SE511692C2 - Anordning för att leda in en het gas i en rotormaskin - Google Patents

Description

l\) (11 BO 35 511 692 I PFBC-anläggningar, där het gas leds in till en gasturbin är det önskvärt att den anordning, den så kallade gassamla- ren som leder in gasen i själva turbinen, inte kyls av det medium som omger denna så att därigenom kylning av hetgasen åstadkoms, vilket skulle resultera i effektminskning hos an- läggningen.

I fallet xned. en, koaxialledning son1 utgår' från. området av gasturbinens inlopp gäller dessutom att en tryckskillnad rå- der mellan den gas som leds in i turbinen och den komprime- rade luft som leds från kompressorn till brännkammaren. Den anordnin som leder in hetgasen till gasturbinen har därvid även till uppgift att bära den mekaniska belastning som denna tryckdifferens ger upphov till hos de medel som ut- nyttjas för att åtskilja gasen och fluidet, d.v.s. den kom- primerade luften.

Enligt tidigare teknik utnyttjas en vägg för att àtskilja gasen och den omgivande luften, varvid denna vägg är anord- nad att både leda in gasen i gasturbinen och bära den ovan- nämnda tryckdifferensen. Denna vägg hos gassamlaren måste isoleras mot kompressorluften för att hindra kylning av het- gasen. Den antar därvid hetgasens temperatur, vilket i sin tur får till följd att den blir mjukare, tappar bärkraft och i vissa fall får problem att bära den belastning som tryckdifferensen ger upphov till. Tidigare teknik löser pro- blemet genom noggrann anpassning av gassamlarens väggtjock- lek till de råda i området av förhållanden som kommer att w- denna. i takt med att gasturbinens och gassamlarens dimen- sioner ökar accentueras emellertid problemet och mycket stora väggtjocklekar kan bli nödvändiga för att tillförsäkra kravet på att gassamlaren förmår bära tryckdifferensen.

Tidigare teknik är därför inte helt tillfredsställande med avseende på denna aspekt och en alternativ lösning vore ur 20 25 30 35 511 692 såväl ekonomisk synvinkel som tillförlitlighetssynvinkel önskvärd.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med uppfinningen är att tillhandahålla en anordning som tillåter att het gas leds in i en rotormaskin under det att kylning av den heta gasen minimeras, samtidigt som den uppvisar god förmåga att bära de belastningar som den ut- sätts för på grund av en tryckdifferens som föreligger mel- lan den heta gasen och ett fluidum som omger denna.

Detta syfte uppnås med den inledningsvis definierade anord- ningen, vilken är kännetecknad av att medlen som åtskiljer gasen och fluidet innefattar en inre vägg, ägnad att leda gasen in. i rotormaskinen, och en utvändigt däronz belägen mellanvägQ, ägnad att bära väsentligen hela tryckdifferensen mellan gasen och fluidet.

Den inre väggen kan därigenom tillåtas att anta samma tempe- ratur som gasen eftersom den inte har någon bärande funk- tion. Den hetgas som leds in i rotormaskinen och därvid kom- mer i kontakt med den inre väggen utsätts därigenom ej för någon kylande verkan från denna.

Enligt ett föredraget utförande av anordningen enligt upp- finningen innefattar medlen som àtskiljer gasen och fluidet ett värmeisolerande skikt. Därigenom är det möjligt att iso- lera mellanväggen från den heta gasen, vilket i sin tur har fördelen att mellanväggens temperatur kan hållas på en sådan låg nivå att dess mekaniska hållfasthet förblir sådan att den med tillförlitlighet kan bära de mekaniska belastningar som den utsätts för. Dessutom är det med ett sådant värmeisolerande skikt möjligt att undvika att mellanväggen i någon större omfattning Verkar kylande på hetgasen. 15 20 511 692 Enligt ytterligare ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen är ett utrymme inrättat mellan den inre väggen och mellanväggen och innefattar anordningen en pas- sage som tillåter att gasen ges tillträde till utrymmet.

Därigenom erhålls ett väsentligen lika stort gastryck på bägge sidor om innerväggen, vilken sålunda inte behöver ta upp någon nämnvärd mekanisk belastning.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen är~ det värmeisolerande skiktet fästat vid insidan av mellanväggen och innefattar anordningen ett skyddsskikt ägnat att avskärma det värmeisolerande skiktet från värmestrålning från den inre väggen. Därigenom garan- teras i synnerhet mellanväggens bärande funktion samtidigt som man undviker att utsätta det värmeisolerande skiktet för värmestrålning som skulle kunna förstöra denna och därigenom leda till nedsatt funktion hos anordningen.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen är passagen inrättad att tillåta snabbt tillträde och utträde av gas i utrymmet. särskilt viktigt i samband med de snabba snabbt Denna aspekt är tryckförändringar som exempelvis uppstår med ett lastfränslag, exempelvis vid gasturbintripp.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen har fluidet ett högre tryck än gasen, innefattar anordningen. en yttervägg och är en kanal för fluidet definierad mellan mellanväggen och ytterväggen. Där- igenom bildar anordningen en koaxialledning av det slag som med fördel utnyttjas hos exempelvis PFBC-anläggningar.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande av anordningen enligt uppfinningen är gasen rökgas från en PFBC-brännkam- 20 25 30 35 511 692 mare och fluidet är luft som komprimerats i en kompressor och som 'via en koaxialledning leds från kompressorn till brånnkammaren.

Ytterligare särdrag och fördelar med anordningen enligt upp- finningen framgår av den efterföljande, detaljerade beskriv- ningen samt de övriga, icke självständiga patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Härefter följer en detaljerad beskrivning av en såsom exem- pel anförd utföringsform av anordningen enligt uppfinningen under hänvisning till de bifogade ritningarna på vilka: Fn; 1 är en schematisk tvärsnittsvy av anordningen enligt uppfinningen vid inloppet till en rotormaskin, Fig 2 är en förstorad tvärsnittsvy av ett parti av anord- ningen enligt figur 1, och Fig 3 är ett diagram som approximativt visar en tempera- turkurva över snittet i figur 2.

DETALJERAD BESKRIVNING AV ETT UTFÖRANDE I figur 1 visas en anordning för att leda in en het gas i en rotormaskin. I det visade exemplet utgörs den heta gasen av stoftinnehållande rökgas från en PFBC-brännkammare, varvid gasen håller en temperatur av i storleksordningen 850°C. Ro- tormaskinen utgörs av en gasturbin, vilken bland annat dri- ver en kompressor från vilken ett komprimerat fluidum i form av luft leds till PFBC-brånnkammaren. till rotormaskinen resp kompressorluft till PFBC-brännkamma- Transporterna av gas ren sker på ett i sig känt sätt genom utnyttjande av en så kallad koaxialledning, vilken, såsom framgår av figur 1, ut- går från området av inloppet till rotormaskinen. 511 692 lO }_| (n 20 25 Anordningen innefattar medel 1, 2, 3, och fluidet. 4 som åtskiljer gasen Dessa medel innefattar en inre vägg 1, ägnad att leda gasen in i rotormaskinen och en utvändigt därom be- lägen mellanvägg 2, ägnad att bära väsentligen hela tryck- differensen mellan gasen och fluidet. Den inre väggen 1 är rörformad och definierar en central gaskanal 11. Mellan- väggen 2 är även den rörformad och anordnad utvändigt om den inre väggen 1. Gastrycket är vid normal drift av i storleksordningen 14-16 bar medan fluidtrycket är av i stor- leksordningen 16-18 bar.

För att undvika att átskiljningsmedlen 1,2, 3, 4 skall ha en temperatursänkande inverkan på gasen är den inre väggen 1 inrättad att hålla väsentligen samma temperatur som gasen.

Detta är möjligt genom att ett utrymme 5 är inrättat mellan den inre väggen 1 och mellanväggen 2 och att anordningen in- nefattar en passage 6 som tillåter att gasen ges tillträde till utrymmet 5. Den inre väggen 1 är således både invändigt och utvändigt omgiven av gasen. Vid en normaldrift sker ett betydande flöde av gas invändigt om den inre väggen 1, medan den gas som föreligger i utrymmet 5, utvändigt om väggen 1 är väsentligen stillastående. Massflödet i den centrala gaskanalen 11 är av i storleksordningen 400 kg/s och flödeshastigheten är av i storleksordningen 70 m/s. invändigt om mellanväggen 2, och fästat mot denna, innefat- tar medlen ett värmeisolerande skikt 3. Det värmeisolerande skiktet 3 täcker väsentligen hela mellanväggens 2 innerom- fång och fungerar som ett foder. Invändigt om det värmeiso- lerande skiktet 3 är ett skyddsskikt 4 anordnat, vars upp- gift är att avskärma skiktet 3 från värmestràlning från den inre väggen 1. Skyddsskiktet 4 är via fästorgan 7 förankrat i sin position, varvid fästorganen 7 här innefattar tappar eller bultar som genomskjuter såväl skyddsskiktet 4 som det värmeisolerande skiktet 3 och i sin ena ände är fästade i lO l5 20 25 30 35 511 692 mellanväggen. 2 och 'vid sin. andra ände innefattar' muttrar eller läsbrickor 8 för fixeringen av skyddsskiktet 4. Den gas som föreligger i utrymmet 5 har, liksom den gas som flö- dar invändigt om den inre vägen 1, en temperatur av i stor- leksordningen 800-850°C.

Fluidet, som flödar i en ringformad kanal 10 utvändigt om mellanväggen 2, har lägre temperatur än gasen. Fluidets temperatur i närheten av mellanväggen 2 är av i storleksord- ningen 300°C, vilket även framgår av temperaturdiagrammet i figur 3, vilket approximativt visar de olika tempera- turnivåer som föreligger hos mellanväggen 2, värmeisole- ringsskiktet 3, skyddsskiktet 4 och den inre väggen 1 vid de givna värdena för gastemperatur och fluidtemperatur.

Anordningen innefattar för övrigt även en yttre vägg 9, vil- ken mellan sig och mellanväggen definierar en kanal 10, i vilken fluidet är ägnat att flöda. Den yttre väggen 9 är an- ordnad att bära hela trycket hos fluidet, dvs ett tryck av i tack storleksordningen 16-18 bar. Den yttre väggen 9 blir, vare anordningens konstruktion, relativt kall, vilket är av fördel för dess tryckbärande förmåga och den behöver därför inte överdimensioneras med hänsyn till temperaturpåverkan.

Den inre väggen 1 är anordnad för att bära de belastningar den utsätts för i samband med maximal gastemperatur och i synnerhet den transienta tryckdifferens som uppstår mellan utrymmet 5 och den centrala gaskanalen 11 då lastfrånslag sker och trycket snabbt faller i den centrala kanalen 11. En viktig aspekt är härvid att passagen 6 är anordnad att tillåta ett snabbt flöde av gas från utrymmet 5 till kanalen 11. Passagen 6 är emellertid vid normal drift och lastpà- slag, dvs dä gas inledningsvis tillförs rotormaskinen, an- ordnad att låta så lite stoft som möjligt passera med gasen då denna fyller upp utrymmet 5. Éliïï 511 692 8 |__\ QÛ [j] 20 Av väsentlig betydelse för anordningens funktion är dessutom att de olika väggarna och isoleringen innefattar för ändamå- let lämpliga material. Följaktligen kan den tryckupptagande mellanväggen innefatta låglegerat stål, det värmeisolerande skiktet innefatta keramiskt fibermaterial och skyddsskiktet 4 innefatta plåt av austenitiskt rostfritt stål. Den inre väggen 1, vilken bör vara både nötningsbeständig, med tanke och varmhàllfast, ett nickelbasmaterial, på stoftpåverkan, innefattar lämpligtvis t ex Hastaloy.

Naturligtvis torde en rad modifieringar och alternativa ut- föranden av anordningen enligt den föreliggande uppfinningen vara. uppenbara för fackmannen. inon1 området utan. att denne därför frångår uppfinningstanken, så som denna är definierad i de bifogade kraven och beskrivningen.

Det skall dessutom nämnas att den här använda benämningen koaxialledning inte enbart syftar på ledningar med identisk, sammanfallande axel, utan avser alla ledningar där en yttre kanal, såsonx kanalen 10, innesluter~ en inre kanal, såsom kanalen ll.

Claims (12)

lO 15 20 I\) UI 511 692
1. l. Anordning för att leda in en het gas i en rotormaskin, varvid den heta gasen omges av ett fluidum som har ett skiljaktigt tryck och en skiljaktig temperatur relativt ga- och anordningen innefattar medel (1, 2, 3, 4) för att kännetegkn@d_ay att medlen (1, som ätskiljer gasen och fluidet innefattar en inre sen, åtskilja gasen och fluidet, 2, 3, 4) (1), ägnad att leda gasen in i rotormaskinen, och en (2), sentligen hela tryckdifferensen mellan gasen och fluidet. vägg utvändigt därom belägen mellanvägg ägnad att bära vä- att den inre väggen (1) är inrättad att hålla väsentligen samma tempera-
2. 2. Anordning enligt krav 1, tur som gasen.
3. 3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetegknad_ay att med- len (1, 2, 3, 4) innefattar ett värmeisolerande skikt (3). 1" _ är inrättat mellan den inre
4. 4. Anordning enligt något av de föregående kraven, tegknad_ay att ett utrymme (5) väggen (1) och mellanväggen (2) och att anordningen inne- fattar en passage (6) som tillåter att gasen ges tillträde till utrymmet (5).
5. 5. Anordning enligt krav 3 eller 4, kännetegknad_ay att det värmeisolerande skiktet (3) är fästat vid insidan av mellan- väggen (2).
6. 6. Anordning enligt något av kraven 3-5, " n ck av att den innefattar ett skyddsskikt (4), ägnat at: avskärma det värmeisolerande skiktet (3) från värmestràlning från den inre väggen (1). 20 511 692 10
7. 7. Anordning enligt något av kraven 4-6, kånneLeQknad_ay att passagen (6) är inrättat att tillåta snabbt tillträde och utträde av gas i utrymmet (5).
8. 8. Anordning enligt något av de föregående kraven, tegkn@d_ay att den innefattar en yttervägg (9) (10) och yttervåggen (9). känn: och att en kanal för fluidet är definierad mellan mellanväggen (2)
9. 9. Anordning enligt något av de föregående kraven, kånne; te§knad_ay att fluidet har ett högre tryck än gasen.
10. 10. Anordning enligt något av de föregående kraven, "nn - tegknaQ_ay att fluidet har en lägre temperatur än gasen.
11. ll. Anordning enligt något av de föregående kraven, känne- çeçknad av att rotormaskinen år en gasturbin.
12. 12. Anordning enligt något av de föregående kraven, kånne; tegknad_ay att gasen är rökgas från en PFBC-brànnkammare och fluidet år luft som komprimerats i en kompressor och som via en koaxialledning leds från kompressorn till brånnkammaren.