NO330517B1 - Stotte og laseinnretning for dyser i et hoytrykkstrinn i gassturbiner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en støtte- og låseinnretning for dyser i et høytrykkstrinn for gassturbiner.

Som kjent er gassturbiner maskiner som består av en kompressor og en tur-bin med ett 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 det en luft fra utsiden.

Trykkluften passerer gjennom en rekke forblandekammere som avsluttes i en sam-menløpende del, vanligvis kjent som dekselet, og hvor en injektor tilfører brennstoff som blandes med luft for å frembringe en luftbrennstoffblanding for antennelse.

For å få bedre forbrenningsegenskapene er det generelt tilveiebrakt et ele-ment som avbryter luftstrømmen fra kompressoren og som har en kompleks form som består av to rekker med skovler innrettet i motsatte retninger og som alle er konstruert for å frembringe turbulens i luftbrennstoffblandingen.

Brennstoffet som føres inn i brennkammeret og som antennes ved hjelp av tilsvarende tennplugger for å frembringe forbrenningen vil forårsake en økning i temperaturen og trykket og således gassens entalpi.

Samtidig tilfører kompressoren trykkluft som blir ført både gjennom brenne-re og gjennom brennkammerets foringer, slik at trykkluften kan hjelpe på forbrenningen.

Følgelig vil gassen med høy temperatur og høyt trykk, via tilsvarende kanaler, nå de forskjellige trinn i turbinen som omdanner gassenes entalpi til mekanisk energi tilgjengelig for en bruker.

I totrinnsturbiner blir gassen bearbeidet i det første trinn i turbinen, og temperaturen og trykket kan bli ganske høyt og vil gjennomgå den første ekspansjonen der, mens gassen i det andre trinn i turbinen gjennomgår en andre ekspansjon, ved temperatur- og trykkforhold som er lavere enn i det foregående trinn.

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

For å klargjøre de tekniske problemer som løses i forbindelse med oppfinnelsen, vil det bli gitt en kort beskrivelse nedenfor av en stator i et høytrykkstrinn til en gassturbin ifølge kjent teknikk.

Nedstrøms i forhold til brennkammeret har turbinen en høytrykksstator og rotor, og hvor stator brukes for å tilføre strøm av brent gass under passende forhold til rotorens innløp og især rette den på egnet måte til åpninger i rotorbladene og hindre strømmen fra å møte denne dorsale eller konvekse overflate og den ventrale eller konkave overflate av skovlene.

Statoren består av en rekke statorskovler, hvor det mellom hvert par av disse er tilveiebrakt en tilsvarende dyse.

Gruppen av statorskovler er i form av en ring og er forbundet utvendig til turbinhuset og innvendig til en tilsvarende støtter.

I denne henseende må det bemerkes at et første teknisk problem i statorene, og især i høytrykkstrinnene, forårsaket av at statorene utsettes for høytrykksbelast-ninger på grunn av reduksjon i fluidtrykket som utvider seg i statoråpningene.

I tillegg utsettes statoren for høye temperaturnivåer på grunn av at strømmen med varme gasser fra brennkammeret og på grunn av strømmen av kald luft som inn-føres i turbinen for å avkjøle delene som utsettes for størst belastning fra et termisk synspunkt.

På grunn av disses høye temperaturene må statorskovlene som brukes i høy-trykkstrinnet i turbinene avkjøles og for dette formål har de en overflate som passende er forsynt med hull for kanaler som muliggjør sirkulasjon av luft inne i selve sta-torskovlen.

En annet problem med kjent teknikk består i å kunne garantere optimal støtte og låsing av statorskovlene, især i høytrykkstrinnet.

I tillegg har konvensjonelle statorer støtte- og låsesystemer som ikke mulig-gjør lett demontering når dette kreves for å utføre vedlikehold og utskifting av en eller flere statorskovler som blir slitt eller skadet.

Et annet problem består i at statorene utsettes for vibrasjoner som overføres av statorskovlene når maskinen går.

Imidlertid må statorskovlene ha små dimensjoner, siden høytrykksgassene har en svært tetthet. Dette innestøtter at på ? tverrsnitt i det første trinn må være ve-sentlig mindre enn tverrsnittene i passasjene i etterfølgende trinn når gassen har blitt utsatt for den innledende ekspansjon.

Formålet med oppfinnelsen er således å tilveiebringe en støtte- og låseinnretning for dyser i høytrykkstrinnet i gassturbiner som er særlig pålitelig.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som har en enkel og kompakt konstruksjon.

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 å tilveiebringe en støtte- og låseinnretning for dyser i et høytrykkstrinn i gassturbiner som gjør det mulig å montere og demontere statorskovler etter behov for å utføre vedlikehold og eventuell utskifting av sistnevnte.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning som mu-liggjør optimal avstand til vibrasjoner som påvirker statorskovlene og å hindre at disse vibrasjoner blir overført til andre elementer av motoren.

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

Disse formål og andre oppnås ved hjelp av en støtte- og låseinnretning for dyser i et høytrykkstrinn i gassturbiner som omfatter flere grupper statorskovler som er forbundet til flere utvendige tetningsplater for tilkopling av disse gruppene til den ytre foring av brennkammeret og tilknyttes flere innvendige tetningsplater for tilkopling til den innvendige foring av brennkammeret,karakterisert vedat hver de nevnte gruppene med statorskovler blir låst til en innvendig ring, som har en første rekke med utvendige hull for å forsterke denne låsing og en andre serie med innvendige gjennomgående hull som er tilveiebrakt i den indre utvidelse av ringen og som brukes for å feste selve ringen til gassturbinens konstruksjon.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen har hver av gruppene med statorskovler utvendige slisser som griper inn i de utvendige tetningsplater og innvendige slisser som griper inn i de innvendige tetningsplater.

I tillegg er hver av gruppene med statorskovler forbundet via utvendige slisser til de utvendige tetningsplater ved hjelp av en første gruppe pinner og via de innvendige slisser til de innvendige tetningsplater ved hjelp av en andre gruppe pinner.

Ifølge en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen har en perifer del av ringen et perifert spor som står i forbindelse med de gjennomgående hull som i sin tur står overfor tilsvarende blindhull.

Ifølge en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen har gruppene med statorskovler på deres innvendige plater som er forsynt med hull, idet disse platene settes inn i det perifere spor, slik at hullene står i forbindelse med gjennomgående hull for å forsterke låsingen av statorskovelgruppene til ringen ved hjelp av pinner.

Ifølge enda en utførelse av oppfinnelsen har hver av gruppene med statorskovler fremspring som hviler mot gassturbinens legeme.

Ifølge enda en utførelse av oppfinnelsen har ringen en kanal som står i forbindelse mellom utsiden av brennkammeret og nedstrømsdelen av gruppene med statorskovler som åpner til den fremre del av ringen, og som har en første del og en andre del som har en diameter som er mindre enn den første del, og hvor første og andre del er forbundet til hverandre ved hjelp av en annen delvis konisk del.

I tillegg åpner kanalen i den bakre del av ringen mot det plateliknende ele-ment til en endelig, delvis konisk del.

Andre egenskaper ved oppfinnelsen er definert i kravene som er vedlagt oppfinnelsen.

Andre formål og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå etter gjennomgåelse av den følgende beskrivelse og vedlagte tegninger som er tilveiebrakt ved hjelp av et ikke-begrensende, forklarende eksempel, og hvor fig. 1 viser et frontriss av en del av en gruppe med statorskovler låst ved hjelp av en innretning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et riss bakfra fra en del av gruppen med statorskovler vist på fig. 1, fig 3 viser et riss ifølge tverrsnittet langs linjen III-III på fig. 2, fig. 4 viser et riss ifølge snittet langs linjen VI-VI på fig. 2, fig. 5 viser et riss i snitt ifølge linjen V-V på fig. 1, fig. 6 viser et riss bakfra av gruppen med statorskovler, fig. 7 viser et riss forfra av en låse-og støttering ifølge innretningen ifølge oppfinnelsen, fig. 8 viser et riss ifølge snittet langs linjen VIII-VIII på fig. 7, og fig. 9 viser et riss ifølge snittet langs linjen IX-IX på fig. 7.

Især under henvisning til figurene, er støtte- og låseinnretningen for dyser i et høytrykkstrinn i gassturbiner ifølge oppfinnelsen benevnt ved nr. 10.

Innretningen 10 består av flere grupper 12 av statorskovler 13 som hver er forbundet via en utvendig retningsplate 11 til den utvendige foring av brønnkamme-ret i gassturbinen (ikke vist for tydelighets skyld) som alle er konstruert for å sikre, ved hjelp av sin kontakt, at varme gasser frembrakt i brønnkammeret strømmer i sin helhet gjennom statorskovlene.

Hver gruppe 12 av statorskovlene 13 er også forbundet til en innvendig tetningsplate 41 for tilkopling til den innvendige foring av gassforbrenningskammeret (ikke vist for tydelighets skyld).

Den innvendige tetningsplate 41 fungerer på en måte som ligner den utvendige tetningsplate 11.

Således støttes gruppene 12 med statorskovler 13 langs en ringformet profil som avgjør tverrsnittet for passasjen av gassene og som er inneholdt mellom de utvendige tetningsplater 11 og de innvendige tetningsplater 41.

I detalj består hver gruppe 12 av et par statorskovler 13 som ved hjelp av sine resiprokale posisjoner utgjør dyser 15 for passasje av gass. I tillegg har statorskovlene 13 på sin utside flere avkjølingshull som står i forbindelse med innvendige kjøle-kanaler.

Gruppen 12 av statorskovler 13 er inneholdt mellom en utvendig, buet profil 22 og en innvendig, buet profil 23, og hver av skovlene 13 har en tilsvarende vinge-formet profil.

Hver gruppe 12 av statorskovler har utvendige slisser 16 som griper inn i tet-ningsplatene 11 og innvendige slisser 17 som griper inn i innvendige tetningsplater 41.

For å forsterke tilkopling av gruppene 12, brukes pinner 18 for de utvendige slisser 16 og pinner 19 for de innvendige 17, som det f.eks. fremgår av fig. 4-5.

Denne tilkopling forbedres også ved hjelp av fjærer 20 for pinnene 18 og fjæ-rene 21 for pinnene 19.

Gruppene 12 av statorskovler 13 låses til innsiden ved hjelp av en ring 14 som vist på fig. 7, og har en første, utvendig rekke hull 29 og en andre, innvendig rekke hull 28.

De gjennomgående hull 28 som befinner seg på en innvendig utvidelse 34 av ringen 14 brukes for å feste selve ringen 14 til gassturbinens konstruksjon.

Det vil fremgå at den perifere del av ringen 14 har et perifert spor 30 som står i forbindelse med de gjennomgående hull 29 som i sin tur står overfor tilsvarende blindhull 31.

Gruppene 12 av statorskovler 13 har på sin innside en rekke plater 43 som i sin tur er forsynt med hull 33 og som er satt inn i det perifere spor 30, slik at hullene 33 står i forbindelse med de gjennomgående hull 29.

Gruppene 12 av statorskovler 13 låses til ringen 14 ved hjelp av pinner 50 som er ført gjennom hullene 29 og hullene 33.

Det er også tilveiebrakt en perifer fordypning 36 i forbindelse med ringens 14 leppe, som står i forbindelse ved sine egne ender med pinnene 50 satt inn i de forskjellige hull 33 og 29.

En annen egenskap for oppfinnelsen består i at hver av gruppene 12 av statorskovler 13 har fremspring som hviler mot gassturbinens legeme.

Ringen 14 har en kanal 26 for forbindelse mellom utsiden av brønnkammeret og delen nedstrøms i forhold til gruppen 12 av statorskovler, som åpner til den fremre del av ringen 14, og som har en første del 26a og en andre del 26b med en diameter som er mindre enn delen 26a, mens de to delene 26a og 26b er forbundet til hverandre ved hjelp av en annen, delvis konisk del 26c.

I den bakre del av ringen 14 åpner kanalen 26 seg mot det platelikende ele-ment 36, med en endelig, delvis konisk del 26.

Når gassturbinen er i drift vil strømmen av gass med høy temperatur forsøke å skyve gruppen 12 av statorskovler 13 i en aksial retning mot rotorbladenes område.

Imidlertid vil et beskrevne låsesystem og især fremspringene 42, når de hviler mot gassturbinens legeme, forsøke å holde gruppen 12 i stilling.

I tillegg vil strømmen av gass mot statorskovlene 13 forsøke å dreie gruppen 12, mens utformingen av dysene 15 transporterer gasstrømmen i en retning for å få rotoren i turbinen til å fungere.

Denne tendens av gruppen 12 til å dreie blir motvirket av koplingen av gruppen 12 til ringen 14 ved hjelp av platen 43 som blir satt inn i det perifere spor 30.

Den tilveiebrakte beskrivelse har klargjort egenskapene og fordelene ved støtte- og låseinnretning for dyser i et høytrykkstrinn i gassturbiner, som er gjenstand for oppfinnelsen.

Det vil fremgå at mange variasjoner kan utføres for å støtte- og låseinnretningen for dyser i høytrykkstrinnet i gassturbiner ifølge oppfinnelsen, uten at prinsip-pene til nyhet i oppfinnelsen fravikes.

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

Claims (12)

1. En støtte- og låseinnretning for dyser i et høytrykkstrinn for dyser for gassturbiner, omfattende flere grupper (12) av statorskovler (13) som er tilknyttet flere utvendige tetningsplater (11) for tilkopling av gruppene (12) til den utvendige foring av brennkammeret, og er tilknyttet flere innvendige tetningsplater (41) for tilkopling av de nevnte grupper (12) til den innvendige foring av brennkammeret,karakterisert vedat hver av de nevnte grupper (12) av statorskovler (13) låses ved hjelp av en innvendig ring (14) som har en første rekke med utvendige hull (29) for å forsterke denne låsing og en andre rekke innvendige, gjennomgående hull (28) som er tilveiebrakt i en innvendig utfyllelse (34) av ringen (14) og som brukes for feste ringen (14) til gassturbinens konstruksjon.

2. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 1, karakterisert vedat hver av de nevnte grupper (12) av statorskovler (13) har utvendige slisser (16) som griper inn i utvendige tetningsplater (11), og innvendige slisser (17) som griper inn i innvendige tetningsplater (41).

3. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 2, karakterisert vedat hver av gruppene (12) av statorskovler (13) er forbundet via utvendige slisser (16) til utvendige tetningsplater (11) ved hjelp av pinner (18) og via innvendige slisser (17) til innvendige tetningsplater (41) ved hjelp av pinner (19).

4. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 3, karakterisert vedat tilkoplingen til de utvendige tetningsplater (11) forbedres ved bruk av fjærer (20) i forbindelse med tappene (18) og tilkoplingen til de innvendige tetningsplater (41) forbedres ved bruk av fjærer (21) i forbindelse med tappene (19).

5. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 1, karakterisert vedat den perifere del av ringen (14) et perifert spor (30) som står i forbindelse med de nevnte gjennomgående hull (29), som i sin tur står overfor tilsvarende blindhull (31).

6. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 5, karakterisert vedat gruppen (12) av statorskovler (13) har på innsiden plater (43) forsynt med hull (33), idet platene (33) er satt inn i det perifere spor (30), slik at hullene står i forbindelse med de gjennomgående hull (29) for å forsterke låsingen av gruppen av statorskovler (13) til ringen (14) ved hjelp av pinner (50).

7. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 5, karakterisert vedat den har en perifer fordypning (36) i tilknytning til lep-pen på ringen (14) og står i forbindelse ved sine egne ender med pinnene (50) satt inn i hullene (33) og (29).

8. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 5, karakterisert vedat hver gruppene (12) av statorskovler (13) har fremspring (42) som hviler mot gassturbinens legeme.

9. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 1, karakterisert vedat ringen (14) har en kanal (26) som står i forbindelse mellom utsiden av brennkammeret og delen nedstrøms i forhold til gruppen av statorskovler (13) som åpner mot en fremre del av ringen (14) som har en første del (26a) og en andre del (26b) med en diameter som er mindre enn delen (26a), mens de to deler (26a og 26b) er forbundet til hverandre ved hjelp av en delvis konisk del (26c).

10. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 1, karakterisert vedat kanalen åpner i den bakre del av ringen (14), mot en delvis konisk del (26d).

11. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 1, karakterisert vedat hver av gruppene (12) av statorskovler (13) er inneholdt mellom en utvendig, buet profil (22) og en innvendig, buet profil (23).

12. Støtte- og låseinnretning for dyser ifølge krav 1, karakterisert vedat hver av gruppene (12) består av et par statorskovler (13) som, ved hjelp av sin resiprokale posisjon, danner dyser (15) for passasje av gass, hvor statorskovlene (13) har flere kjølehull på overflaten.