NO152951B

NO152951B - Kjoelesystem for gassturbin

Info

Publication number: NO152951B
Application number: NO801620A
Authority: NO
Inventors: Clayton Merrill Grondahl; Malcolm Reed Germain
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1979-06-01
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1985-09-09
Also published as: NO152951C; DE3020401A1; FR2457966A1; US4242045A; JPS6237202B2; JPS569606A; GB2051254B; GB2051254A; IT1130681B; IT8022391A0; NL8003033A; NO801620L; FR2457966B1; CA1128868A

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et kjølesystem for gassturbin ifølge kravenes innledning.

Ved kjølesystem av denne type, gjennomføre kjøling ved overføring av en kjølende væske, vanligvis vann, gjennom et stort antall kjølekanaler utformet nær overflaten av skovlens aerofoil. Væsken kommer vanligvis fra et sted nær skovlens rot og strømmer av sentrifugalkraften utad mot aerofoilens topp som et resultat av turbinskovlens høye rotasjonshastighet.

På grunn av de ekstreme høye temperaturer som virker på aeorofoilen, befinner en vesentlig del av kjøle-væsken i kjølekanalene seg i damptilstand. Det er ønsket at denne damp kun strømmer i motstrømsretning (dvs. mot fluidets strømningsretning i væskeformet tilstand) for derved å hindre returstrømning og opptak av forbrennings-produkter i kjølepassasjene fra gassbanen, noe som vil for-årsake korrosjonsproblemer. En lås i denne bane isolerer også trykket ved røråpningen fra vannfordelerne. Trykket i rørene varierer så mye som 138 MPa fra aerofoilens for-kant til dens bakkant. Dersom det ikke var innsatt lås, ville denne trykkdifferanse påvirke den jevne fordeling av vann til de forskjellige rør ugunstig. Som et resultat av dette er det ofte ønsket å anordne en væskelås som tillater passasje av væskeformet, men ikke gassformet kjøle-middel til tilførselskanalene som fører kjølemiddel til kjølekanalene.

Får å imøtekomme dette, benyttes i US 3 844 679

en S-formet væskelås som omfatter et par tilstøtende U-formede bend i hver tilførselskanal som tilfører kjøle-middel 'til kjølekanalene. Mens disse bend danner en effektiv væskelås, krever hver U-formet bend i S-låsen en minimums-bendradius på tilnærmet to ganger rørdiameteren. Som et resultat av dette, forflyttes det doble bend i hver S-lås låsens uttak fra dens tilførsel med tilnærmet åtte rørdiametre. Plassbegrensningene på skovlene utelukker tetning av flere tilførselskanaler med denne teknikk.

Det primære mål for den foreliggende oppfinnelse er å imøtekomme den nevnte ulempe ved å anordne en mer kompakt lås som kan innsettes i tilførselskanalen til hver kjølekanal. Med dette mål for øye omfatter væskelåsen ifølge den foreliggende oppfinnelse en ringformet utsparing i hver skovl og' en sylindrisk innsats i utsparingen, idet den sylindriske innsats har flere aksiale spor langs sin ytre periferi og en sentral utsparing utformet i dens ene ende, hvor de aksiale spor og den sentrale utsparing samvirker med den ringformede utsparing for å danne flere S-formede væskelåser som tillater passasje av væskeformet kjølemiddel, men hindrer passasje av gassformet kjøle-middel.

På tegningen viser fig. 1 ét perspektivriss i utsnitt av kjølingssystemet ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et sideriss av den relative anordning av flere turbinskovler i en gassturbin av den type som kan kjøles med kjølesystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse, fig. 3 viser et riss fra oversiden av turbinskovlen på fig. 1, fig. 4 viser et sideriss av turbinskovlen på fig. 1, fig. 5 viser et forstørret snitt av partiet A av skovlen på fig. 4, fig. 6 viser et perspektivriss av en innsats som danner del av låsen ifølge den foreliggende oppfinnelse, fig. 7 viser et forstørret snitt av låsen ifølge den foreliggende oppfinnelse og fig. 8 viser et forstørret snitt av en modifikasjon av låsen på fig. 7.

Fig. 1 viser turbinskovl 10 som er oppbygget ifølge den foreliggende oppfinnelse. Skovlen 10 omfatter et rotparti 12, et skaftparti 14, et platåparti 16 og en aerofoil 18. Rotpartiet 12 er innlagt i en turbinrotor-skive 20 som er montert på en aksel (ikke vist) som roterbart er opplagret i et hus (ikke vist). Slik det vil forstås av fagfolk, omfatter den aktuelle turbin flere skovler 10 som er anordnet rundt hele rotorskivens 20 periferi. Den relative anordning av flere skovler 10, er vist på fig. 2.

Som nevnt ovenfor, er den foreliggende oppfinnelse rettet mot en forbedret væskelås for bruk i gassturbin-skovler av den vanlige type vist på fig. 1. Det skal imidlertid bemerkes at væskelåsen ifølge den foreliggende oppfinnelse kan benyttes i forbindelse med flere skovl- konstruksjoner og ikke er begrenset til bruk med den spes-ielle skovlkonstruksjon som er vist. Eksempelvis kan væskelåsen ifølge den foreliggende oppfinnelse benyttes i forbindelse med skovlkonstruksjonen ifølge US 3 844 679, hvor det benyttes i det vesentlige aksialt rettede kjøle-kanaler istedet for de radialt rettede kjølekanaler som er vist på fig. 1.

Kjølesystem ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter et kjølemiddelmunnstykke 22 som tilfører kjøle-væske til turbinsystemet, en kjølemiddelsamlekanal 24 som fordeler kjølemidlet til respektive kjølemiddelreservoarer 26 (fig. 2) anordnet i rotorskiven 20 mellom svalehale-spor 28 som mottar roten. Hvert kjølemiddelreservoar 26 står i forbindelse med flere tilførselskanaler 30 for kjølemiddel som er utformet i skaftpartiet 14 i en tilsvarende skovl 10, som fordeler kjølemiddel mellom platåets 16 overflate og aerofoilen 18 via flere kjølemiddelkanaler 32 som er utformet langs aerofoilens 18 ytre periferi.

Samlekanalen 24 for kjølemiddel er utformet i en 360° ring 34 som fortrinnsvis er koblet til rotorskiven 20 med flere festeanordninger 36. Anordninen av ringen 24 er valgt for å sikre at hver gjennomføring 38 er anordnet overfor et tilhørende kjølemiddelreservoar 26. Gjennom-føringene 38 er fortrinnsvis fordelt jevnt over kanalen 24 for å sikre ensartet kjølemiddelstrømning inn i hvert reservoar 26. På denne måte vil en ensartet mengde kjøle-middel tilføres hver skovl 10. Som tydelig vist på fig. 1, er en separat ring 34 anordnet på hver side av skovlen 10, idet hver ring har en tilstøtende åpning ved hvert reservoar 26. Alternativt kan om ønsket et tilførselssystem for vann gjennom boringer, benyttes slik det er beskrevet i US patentsøknad 842 407, 1977.

Hver tilførselkanal 30 for kjølemiddel er forbundet med en tilsvarende kjølemiddelkanal 32 og tilfører kjøle-væske til dens respektive kanal fra reservoaret 26. En væskelås 40 er utformet i hver tilførselskanal 30 for kjølemiddel, fortrinnsvis ved skillelinjen mellom kanalene 30 og reservoaret 26. Konstruksjonen av væskelåsene 40 er best vist på fig. 5-7 og beskrives nedenfor detaljert. Det er her tilstrekkelig å merke seg at formålet med hver lås 40 er å tillate gjennomstrømning av kjølemiddel fra reservoaret 26 til kjølekanalene 32, men å hindre gjennomstrøm-ning av kjølemiddeldamp fra kjølemiddelkanalen 32 til reservoaret 26.

Som best vist på fig. 3, strekker kjølekanalene 32 seg fra tilførselskanalene 30 for kjølemiddel tvers over platået 16 og inn i aeorfoilens 18 ytre periferi. Ved den viste utførelse er kjølekanalene 32 utformet i matrisen 42 av kobberlegering som er tett anliggende rundt kjøle-kanalene 32 i aerofoilen 18, og tjener til å kjøle aerofoilens ytre hud 44. Som best vist på fig. 1, ender kjøle-kanalene 32 i en manifold 46 som adskiller damp og vann ved hjelp av sentrifugalkraften, slik at vannet slynges ut fra skovlen gjennom et øvre skjermmunnstykke 47. Dampen resirkuleres som vist til skovlens skaftparti gjennom passasjer 48.

Væskelåsens 40 detaljerte konstruksjon beskrives

i henhold til figurene 5 og 6. Som best vist på fig. 5, har hver væskelås 40 en sylindrisk innsats 50 som er inn-* satt i en ringformet utsparing eller hulrom 52 som er utformet koaksialt med dets respektive kanal 30 for tilførsel av kjølemiddel. Innsatsens 50 ytre diameter er tilnærmet lik hulrommets 52 indre diameter og er mekanisk festet i den viste stilling ved hensiktsmessige anordninger, eksempelvis plugging. Som vist på fig. 6, har den sylindriske innsats 50 flere aksiale spor 54 utformet i sin ytre periferi og en midtre utsparing 56 utformet i innsatsens øvre del. Det aksiale spor 54 og senterutsparingen 56 samvirker med det ringformede fremspring 58 som er utformet i det ringformede hulrom 50 for å danne et antall S-formede baner for kjølevæske som passerer fra reservoaret 26 til den respektive kanal 30 for tilførsel av kjølemiddel, som vist med piler på fig. 5. Denne konstruksjon representerer en forbedring av de kjente væskelåser ifølge US 3 844 679, da inntaksåpningene (sporene 54) kan være relativt nær uttaksåpningene (kanalene.30 for tilførsel av kjølemiddel)

i væskelåsen 40. Som et resultat av dette kan et større antall væskelås være anordnet i en enkelt skovl og hver kanal 30 for tilførsel av kjølemiddel kan ha sin egen tetning.

Væskelåsens 40 virkemåte forstås best i forbindelse med fig. 7. Når damptrykkene over (dvs. i tilførselkanalen 30) og under (dvs. i reservoaret 26) væskelåsen 40 er like, vil vannivået i passasjen 60 befinne seg på et nivå som tilsvarer det aksiale fremsprings 58 bunnparti 62. Når trykket i tilførselskanalen 30 stiger over trykket i reservoaret 26, stiger vannivået med en avstand H (f.eks. til det nivå som er vist med stiplet linje 64), som er tilstrekkelig til å motvirke trykkforskjellen. Dette resulterer i at fordampet kjølemiddel i kanalen 30 ikke vil kunne trenge inn i reservoaret 26.

Ved den foregående utførelse var kanalene 30 for tilførsel av kjølemiddel utformet direkte i skovlens 10 skaftparti 14. I noen tilfelle kan det være fordelaktig å benytte individuelle rør som befinner seg i utsparingen som er utformet i skaftpartiets 14 sider, men som er adskilte fra denne. En slik utførelse er vist på fig. 8. Som vist er en ende av den enkelte tilførselskanal 30 anordnet i en utsparing 66 som er utformet i skaftpartiet 14 og står i forbindelse med en passasje 68 i skaftpartiet 14 og som er åpen inn mot det ringformede hulrom 52. Alternativt kan utsparingen 66 strekke seg hele veien inn til det ringformede hulrom 52 og kanalen 30 for tilførsel av kjølemiddel kan strekke seg tilsvarende. I begge tilfelle vil en tilsvarende utsparing være utformet i skaftpartiet 14 nær platåpartiet 16 for på denne måte å tillate at den motsatte ende av kanalen 30 står i forbindelse med dens tilhørende kjølekanal 24.

Claims

1 . Kjølesystem for gassturbin med på en aksel montert turbinskive (20) som roterbart er lagret i et hus, flere turbinskovler (10) som rager radialt utad fra skiven, idet hver skovl (10) har et rotparti (12) montert i skiven, et skaftparti (14) som rager radialt utad fra rotpartiet til et platåparti (16) hvorfra en aerofoil (18) rager radialt utad, idet kjølesystemet videre omfatter flere kjølekanaler (32) i hver skovls aerofoil for fordeling av kjølemiddel i aerofoilen (18) samt tilførselsanordninger med væskelåser for kjølevaeske til hver kjølekanal, KARAKTERISERT VED at hver væskelås (40) har en ringformet utsparing (52) i skovlen og en sylindrisk innsats (50) anordnet i utsparingen idet den sylindriske innsats har flere aksiale spor (54) langs sin ytre periferi og en sentral utsparing (56) utformet i dens ene ende, hvor de aksiale spor (54) og den sentrale utsparing (56) samvirker med den ringformede utsparing (52) for å danne flere S-formede væskelåser som tillater passasje av væskeformet kjølemiddel, men hindrer passasje av gassformet kjølemiddel.

2. Kjølesystem ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at hver tilførselsanordning for kjølemiddel til kjølekanalene (32) har flere tilførselskanaler (30) i hver skovl, idet hver tilførselkanal er innrettet til å lede kjølemiddel til en kjølekanal (32).

3. Kjølesystem ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at væskelåsene (40) og tilførselskanalene (30) foreligger i samme antall og at hver væskelås er forbundet med en kjøle-kanal og derved er tilknyttet en skovl (10).

4. Kjølesystem ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at den ringformede utsparing (52) i hver væskelås (40) er utformet i den skovl væskelåsen samvirker med.

5. Kjølesystem ifølge krav 1, 3 eller 4, KARAKTERISERT VED at den ringformede utsparing (52) har et i det vesentlige sylindrisk parti og et ringformet parti med en midtre fremspring (58) som strekker seg inn i det sylindriske parti, idet fremspringet strekker seg inn i utsparingen (56) i den sylindriske innsats (50).

6. Kjølesystem ifølge krav 4-5, KARAKTERISERT VED at hver tilførselskanal (30) er anordnet koaksialt til den ringformede utsparing (52) i vedkommende væskelås.

7. Kjølesystem ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at tilførselsanordningen for kjølemiddel omfatter flere reservoarer (26) for kjølemiddel utformet i turbinskiven (20), idet væskelåsene (40) er anordnet ved skillelinjen mellom dens samvirkende tilførselkanal og et reservoar (26).