SE407553B - Avisningssystem for gasturbiner - Google Patents

Description

74n1ßz2-5 2 hindrar effektivt bildning av is. Vid den allra första början av gas- turbinmotorns utveckling togs den upphettade gasen från turbinutlop- pet, eftersom gasen vid denna punkt hade en tillräckligt hög tempera- tur för avisningsändamål. Allt eftersom tekniken inom gasturbinmoto- rerna har utvecklats har den avledda luften för detta ändamål tagits från kompressorutloppet och slutligen har senare avancerad motortek- nik utnyttjat luft frân kompressorns första steg.

Under det att en del av dessa förslag är mer effektiva än and- f ra har de alla ett gemensamt problem. Detta problem är att uttagande av luft eller upphettat fluidum från den drivande gasströmmen, som passerar motorn, påverkar i hög grad motorns totala verkningsgrad.

Orsaken är att luft uttages från den drivande gasströmmen vid en punkt med hög energi och återinföres vid en punkt med låg energi. Om dessa avisningssystem vore under drift kontinuerligt, skulle detta allvar- _ligt påverka motorns totala effekt. r För att minska dessa verkningar har man föreslagit att driva avisningsmekanismerna "efter behov", antingen när is upptäckas eller misstänkes. Detta gör emellertid systemet en hel del mer komplicerat i form av lämpliga reglerventiler och avkännare.

Syftet med föreliggande uppfinning är därför att effektivt av- isa inloppet i en gasturbinmotor utan att uttaga luft från den drivan- de gasströmmen, som strömmar genom motorn.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att spinnern har en de ringformig, divergerande, strömlinjeformad nedströmssektion och en grund, skivliknande nossektion, som är fäst vid den främre änden av nedströmssektionen, och att den värmeöverförande ytan innefattar ett första parti, som är utformat i ett stycke med insidan av nossektio- nen, och ett intilliggande andra parti, som är utformat i ett stycke med insidan av den ringformiga nedströmssektionen, varvid det värme- överförande omrâdet i nämnda andra parti är väsentligt större än det Värmeöverförande_området i det första partiet.

Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till på bifoga- de ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar en schematisk sidovy av en gasturbin, innefattande systemet enligt uppfinningen, fig. 2 en förstorad delvy i snitt av gasturbinens inl0PP, visande en annan utföríngsform av uppfinningen och fig. 3 en förstorad delvy i snitt av gasturbinens inlopp, innefattande ett avisningssystem enligt uppfinningen.- Fig. 1 visar en gasturbinmotor, tillsammans med vilken uppfin- ningen kan användas. Denna gasturbin innefattar ett inlopp l0,Jsom avgränsas av en inloppsspinner 12 och en yttre fläktdysa 14, som kan _.-- .-..... .. ...--....-ea~ h. 3 7401432-5 vara sammanbyggd med en yttre motorhuv c, indikerad med streckade lin- jer. En serie fläktblad 16, som är fästa vid ett nav 18, roterar för att accelerera luft förbi fläktstatorskovlar 20 och bärskovlar 22 för utsläppning från fläktutloppet 24 för att åstadkomma en framåtriktad 7 äragkraft.

En del av den av fläktbladen l6 accelererade luften passerar in i ett motorinlopp 26 genom ett förkompressionssteg, generellt be- tecknat med 28, och genom en ringformig inloppspassage 30 till en kom- pressoranordning 32, som innefattar en flerstegs axialkompressor kopp- lad till en centrifugalimpeller. Den av kompressorn 32 komprimerade luften ledes till en brännkammare 34, i vilken bränsle blandas med luften och antändes för att åstadkomma en het gasström.

Den heta gasströmmen passerar genom en motorturbinanordning 36, - som driver kompressorn 32 via en axel 38. Därifrån passerar gasström- men genom en fläktturbinanordning 40, som driver fläktskivan 18 via en fläktturbinaxel 42, en reduktionsväxel 44 och en ihålig fläktbär- axel 46.

Gasströmmen som passerar från fläktturbinen 40 utsläppes från motorn genom motorutloppet 48 för att åstadkomma ytterligare framåt- riktad dragkraft för motorn. En lämplig motorgondol n, visad med streckade linjer, åstadkommer en strömlinjeformad strömningsväg kring motorn.

Motorns inloppsområde och särskilt inloppsspinnern 12 tende- rar att ackumulera is under vissa temperatur- och fuktighetsförhållan- den, under vilka motorn arbetar. För att eliminera detta är motorn försedd med det nedan beskrivna avisningssystemet.

Detta avisningssystem innefattar en värmeöverförande yta, ge- nerellt betecknad med 50, som är placerad i inloppsspinnerns 12 in- re. Denna värmeöverförande yta 50 är roterbar med och i värmeöverfö- l rande förhållande till inloppsspinnerns 12 yttre yta. En ström av upphettad vätska uttömmes vid den värmeöverförande ytan 50 genom ett munstycke 52, som är anslutet till en ledning 54.

Ledningen 54 är ansluten till högtrycksledningen 56 i motorns smörjsystem. Högtrycksledningen har ett filter 58 för att avlägsna föroreningar. En motordriven högtryckspump 60 suger smörjmedel i form av vätska från sugledningen 62, som är ansluten till en förrâdstank 64. Oljan återföres till tanken 64 via en värmeväxlare 68 över en re- turledning 66 av en sugpump 70. Pumpen 70 suger smörjmedel från olika sumpkammare i motorn.

En av returledningarna 72, som matar pumpen 70, sträcker sig till en punkt intill en lageranordning 74, som lagrar skivan IÉ via vu01uz2-s gt fläktbäraxeln 46. Såsom senare beskrives finns radiella portar genom axelns 46 vägg till antifriktionselementen i lageranordningen 74. _ Smörjvätska, som passerar genom dessa portar, uppsuges i ledningen 72 av pumpen 70. , I fig. 3 visas avisningssystemet mer i detalj. Éläktskivan 18 är förd över och fäst på en ihålig fläktbäraxel 46. Axeln är lagrad i lageranordningen 74 och dessutom i en lageranordning 76, vilka bägge uppbäres av en i huvudsak konisk kam 78.

Inloppsspinnern 12 innefattar en ringformig nedströmssektion 80 med strömlinjeformad utåt divergerande form och ett inre navparti 82. Navet 82 har en skuldra 84, som stödjer mot en förtjockad ändfläns 86 på axeln 46. Ett nosparti 88 hos inloppsspinnern 12 är skivliknan- de och har en krökt, i huvudsak konvex yttre yta, vars form övergår i den strömlinjeformade nedströmssektionen 80. Nospartiet 88 har en ucentral centrudel 90 inskjuten i en borrning 92 i navet 82 på ned- strömssektionen 80. Lämpliga bultar 96 håller samman nossektionen 88, nedströmssektionen 80 och den främre änden av axeln 46. Ett par 0- ringar 98 och 100 åstadkommer tätning mellan delarna.

Den värmeöverförande ytan 50 är i huvudsak konkav och har ett ,första parti 102 i värmeöverförande förhållande till nossektionen 88 -och ett andra ringformigt divergerande parti 104 i värmeöverförande förhållande till navet 82 pâ nedströmssektionen 80.

Ett periferiellt spår 106 är format vid skivans 88 periferi för att bilda en läpp 108. Etfiandra periferiellt spår 110 bildande en läpp 112 avgränsas av övergången mellan nedströmspartiets 80 bakre ände och ett ringformigt element 114, som bildar ett inre hölje fram- för fläktbladen l6{ Munstycket 52 är inbyggt i änden av ledningen 54 och vinklat för att rikta en ström av smörjvätska mot den värmeöverförande ytan 50. Ledningen 54 sträcker sig 1 huvudsak över axelns 46 längd och är uppburen av ett relativt tunnväggigt rör 116, som har väsentligt stör- re diameter än ledningen 54. Både röret 116 och ledningen 54 är uppbur- na av bärkonstruktionen 118, som användes för att bära och lagra reduk- tionsväxeln 30. Ett kringgâende nät av passager 120 ansluter änden av ledningen 54 till ett inlopp 122, som är förbundet med smörjsystemets högtrycksledning 56 (se fig. 1).

Lageranordningen 74, som lagrar skivan 18 via axeln 46 har en yttre bana 122, som är på lämpligt sätt ansluten till ramelementet 78, och en inre bana 124, som är skjuten över och fäst på axeln 46. Ett flertal rullelement 166 hålles mellan den inre och yttre banan. En serie radiella portar 128 är utformade i axeln 46 i inriktningJmed la- 5 8 7401432-5 geranordningens 74 inre bana 124. Innerbanan 124 har en ringformig urtagning 130, anordnad att kommunicera med portarna 128. En serie portar 132 sträcker sig från urtagningen 130 genom innerbanan 124 för att leda smörjmedel till rullarna 126. Smörjmedel som har passerat ge- nom lagret 74 strömmar ned utmed det nedre partiet av ramelementet 78 genom en passage 134 för förbindelse med smörjsystemets returledning 72 (se fig. 1).

Fig. 2 visar en alternativ utföringsform av värmeöverförings- ytan 50'. I denna utföringsform har centrumpartiet 90' hos nossektio- nen 88' en första värmeöverförande yta 136, som är konkav och har en jämn kontur. Nedströmssektionens 80' navparti 82' har en i huvudsak konkav yta 138 med ett spiralformigt spår 140 utformat i densamma. I den visade utföringsformen är i illustrerande syfte munstycket 52* vi- sat placerat längs spinnerns 12' centrumaxel. I praktiken skulle emel- lertid munstycket vara placerat mot sidan av axeln och uppburet av ett rör liknande röret 116 i fig. 2. Ett par O-ringar 98' och 100' bildar 'oljetätningar mellan delarna.

Avisningssystemets funktion är detsamma som beskrivits i anslut- ning till fig. 1. Under motorns drift tillför smörjsystemet konstant Smörjmedel under tryck i form av vätska genom högtrycksledningen 56.

Under normala driftsförhâllanden har Smörjmedlet en temperatur i led- ningen 56 av ungefär 2000. Smörjmedlet i denna ledning användes för att smörja och kyla lagren som bär olika rotorer i motorn. Dessutom utsläp- pes det i form av en ström från munstycket 52 mot den värmeöverförande ytan 50 intill dess rotationscentrum. Eftersom den värmeöverförande ytan 50 står i ett värmeöverförande förhållande till inloppsspinnerns 12 yttre, avisar den effektivt ytan genom att upphetta ytan tillräck- ligt för att smälta eventuell is som håller på att lagras.

I fig. 3 är den värmeöverförande ytan 50 anordnad på sådant sätt att värmen i huvudsak överföres via navet 82 till inloppsspin- nerns 12 nedströmssektion 80. Detta åstadkommes genom att anordna en större yta för den värmeöverförande ytan för nedströmssektionen 80 än för ytan för nossektionen 88. Orsaken är att tendensen är större att is ackumuleras på nedströmssektionen 80 än på nossektionen 88.

Näisen har smält har den en tendens att lägga sig på spinnerns yttre yta på grund av sin ytspänning. De periferiella spåren 110 och 106 medför att ytspänningen brytes och övervinnes av centrifugalkraf- ten, varvid vattnet kastas utåt för att passera in i fläktinloppet 10.

Eftersom den värmeöverförande ytan 50 roterar tillsammans med inloppsspinnern 12, föres smörjmedlet radiellt utåt genom centrifugal- kraftens inverkan. Den värmeöverförande ytan divergerar mot axelns 46 inre vägg, så att smörjmedel strömmar i en tunn film till denna vägg ..- '°' vno1az2-5 s 4 6 och den kontinuerliga strömningen av vätska åstadkommer en pumpeffekt.

I en del fall räcker det att ansluta axelns 46 inre ände till smörj- systemet. I den visade motorn tillåtes emellertid smörjmedel att pas- sera radiellt utåt genom portar 128 för att smörja och kyla lagret 74. Därifrån kan smörjmedlet passera genom porten 134 och uppsugas av sugpumpen på vanligt sätt. Om så önskas kan ytterligare lagerelement Och splines smörjas under användning av denna kontinuerliga ström av Smörjmedel utmed axelns 46 inre vägg.

Utformningen av värmeöverföringsytan 50' i fig. 3 medger ännu större värmeöverföring från smörjmedlet till inloppsspinnerns 12' ned- ströms sektion 80'. Detta åstadkomes genom användningen av spiralspâ- ret l40, som sträcker sig i en riktning motsatt motorns rotationsrikt- ning för att åstadkomma att smörjmedlet passerar till den bakre änden av det andra partiet 138 genom spåret 140. Om exempelvis motorn rote- rar i medurs riktning, sett framifrån, sträcker sig spåret 140 i mot- urs riktning.Smörjmedlet strömmar med relativt hög hastighet genom spåret 140 i ett tunt skikt. Detta ökar väsentligt vägen, som smörj- medlet måste strömma, innan det lämnar den värmeöverförande ytan 50, men ökar dessutom avsevärt hastigheten. Som ett exempel ligger hastig- heten genom spåret 140 i storleksordningen över 15 m/sek jämfört med ca l/2 m/sek för en jämn värmeöverföringsyta. Som ett resultat ökas värmeöverföringen till navet 82' väsentligt, vilket ytterligare ökar effektiviteten i avisningen av inloppsspinnerns yttre yta. I Det är viktigt att notera att det beskrivna systemet effektivt avisar inloppsspinnern kontinuerligt utan att uttaga någon drivande gas, som passerar genom motorn. Detta är väsentligt, eftersom det med- ger kontinuerlig avisning utan reduktion av motorns effekt. I själva verket fungerar inloppsspinnern som en värmeväxlare för smörjmedlet genom att den kyler smörjmedlet när dettaiavisar inloppsspinnernz Ef- tersom systemet arbetar kontinuerligt, erfordras ingen mekanism, som startar och stoppar avisningsoperationen. Det som sålunda hittills va- rit ett mycket komplicerat dyrbart system är nu ett enkelt system utan reglerlogik. Detta reducerar väsentligt kostnaderna för systemet och medför en pâlitligare och enklare motor.

Claims (5)

1 0 0 8 001401432-5 "Patenškra 7-7* '_17 V ' "ff iv' " *"'"'""" m”

1. l. Avisningssystem för en ringformig, ihålig, roterbar in- loppsspinner (12) i en gasturbinmotor, innefattande en värmeöverfö- rande yta (50) på spinnerns (12) insida, vilken yta är roterbar till- sammans med och står i värmeöverförande förhållande till spinnerns ytteryta, och en anordning (52,54) för att rikta en ström av het vätska mot nämnda värmeöverförande yta och därigenom upphetta spin- nerns yttre yta, k ä n n e t e c k n a t av att spinnern (12) har en ringformig, divergerande, strömlinjieformad nedströmssektion (80) och en grund, skivlilmande nossektion (88), som är fäst vid den främ- re änden av nedströmssektionen, och att den värmeöverförande ytan innefattar ett första parti (102), som är utformat i ett stycke med insidan av nossektionen (88), och ett intilliggande andra parti (104), som är utformat i ett stycke med insidan av den ringformiga nedströms- sektionen (80), varvid det värmeöverförande området i nämnda andra parti är väsentligt större än det värmeöverförande området i det första partiet.

2. Avisningssystem enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att den värmeöverförande ytan har en jämn konkav kontur.

3. 5. Avisningssystem enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den värmeöverförande ytans första parti har en .jämn konkav kontur och att det andra partiet har en i huvudsak konkav kontur med ett epirauermat spar (leo) utformat i detsamma.

4. Avisningssystem enligt krav 2 eller 5, k ä n n e t e c k - n a t av att nämnda nedströmssektion har en förtjockad inre del intill det andra partiet av den värmeöverförande ytan och att nossektionen har en centrumdel (90) med liten diameter i förhållande till nossektio- nens diameter, varvid centrumdelen är inskjuten i nämnda nedströmssek- tion och har det första partiet av den värmeöverförande ytan utformat på sin ändyta.

5. Avisningssystem enligt något av kraven 1-4, k ä n n e- t e c k n a t av att ett periferiellt spår (106) är bildat på spin- nerns ytteryt-a vid övergången mellan nossektionen (88) och nedströms- sektionen (80) ANFURDA PUBLIKATIONER: Sverige 325 202 (B64D 15/06) US 2 779 423 (416-94), 2 812 899 (261-88)