SE508860C2 - Anordning vid en i en rotormaskin anordnad ledskena samt en vridbar turbinskena - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 508 860 sat sig att stoftet i gaserna tenderar att ge upphov till erosionsproblem. Dessa erosionsproblem visar sig i synnerhet genom att materialet hos statorns hållarelement eroderar i ett område där dessa med en så smal spalt som möjligt an- gränsar till de respektive ledskenornas blad. Då sådan ero- sion tillåtits fortgå i viss utsträckning ökar också risken för att i gaserna förefintligt stoft skall kunna tränga upp mellan ledskenornas spindlar och de hållarelement som dessa genomskjuter. På så sätt kan i gaserna förefintligt stoft nå fram till de lageranordningar, exempelvis glidlager, i vilka ledskenornas spindlar är lagrade i hållarelementen och där- vid ge upphov till en för tidig förslitning av dessa, vilket i sin tur resulterar i kostsamma reparationer och avställ- ningar av turbinen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med den föreliggande uppfinningen är att tillhanda- hålla en anordning vid en i en rotormaskin anordnad ledskena som avhjälper de erosionsproblem som i synnerhet vid passage av stofthaltiga gaser tenderar att uppträda hos hållarele- ment vid ändområden hos ledskenans blad och därigenom av- hjälpa de följdproblem som uppstår på grund av till ledske- nans lageranordning inträngande stoftpartiklar.

Detta uppnås genom en såsom inledningsvis definierad anord- ning, vilken är kännetecknad därav, att den innefattar ett erosionshärdigt element som är anordnat i ett gränsområde mellan ett blad hos ledskenan och hållarelementet.

De erosionsgynnande gasströmmar som normalt förekommer i om- rådet mellan bladet och hållarelementet kommer därigenom att verka på det erosionshärdiga elementet i stället för på hål- larelementet, varigenom förslitning av det senare motverkas. 10 15 20 25 30 35 508 860 Enligt ett föredraget utförande är det erosionshärdiga ele- mentet anordnat på ledskenan.

Därigenom uppnås i synnerhet fördelen av att ledskenan och det erosionshärdiga elementet kan tillverkas j. ett stycke och av samma erosionshärdiga material om så önskas. Alterna- tivt kan det erosionshärdiga elementet anordnas på ledskenan efter framställningen av denna. Tillsammans bildar emeller- tid element och ledskena en mindre, utbytbar komponent i jämförelse med hållarelementet, vilket kan antas vara gemen- samt för ett stort antal ledskenor då det utgörs av en sta- torring i en rotormaskin av turbintyp.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen är det erosionshärdiga elementet fast anordnat pà en från ledskenans blad utskjutande spindel och anordnat i en motsvarande urtagning i hållarelementet.

Den yta hos det erosionshärdiga elementet som vetter' mot ledskenans blad kan därigenom positioneras i väsentligen samma plan som den elementet omgivande, motsvarande ytan hos hållarelementet, dvs en mjuk övergång är inrättad mellan det erosionshärdiga elementet och hållarelementet, vilkas ytor bör ligga i linje med varandra. Erosionsgenererande gasströmmar kan därigenom undvikas i området av övergång mellan det erosionshärdiga elementet och det omgivande hål- larelementet.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen är det erosionshärdiga elementet väsent- ligen ringformat och vid dess ytteromfång är första medel anordnade att täta mot intill liggande partier av hållarele- mentet.

Därigenom motverkas att i gasen förefintliga stoftpartiklar tränger in mellan det erosionshärdiga elementet och det 10 15 20 25 30 35 508 860 detta omgivande hàllarelementet för att den vägen leta sig fram till en lageranordning vid vilken ledskenans spindel är roterbart lagrad relativt hållarelementet och där utsätta detta för slitage.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen innefattar denna en tillförselkanal som är anordnad för tillförsel av ett trycksatt medium till en spalt mellan det erosionshärdiga elementet och hàllarelemen- tet vid motsatt sida om de första tätningsmedlen relativt den bladnära sidan.

Därigenom kan via tillförselkanalen ett tryck genereras vid nämnda motsatta sida som. är så stort i förhållande till trycket hos de bladet passerande gaserna att möjligheten för stoftpartiklar att tränga upp till lageranordningen via spalten mellan det erosionshärdiga elementet och hàllarele- mentet ytterligare minskas. I kombination med det tidigare nämnda, första tätningsmedlen erbjuder detta särdrag ett mycket gott hinder mot inträngning av stoftpartiklar såväl mellan hållarelement och spindel son1 mellan hàllarelement och erosionshärdigt element.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen innefattar denna andra tätningsmedel som är anordnade att täta mellan en spindel hos ledskenan och denna spindel intilliggande partier hos hållarelementet.

Skulle likväl stoftpartiklar lyckas passera förbi de tidi- gare nämnda första tätningsmedlen erbjuder dessa andra tät- ningsmedel ett ytterligare hinder för dessa partiklar att tränga vidare till en mellan spindel och hàllarelement an- ordnad lageranordning.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen innefattar denna en dräneringskanal som 10 20 25 30 508 860 mynnar i en spalt mellan spindeln och hållarelementet. Drä- neringskanalen mynnar mellan de andra tätningsmedlen och en mellan spindel och hållarelement positionerad lageranord- ning.

Därigenom är det möjligt att dränera undan eventuella stoft- partiklar som, trots förekomsten av de första och andra tät- ningsmedlen samt tätningspåverkan via tillförselkanalen, lyckats passera förbi de tidigare tätningsmedlen och därmed riskerar att nå fram till lageranordningen. Företrädesvis genereras ett tryck i dräneringskanalen som är lägre än trycket i spalten mellan spindeln och hàllarelementet, så att denna fungerar som en utsugningsanordning.

Uppfinningen avser även en vridbar ledskena, vilken känne- tecknas av att den i en första av två motsatta ändar är för- sedd med den uppfinningsenliga anordningen.

Enligt ett föredraget utförande är ledskenan även i den andra änden försedd med den uppfinningsenliga anordningen.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos upp- finningen framgår av den efterföljande beskrivningen samt övriga, icke självständiga patentkrav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Härefter följer en detaljerad beskrivning av en såsom exem- pel anförd utföringsform av uppfinningen under hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken: Pig 1 är en delvis skuren sidovy visande en ledskena för- sedd med den uppfinningsenliga anordningen i två motsatta ändar därav. 10 15 20 25 30 35 508 860 DETALJERAD BESKRIVNING AV ETT UTFÖRANDE I Fig l visas en ledskena l, vilken i två motsatta ändar därav är försedd med ett utförande av anordningen enligt uppfinningen. Ledskenan är en av ett antal i rotormaskinen anordnade, med statorn förbundna ledskenor. Rotormaskinen är en turbin och ledskenorna är anordnade i kransar som är ko- axiella med rotationsaxeln hos en i turbinen anordnad rotor- del. Hos åtminstone en sådan krans är vridbart anordnade turbinledskenor inrättade, medan turbinledskenorna i övriga kransar kan vara fixerat, dvs icke vridbart anordnade. Ige- nom turbinen strömmande gaser kommer att passera och styras av ledskenorna under sin väg igenom turbinen. Turbinen är företrädesvis en làgtrycksturbin hos en PFBC-anläggning.

Ledskenan 1 är vid sin radiellt sett yttre ände försedd med ett erosionshärdigt element 2, vilket är fast anordnat på ledskenan i ändområdet av dennas blad 3. Det erosionshärdiga elementet 2 har formen av en ringformad tallrik och är fast anordnat på en spindel 4 som sträcker sig från bladets 3 ände till en lageranordning 5 i vilken den är vridbart lag- rad. Fràn lageranordningen 5 sträcker sig spindeln 4 vidare till en punkt där den är fästad vid en vridarm 6, med vars hjälp spindeln 4, och därmed ledskenan l kan vridas.

Det erosionshärdiga elementet 2 har en utsträckning som vä- sentligen motsvarar det område vid bladänden där erosions- risken är som störst på grund av de speciella gasströmnings- förhållanden som där råder. Det erosionshärdiga elementet 2 definieras vidare av att det uppvisar åtminstone en ero- sionshärdig yta, mot bladet 3. urtagning hos ett hållarelement 7, vilket är bildat av en vilken företrädesvis är den yta som vetter Elementet 2 är positionerat i en motsvarande statorring eller en med rotormaskinens stator förbunden del.

Vid sitt ytteromfång är elementet 2 försett med första tät- i det visade exemplet utgörs av två ningsmedel 8, vilka 10 15 20 25 30 35 50s sec stycken tätningsringar som var och en är anordnade i urtag- ningar i elementets 2 ytteromfàng och skjuter ut från detta till anliggning mot hállarelementet 7. Varje respektive tät- ningsring innefattar exempelvis tvà tätt intill varandra an- ordnade, mindre ringar. Sàväl de mindre ringarna som de av dessa bestående tätningsringarna kan vara av mindre eller större antal än just två. De första tätningsmedlen 8 är an- ordnade för att hindra gaser som passerar förbi bladet 3 att tränga in mellan elementet 2 och hàllarelementet 7 och den vägen leta sig upp till lageranordningen 5.

Spindeln 4 sträcker sig från elementet 2 och till lageran- ordningen 5, varvid en spalt, om än liten, alltid kommer att förekomma mellan spindeln 4 och det omgivande hållarelemen- tet 7. Längs denna spalt kan stoftpartiklar som eventuellt lyckas passera förbi de första tätningsmedlen 8 förflytta sig vidare till lageranordningen 5. För att förhindra att så sker är andra tätningsmedel 9 anordnade mellan spindeln 4 och hållarelementet 7 mellan lageranordningen 5 och elemen- tet 2. De andra tätningsmedlen 9 innefattar i det visade ex- emplet tre stycken tätningsringar, vilka är anordnade i mot- svarande urtagningar i spindeln 4 och skjuter ut från spin- delns 4 omfång till anliggning mot hållarelementet 7. Även dessa tätningsringar är var och en bildade av exempelvis två tätt intill varandra anordnade, mindre ringar, och även här är det fullt möjligt med fler ningsringar, vilka i sin tur kan bildas av fler eller färre eller färre av nämnda tät- mindre ringar.

För att ytterligare förhindra att stoftpartiklar tränger upp till lageranordningen 5 är en dräneringskanal 10 anordnad, vilken mynnar i spalten mellan spindeln 4 och hållarelemen- tet 7 mellan de andra tätningsmedlen 9 och lageranordningen 5. I trycket i spalten mellan spindeln och hållarelementet, an- dräneringskanalen 10 är ett tryck, sonx är lägre än ordnat, så att denna kanal fungerar som ett utsug och följ- 10 l5 20 25 30 35 508 860 aktligen transporterar undan och därigenom förhindrar stoft- partiklar som eventuellt lyckats passera de första och andra tätningsmedlen 8 respektive 9 från att nå till lageranord- ningen 5.

Anordningen innefattar även en kanal ll för tillförsel av ett trycksatt medium till en spalt mellan elementet 2 och hållarelementet 7. Denna tillförselkanal ll utmynnar på mot- satt sida om de första tätningsmedlen 8 i förhållande till bladet 3. Det trycksatta mediet är lämpligtvis luft av ett visst tryck. Lufttrycket är lämpligtvis av en sådan storlek i förhållande till trycket hos de gaser som passerar förbi ledskenans blad 3 att en tryckdifferens råder mellan de re- spektive sidorna om de första tätningsmedlen 8 och det lägre av dessa tryck föreligger på den bladnära sidan om nämnda tätningsmedel, så att ett litet luftflöde tillåts passera förbi tätningsmedlen i. riktning mot den bladnära sidan i stället för att stofthaltiga gaser tillåts passera i. den motsatta riktningen.

Som ett alternativ är det naturligtvis möjligt att kanalen ll är anordnad så att den utmynnar i den spalt som förelig- ger mellan spindeln 4 och hållarelementet 7 någonstans mel- lan de första och andra tätningsmedlen 8 och 9 eller, vid frånvaro av de andra tätningsmedlen 9, mellan de första tät- ningsmedlen 8 och lageranordningen 5.

Av figuren framgår vidare att ledskenan l vid sin radiellt sett inre ände är försedd med en anordning som i. princip motsvarar den ovan beskrivna. På en från ledskenans l blad 3 utskjutande spindel 4' är ett erosionshärdigt element 2' an- Detta element 2' bladets andra ände belägna elementet 2, ordnat. har en mindre diameter än det vid vilket kan härledas till att skiljaktiga gasströmmar föreligger vid bladets 3 bägge ändar och att i detta fall ett mindre område är kri- tiskt ur erosionssynpunkt. 10 15 20 25 30 35 508 860 Även här förekommer första 8' och andra 9' tätningsmedel, belägna mellan hállarelementet 7' och elementets 2' ytterom- fång respektive mellan hállarelementet 7' och spindelns 4' ytteromfång. Likaså är en dräneringskanal 10' liksom en tillförselkanal 11' de första 8' och andra 9' tätningsmedlen. anordnade som ovan beskrivits relativt Vid denna radiellt sett inre lageranordning 5' är dessutom ledskenan radiellt fixerad med en låsring 12. Med radiell riktning avses här den radiella riktningen utifrån en cent- rumaxel hos den krans av ledskenor i vilken den betraktade ledskenan l ingår. Även hállarelementen 7, 7' kan innefatta ett erosionshärdigt material, exempelvis genom att hela hállarelementen 7, 7' är tillverkade i erosionshärdigt material eller genom att ett avsnitt av hállarelementen 7, '7' i närheten av respektive element 2, 2' är tillverkade i ett erosionshärdigt material.

Ett sådant avsnitt kan exempelvis innefatta en ring som sträcker sig runt elementet 2, 2' och är fast anordnad i hállarelementet 7, 2'. 7' så att det gränsar till elementet 2, Med exempelvis olika typer av höglegerade stål, med ca 25% Cr och 2% C, erosionshärdigt material avses här hårda material, såson1 vitjärn eller olika typer av kobolt eller nickellegeringar. Även andra typer av material kan komma i fråga, exempelvis karbider eller keramer. Med erosionshärdigt material avses också att ytan hos elementet 2, 2' och hállarelementet 7, 7' kan påsprutas ett hårt material, exempelvis kromkarbid. Det erosionshärdiga materialet skall också vara temperaturtáligt och tåla temperaturer över 500°C, företrädesvis upp mot 800°C. 10 15 20 508 860 10 En rad varianter och. modifieringar av anordningen enligt uppfinningen är naturligtvis möjliga inom ramen för uppfin- ningen och torde lätt kunna inses av en fackman inom områ- det. utförande som här beskrivits enbart i exemplifierande och Uppfinningen skall därför inte anses begränsad av det icke begränsande syfte.

Exempelvis är flera olika utformningar av tätningsmedlen möjliga, och det ges även stora möjligheter att variera trycket i dräneringskanalerna 10, 10' och tilförselkanalerna ll, ll' med hänsyn till det tryck som råder hos den gas som passerar förbi ledskenornas 1 blad 3.

Likaså är det naturligtvis möjligt att erosionshärdigheten hos det erosionshärdiga elementet 2 är lokaliserad till en viss yta eller ett visst ytparti hos detta element, och då företrädesvis en yta eller ett ytparti i det omrâde där bladänden och elementet 2, 2' anligger mot varandra eller är närliggande varandra och där på grund av speciella ström- ningsförhàllanden särskilt erosiva förhållanden uppträder.

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 508 860 ll Patentkrav

1. Anordning vid en i en rotormaskin anordnad ledskena, var- vid ledskenan (1) är vridbart anordnad i ett hàllarelement (7, 7'), kännetecknad därav, att anordningen innefattar ett erosionshärdigt element (2, 2') område mellan ett blad (3) hos ledskenan (1) mentet. som är anordnat i ett gräns- och hållarele- kännetecknad erosionshärdiga elementet (2, 2') (1)- att det är anordnat på ledskenan

2. Anordning enligt krav 1, därav,

3. Anordning enligt krav l eller 2, kännetecknad därav, att det erosionshärdiga elementet (2, 2') är fast anordnat på en från ledskenans (1) blad (3) utskjutande spindel (4, 4').

4. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad därav, att det erosionshärdiga elementet (2, 2') är vridbart anordnat i en motsvarande urtagning i hållarelemen- tet (7, 7')

5. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad därav, att det erosionshärdiga elementet (2, 2') är väsentligen ringformat och att första tätningsmedel (8, 8') är anordnade att täta mellan dettas ytteromfàng och hållar- elementet (7, 7').

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad därav, att den in- (ll, ll') tillförsel av ett trycksatt medium till en spalt mellan det nefattar en tillförselkanal som är anordnad för erosionshärdiga elementet (2, 2') och hållarelementet (7, 7') vid motsatt sida om de första tätningsmedlen (8, 8') re- lativt dessas bladnära sida. 10 15 20 25 30 35 508 860

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad därav, att trycket (ll, ll') att trycket i spalten mellan det erosionshärdiga elementet (2, 2') och hàllarelementet (7, 7') förselkanalnära sidan om de första tätningsmedlen (8, 8') än hos nämnda mediwn i tillförselkanalen är sådant är större vid den till- vid den motsatta, bladnära sidan om dessa.

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, kännetecknad därav, att tillförselkanalen (ll, ll') mynnar i spalten mellan det ero- sionshärdiga elementet (2, 2') och hållarelementet (7, 7'). kraven 3-8, kännetecknad att den innefattar andra tätningsmedel (9, spindel (4, 4') intilliggande partier hos hàllarelementet

9. Anordning enligt något av därav, 9'), an- ordnade att täta mellan ledskenans (1) och spindeln (4, 4') (7, 7')- kännetecknad 5'), 4') är lagrad relativt hàllarelementet (7, 7') och vilken är

10. Anordning enligt krav 9, därav, att den innefattar en lageranordning (5, i vilken spindeln (4, anordnad på motsatt sida om de andra tätningsmedlen (9, 9') i förhållande till de första tätningsmedlen (8, 8') i spin- delns (4, 4') axelriktning sett.

11. ll. Anordning enligt något av kraven 3-10, kännetecknad därav, att den innefattar en dräneringskanal (10, lO') som mynnar i en spalt mellan spindeln (4, 4') och hàllarelemen- tet (7, 7'). kännetecknad dräneringskanalen (10, lO') mynnar mellan de andra tätnings-

12. l2. Anordning enligt krav 9-ll, därav, att medlen (9, 9') och lageranordningen (5, 5').

13. l3. Anordning enligt något av kraven ll eller 12, känneteck- nad därav, att trycket hos media i dräneringskanalen (10, 10 15 508 860 13 10') är lägre än trycket i den spalt mellan spindeln (4, 4') och hållarelementet (7, 7') i vilken den utmynnar.

14. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad därav, att hàllarelementet (7, 7') minstone ett avsnitt i närheten av det erosionshärdiga ele- innefattar åt- mentet (2, 2'), vilket avsnitt är erosionshärdigt.

15. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad därav, att ledskenan är en turbinledskena.

16. Vridbar turbinledskena, kännetecknad därav, att den i en första av två motsatta ändar är försedd med en anordning enligt något av kraven 1-13.

17. Vridbar kännetecknad att den även vid den andra änden är försedd med en turbinledskena enligt krav 16, därav, anordning enligt något av kraven 1-13.