SE512384C2 - Komponent för en gasturbin - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512 384.

För att förbättra kyleffekten föreslår GB-A-1 410 014 anord- nandet av en första uppsättning ribbor som sträcker sig pa- rallellt med varandra på en första vägg hos det inre utrym- met hos bladet och en andra uppsättning ribbor som sträcker sig parallellt med varandra på en andra motsatt vägg hos det inre utrymmet hos bladet. Ribborna lutar med avseende på ro- torns rotationsaxel och är inrättade på så sätt att den för- sta uppsättningen ribbor korsar den andra uppsättningen rib- bor. Genom en sådan lösning är det möjligt att avsevärt re- ducera kylpassagernas flödesarea utan att minska tjockleken hos bladets inre hålighet.

Denna kända lösning har emellertid väsentliga brister. I ett normalt rotorblad är kylpassagernas flödesarea i inloppsom- rådet, dvs bladets främre eller mellersta del signifikativt större än kylpassagernas flödesarea i utloppsområdet, dvs i bladets bakre del, eftersom den inre hàlighetens tjocklek är större i bladets eller skenans centrala del än i den bakre änden som bildar kylpassagernas utlopp. Detta innebär att kyllufthastigheten är lägre i bladets främre och mellersta delar än i bladets bakre del, dvs kyleffekten är otillräck- lig i de främre och mellersta delarna.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att övervinna den ovan nämnda bristen och förbättra kyleffekten hos ett ro- torblad eller en statorledskena hos en gasturbin eller någon liknande rotormaskin.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna komponen- ten som kännetecknas av att nämnda första ribbor sträcker sig i en första riktning som bildar en första lutningsvinkel mot nämnda axel i nämnda främre del och i en andra riktning som bildar en andra lutningsvinkel mot nämnda axel i nämnda bakre del, och att den första vinkeln är större än den andra 10 15 20 25 30 35 å512 384 och såle- des av kylfluidkanalerna i kanalernas främre område reduce- vinkeln. Genom ökningen av lutningen av ribborna, ras kanalernas flödesarea signifikativt, dvs hastigheten och värmeöverföringen ökas och således uppnås en mer effektiv kylning av bladet eller skenan. En sådan förbättrad kylef- fektivitet, som i enlighet med föreliggande uppfinning upp- nås med en relativt enkel åtgärd, ökar livslängden och till- förlitligheten hos bladet eller skenan. Det skall vidare no- teras att en stor lutningsvinkel hos ribborna i rotorbladets eller statorledskenans främre och mellersta del ökar styvhe- således hållfastheten och tillförlitligheten hos bladet eller skenan. ten och Enligt en utföringsform av uppfinningen skjuter andra ribbor ut från nämnda andra vägg och sträcker sig väsentligen pa- rallellt med varandra för att bilda andra kanaler för nämnda .fluid från nämnda främre inloppsdel till nämnda bakre ut- loppsdel, varvid nämnda andra ribbor sträcker sig i en tredje riktning som. bildar en tredje lutningsvinkel mot nämnda axel i nämnda främre del och i en fjärde riktning som bildar en fjärde lutningsvinkel mot nämnda axel i nämnda bakre del, fjärde vinkeln. och att den tredje vinkeln är större än den Med ett sådan kanalarrangemang kan kylflui- den fördelas jämt i bladet eller skenan och därmed säker- ställs tillräcklig kylning av alla delar hos bladet eller skenan. Därvid kan riktningarna hos de första ribborna skära riktningarna hos de andra ribborna, dvs de första ribborna kommer exempelvis att luta uppåt från den främre delen medan de andra ribborna kommer att luta nedåt från den främre de- len. Med ett sådant arrangemang kommer de andra ribborna att främja turbulenser i de första kanalerna och de första ribb- orna kommer att främja turbulenser i de andra kanalerna.

Enligt en ytterligare utföringsfonn av uppfinningen är de första ribborna förbundna med. de andra ribborna i nämnda skärningspunkt. På så sätt förbättras bladets eller skenans 10 15 20 25 30 35 512 384. hållfasthet signifikativt i jämförelse med en kontinuerlig inre hålighet.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är abso- lutvärdena hos nämnda första och tredje vinklar väsentligen lika nämnda andra och fjärde vinklar kan vidare också vara vä- åtminstone i en skärningspunkt. Absolutvärdena hos sentligen lika åtminstone i en skärningspunkt.

Enligt en ytterligare utföringsfonn av uppfinningen är de första ribborna anordnade på en sugsida hos komponenten och lutar uppåt från nämnda axel och från inloppsdelen hos kana- lerna, varvid de andra ribborna är anordnade på en trycksida hos komponenten och lutar nedåt mot nämnda axel och från in- loppsdelen hos kanalerna. Med ett sådant arrangemang kommer luftflödets värmeöverföringsintensitet att vara större pà trycksidan hos ett rotorblad, vilket ökar kyleffekten av trycksidan som har en högre temperatur än rotorbladets sug- sida.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är nämnda ribbor delade i en främre uppsättning ribbor och en bakre uppsättning ribbor medelst en spalt. Med en sådan spalt kan en fördelning av kylflödet uppnås. Därvid kan ett utskjutande element vara anordnat i åtminstone en av nämnda kanaler och inrättat att öka turbulensen hos kylfluiden och således förbättra kyleffektiviteten. Vidare kan nämnda ut- skjutande element vara anordnat vid inloppszonen hos åtmin- stone en av den främre och bakre uppsättningen ribbor. Det utskjutande elementet kan vara format som ett ribbelement som kan skjuta ut från en av nämnda första och andra väggar och sträcka sig i en riktning som är parallell med en in- loppskantlinje hos ifrågavarande uppsättning ribbor.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är den första lutningsvinkeln mellan 40° och 80°, företrädesvis 10 15 20 25 30 35 512 .S84 mellan 60° och 80°, l0° och 50°. och den andra lutningsvinkeln är mellan KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras i samband med olika utföringsformer som endast beskrivs såsom exempel och med hänvisning till bifogade ritningar.

Pig 1 visar en längdsnittvy av ett blad enligt en första utföringsform av uppfinningen.

Fig 2 visar en tvärsnittsvy längs linjen II - II hos bladet i Fig l.

Pig 3 visar en längdsnittvy av ett blad enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

Fig 4 visar en tvärsnittsvy längs linjen IV - IV hos bladet i Fig 3.

Fig 5 visar en längdsnittvy av ett blad enligt en tredje utföringsform av uppfinningen.

Fig 6 visar en tvärsnittsvy längs linjen VI - VI hos bladet i Fig 5.

Fig 7 visar en längdsnittvy av ett blad enligt en fjärde utföringsform av uppfinning.

Fig 8 visar en tvärsnittsvy längs linjen VIII - VIII hos bladet i Fig 7.

DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER Fig l och 2 visar ett rotorblad 1 med ett rotparti 2 som är Rotorskaf- Rotorskaftet 3 och rotorbladen l bildar en rotor som är innesluten i ett hölje 4. vilken en gas strömmar i pilens A riktning. förbundet med ett rotorskaft 3 hos en gasturbin. tet 3 är roterbart kring en rotationsaxel x.

Höljet 4 och rotorn definierar en flödeskanal 5 i 10 15 20 25 30 35 512 384 Rotorbladet l innefattar ett inre utrymme eller en hålighet 6 som bildar en passage för en kylfluid och är begränsad av en första vägg 7 och en andra vägg 8 som är vänd mot den första väggen 7. Den första väggen 7 bildar rotorbladets l sugsida och den andra väggen 8 bildar rotorbladets l tryck- sida. Rotorbladet 1 har en främre ände eller del 9 och en bakre ände eller del, vilka indikerar flödets riktning längs rotorbladets l ytor. Det inre utrymmet 6 är förbundet med en inloppskanal ll som inträder i den främre delen 9 hos rotor- bladet l och sträcker genom rotpartiet 2 från en källa med kylande tryckluft, exempelvis från gasturbinens kompressor (ej visad).'Det inre utrymmet 6 är vidare förbundet med ett utlopp 12 som är utformat i rotorbladets l bakre del 10 mel- lan de första och andra väggarna 8. Utloppet 12 sträcker sig längs rotorbladets l hela längd.

I enlighet med föreliggande uppfinning innefattar det inre utrymmet 6 första ribbor anordnade på den första väggen 7 och andra ribbor anordnade på den andra väggen 8. De första ribborna innefattar en främre uppsättning ribbor 13' och en bakre uppsättning l3". Den främre uppsättningen ribbor 13' sträcker sig väsentligen parallellt med varandra och så gör Också de andra ribborna innefattar en främre uppsättning ribbor 14' och en även den bakre uppsättningen ribbor l3". bakre uppsättning ribbor l4", och den främre uppsättningen ribbor 14 sträcker sig väsentligen parallellt med varandra Det skall note- ras att de främre uppsättningarma ribbor l3', 14' sträcker liksom den bakre uppsättningen ribbor l4". sig i bladets l främre del 9 och nællersta del mellan den främre delen 9 och den bakre delen 10 även om det hänvisas till bladets l främre del 9 i. det följande för enkelhets skull.

Den främre delen ribbor 13' sträcker sig i en första rikt- ning son\ bildar en första lutningsvinkel a :not rotations- axeln x och den bakre uppsättningen ribbor l3" sträcker sig ih Il! 10 15 20 25 30 35 512 384 i en andra riktning som bildar en andra lutningsvinkel b med rotationsaxeln x. Såsom framgår av Fig l är den första vin- keln a större än den andra vinkeln b. På samma sätt sträcker sig den främre uppsättningen ribbor 14' i en tredje riktning som bildar en tredje lutningsvinkel c mot rotationsaxeln x och den bakre uppsättningen ribbor l3" sträcker sig i en fjärde riktning som bildar en fjärde lutningsvinkel d mot rotationsaxeln x, varvid den tredje vinkeln c är större än den fjärde vinkeln d. Det skall noteras att den första vin- kelns a och den tredje vinkelns c absolutvärden är väsentli- gen lika och att den andra vinkelns b och den fjärde vin- kelns d absolutvärden är väsentligen lika. Med ribbarrange- manget som visas bildar de första ribborna l3', l3" flödes- kanaler som sträcker sig' i en första riktning och korsar motsvarande kanaler bildade av de andra ribborna l4', l4".

De första och andra riktningarna skär varandra på ett sådant sätt att ribborna l3', l3" och l4', l4"korsar varandra och är förbundna med varandra i skärningspunkten.

Såsom framgår av Fig l kan dubbelt så många första och andra ribbor l3', l3", l4', l4" vara anordnade i den bakre delen 10 än i den främre delen 9 på så sätt att varje flödeskanal hos den främre delen 9 delas upp i två flödeskanaler i den bakre delen 10. Med det visade arrangemanget är det således möjligt att uppnå en väsentligen jämn flödeshastighet i den tjockare främre delen 9, den centrala mellersta delen hos bladet l liksom i den tunnare bakre delen 10.

Fig 3 och 4 visar en andra utföringsform av uppfinningen i vilken den främre uppsättningen ribbor l3', 14' är åtskild från den bakre uppsättningen ribbor l3", l4" med en spalt 15. Med en sådan spalt 15 är det möjligt att fördela kyl- fluiden från den främre delens 9 flödeskanaler jämnt till den bakre delens 10 flödeskanaler. lO 15 20 25 30 35 512 384 Fig 5 och 6 visar en tredje utföringsform av uppfinningen i vilken utskjutande ribbor 16 är anordnade i inloppszonen 17 hos varje flödeskanal hos den bakre delen 10. Med sådana ut- skjutande ribbor 16 kan turbulenserna i den bakre delens l0 flödeskanaler ökas och därmed förbättras den uppnådda kylef- fekten. Ribborna 16 sträcker sig i en riktning som är vä- sentligen vinkelrät mot de tredje respektive fjärde rikt- ningarna.

Fig 7 och 8 visar en fjärde utföringsform i vilken utskju- tande ribbor 18 är anordnade att sträcka sig i en riktning väsentligen parallellt med en inloppskantlinje 19 hos den bakre delens 10 flödeskanaler.

Det skall noteras att sådana utskjutande ribbor 16, 18 eller några liknande utskjutande element också kan vara anordnade såsom ett alternativ eller ett komplement i flödeskanalerna hos den främre delen 9. Utskjutande element kan vidare inte bara anordnas i flödeskanalernas inloppszon utan var som helst i dessa kanaler.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de visade ut- föringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de följande patentkraven.

Exempelvis kan ribborna l3', l3" respektive l4', l4" sträcka sig längs en kontinuerlig' bana som innefattar en kurva vid vilken lutningsvinkel ändras från den första vin- keln a respektive den tredje vinkeln c till den andra vin- keln b respektive den fjärde vinkeln d.

I det fall att komponenten appliceras på en statorskena kan de första ribborna vara anordnade på sugsidan hos komponen- ten och luta nedåt mot nämnda axel och från den främre delen av nämnda kanaler och de andra ribborna kan vara anordnade *I dl 512 384m på en trycksida hos komponenten och luta uppåt från nämnda axel från den främre delen av kanalerna.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 512 584 10 Patentkrav

1. l. Komponent som definierar en av ett blad och en skena för en rotormaskin soul har en rotor (3) som. är roterbar kring en axel (x), varvid nämnda komponent (l) innefattar ett inre utrymme (6), som bildar en passage för en kylfluid och är begränsat av första och andra väggar (7, 8) som är vända mot varandra, och åtminstone första ribbor (l3', l3"), (6) och sträcker sig väsentligen parallellt med varandra för att som skjuter ut från nämnda första vägg bilda första kanaler för nämnda fluid från en främre in- loppsdel (9) hos kanalerna till en bakre utloppsdel (10) hos kanalerna, kännetecknad av' att nämnda första ribbor (l3', l3") sträcker sig i en första riktning som bildar en första lutningsvinkel (a) mot nämnda axel (x) i nämnda främre del (9) och i en andra riktning som bildar en andra lutningsvin- kel (b) mot nämnda axel (x) i nämnda bakre del (10), och att den första vinkeln (a) är större än den andra vinkeln (b).

2. Komponent enligt krav l, kännetecknad av andra ribbor (l4', l4") som skjuter ut från nämnda andra vägg (8) och sträcker sig väsentligen parallellt med varandra för att bilda andra kanaler för nämnda fluid från nämnda främre in- loppsdel (9) nämnda andra ribbor (14', l4") sträcker sig i en tredje till nämnda bakre inloppsdel (10), varvid riktning som bildar en tredje lutningsvinkel (c) mot nämnda axel (x) i nämnda främre del (9) och i en fjärde riktning som bildar en fjärde lutningsvinkel (d) mot nämnda axel (x) i nämnda bakre del (10), och att den tredje vinkeln (c) är större än den fjärde vinkeln (d).

3. Komponent enligt krav 2, kännetecknad av att riktning- arna hos de första ribborna (l3', l3") skär riktningarna hos de andra ribborna (l4', l4"). "ll lO 15 20 25 30 35 512, 384 ll

4. Komponent enligt krav 3, ribborna (l3', l3") (l4', l4") i nämnda skärningspunkt. kännetecknad av att de första är förbundna med de andra ribborna

5. Komponent enligt något av kraven l och 3, kännetecknad av att absolutvärdena hos nämnda första och tredje vinklar (a, c) är väsentligen lika åtminstone i nämnda skärnings- punkt.

6. Komponent enligt något av kraven 3 - 5, kännetecknad av att absolutvärdena hos nämnda andra och fjärde vinklar (b, d) är väsentligen lika åtminstone i nämnda skärningspunkt.

7. Komponent enligt något av kraven 2 - 6, kännetecknad av (l3', l3") och lutar uppåt från nämnda axel att de första ribborna är anordnade på en sug- sida hos komponenten (1) (x) och från den främre delen (9) hos nämnda kanaler, och (l4', l4") och lutar nedåt mot nämnda axel (x) att de andra ribborna är anordnade på en tryck- sida hos komponenten (1) och från den främre delen (9) hos kanalerna.

8. Komponent enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att ribborna (l3', l3", l4', l4") är delade i en främre uppsättning ribbor (l3', l4') och en bakre upp- sättning ribbor (l3", l4") med hjälp av en spalt (15).

9. Komponent enligt något av de föregående kraven, (l6, 18) i åtminstone en av nämnda kanaler och inrättat att öka tur- känne- tecknad av att ett utskjutande element är anordnat bulensen hos kylfluiden. lO. Komponent enligt kraven 8 och 9, kännetecknad av att nämnda utskjutande element (16, 18) 'är anordnat vid in- loppszonen (17) hos åtminstone en av den främre och den bakre uppsättningen ribbor (l3', l3", l4', l4").

10. 15 512 384 12

11. ll. Komponent enligt något av kraven 9 och 10, kännetecknad av att nämnda utskjutande element (16, 18) är format som ett ribbelement som skjuter ut från en av nämnda första och andra väggar (7, 8).

12. Komponent enligt något av kraven 8 och 9, kännetecknad av att nämnda ribbelement (18) sträcker sig i en riktning som är parallell med en inloppskantlinje hos den ifrågava- rande uppsättningen ribbor (l3', l3", l4', l4").

13. Komponent enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av ätt den första lutningsvinkeln (a, c) är mellan 40° och 80°.

14. Komponent enligt något av de föregående kraven, känne- tecknad av att den andra lutningsvinkeln (b, d) är mellan lO° och 50°. NI n)