SE455219B - Ledskenekrans for kompressor i en forbrenningsturbin - Google Patents

Description

455 219 Detta arrangemang ger ett par tätningspunkter som är belägna vid motstaen- de axiella ändar pa det inre svepet hos varje ledskenekrans.

En brist pà tillräckligt strukturell stelhet hos den valsade plat som bildar det inre svepet medför utböjning av det inre svepet och en därav följande diskontinuitet vid den horisontella övergången mellan de båda halvcirkulära delkonstruktioner som tillsammans bildar en ledskenekrans.

Diskontinuiteten vid den horisontella skarven medför en flödesstörning, som minskar totala verkningsgraden hos förbränningsturbinen. Användningen av en valsad plat med en maximal tjocklek pâ mindre än 6 mm för framställningen av det inre svepet medför emellertid att svepet inte blir tillräckligt stadigt.

Som framgår av ovanstående har ó-mm-tjockleken valts som en kompromiss mellan fabrikationskostnader och anläggningsverkningsgrad.

Ett problem som ibland uppträder vid drift av turbinkompressorer är fenomenet med kompressorstall. Kompressorstall är ett tillstànd associe- rat till ett enskilt kompressorsteg, vilket är kombinationen av en skovelkrans och en ledskenekrans, eller en enskild skovelkrans eller en enskild ledskene- krans. Ett stallningstillstånd uppträder i typfallet när luftströmningsvektorer som normalt träffar en strömlinjeyta varierar, exempelvis beroende på ändring av tryck- eller temperaturförhallanden, sa att en uppdelning av luftströmmen vid ytans uppströmskant uppstår. Stallningstillstând visar sig i oförmåga hos skovel- eller ledskeneraden att alstra sin normala tryckdiffe- rens. En turbin kan ha ett eller flera steg eller rader i stallningstillstànd och trots detta upprätthålla tillfredsställande drift.

Fenomenet med kompressorutfall uppträder när alltför många kompressorsteg arbetar i stallningstillständ. Utfallet hänför sig till turbinens hela kompressordel och åtföljs av en omedelbar systemavstängning och därmed förlust av kraftalstringsförmága.

En viss läckning fran högtryckssidan av en ledskenekrans genom kranstätningen till kransens lagtryckssida är regel vid typiska förbrännings- turbinkompressorer av känt slag. lnherensen av denna läckning härrör fràn svårigheten att fullständigt täta rummet mellan tva i förhållande till varandra roterande metallytor. Varje läckning genom en ledskenekranstätning medför en störning av strömningsmönstret i närheten av det inre svepet hos kransen. En störning i luftströmningen kan i sin tur öka stegets tendens till stall och därigenom bidra till ett kompressorutfall. Fran läckning genom en ledskenekranstätnirig härrörande strömningsstörning bidrar även till en minsk- ning av turbinens verkningsgrad. Följaktligen medför en förbättring av 455 219 effektiviteten hos ledskenekranstätningar en bättre verkningsgrad hos turbi- nen och minskad tendens till kompressorstallning och utfall.

Sammanfattande kan sägas att tidigare kända utföranden av ledskenekranstätningar hos kompressorer har varit sådana att de arbetar på sätt som begränsar driftverkningsgraden och i viss utsträckning bidrar till eventuell uppkomst av stallnings- och utfallslörhållanden i drift. Ehuru dessa olägenheter inte hindrar att förbränningsturbiner kan arbeta tillfredställande, har de en tendens att i viss utsträckning minska förbränningsturbinens totala driftverkningsgrad.

Med föreliggande uppfinning åstadkoms ett förbättrat utförande av ledskenekransar hos kompressorer i förbränningsturbíner, vid vilka dessa kransar innefattar ett yttre svep, ett inre svep, en mångfald mellan det yttre och det inre svepet anordnade ledskenor och en lådtätning. Denna ledskene- krans är företrädesvis utförd i två halvcirkulära delar. Lådtätningen, som är fäst vid en inre yta på det inre svepet, ger ökad tätningseffektivitet och förbättrade konstruktiva egenskaper. Lådtätningen har en bågformad tät- ningsbärande bas som ligger på radiellt avstånd från det inre svepets inre yta och ett par bågformade ben som sträcker sig i stort sett vinkelrätt mot den tätningsbärande basen och håller basen på avstånd från det inre svepet. En inre yta på den tätningsbärande basen har ett flertal spår för infästning av ett antal tätningsrernsor.

Lådtätningsarrangemanget möjliggör att det inre svepet kan bibe- hålla en materialtjocklek som lätt kan stansas, samtidigt som man får en bärkonstruktion med en godstjocklek som är tillräcklig för att man skall kunna anordna spår för fastsättning av ett flertal tätningsrerwwsor, vilket är att jämföra med de två tätningsställen som är tillgängliga vid arrangemang av tidigare känt slag. Tätningsremsorna hålls mekaniskt i spåren hellre än att svetsas som vid tidigare vanliga arrangemang. Dessutom kan mekaniskt fasthållna tätningsremsor lättare avlägsnas och ersättas än svetsade tätninga- remsor enligt typisk tidigare teknik. Slutligen ökar tätningens lådstruktur avsevärt stadigheten hos det inre svepet och minskar därigenom den typiska diskontinuiteten vid den horisontella övergången mellan svephalvorna vid tidigare utföranden. Detta i sin tur minskar störningar i strömningen vid denna horisontella övergång och ökar därmed den totala driftverkningsgraden, samtidigt som tendensen till kompressorstallning och utfall minskas.

Uppfinningeri framgår närmare av följande beskrivning i anslut- ning till ett på den bifogade ritningen illustrerat, som exempel visat 455 219 föredraget utförande, varvid fig. l visar ett delsnitt av en kompressordel i en förbränningsturbin, fig. 2 en IBÜO-sektion av kompressorns ledskenekrans och fig. 3 ett tvärsnitt genom kompressorns ledskenekrans i ett utförande enligt uppfinningen.

Fig. l visar en del av en förbränningsturbinkompressor 10 i tvärsnitt. Kompressorn 10 har en rotor 12 med en mångfald rotorskovelkran- sar 14 och en yttre kompressorkåpa 16, vilken bär en mångfald kompressor- ledskenekransar l8. Varje ledskenekrans 18 innefattar en mångfald ledskenor 20, av vilka blott en i varje krans 18 är synlig i tvärsnittet i fig. l. l drift roterar rotorn 12 med rotorbladen 14 i förhållande till kåpan 16 och ledskenekransarna 18, varvid luft, symboliserad av pilen 22, drivs genom den allt trängre, ringformade strömningskanalen 24 till turbinens icke visade brännardel. När luften drivs genom kompressordelen 10, ökas trycket gradvis till ornkring 15 atmosfärer.

Komprimeracl luft från kompressordelen upphettas därefter av ett antal icke visade brännare i turbinens brännardel, varifrån den heta kompri- merade gasen tillförs turbindelen, där under expansion och kylning av gaserna energi omformas, exempelvis genom att turbinrotorn driver en elektrisk generator.

Varje ledskenekrans 10 består av två 1800, halvcírkulära sek- tioner, av vilka en visas i fig. 2. Varje ledskenekrans 18 har ett yttre bågforrnigt svep 30 och ett inre bågformigt svep 32 och en mångfald ledskenor 20. Ledskenekransen 18, som i fig. 12 schematiskt visas med ett fåtal ledskenor 20, har en mångfald sådana ledskenor pa bestämda avstånd utmed hela det ringformade rummet mellan det inre svepet 32 och det yttre svepet 30. Enligt uppfinningen är ledskenekransen 18 utförd med en förbätt- rad lådtätning 34, avsedd att åstadkomma förbättrade konstruktionstekniska egenskaper och effektivare tätning. Lådtätningen 34 visas mer i detalj i fig. 3.

Utförandet av ledskenekransen 18 genomförs allmänt sett enligt följande: l det yttre svepet 30 och i det inre svepet 32 stansas hål 36 respektive 38 med en form motsvarande utsprång på ledskegorna 20. De yttre utsprången 40 på ledskenorna 20 införs i hälen 36 i det yttre svepet och fastsvetsas som antytt vid 42 och 44 och inre utsprang på ledskenorna i halen 38 i det inre svepet 32 och fastsvetsas. Därefter fastsvetsas ett halvcirkulärt tätningsbärande block 35 med kanalformat tvärsnitt till innersidan av det inre svepet 32. Det tätningsbärande blocket 35 bildas lämpligen av en bâqforrnzzd u. 455 219 bas 50 för tätningarna och ett par bagformade sidor 52, vilka tillsammans har ett U-format tvärsnitt. Efter insvetsningen av blocket 35 bearbetas det till sin slutliga form enligt fig. 3, innefattande även framställning av spar 46 för införande av tätningsremsor 48 på insidan av basen 50. Remsorna 48 är företrädesvis utförda av metallplàt. Tätningsremsorna 48 kantvalsas därefter in i spåren 46 och fästs genom mekanisk stukning, exempelvis genom penlng.

Antalet tätningsställen 48 på en sådan tätningarna bärande bas 50 varierar med ledskenekransens läge inom kompressorn. I allmänhet Ökar antalet tätningsremsor 48 med kransens läge i nedströmsriktningen, i motsva- righet till den ökande närheten av skovelraderna pa kornpressorrotorn och de ökade trycken vid nedströmsänden. Som framgår av fig. 3 kan den tätningarna bärande basen 50 vara utförd så att den kan bära flera eller färre tätninga- remsor 48 i beroende av de fysikaliska kraven.

Lâdtätningen 34 för ledskenekransarna medför ett antal fördelar jämfört med tätningar av det slag som inledningsvis beskrivits. Den tätnings- remsorna bärande basen 50 hos blocket 35 är tillräckligt tjock för en mångfald spar 46. Däremot var det inre svepet 32, som skulle hållas vid en rnaxirnal tjocklek pa omkring 6 mm, inte tillräckligt tjockt för att tillåta upptagníng av spar i det. Resultatet är att det tätningair bärande blocket 35 kan vara försett med en mangfald tätningsställen 48, :nedan det inre svepet 32 blott kunde bära ett par vid detsamma fastsvetsade tätningsställen.

Làdtätningen 34 medför sålunda förbättrad tätningseffekt jämfört med tvâpunktstätningen hos en tätning på innersvepet genom ökning av antalet tätningsremsor. Dessutom kan de mekaniskt fasthällna tätningsreinsorna 48 hos lâdtätningen 34 lättare avlägsnas och ersättas än de tvâ tätningspunkter- na hos de tidigare tätningarna, vilka varit fastsvetsade vid det inre svepet 32.

En ytterligare fördel med ladtätningen 34 är den ökade konstruk- tiva stadighet som bibringats de av metallplat bestående tätningsreinsorna 48. Vid tidigare utföranden var det nödvändigt att tätningsremsorna sträcker sig radiellt fràn innerytan på det inre svepet 32 mot kompressorns skivtät- ningsarmar. Under inverkan av strömningen har tätníngsreinsorna satts i vibration, vilket medfört utmattning och lag livslängd hos de långa tätnings- rernsorna. Utom att erbjuda ett stadigare infästningsställe för tätningarna, medger lädtätningen 34 att man använder tätningsremsor, som är kortare i radiell led och följaktligen mera motstandskraftiga mot utmattning än tätningsreinsor av tidigare använt slag.

En ytterligare fördel med ladtätxiingen 34 är (len ökade, knnrzlruk- 455 219 tiva stelhet den bibringar det inre svepet 32. Om det inre svepet 32 skulle dimensioneras sa att dess tjocklek skulle tillata mekanisk punsning skulle man fa en ostadig konstruktion, vilket skulle ge diskontinuiteter vid de horisontel- la Övergångarna mellan ledskenekranshalvorna. Ladtätningen 34 ökar effek- tivt det inre svepets tjocklek och ökar i motsvarighet därtill den konstruktiva styrkan hos innersvepet, varigenom kontinuiteten vid den horisontella förbin- delsen avsevärt förbättras. Detta minskar eller eliminerar strömningsstör- ningar vid den horisontella skarven vid kompressorer av tidigare slag och ökar därmed totala verkningsgraden hos förbränníngsturbinen.

En annan viktig fördel med làdtätningen 34 är den ökade torsions- styvheten som bibringats innersvepet 32. Vid tidigare utföranden har varia- tioner i den axiella utböjningen av individuella ledskenor ZÛ orsakat en vridning av innersvepet 32. De därav orsakade vrängningarna i innersvepets friliggande yta har medfört strömningsstörningar och minskning av driftverk- ningsgraden. Genom bildningen av en “torsionslâda" har kombinationen av làdtätningenïli och innersvepet 32 avsevärt minskat innersvepets tendens att vrida sig och därmed driftverkningsgraden ökats.

I;

Claims (4)

455 219 PATENTKRAV

1. l. Ledskenekrans för kompressor i en förbrânningsturbin, vilken ledskenekrans har en uppströmssida och en nedströmssida och ett väsentligen ringformat utförande samt är anordnad i två varandra kompletterande sektioner, vilka i hopsatt tillstånd omger en kompressorrotor, varvid varje sektion innefattar ett yttre bågformat svep (30), ett därmed koncentrískt, inre bågformat svep (32), vilket har en inre yta belägen på avstånd från och vettande mot kompressorrotorn i inmonterat tillstànd, en mångfald ledskenor (20) som är fästa vid och burna av och mellan de inre och yttre svepen och så anordnade att de riktar fluidström genom kompressorn väsentligen vinkelrätt mot ett plan innehållande de inre och yttre svepen, samt tätningsorgan anordnade vid det inre svepets inre yta för tätning mellan ledskenekransens uppströmssida och nedströmssida, vilka är fast anordnade utmed det inre svepets inneryta så att de skjuter ut radiellt mot kompressorrotorn, k ä n - n e t e c k n a d därav, att det inre svepet (32) är försett med en ringformad lådkonstruktion (34), vilken bär förseglingsorganen (48), utskjutande radiellt inåt, varigenom torsionsstelheten och den strukturella orubbligheten hos ledskenekransen och tåtningsorganen ökas samt att lådkonstruktionen (34) innefattar en bågformad tätningsbärande bas (50), vilken har en inre yta vettande mot kompressorrotorn (12) och ligger på ett radiellt avstånd från och väsentligen koncentrisk med det inre svepets (32) inre yta, varvid den inre ytan på basen (50) är försedd med en mångfald spår (46), ett par bågformade ben (52) som är riktade väsentligen vinkelrätt mot och genom svetsning fästa vid den tätningsbärande basen (50), varvid dessa båda ben (52) är fästa vid det inre svepets (32) inre yta, och att åtminstone några av de i basen (50) anordnade spåren (46) innehåller ett flertal bågformade tätninga- remsor (48) som skjuter ut radiellt inåt från basens (50) inneryta.

2. Ledskenekrans enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den tätningsbärande basen (50) har större radiell tvärsnittstjocklek än det inre svepet.

3. Ledskenekrans enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att mångfalden av spår (46) i basens (50) inre yta sträcker sig över omkretsen av denna inneryta med spåren väsentligen parallella.

4. Ledskenekrans enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst en i nämnda mångfald av tätníngsremsor (48) är mekaniskt fastlåst i spåren genom pening. 455 219 ä S. Ledskenekrans enligt krav t2, k ä n n e t e c k n a d därav, att basen (50) och paret ben (52) är maskínbearbetade sammanhängande och som ett stycke ur ett enda ämne. :H