NO330493B1 - Innretning for posisjonering av dyser i et statortrinn og for kjoling av rotorskiver i en gassturbin - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for posisjonering av dyser i et statortrinn og for kjøling av rotorskiver i gassturbiner.

Som kjent er gassturbiner maskiner som består av en kompressor og en tur-bin med én eller flere trinn som er forbundet til hverandre ved hjelp av en dreiende aksel og hvor brennkammeret befinner seg mellom kompressoren og turbinen.

For å trykksette kompressoren tilføres den luft fra utsiden.

Det er mulig å tilføre brennstoff i forbrenningskammeret som antennes ved hjelp av tilsvarende tennplugger for å frembringe forbrenningen som forårsaker en økning i temperatur og trykk og således gassens entalpi.

Deretter når gassen med høy temperatur og høyt trykk, via tilsvarende kanaler, de forskjellige trinn i turbinen som omformer gassens entalpi til mekanisk energi tilgjengelig for en bruker.

I to-trinnsturbiner blir gassen bearbeidet i turbinens første trinn ved temperatur og trykk som er ganske høy og gjennomgår en første ekspansjon der, mens den i det andre trinn i turbinen gjennomgår en andre ekspansjon ved temperatur- og trykk-forhold som er lavere enn i de foregående trinn.

Det er også kjent at for å oppnå best mulig ytelse fra en spesifikk gassturbin, må temperaturen i gassen være så høy som mulig. Imidlertid blir den maksimale temperatur som kan oppnås i turbinen begrenset av materialet som brukes.

For å forklare de tekniske problemer som løses ved oppfinnelsen, vil det nedenfor bli gitt en kort beskrivelse av systemet med statordyser og rotorskovler i de forskjellige trinn av gassturbinen ifølge kjent teknikk.

Dysen i det første trinn brukes for å tilføre en strøm av brente gasser under egnede forhold til innløpet til rotoren i første trinn og især å føre den på plassende inne i åpninger i rotorskovlene og således hindre strømmen i å møte direkte den dor-sale eller konvekse overflate og den ventrale eller konkave overflate av skovlene.

Serien med dyser for det annet trinn av en gassturbin består av et ringformet legeme som i sin tur kan deles inn i dysesegmenter som hvert generelt består av dyser som defineres eller er utformet av tre foiler med tilsvarende vingeformet profil.

Denne serien med dyser for det andre trinn er i form av en ring og er forbundet til utsiden av turbinhuset og på innsiden til en tilsvarende ringformet støtte.

I dette henseende må det bemerkes at et første problem med statorene består i at statorene utsettes høytrykksbelastninger som forårsakes av reduksjonen i trykk mellom innløpet og utløpet fra dysene.

I tillegg utsettes statorene for høye temperaturnivåer forårsaket av strømmen av varmegasser fra brennkammeret og fra det foregående trinn, samt av strømmen med kald luft som innføres i turbinen for å kjøle delene som utsettes for de største belastninger fra termiske og mekaniske synspunkter.

Et andre problem som især er kjent ved tidligere teknikk, er at det er vanske-lig å garantere optimal støtte og låsing av segmentene i det andre trinns dyse som motvirker kreftene som forsøker å forflytte dreiedysen.

I tillegg har konvensjonelle statorer støtte- og låsesystemer som ikke mulig-gjør lett demontering for eventuelt å utføre vedlikehold og utskiftning én eller flere slitte eller skadede statorfoiler.

Et annet problem består av at statoren utsettes vibrasjoner som overføres av statorskovlene under drift av maskinen.

Formålet med oppfinnelsen er således å tilveiebringe en innretning for posisjonering av dyser i et statortrinn og for kjøling av rotorskiver i gassturbiner som især er pålitelig, for å eliminere de ovennevnte problemer på en optimal måte.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning for posisjonering av dyser i et statortrinn og for kjøling av rotorskiver i gassturbiner, som har en enkel og kompakt oppbygning.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som er ri-melig og som består av et mindre antall deler.

Videre er det et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning for posisjonering av dyser i et statortrinn i gassturbiner som muliggjør en enkel monte-ring og demontering av statorskovler etter behov for å vedlikeholde og eventuelt skif-te ut sistnevnte.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som mu-liggjør optimal motstand mot vibrasjoner som påvirker statorskovlene under lavtrykk og således hindre disse vibrasjonene i å overføres til andre elementer i motoren.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som gjør det mulig å kompensere for termisk ekspansjon som segmentene i dysen utsettes for.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som er sik-ker, enkel og økonomisk.

Dette og andre formål oppnås ved en innretning for posisjonering av dyser i et statortrinn og for kjøling av rotorskiver i gassturbiner som kan anvendes på dysesegmenter som består av flere foiler idet hver av dysesegmentene er forbundet til toppen av en utvendig ring for å inneholde kjølig luft og anbringes ved bunnen av en innvendig ring som gjør det mulig å arrangere dysesegmentene perifert i forhold til gassturbinens akse, og som kjennetegnes ved at det for hver foil i nevnte dysesegment er tilveiebrakt minst ett rør som settes inn i en tilsvarende kanal i foilen og som setter området hvor kjøleluften sirkulerer i forbindelse med høytrykksskiven og lav-trykksskivene.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er den ytre ring med kjølig luft tilknyttet en mobil ring som kan gjøre det mulig å kompensere for den differensi-ale, termiske ekspansjon som oppstår mellom turbinhuset og den ytre ring.

Ifølge en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen har den indre ring an-ordninger for å motta pinner som brukes for å posisjonere dysesegmentene.

Ifølge en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen er det tilveiebrakt tilsvarende tetningsringer mellom pinnene og den nedre ende av foilene i dysesegmentet. I tillegg er høyre og venstre pinner montert slik at de får en radial klaring som er større enn klaringen for den midtre pinne.

Ifølge en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen har den indre ring kanaler som står i forbindelse henholdsvis med rørene og med første trinns skive og andre trinns skive.

I tillegg har pinnene hull for å muliggjøre kommunikasjon for å kjøle luften mellom rørene og innen den indre rings kanaler.

Endelig hindres, ifølge oppfinnelsen, uttrekning av pinner fra den innvendige ring ved hjelp av tilsvarende segmenter som settes inn i et perifert spor i den indre ring og er utformet slik at de er fremspring som brettes inn i huller i den nedre del av pinnene.

Endelig har den nedre ring en på innsiden en cellestruktur mellom tetnings-tennene på rotoren, som tilhører høytrykkstrinnet.

Andre egenskaper ved oppfinnelsen defineres i de vedlagte krav.

Andre formål og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå etter gjennomgang av den følgende beskrivelse og de vedlagte tegninger som angår et ikke-begrensende eksempel, og hvor: Fig. 1 viser et riss i snitt av den midtre del av et segment av statorfoiler for at disse i det andre trinn i gassturbiner som innretningen for posisjonering og avkjøling er festet til ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser et tverrsnitt delvis i snitt av et segment av statorfoiler som tilhører en statordyse og som viser posisjoneringssystemet som helhet.

Under særlig henvisning til de ovennevnte figurer, har innretningen for posisjonering og avkjøling av dyser i et statortrinn i gassturbiner blitt benevnt ved nummer 10.

Som kjent består rekken av dyser for det andre trinn i en gassturbin av et ringformet legeme som i sin tur kan deles inn i dysesegmenter benevnt som helhet av referansenummer 40 på fig. 2.

Ifølge en mulig utførelse av oppfinnelsen, som er beskrevet ved hjelp av et eksempel, men som ikke begrenser dets bruk, av det ringformede legeme seksten dysesegmentet. Imidlertid er det er mulig å anvende nærværende patentbeskrivelse og-så på ringformede legemer som har et annet antall dysesegmenter.

Hvert segment består av dyser som defineres eller bestemmes av tre foiler 11, 38 og 39 som har en passende vingformet profil.

Hvert dysesegment 40 er forbundet til turbinhuset 14 ved hjelp av en slisse 60, som har et hull for en pinne 61.

Hvert dysesegment 40 er forbundet øverst til en utvendig ring 12 som virker som en beholder for kjøleluft og er anbrakt i bunnen av en indre ring 23 som gjør det mulig å arrange dysesegmentene 40 perifert i forhold gassturbinens akse.

I tillegg har hver disse segmentene 40 et fremspring 36, som griper et tilsvarende spor i turbinhuset 14 og en kant 35 som griper den motsatte side av turbinhuset 14.

Mellom den indre ring 23 og det første trinns skive 37 og det andre trinns skive 55 av gassturbinen, er det anordnet rom som respektivt er benevnt ved nummer 56 og 24 på fig. 1, også gjøre det mulig å sirkulere kjølig luft.

Denne kjøleluft tas fra rommet 61 hvor det er ved et trykk Pl og sendes i ret-ningen vist ved pilene Fl og F2 inn i rommene 56 og 24 vurdert på rør 17 og 18 som er satt inn i tilsvarende kanaler, som for eksempel kanalen 32 vist på fig. 1, som finnes inne i foilene 11, 38 og 39, og som vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

Det bør bemerkes bl.a. at den utvendig ring 12 gjør det mulig å isolere rommet 16 fra rommet 15 i dysesegmentet 40 og således kunne levere til alle rørene i alle foilene 11, 38 og 39 som tilhører alle segmentene 40, ved hjelp av et redusert antall kjølelufthuller i turbinhuset 14.

Ved dysesegmentene 40 har gassene en temperatur som er høyere enn temperaturen i luften i rommet 16 og derfor gjør den ytre ringen 12 det også mulig å be-grense uønsket oppvarming av luften i rommet 16.

Under henvisning til fig. 1, er den høyre ende av den ytre ring 12 i tett berø-ring med turbinhusets 14 overflate for å garantere denne tetning.

I tillegg er den ytre ring 12 med kjøleluften tilknyttet en mobil ring 19 for også å ta hensyn til temperaturforskjellene, noe som gjør det mulig å kompensere for de forskjellige termiske ekspansjoner mellom turbinhuset 14 og selve den ytre ring 12.

Rørene 17 og 18 setter derfor området 16, hvor kjøleluften sirkulerer, i forbindelse med høytrykksskiven 37 og lavtrykksskiven 55.

Under henvisning til fig. 1 vil det fremgå at for å få forbedre sirkuleringen av kjøleluft, har den ytre ring 12 en ringformet beholder 45 som samvirker med bøs-singer 13, for å romme enden av røret 17 på den side som turbinhuset 14 er anbrakt.

På den motsatte ende av dysesegmentene 40, har den indre ring 23 holdere for pinner 25,41 og 42 som gjør det mulig å posisjonere dysesegmentene 40.

Især og under henvisning til fig. 1 alene, rommer pinnene 25 den avsluttende ende av røret 17 alene inne i en fordypning 29.

Et liknende system brukes for å romme den avsluttende ende av rørene som står i forbindelse med foilene 38 og 39, ved hjelp av tilsvarende pinner 41 og 42.

I dette henseende vil det fremgå av tetningsringene 30, 43 og 44 er tilveiebrakt mellom pinnene 25, 41 og 42, og de nedre ender 33, 49 og 50 av foilene 11,38 og 39.

Under henvisning til fig. 1, vil det fremgå at den indre ring 23 har et perifert fremspring 33 som hviler mot en endedel 34 av dysesegmentet 40, anbrakt mellom sistnevnte og pinnen 25.

En viktig egenskap for oppfinnelsen består i at den høyre 41 og venstre 42 tetningspinne er montert med større radialt klaring enn den midtre pinne 25.

Dette er viktig siden det gjør det mulig å kompensere for dysesegmentets 40 ekspansjon i forhold til den indre ring 23.

Når det gjelder transport av kjøleluft, vil det fremgå at den indre ring 23 har en kanal 20 som står i forbindelse med røret 17. En liknende kanal står i forbindelse med røret 18, slik at kjøleluften når henholdsvis førstetrinnsskive 37 og andretrinns-skive 55.

I dette henseende har pinnen 25 et hull 28 som setter røret 79 i forbindelse med kanalen 20.

Et liknende system brukes for å muliggjøre kommunikasjon av kjøleluft av de andre rørene som står i forbindelse med foilene 38 og 39.

Uttrekning av tappene 25 fra den indre ring 23 hindres av segmenter 59 som settes inn i et perifert spor 52 i den indre ring 23.

Segmentene 59 er utformet med fremspring 53 som er brettet inne i hull 27 i bunnen av pinnen 25.

Endelig har den indre ring 23 en cellestruktur 22 i kombinasjon med tetningstenner 45 på skiven 37 i høytrykkstrinnet.

Når gassturbinen fungerer blir strømmen av gass med høy temperatur avbrutt av dysesegmentene 40 og sendt av sistnevnte til det andre trinns rotorskovler.

Imidlertid har kjøleluften som finnes i rommet 16 sin temperatur isolert fra de varmere gassene og blir sendt ved hjelp av rørene og pinnene nedenfor i kanalene som bringer den til berøring med høytrykksskiven 37 og lavtrykksskiven 55.

Termisk ekspansjon av dysesegmentene 40 kompenseres for ved økt klaring fra sidetappene.

Ovennevnte beskrivelse viser innretningens egenskaper og fordeler for posisjonering og avkjøling av dyser i et statortrinn i gassturbiner ifølge oppfinnelsen.

Det vil fremgå at mange variasjoner kan utføres i innretningen for posisjonering og kjøling av dyser i et statortrinn i gassturbiner ifølge oppfinnelsen, uten at prinsippene til nyhet fravikes.

Endelig vil det fremgå at andre materialer, utforminger og dimensjoner av de viste delene kan brukes etter behov ved den praktiske utførelse av oppfinnelsen og kan erstattes av andre som er teknisk likeverdige.

Claims (13)

1. Innretning for posisjonering av dyser i et statortrinn og for avkjøling av rotorskiver i gassturbiner for anvendelse på dysesegmenter (40) som består av flere foiler (11, 38,39), hvor hver av dysesegmentene (40) er forbundet øverst til en ytre ring (12) som inneholder kjølig luft, og er anbrakt i bunnen av en indre ring (23) som gjør det mulig å arrangere dysesegmentene perifert i forhold til gassturbinens akse,karakterisert vedat det for hver foil (11, 38, 39) i dysesegmentet (40) er tilveiebrakt minst et rør (17) som er satt inn i en tilsvarende kanal (32) inne i foilene (11, 38, 39) som setter et område (16), hvor den kjølige luft sirkulerer, i forbindelse med høytrykksskiven (37) og lavtrykksskiven (55).

2. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 1,karakterisert vedat den nevnte ytre ring (12) som inneholder kjølig luft står i forbindelse med en mobil ring (19) som gjør det mulig å kompensere for de forskjellige termiske ekspansjoner som oppstår mellom turbinhuset (14) og den ytre ring (12).

3. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 1,karakterisert vedat den ytre ring (12) har ringformede beholderlegemer (45) som samvirker med bøssinger (13) for å oppta endene som finnes på turbinhusets (14) side av rørene (17,18).

4. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 1,karakterisert vedat hver av de nevnte dysesegmentene (40) har et fremspring (36) som griper inn i et tilsvarende i spor turbinhuset (14), og en kant (35) som er i kontakt med den motstående side av turbinhuset (14).

5. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 1,karakterisert vedat den indre ring (23) har holdere for pinnene (25, 41, 42), hvor pinnene (25, 41, 42) brukes for å posisjonere disse dysesegmentene (40).

6. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 5,karakterisert vedat pinnene (25, 41, 42) rommer den avsluttende ende av transportrørene (17, 18) for kjølig luft inne i en fordypning (29).

7. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 5,karakterisert vedat tetningsringene (30,43, 44) er anbrakt mellom pinnene (25, 41, 42) og den nedre ende (33, 49, 50) av foilene (11, 38, 39).

8. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 7,karakterisert vedat både den høyre tetningspinne (41) og den venstre tetningspinne (42) er montert slik at de har en radial klaring som er større enn for den midtre pinne (25).

9. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 7,karakterisert vedat den indre ring (23) har et perifert fremspring (33) som hviler mot endedelen (34) av dysesegmentet (40) som er anbrakt mellom sistnevnte og pinnen (25).

10. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 1,karakterisert vedat den indre ring (23) har kanaler (20) som står i forbindelse med henholdsvis rørene (17, 18) og det første trinns skive (37) og det andre trinns skive (55).

11. Innretning for posisjonering og avkjøling ifølge krav 7,karakterisert vedat pinnene (25, 41, 42) har flere hull (28) slik at rørene (17, 18) kan stå i forbindelse med kanalene (20)

12. Innretning for posisjonering og avkjøling av dyser ifølge krav 7,karakterisert vedat uttrekning av pinnene (25, 41, 42) fra den indre ring (23) hindres av segmenter (59) satt inn i et perifert spor (52) i den indre ring (23) som er utformet slik at den har fremspring (53) som er brettet inne i hull (27) i bunnen av pinnene (25,41,42).

13. Innretning for posisjonering og avkjøling av dyser ifølge krav 7,karakterisert vedat den indre ring (23) har innvendig en cellestruktur (22) i kombinasjon med tetningstenner (45) som tilhører skiven (37) i høytrykkstrinnet.