NO753038L - - Google Patents

Description

Avkjølt rotorskovle for en gassturbin

Oppfinnelsen angår en avkjølt rotorskovle for en gassturbin bestående av en hul yttermantel og minst én innsats i mantelens indre hulrom.

For å få minst mulig varmespenninger i skovlene for

en gassturbin tilstreber man skovlekonstruksjoner, hvor skarpe og/eller plutselige forandringer av veggtykkelsen over tverrsnittet såvidt mulig unngås. Dessuten er det som kjent, for en god varmeovergang påkrevet med forholdsvis høye hastigheter på kjøleluften som frembringer turbulente strømninger. Særlig ved forholdsvis små, disponible kjøleluftmengder betinger dette forholdsvis snevre tverrsnitt for kjøleluftkanalene. Dessuten skal tverrsnittene av de enkelte kanaler - for oppnåelse av en bestemt ønsket fordeling av den disponible kjøleluft på de enkelte områder av skovlen - være mest mulig nøyaktig definert. Særlig ved skovler med forholdsvis tykke profiler kan oppfyllelsen av disse krav under visse omstendigheter by på vanskeligheter.

Til grunn for oppfinnelsen ligger således den oppgave

å skaffe en rotorskovle, hvor de ovennevnte krav i størst mulig utstrekning er etterkommet. Løsningen av denne oppgave ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at innerveggen av den faste yttermantel er forsynt med hovedsakelig fra skovlens fot til dens topp.. , forløpende, i og for seg kjente ribber, mot hvilke den likeledes hule innsats ligger an, slik at mellom ribbene forbinder strømnings-kanaler et første kjøleluftrom i skovlens fot med et annet kjøle-luftrom i skovlens topp, og at dessuten det annet kjøleluftrom gjennom innsatsens innvendige hulrom og gjennom åpninger i innsatsen samt i en mellomvegg i yttermantelen står i strømnings-forbindelse med luftavløp i området for den bakre kant, hvilke avløp strekker seg over skovlens høyde. Innsatsen kan i dette til-

felle være utformet enten stiv og tilpasset 4. hulrommet,

f.eks. presset inn, eller utført således elastisk at den etter elastisk deformering kan skyves inn i hulrommet fra toppen av skovlen og ligge an mot ribbene under spenning.

Med den nye konstruksjon er det mulig i stor utstrek-

ning å utjevne de veggtykkelser som er fastlagt ved de mekaniske egenskaper som kreves av skovlen, og i hvert fall å forandre dem litt etter litt og jevnt. S.trømningskanalene som f.eks.

enten er støpt allerede sammen med den hule mantel eller senere frest inn i støpestykket, fordeler seg i dette tilfelle i stor utstrekning jevnt over hele skovlemantelens omkrets. Ved hjelp av innsatsen som i det minste i stor utstrekning og tilnærmet ligger an mot ribbene, har de dessuten både et definert samlet tverrsnitt og også fastlagte enkelttverrsnitt som i samsvar med de kjøleluftmengder som kreves i de enkelte kanaler, er forskjel-lige, således har f.eks. kanalen i skovlens nese, som må kjøles intenst, et større tverrsnitt enn de øvrige kanaler. Anordningen og tverrsnittet av de enkelte kanaler sikrer således en bestemt fordeling av kjøleluften over skovlens omkrets. Videre er det samlede tverrsnitt av kanalene til tross for det tykke skovle-profil forholdsvis lite, slik at det med små kjøleluftmengder i dem oppnås strømningstverrsnitt som er tilstrekkelige for en god varmeovergang. Når alt kommer til alt, er kjøleluften i det innvendige hulrom av skovlen praktisk talt ikke utsatt for noe trykkfall, slik at det trykkfall som fremdeles er disponibelt i det annet kjøleluftrom, står fullstendig til disposisjon for kjøling av skovlens bakkant.

Ved en foretrukket utførelse av den nye skovle, hvor

•hulrommet i den ytre mantel utvider seg jevnt fra skovlens fot

til skovlens topp, kan det være fordelaktig hvis den av tynn plate fremstilte innsats har samme omkretslengde over hele skovlens høyde og ved sine ender på bakkantsiden er ombøyd innover, idet den ombøyde lengde av platen øker jevnt fra skovlens topp. Ved hjelp av denne forholdsregel forblir plateomkretsen av innsatsen i^det minste utenfor skovlens fot konstant over hele skovlens høyde, hvorved de spenninger som opptrer i innsatsen,kan holdes relativt små. Dessuten kan innsatsen fremstilles av konisk plate med avtagende veggtykkelse ved toppen for å holde spenningene ennå mindre. For å unngå en skarp bøyning i innsatsens plate først

og fremst i området for dennes forankring i skovlens fot, er det hensiktsmessig mellom de ombøyde deler på den ene side av innsatsen i området for dennes forankring i skovlens fot å legge inn et avstandselement, hvis tykkelse tilsvarer tilnærmet 1,5 x innsatsplatens tykkelse.

På grunn av de sentrifugalkrefter som opptrer ved en rotor, er en sikker og pålitelig forankring av innsatsene i skovlefoten av vesentlig betydning. En første mulighet for dette er f.eks. gitt ved tynnveggede innsatser, når innsatsen ved hjelp av en ' kileformet stift mellom sine dobbelte lag er forankret i en tilsvarende utsparing i skovlens fot. En ytterligere enkel forankring ved fremstilling og montasje får man når den av en tynn plate fremstilte innsats ved sin mot skovlefoten vendende ende er fast forbundet med et holderstykke og når holderstykket er innpasset i en sliss i skovlefoten og holdes i denne ved hjelp av tapper som er skjøvet inn i utsparinger som strekker seg delvis i slissens sideflanker og delvis i holderstykkets sideflanker, idet tappene dessuten kan være sikret mot forskyvning i skovlefoten f.eks. ved sveising eller sikking.

En tredje mulighet for en sikker forankring består i

at den av en tynn plate fremstilte innsats ved sin mot skovlefoten vendende ende er fast forbundet med et holderstykke, som på sin side ved sin annen ende har et hulrom, hvilket er lukket hettelignende og trykktett ved hjelp av en annen deformerbar plate og over en boring i holderstykket står i forbindelse med innsatsens, hulrom, hvorved hulrommet i holderstykket i det minste delvis kan være støpt fullt med en loddemiddellignende masse. De nevnte forbindelser av innsatsen med. skovlefoten foregår - bortsett fra befestigelsen av. innsatsen i sitt holderstykke - med rent mekaniske midler. Disse forbindelser er derfor særlig egnet når en befes-tigelse av innsatsen i skovlefoten ikke eller bare vanskelig er mulig ved hjelp av sveising eller lodding.

Endelig kan varmeovergangen til kjøleluften forbedres hvis det mellom de langsgående ribber som danner strømnings-kanalene, er anordnet tverrgående ribber.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til noen utførelseseksempler i forbindelse med tegnin-gene, hvor fig. 1 viser en utførelse av den nye skovle i lengde-

snitt etter linjen I-l på fig. 2 og 4, idet fig. la er en detalj

av fig. 1 i større målestokk, fig. 2 er et snitt etter linjen

II-II på fig. 1, fig. 3 er et snitt etter linjen III-III på fig.

2, mens fig. 4 er et snitt IV-IV på fig. 1> fig. 5 viser i lig-nende fremstilling som fig. 3 et ytterligere eksempel på forankring av innsatsen i skovlefoten, fig. 6 viser snittene a-e gjennom innsatsen på fig. 5 rent skjematisk, fig. 7 viser i tilsvarende fremstilling som. fig. 1 en tredje utførelse av forankringen av innsatsen i skovlefoten,og fig. 8 gjengir et snitt tilsvarende det vist på fig. 3 av det tredje eksempel.

Den nye rotorskovle består av en hul yttermantel 1 med konisk veggtykkelse som ved sin navsidige ende går over i en skovlefot 2 og ved skovletoppen er lukket med et innfelt loddet deksel 3. Mantelens 1 innervegg er besatt med ribber 5 som strekker seg fra skovlefoten til skovlens topp, mellom hvilke der er dannet strømningskanaler 6 for kjøleluften. Disse kanaler 6 som til for-bedring av kjøleeffekten kan være forsynt med små tverribber 24 (fig. la), går ut fra et rom 17 i skovlefoten som mates med kjøle-luft over en på tvers av skovlefoten 2 forløpende tilførsels-

kanal 18.

Kanalene 6 er lukket overfor det indre hulrom 4 i yttermantelen 1 ved hjelp av en tynnvegget, elastisk plateinnsats 7 som i det på fig. 1 til 4 viste eksempel på sin side ved sin navsidige ende er fast forbundet med en holderstykke 8, f.eks. loddet fast til dette.

Innsatsen 7 er i området for skovletoppen åpen og ender i i en utvidelse 9 av det indre hulrom 4, gjennom hvilken der er opprettet en strømningsforbindelse mellom kanalenes 6 og innsatsens 7 indre rom. I sin del som vender mot skovlens bakkant 10, har innsatsen 7 åpninger 11 . som samvirker med tilsvarende åpninger 12 i en mellomvegg 13 av yttermantelen 1 og fører til luftavløp 14

som strekker seg over skovlehøyden i bakkantens 10 område. I disse avløp er der for jevn fordeling av luften over høyden anordnet steg 15 og hindringer 16.

Den kjøleluft som strømmer gjennom kanalen 18 til

skovlen, strømmer derfor fra rommet 17 i første omgang i kanalene 6 i retning av skovlens topp. Fra de kanaler 6 som ender i utvidel-sen 9, kommer kjøleluften deretter inn i det indre hulrom 4 i inn-

satsen 7, hvorfra den endelig føres gjennom åpningene 11 og 12

i luftavløpene 14 som ligger i den bakre kant 10.

Ved det første eksempel på utførelser er holderstykket

8 passet inn i en sliss 19 i skovlefoten 2 og har på begge sideflanker rettvinklede utsparinger 20 som fortsetter for det første i skovlefotens lengderetning i denne og for det annet foreligger som et speilbilde i denne ennå en gang. På denne måte oppstår på begge sider av holderstykket 8 som vist på

fig. 3, dels i skovlefoten 2 og dels i holderstykket 8 fore-liggende hulrom 21, hvori tilpassede tapper 22 skyves inn gjennom kjøleluftkanalen 18 ved monteringen av innsatsen 7 i skovlefoten 2. Tappene 22 er sikret mot forskyvning i skovlefoten ved sikking eller sveising og garanterer en sikker forankring av overstykket 8 og dermed av innsatsen 7 i skovlefoten 2 henholds-vis i yttermantelen 1.

Ved utførelseseksempelet på fig. 5 og 6 er det lagt

vekt på at innsatsen 7 i det indre hulrom 4 som utvider seg jevnt fra skovlefoten 2 til skovlens topp, har samme omkretslengde over hele skovlens høyde. Som vist på fig. 6 er de frie ender 25 av den av tynnplate fremstilte innsats som er formet etter for-løpet av yttermantelens 1 innervegg, i området for bakkanten om-bøyd innover, hvorved den ombøyde lengde tiltar kontinuerlig utenfra og innover. For å unngå en skarp knekk i området for ombøyningen 26, særlig i nærheten av eller i-:skovlefoten 2, er der mellom de mot hverandre ombøyde deler på. den ene side av innsatsen 7 lagt inn et avstandselement 27, hvis tykkelse er tilnærmet 1,5 x så stor som tykkelsen av innsatsplaten.

Forankringen av innsatsen 7 i skovlefoten 2 foregår her ved hjelp av en i tverrsnitt sirkelsylindrisk, i lengderetningen konisk stift 28 som er kilt fast i en tilsvarende utsparing 29 i skovlefoten 2. Utsparingen 29 står over en utover konisk utvidet sliss 30 for gjennomgang av innsatsen 7 i forbindelse med det indre hulrom 4. For å fylle ut den del av hulrommene 29 og 30

som ikke er utfylt fra endene 25 i området for skovlens fot 2 og således oppnå en klemmevirkning av stiften 2 8 over hele dennes lengde, er der på undersiden av innsatsen 7 en trinnformet med avsatser forsynt flik 37 som er bøyd oppover i skovlefoten 2.

Ved den på fig. 7 og 8 viste forankring er innsatsen 7 som igjen består av tynn, elastisk plate, også -her hardt forbundet méd en holderdel 31, f.eks. loddet til denne. Holderdelen 31

har på sin underside et hulrom 32 som for dét første står i forbindelse med det indre hulrom 4 over en med innvendige gjenger 33 forsynt boring 34 og for det annet er avsluttet nedover ved hjelp av en deformerbar plate 35. Denne har for innføring av holderdelen 31 i en nedover rettet poselignende utvidet utsparing 36 i skovlefoten 2 først den med brutte linjer viste form (fig. 8); til forankring av holderdelen 31 blir platen 35 utvidet til den med heltrukne linjer viste form på følgende måte, hvormed den leg-ger seg an mot innerveggen av den utvidede utsparing 36.

Etter befestigelsen av innsatsen 7 på holderdelen 31

blir platen 35 med sin øvre kant loddet til denne i. den form som. er antydet med brutte linjer. Innsatsen 7 blir deretter med sin holderdel 31 satt inn i utsparingen 36 i skovlefoten 2. Deretter skrus et ikke vist rør inn i de innvendige gjenger 33, hvilket rør trenger gjennom skovlens høyde og eventuelt over en slange-forbindelse er forbundet med en ikke vist hydraulisk eller pneu-matisk trykkilde. Til tetning av hulrommet 32 blir hulrommet 4

som omgir røret, deretter i det indre av innsatsen 7 fylt med et relativt lavtsmeltende tetningsmiddel, f.eks. en Pb-Cd-legering opp til en bestemt høyde. Deretter former man platen 35 hydraulisk til en sluttform som passer til utsparingen 36. Etter utsmel-ting av tetningsmiddelet og løsning av røret blir det indre hulrom 32 fylt med.loddemiddelpulver og oppvarmet, slik at pulveret smeltes og således etter avkjøling fastholder innsatsen 7 i skovlefoten 2 som en kileformet fylling.

Claims (10)

1. Avkjølt rotorskovle for en gassturbin bestående av en hul yttermantel og minst en innsats i mantelens hulrom, karakterisert ved at innerveggen av den faste yttermantel (1) er forsynt med hovedsakelig fra skovlens fot (2) til dens topp for-løpende, i og for seg kjente ribber (5), mot hvilke den likeledes hule innsats (7) ligger an, slik at mellom ribbene (5) forbinder strømningskanaler (6) et første kjøleluftrom (8) i skovlens fot med et annet kjøleluftrom (9) i skovlens topp, og at dessuten det annet kjøleluftrom (9) gjennom innsatsens (7) innvendige hulrom (4) og gjennom åpninger (12) i innsatsen (7) samt i en mellomvegg (13) i yttermantelen (1) står i strømningsforbindelse med luftavløp (14) i området for den bakre kant (10), hvilke avløp strekker seg over skovlens høyde.
2. 2. Rotorskovle ifølge krav 1, karakterisert ved at innsatsens (7) veggtykkelse avtar konisk fra skovlefoten (2) til skovlens topp.
3. 3. Rotorskovle ifølge krav 1, hvor hulrommet i yttermantelen utvider seg jevnt fra skovlefoten til skovlens topp, karakterisert ved at den av tynnplate fremstilte innsats (7) har den samme omkretslengde over hele skovlens høyde og ved sine bak-kantsidige ender (25) er ombøyd innover, idet de i den ombøyde lengde, av platen tiltar jevnt fra skovlens topp.
4. 4. Rotorskovle ifølge krav 3, karakterisert ved at mellom de ombøyde deler på den ene side av innsatsen (7) er der i området for dens forankring i skovlefoten lagt inn et avstands- .

   element (27), hvis tykkelse tilsvarer tilnærmet 1,5 x tykkelsen av innsatsplaten (7).
5. 5. Rotorskovle ifølge krav 3, karakterisert ved at innsatsen (7) er forankret ved hjelp av en kileformet stift (28) mellom sine.dobbelte lag i en tilsvarende utsparing (29) i skovlefoten (2) .
6. 6« Rotorskovle ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at den av tynnplate fremstilte innsats (7) ved sin mot skovlefoten (2) vendende ende er fast forbundet med et holderstykke (8) og at holderstykket (8) er innpasset i en sliss (19) i skovlefoten og holdes i denne ved hjelp av tapper (2.2) som er skjøvet inn dels i utsparinger (21) som strekker seg i side-flankene av slissen (19) og dels i holderstykkéts (8) sideflanker.
7. 7. Rotorskovle ifølge krav 6, karakterisert ved at tappene (22) er sikret mot forskyvning i sko vl efoten . (2).
8. 8. Rotorskovle ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at den av tynnplate fremstilte innsats (7) ved sin mot sko.vlefoten vendende ende er fast forbundet med en holderdel (31) som på sin side har et hulrom (.32) ved sin annen ende, hvilket ved hjelp av en annen, deformerbar plate (35) er lukket på en hettelignende og trykktett måte, og over en boring (34) i holderdelen (31) står i forbindelse med hulrommet (4) i innsatsen (7).
9. 9. Rotorskovle ifølge krav 8, karakterisert ved at hulrommet (32) i holderdelen (31) i det minste delvis er støpt ut med en loddemiddellignende masse.

   .
10. 10. Rotorskovle ifølge krav 1, karakterisert ved at der mellom de langsgående ribber. (5) som danner strømnings-kanalene (6), er anordnet tverrgående ribber (24).