NO148512B - Fremgangsmaate ved fremstilling av en vaeskekjoelt skovl for en gassturbin. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot en fremgangsmåte for fremstilling av vannkjølte gassturbinskovler. Især er den foreliggende oppfinnelse rettet mot en fremgangsmåte for fremstilling av skovler av den type som omfatter en midt-kjerne omgitt av et antall skovlkjølerør anordnet med avstand rundt kjernens periferi og en sammensatt ytre hud som omgir både kjernen og kjølerørene.

Ved typiske kjente fremstillingsmetoder er midtkjernen preformet for å danne skovlens ønskede form. Deretter utformes et antall spor som mottar skovlkjølerør, rundt skovlens ytre periferi. Disse kjølerør fremstilles uavhengig, inspiseres og innsettes deretter i sporene. Til slutt sveises eller festes på annen måte en ytre hud til midtkjernen for å danne den endelige skovl.

En slik fremgangsmåte er beskrevet i US 4 156 582.

Dette skrift omtaler en væskekjølt gassturbinskovl omfattende en kjerne med spor som strekker seg radialt og har rektangu-lære tverrsnitt utsparet i kjernen. Rør er anordnet i disse spor og festet på plass ved hjelp av loddetilsatsmateriale i rommet mellom rørene og sporenes sider og bunn. En beskytt-ende hud er deretter festet til den ytreoverflate av kjernen for å danne korrosjonsmotstand. Huden beskrives som en sam-mensetning av en indre hud som danner høy termisk ledningsevne og en ytre hud som danner beskyttelse mot høytemperatur-korrosjon.

US 3 091 846 omtaler den vanlige metode for å legge en konstruksjon som skal loddes i en fleksible hylse for i hylsen å opprette en i det vesentlige ikkeoksyderende atmosfære og å frembringe kraftpåvirkning på hylsen under lodding.

US 4 185 369 omtaler en fremgangsmåte ved fremstilling av en skovl som mer effektivt overfører varmeenergi fra inn-siden av skovlens hud i kontakt med varmgass, til den ytre overflate av kjølerør som er innlagt i skovlens kjerne. I hen-hold til denne fremgangsmåte, er skovlen utformet av flere preformede kompakte komponenter som er. sammenmontert, festet og deretter omgjort til en enhetlig konstruksjon. I hver enkelt utførelse som er omtalt i den foregående søknad, er en' av de preformede kompakte komponenter en plan bimetallisk plate som omfatter et erosjons- og korrosjonsbestandig lag og et lag med høy termisk ledningsevne, idet disse lag forbindes ved en optimert metallurgisk forbindelsesmetode.

I motsetning til kjente fremgangsmåter bores i hen-hold til den foreliggende oppfinnelse flere hull i avstand frahverandre i et overdimensjonert skovlemne slik at de korre-sponderer med de fastlagte posisjoner for kjølerørene i skovlen. Kjølerørene er fremstilt separat som sammensatte kompakte rørlegemer og innsettes i hullene som er utformet i skovlemnet. De på denne måte innsatte sammensatte rør festes deretter i stilling ved varmeisostatisk pressing (VIP) eller loddes.

Etter at kjølerørene er festet til skovlemnet, maskineres emnet til den ønskede skovlform slik at det ytre kobber-lag av det sammensatte rør fremkommer. En på forhånd fremstilt hud festes deretter til det maskinerte skovlemne med VIP-diffusjonsmetoden for å danne den ønskede skovl. Ved en slik fremgangsmåte oppnås et sluttresultat hvor kjølerørene ved deres eksentriske plassering ligger nær skovlens overfla-ter og således gir effektiv kjølning.

Da huden og de sammensatte rør fremstilles hver for seg, kan de konstrolleres før de innsettes i skovlkonstruksjonen. Videre danner den ytre flate av det kombinerte emne og sammensatte rør en glatt kontinuerlig overflate for pålegging av huden, da skovlens endelige form maskineres etter at kjølerør-ene er innsatt i skovlemnet.

På tegningene viser figur 1 et deltverrsnitt av et skovlemne som benyttes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, figur 2 viser et perspektivriss av et sammensatt rør som benyttes ved fremgangsmåten, figur 3 viser et annet mulig sam-samsatt rør, figur 4 viser et deltverrsnitt av skovlemnet på figur 1 etter at de sammensatte rør på figur 3 er innsatt i dette, figur 5 viser et deltverrsnitt av skovlemnet på figur 4 etter at dette er maskinert til ønsket form og figur 6 viser et deltverrsnitt av en komplett skovl.

På tegningene betegner like henvisningstall de samme elementer og figur 1 viser et skovlemne 10 som danner kjernen i den væskekjølte skovl ifølge den foreliggende oppfinnelse. Skovlemnet 10 er det grunnleggende konstruksjonslegeme i skovlen og er utformet av et materiale som er utvalgt på grunn av sin styrke. Emnet 10 er valgt å være større enn den endelige skovl da den skal maskineres i etterfølgende trinn.

Flere hull 12 er utformet i emnet 10, fortrinnsvis ved boring. Disse hull strekker seg gjennom hele høyden av emnet 10 og er innrettet til å motta et antall sammensatte rør 14 som leder væskeformet kjølemiddel gjennom skovlen. Et sammensatt rør 14 er vist på figur 2. Som vist, omfatter det sammensatte rør 14 et indre legeme 16 som er fremstilt av et materiale utvalgt til å motstå erosjonen og korrosjonen fra det varme kjølemiddel (vanligvis vann og damp) som skal ledes derigjennom, og et ytre legeme 18 som omgir det indre legeme 16 og-er utformet av et materiale som har meget stor termisk ledningsevne. Optimal varmeoverføring er ønsket for å tillate kjølemiddel-væske å passere gjennom det indre av det sammensatte rør 14

for å fjerne varme fra den sammensatte hud 26 (beskrevet ned-enfor) i den ferdige skovl og derved effektivt å kjøle skovlen.

En slik optimal varmeoverføring oppnås ved den sammensatte konstruksjon ifølge den foreliggende oppfinnelse ved å sikre en god metallurgisk binding mellom legemene 16 og 18. Ved den foretrukne oppbygging, er det indre legeme 16 utformet av et korrosjonsfast metall som eksempelvis 347 rustfast stål eller Inconel 718 og det ytre legeme 18 er et rør av et materiale med høy termisk ledningsevne som eksempelvis en kobberlegering. Det indre legemes 16 ytre overflate kan være be-lagt med et tynt lag (omtrent 0,025 mm ) med blank nikkel med et overtrekk av et lag med sølv (omtrent 0,025 mm). De to legemer 16, 18 er satt inn i hverandre og deretter trukket gjennom flere trekkmatriser inntil det er oppnådd en trang pasning metall-mot-metall, hvoretter det sammensatte rør 14 oppvarmes til omtrent 800°C for å danne den eutektiske sølv-kobberlegering som forbinder elgemene 16, 18. Deretter kan det sammensatte rør 14 belegges med et tilsvarende lag med sølv for å danne et loddemiddel for permanent å feste det sammensatte rør 14 inn i dets tilhørende hull 12. Alternativt kan om ønsket diffusjonsbinding ved varmeisostatisk pressing som beskrevet i US 4 210 269 benyttes.

Det sammensatte rør på figur 2 er konsentrisk. Dersom et eksentrisk rør ønskes benyttet, kan det utformes som vist på figur 3. Som vist med stiplede linjer, er det konsentriske rør fra starten utformet på en tilsvarende måte som det sammensatte rør på figur 2. Deretter maskineres røret for å fjerne det stiplede parti 20 fra det ytre legeme 18 slik at det ønskede eksentriske rør 14 gjenstår.

Etter at rørene 14 er utformet og om ønsket kontrollert, plasseres de i hvert sitt hull 12 i emnet 10. Rørene 14 diffu-sjonsbindes ved varmeisostatisk pressing eller loddes på plass. Den resulterende konstruksjon er vist på figur 4. Ved denne utførelse har en tatt utgangspunkt i at det er benyttet eksentrisk formede rør. Etter at rørene,14 er festet til skovlemnet 10, maskineres skovlemnet til den ønskede form. Som vist på figur 5, hvor detstiplede parti 22 representerer det materiale som er fjernnet ved maskinering, er anordningen av hullene 12 valgt for å sikre at det ytre legeme 18 i hvert rør faller sammen med emnets 10 ytre overflate 24.

Etter at skovlemnet 10 er maskinert, festes en ytre hud 26 til skovlemnets ytre overflate ved diffusjonsbinding med varmeisostatisk pressing eller lodding. Se figur 6. Huden 26 er utformet av et materiale som er bestandig mot oksydasjon og korrosjon forårsaket av fluidets gasser som passerer over skovlen under turbinens drift ved fastlagte temperaturer. Et mulig materiale er Inconel 617.

Ved den foretrukne utførelse, er huden 26 utformet av et par metalliske lag som er utformet ikke bare for å motstå erosjonen og korrosjonen forårsaket av gassene med høy tempe-ratur som passerer over skovlen, men også for å lede den ter-miske energi som treffer hudens 26 ytre overflate til det væskeformede kjølemiddel som strømmer gjennom de sammensatte rør 14. For å imøtekomme disse to krav, er huden 26 utformet av et indre lag 28 av et materiale med høy termisk ledningsevne som eksempelvis kobber og et ytre lag 30 som er laget av et korrosjonsfast materiale som eksempelvis Inconel 617.

Ved fremstilling av den sammensatte hud 26 er bindingen mellom lagene 28 og 30 kritisk. Likegyldig hvor bindingen i skillelinjen mellom disse lag ikke er perfekt, vil varme punkter utvikles under turbinens drift. Disse varme punkter vil resultere i beskadigelse av huden og svikt i skovlen. Av denne grunn bindes lagene 28, 30 fortrinnsvis sammen som to plane plater og deretter bindes disse til skovlemnet 10.

Selv om forskjellige gull-legeringer for loddingen vil være velegnet for sammenbinding av lagene 28, 30, er slike legeringer meget kostbare. Det er funnet at lodding av et lag med Inconel 617 og et lag med en kobberlegering kan benyttes med meget godt resultat ved bruk av en legering med 98% kobber og 3% silisium som loddelegering. Denne legering er ikke kostbar, har en høy smeltetemperatur og lavt flyte-punkt (970-1025°C) og en enda høyere annengangs smeltetemperatur. Videre flyter ikke den resulterende legering i særlig grad, slik at muligheten for gjenplugging av åpne passasjer under den siste loddeoperasjon minimeres. Alternativt kan som nevnt ovenfor, diffusjonsbinding ved varmeisostatisk pressing om ønsket benyttes.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en væskekjølt skovl for en gassturbin, karakterisert ved- å utforme flere hull med avstand fra hverandre i et overdimensjonert skovlemne, å feste et preformet, sammensatt rør for flytende kjølemiddel i hvert hull (12), idet røret på kjent måte har et indre legeme utformet av et korrosjonsfast materiale og et ytre legeme utformet av et materiale med stor varmeledningsevne, å maskinere skovlemnet til ønsket form, idet anordningen av hullene er slik at et parti av det ytre legeme av hvert sammensatt rør støter mot den ytre overflate av det maskinerte skovlemne etter maskineringen, og å feste en ytre hud på kjent måte til den ytre overflate av det maskinerte skovlemne og til det nevnte parti av hvert sammensatt rørs ytre legeme.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved å utforme de sammensatte rør (14) med en gjennomgående senteråpning og deretter maskinere for å fjerne en del av rør-ets ytre legeme for å frembringe et sammensatt rør med en gjennomgående eksentrisk åpning for derved å tillate fjerning av en del av det i skovlen innsatte rør med åpningen beliggende i det resterende rør.