - La turbina de gas de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque las extensiones de ranura son anguladas en ángulos rectos.
5. - La turbina de gas de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque las extensiones de ranura se angulan en un ángulo de 90° ± d, 0 < d = 20° que es aplicable .
6. - La turbina de gas de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque las extensiones de ranura se diseñan como porciones de ranura que interceptan las ranuras de sellado.