SE512085C2 - Rotormaskininrättning - Google Patents

Description

H. »iinifiíhi ä; 10 15 20 25 30 35 512 085 satta ändar. Då ledskenan vid bägge sina ändar stöds av statorn, eller närmare bestämt av med statorn fast förbundna ledskenebärare, måste ledskenan kunna sned- ställas relativt omgivande statordelar på grund av de olika axiella rörelser som förekommer mellan den inre statordel som stöder ledskenans ena ände och den yttre statordel som stöder dess andra ände. Med axiella rörelser avses rörelser i rotorns axialrikt- ning. På grund av att tryckfallet över ledskenan är stort är det därvid svårt att undvika icke önskade läckage av' kylluft och gas kring sådana snedställ- bara, svängbara ledskenor. Läckage av kompressorluft som inte kommer till användning som kylluft in i tur- binens gasflödeskanal och läckage av gas ut ur gas- reducerar naturligtvis flödeskanalen gasturbinin- rättningens effektivitet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med den föreliggande uppfinningen är att till- handahàlla en rotormaskininrättning av det inled- ningsvis definierade slaget som är anordnad att för- hindra ett fluidum som leds in i en ledskena för tem- peraturpàverkan på denna från att läcka ut mellan statorn och ställ- vinklar/svängningslägen mellan dessa i nämnda första plan. Alternativt skall ett begränsat men kontrolle- ledskenan även vid olika rat, väsentligen av nämnda ställvinklar oberoende så- dant läckage tillåtas.

Detta syfte uppnàs medelst en rotormaskininrättning av det inledningsvis definierade slaget, vilken är kännetecknad av att den innefattar ett tätningsele- ment som är svängbart förbundet med ledskenan i åt- minstone ett andra plan, är inrättat att täta mellan statorn (11) och ledskenan (15), och vars tätnings- 10 15 20 25 30 35 512 085 funktion är väsentligen oberoende av vinkelläget mel- (15) (11) De första och andra planen är därvid företrä- lan ledskenan och statorn i nämnda första plan. desvis nágot av' de plan i 'vilka rotormaskininrätt- företrädesvis ett ningens rotoraxel sträcker sig, här parallella, och definierar företrädesvis och samma plan.

Enligt ett föredraget utförande innefattar tätnings- elementet ett första tätningsorgan inrättat att täta mellan ledskenan och tätningselementet, varvid nämnda tätningsorgans tätningsfunktion är väsentligen obe- roende av vinkelläget mellan ledskenan och tätnings- elementet i nämnda andra plan. Genom att tätningsele- mentet tätar pá detta sätt mot ledskenan ges en nöd- vändig förutsättning för undvikande av läckage av fluidet.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är tät- ningselementet svängbart anordnat relativt statorn i nämnda andra plan. Därigenonx kan tàtningselementets position anpassas till en. svängning av ledskenan i det andra planet på ett sådant sätt att förutsätt- det förblir goda även vid relativt stora snedställningar av ledskenan relativt statorn. ningarna för första tätningsorganets funktion Enligt ytterligare ett föredraget utförande innefat- tar inrättningen ett andra tätningsorgan, inrättat att täta mellan tätningselementet och statorn, varvid nämnda tätningsorgans tätningsfunktion är väsentligen oberoende av vinkelläget mellan tätningselementet och statorn i reduceras sannolikheten för gasläckage eller luftläckage via eventuella spalter mellan de omgivande statordelarna nämnda andra plan. Därigenom 512 085 10 15 20 25 30 35 och den rörliga komponent som tätningselementet definierar.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande innefat- tar det första tätningsorganet en valk som sträcker sig runt tätningselementets ytteromfång. Tätningsele- mentet kan därigenom enkelt konstrueras som ett rör- stycke, inrättat att skjutas in 5. en urtagning hos ledskenan, varvid 'valken, som företrädesvis har en mjukt rundad ytterperiferi, enkelt kan utformas på sådant sätt att den tillåter en viss inbördes sväng- ning/snedställning mellan ledskenan och tätningsele- mentet samtidigt som den alltjämt tätande anligger mot dessa. Valken är företrädesvis fast förbunden med och utgör en del av själva tätningselementet.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande innefat- tar det andra tätningsorganet en valk, som sträcker sig runt tätningselementets ytteromfång. Den är före- trädesvis fast förbunden med och bildar del av tät- ningselementet. Därigenom möjliggörs positionering av tätningselementet i en Lutagning hos statorn, före- trädesvis bärarorgan hos statorn som är inrättade att stödja ledskenan. Tätningselementet har företrädesvis i området av nämnda valk formen av ett väsentligen cirkulärt rör på vars utsida valken är anordnad. Ett sådant utförande genererar goda förutsättningar för såväl god tätning som inbördes rörlighet mellan tät- ningselementet och en urtagning i statorn, i vilken urtagning tätningselementet är anordnat.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande innefat- tar tätningselementet en cylinderkropp 'med annulärt tvärsnitt och med två stycken annulära valkar, vilka runt det var och en sträcker sig tätningselementets ytteromfång och definierar första respektive 10 15 20 25 30 35 512 085 Ett sådan konstruktion kan enkelt bringas att anligga mot andra tätningsorganet. tätningselement med en ledskenebärare och urtagningar i ändutrymmen hos ledskenan. Exempelvis kan ett kylmedium/ kompressorluft via en kammare ledas in i tät- ningselementet och via detta in i ledskenan utan att någon väsentlig mängd av mediet läcker ut mellan tät- ningselementet och. ledskenebäraren iJ1 i rotormaski- nens flödeskanal och utan att gas i någon större om- fattning läcker den motsatta vägen. Dessutom kommer det kylmedium som. letts in i tätningselementet att förhindras att läcka ut via någon spalt mellan tät- ningselementet och en urtagning hos ledskenan i vil- ken tätningselementet är infört.

Enligt ytterligare ett föredraget utförande är led- skenan svängbart inrättad relativt statorn i bägge ändar, är ett ytterligare ledningsorgan inrättat att leda temperaturpåverkansfluidet till den andra änden av ledskenan, och är ett tätningselement med nämnda första och/eller andra tätningsorgan anordnat vid var och en av ledskeneändarna. Därigenonx kan en mycket god försörjning av ledskenan med exempelvis kylluft från en i rotormaskininrättningen ingående eller därtill förbunden kompressor uppnås samtidigt som ett av kylluft tät- och in i gasflödeskanal eventuellt läckage utvändigt om ningselementen turbinens hålls på en reducerad nivå.

Enligt ytterligare ett utförande innefattar rotorma- skininrättningen ett flertal ledskenor, anordnade i en. krans och. var och en förbundna. med. nämnda led- ningsorgan, varvid första och/eller andra tätnings- Ett sådant anordnande är i synnerhet fördelaktigt då ro- innefattar en organ är anordnade vid var och en av ledskenorna. tormaskininrättningen turbin, där ' _...._.._..__hfl1 v. u-u uiulm H n. 10 15 20 25 30 35 512 085 nämnda krans av ledskenor är den första av ett fler- tal kransar i turbinens flödesriktning sett och nämnda krans är anordnad i omràdet av ett inlopp till turbinen, där den inströmmande gasen är mycket het, har högt tryck och där de individuella ledskenorna i två motsatta ändar är fästade i en radiellt yttre och en radiellt inre statordel.

Ytterligare särdrag hos och fördelar med den uppfin- ningsenliga rotormaskininrättningen kommer att framgå av den följande beskrivningen samt de bifogade kra- ven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Ett utförande av den uppfinningsenliga rotormaskinin- rättningen skall härefter beskrivas i exemplifierande men icke begränsande syfte med hänvisning till de bi- fogade ritningarna, pà vilka: Fig l är en tvärsnittsvy fràn sidan, visande en ro- tormaskininrättning enligt uppfinningen, och Fig 2 är en tvärsnittsvy från sidan av en del av ro- tormaskininrättningen, och Fig 3 är en sidovy av ett tätningselement.

DETALJERAD BESKRIVNING AV ETT UTFÖRANDE Den uppfinningsenliga rotormaskininrättningen defini- erar en gasturbininrättning 1, vilken framgår av Fig 1. Gasturbininrättningen 1 innefattar en kompressor 2 och en turbin 3. Dessutom innefattar den en bränn- kammare 4 av annulär typ. Vid brännkammaren 4 är ett flertal brännarorgan 5 anordnade. Dessa är inrättade att åstadkomma förbränning i brännkammaren 4 för ge- nerering av en het gas i denna. Brännkammaren 4 är i 10 15 20 25 30 35 7 512 oss sin ena ände försedd med en utloppsöppning via vilken den genererade gasen kan strömma in i och driva tur- binen 3. Kompressorn 2 är primärt avsedd att leverera ett kompressormedium, i. detta fall komprimerad luft till brännarorganen 5, sormediet/luften för sin förbränningsfunktion. vilka utnyttjar kompres- brännkammaren 4 och turbinen 3 är ko- axiellt anordnade och förbundna med varandra i nämnda Kompressorn 2, ordning.

Kompressorn 2 innefattar en stator 6 och en rotor 7.

Statorn 6 innefattar ett flertal ledskenekransar 8 vilka pä känt sätt innefattar ett flertal ledskenor.

Rotorn 7 är bildad av ett flertal skivor 9, vilka fö- reträdesvis är sammansvetsade medelst elektronstràle- svetsning. Radiellt utvändigt om rotorskivorna S9 är rotorskovlar 10 anordnade på respektive 9. rotorskiva Turbinen 3 innefattar en stator 11 och en rotor 12.

Rotorn 12 kan, innefatta ett flertal, i detta fall tre stycken, rotorskivor 13, på vilka kransar av rotorskovlar 14 är anordnade pà i sig känt sätt. Statorn 11 ledskenor 15, rader. såsom här, innefattar uppsättningar av som pà i sig känt sätt är anordnade i Ledskenorna 15 hos den rad som är lokaliserad närmast turbinens 3 inloppsöppning 16, uppströms belägna ledskeneraden, lagrade i en radiellt yttre statordel 17 radiellt inre statordel 18. Ledskenorna 15 är därvid svängbart fästade i. mellanliggande ledskenestödorgan 19, 20, vilka är fästade vid den yttre 17 respektive inre 18 statordelen. dvs den mest är i motsatta ändar och en “l wimwlirmnllll \ Mun in 10 15 20 25 30 35 512 085 Mellan ledskenestödorganen 19, 20 och de respektive statordelarna 17, 18 är ringformade kammare 21, 22 anordnade. De ringformade kamrarna 21, 22 bildar där- vid del av ledningsorgan 23, 24, via vilka kylluft leds till ledskenorna 15. Tätningselement 25, 26 som definierar ändpartier hos ledningsorganen 23, 24 är därvid inrättade att leda kylluften fràn kamrarna 21, 22 till ledskenornas 15 ändar. Tätningselementen 25, 26 innefattar korta, radiella rör sonl är inrättade att tätande anligga mot ledskenestödorganen 19, 20 och inneromfànget hos en respektive hylsa 27, 28 varvid. nämnda hylsor 27, 28 är inrättade i urtag- ningar i ledskenornas 15 respektive ändar' och fast förbundna med ledskenorna 15. De rörformade tät- ningselementen 25, 26 uppvisar i sin ena ände en ringformad valk som sträcker sig kring tätningsele- mentets 25, 26 ytteromfàng, har en rundad ytterkon- tur, företrädesvis sfärisk, och är inrättad att an- ligga mot inneromfànget hos ett ledskenestödorgan 18, 19 som är förbundet med och bildar del av statorn 11.

I sin motsatta ände uppvisar tätningselementet 25, 26 en ytterligare valk 31, 32 vilken även den löper runt tätningselementets 25, 26 ytteromfàng och har en rundad, företrädesvis sfärisk, ytterkontur och är in- rättad att tätande anligga mot inneromfànget hos en urtagning i ledskeneänden eller, närmare bestämt, en däri anordnad hylsa 27, 28. Tack vare valkarna 29-32 kan tätningselementet 25, 26 snedställas relativt det ledskenestödorgan 19, 20 och den hylsa 27, 28 som det anligger mot med bibehållen tätningsförmàga. En sådan situation uppkommer i normala fall i samband med gasernas temperaturpàverkan pà statorns 11 respektive statordelar 17, 18. Denna temperaturpàverkan föran- leder inbördes förskjutning av statordelarna 17, 18 i turbinens 3 axialriktning, och följaktligen en sned- ställning av de ledskenor 15 som är förbundna med de lO 15 20 25 30 35 512 085 respektive statordelarna 17, 18, tormaskininrättningens, i plan i vilka ro- eller närmare bestämt turbinens 3 rotoraxel (X) sträcker sig.

Det kylmediunx sonx används för' att pà det ovan Ibe- skrivna sättet. kyla ledskenorna. 15 är företrädesvis luft som avtappats frän kompressorn 2 och via ett se- parat, icke närmare visat avtappningssystem leds till ledningsorganen 23, 24 och via dessa in i ledskenor- nas 15 innandöme. Ledskenorna 15 är för detta ändamål iháligt utformade och uppvisar små hål inrättade att leda kylmediet vidare ut i själva gasflödeskanalen då det tjänat sitt syfte.

Framför allt kommer snedställningen av ledskenorna 15 att ske i ett plan som utbreder sig väsentligen pa- rallellt med turbinens 3 axialriktning. Tack vare att 26 kontaktytor mot statorn ll respektive ledskenorna 15 pá det ovan beskrivna sät- tet. är väsentligen tunnformade, tätningselementens 25, kan emellertid tät- ningselementen 25, 26 snedställas i samtliga rikt- ningar utan ökat luftläckage frán ringkamrarna 21, 22 in i gasflödeskanalen 33.

Av Fig 3 framgàr det mer i detalj hur de korta, rör- formade tätningselementen 25, 26 i sina motsatta än- dar är försedda med mjukt rundade valkar. Följaktli- gen uppvisar tätningselementen 25, 26 ett liv 34 med något mindre ytteromfáng än de omkringliggande val- karna 29-32.

Det skall inses att en mängd varianter och alterna- tiva utföranden av det ovan, såsom exempel visade ut- förandet kommer att vara uppenbara för fackmannen inoni området utan. att denne därvid fràngàr uppfin- _, I Hllííuh! \ I ll Hlïmlii I 10 15 20 512 085 10 ningens ram, sàsom denna är definierad i de bifogade patentkraven.

Med begreppet ” oberoende av vinkelläget" i denna an- sökan avses främst de vinkellägen som kan förväntas uppträda mellan berörda komponenter i en rotormaskin- inrättning eur det beskrivna slaget, d.v.s. relativt smà snedställningar av ledskenor och tätningselement.

Med svängbart anordnad ledskena relativt statorn av- ses i första hand svängning till följd av inbördes förskjutning av de yttre och inre statordelarna 17, 18 med vilka ledskenan 15 är förbunden i sina mot- satta ändar. Svängningen av ledskenan skall således inte förväxlas med den typ av konventionell roterbar- het som en sádan ledskena naturligtvis kan uppvisa.

Förskjutningen av statordelarna 17, 18 sker p.g.a. temperaturpàverkan och företrädesvis i turbinens 3 rotoraxelriktning x, och föranleder därvid en sned- ställning av ledskenans 15 ändar relativt de ledske- nestödorgan 19, 20 i vilka de är svängbart , d.v.s. snedställbart, infästade.

Claims (16)

10 15 20 25 30 35 512 085 ll Patentkrav

1. Rotormaskininrättning (1), innefattande en rotor (12), en stator (11), åtminstone en ledskena (15), vilken i två nmtsatta ändar stöds av statorn (11), och vid åtminstone en ände är svängbart anordnad re- lativt statorn (11) àtminstone ett ledningsorgan leda ett fluidum in i ledskenan påverkan på denna, i àtminstone ett första plan, och (23, 24) inrättat att (15) för temperatur- kännetecknad av att den innefattar ett tätningselement (25, 26) som är svängbart förbun- det med ledskenan (15) i åtminstone ett andra plan, är inrättat att täta mellan statorn (ll) och ledske- (l5), och. vars tätningsfunktion är väsentligen oberoende av 'vinkelläget mellan ledskenan (15) och statorn (11) i nämnda första plan. nan

2. Rotormaskininrättning enligt krav 1, kännetecknad av att tätningselementet (25, 26) sta tätningsorgan (31, 32) innefattar ett för- inrättat att täta mellan (15) och tätningselementet (25, 26), nämnda tätningsorgans (31, 32) tätningsfunktion är väsentligen oberoende av vinkelläget mellan ledskenan ledskenan varvid (15) och tätningselementet (25, 26) i nämnda andra plan.

3. Rotormaskininrättning enligt krav 1 eller 2, kän- netecknad av att tätningselementet (25, 26) är sväng- bart anordnat relativt statorn (ll) i nämnda andra plan.

4. Rotormaskininrättning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att den innefattar ett andra tät- ningsorgan (29, 30), inrättat att täta. mellan tät- ningselementet (25, 26) och statorn (ll), varvid nämnda tätningsorgans (29, 30) tätningsfunktion är m! u i I .d In WWW I H 10 15 20 25 30 512 085 12 väsentligen oberoende av vinkelläget mellan tätnings- elementet (25, 26) och statorn (ll) i nämnda andra plan.

5. Rotormaskininrättning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att det första tàtningsorganet (31, 32) innefattar en 'valk som sträcker sig runt tät- ningselementets (25, 26) ytteromfång.

6. Rotormaskininrättning enligt krav 4, kännetecknad av att det andra tätningsorganet (29, 30) innefattar en valk som sträcker sig runt tätningselementets (25, 26) ytteromfàng.

7. Rotormaskininrättning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att tätningselementet (25, 26) inne- fattar en cylinderkropp med annulärt tvärsnitt och med åtminstone en annulär valk (29-32) som sträcker sig runt dess ytteromfång och definierar ett tät- ningsorgan (29-32).

8. Rotormaskininrättning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att tätningselementet (25, 26) inne- fattar en cylinderkropp med annulärt tvärsnitt och med två stycken annulära valkar (29-32), vilka var och en sträcker sig runt tätningselementets (25, 26) ytteromfång och definierar' ett respektive tätnings- organ (29-32).

9. Rotormaskininrättning enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att tätningselementet (25, 26) skju- ter in i en urtagning i den ledskeneände med vilken det är förbundet. 10 15 20 25 30 35 (512 085 13

10. Rotormaskininrättning enligt krav 9, kågggtggknad av att det första tätningsorganet (31, 32) är inrät- tat att anligga mot urtagningens inneromfàng.

11. Rotormaskininrättning enligt krav 1 och 4, känne¿ tecknad av att tätningselementet (25, 26) genomskju- ter ett med rotorn (11) förbundet stödorgan (19, 20) inrättat att stödja ledskenan (15), och att det andra tätningsorganet (29, 30) ett inneromfàng hos stödorganet (19, 20). är inrättat att anligga mot

12. Rotormaskininrättning enligt nàgot av kraven 1- 10, kännetecknad av att ledskenan (15) i bägge ändar. är svängbart inrättad relativt statorn (11)

13. Rotormaskininrättning enligt något av kraven 1- 12, kännetçcknad av att ett ytterligare ledningsorgan (23, 24) är inrättat att leda ett temperaturpàver- kansfluidum till den andra änden hos ledskenan (15).

14. Rotormaskininrättning enligt krav 3 och nàgot av övriga krav, kännetecknad av att ett tätningselement (25, 26) med nämnda första och/eller andra tätnings- organ (29-32) ändarna. är anordnat vid var och en av ledskene-

15. Rotormaskininrättning enligt krav 3 och nàgot av övriga krav, kännetecknad av att den innefattar ett flertal ledskenor (15), anordnade i en krans och var och en förbundna med nämnda ledningsorgan (23, 24), varvid första och/eller' andra tätningsorgan (29-32) är anordnade vid var och en av ledskenorna (15).

16. 15, kännetecknad av att nämnda första och andra plan Rotormaskininrättning enligt något av kraven 1- .Liu i 'iinflxi 512 085 14 är något av de plan i vilka rotormaskininrättningens (1) rotoraxel (x) sträcker sig.