SE519323C2 - Moduluppbyggd gasturbin - Google Patents

Description

' ' 519 323 .9- 5 Genom att tillverka gasturbinen i moduler så underlättas såväl montering som service av gasturbinen.

Ett problem i samband med hopmontering av modulerna är att erhålla fullgod täthet vid nämnda gaskanals övergång mellan tvà närliggande moduler.

Vid gaskanalens övergång från en första modul till en andra modul används vanligen tätningselement av typen tätningsringari metall. Tätningsringarna är härvid anordnade i radiella spår i den första modulens gaskanals väggstruktur och något utstickande utanför väggstrukturens yttre mantelyta. Den andra modulens gaskanals 15 väggstruktur är i den mot den första modulens gaskanal riktade ändparti utformad med en inre diameter vilken något överstiger diametern hos den första gaskanalens yttre mantelytas diameter. Härmed möjliggörs att den första modulens gaskanal kan föras in i den andra modulens gaskanal under det att nämnda tätningsringar hamnar i ett inspånt läge mellan de båda kanalernas yttre respektive inre ytor. 20 Ett problem med ovan nämnda typ av tätningselement är emellertid att de aldrig är helt täta samt att de är mycket känsliga för orundheter i tâtningsläget vilket ofta uppstår vid gasturbinmotorer på grund av de höga temperaturer och temperaturskillnader som förekommer i dessa motorer. Ett annat problem i samband 25 med den här typen av tätningar är att de intar sitt slutliga tätningsläge först då när modulerna är helt sammanfogade vilket innebär att det inte är möjligt att optiskt konstatera att tätningarna intagit ett korrekt läge. 30 Redogörelse för uppfinningen fy: Ändamålet med föreliggande uppfinningen är att vid en moduluppbyggd gasturbin åstadkomma en tätningsanordning, vid en genom gasturbinen sig sträckande _- 35 gaskanal, med vilken fullgod täthet erhålls vid höga temperaturer och temperaturskillnader samt vilken möjliggör att optiskt kunna konstatera att tätningsanordningen är korrekt monterad genom att den intagit sitt tätningsläge innan I slutlig sammanfogning av gasturbinen. 40 Detta ändamål uppnås med den i patentkravet 1 beskrivna uppfinningen. I de ~I:a| efterföljande patentkraven beskrivs föredragna utföringsformer av uppfinningen. »annu 20 25 30 35 40 . Q u . nu u 519 323 3 Enligt ett föredraget utförande är tryckväggen förbunden med gaskanalens väggstruktur respektive det yttre huset hos en och samma modul medelst ett skruvförband. Härmed uppnås att modulen är trycktät innan den monteras ihop med nästföljande modul. Vidare möjliggörs relativt enkel demontering av tryckväggen vid exempelvis service av i modulen anordnade komponenter såsom lager.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande är tryckväggen, vid dess yttre omkrets, utformad med en radiell fläns genom vilken nämnda skruvförband sträcker sig.

Genom att flänsen, vid sammanfogning av gasturbinen, är avsedd att klämmas mellan tvâ närliggande modulers yttre hus så fungerar flänsen som tätande packning mellan nämnda moduler.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande är tryckväggen utformad med åtminstone ett bälgformat parti. Detta skapar förbättrad förutsättning för tryckväggen att kunna ta upp rörelser orsakade av till exempel värmeutvidgning och transienta gastrycksvariationer.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande är tryckväggen gjord av metall. Härigenom ges tryckväggen liknande värmeutvidgningsegenskaper som gasturbinen och fås därmed att följa de rörelser som gasturbinen gör pà grund av temperaturvariationer.

Figurbeskrivning Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i anslutning till föredragna utföringsexempel samt de bifogade figurerna, där figur 1 visar schematiskt en sidovy, i tvärsnitt, av en moduluppbyggd gasturbin försedd med tryckväggar enligt föreliggande uppfinning, figur 2 visar schematiskt en perspektiwy av en tryckvägg enligt föreliggande uppfinning, och figur 3 visar schematiskt en sidovy, i tvärsnitt, av en tryckvägg för en moduluppbyggd gasturbin enligt föreliggande uppfinning. 10 20 25 30 35 40 519 szs ä? i* i' nu vn: Lt Detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform l figur 1 visas schematiskt en moduluppbyggd tvàaxlig gasturbin 1 innefattande huvudkomponenterna kompressor 2, förbränningskammare 3, turbin 4 och kraftturbin 5.

Gasturbinen 1 innefattar tre moduler, gasgeneratormodul 6, mittmodul 7 och drivmodul 8 vilka nedan kommer att beskrivas närmare. Genom gasturbinens 1 moduler 6, 7, 8, från ett gasturbininlopp 9 till ett gasturbinutlopp 10, sträcker sig en gaskanal 11 för ledning av gas frän en huvudkomponent 2, 3, 4, 5 till en annan.

Gaskanalen 11 definieras av en våggstruktur 12, 13, 14 som avgränsar gaskanaien 11 frän de utrymmen 15, 16, 17, 18 som bildas innanför gasturbinmodulernas yttre hus 19, 20, 21.

Gasgeneratormodulen 6 innefattar en av en turbin 4 driven kompressor 2.

Kompressorn 2 innefattar ett kompressorhjul 22 vilket via en axel 23 är vridfast förbundet med ett i ett turbinhus 24 anordnat turbinhjul 25. Kompressorn 2 är uppströms förbunden med nämnda gasturbininlopp 9. Den av kompressorn 2 komprimerade luften leds till inloppet till förbränningskammaren 3, via en rekuperator 26 vars funktion beskrivs längre fram, där den har trycket P1. I förbränningskammaren 3 tillförs bränsle medelst ett ej visat bränslesystem och förbränning sker med hjälp av den komprimerade luften. De varma förbränningsgaserna som nu har trycket P2 leds därefter till nämnda turbin 4 där en första begränsad expansion, från trycket P2 till det lägre trycket P3, av förbränningsgaserna sker för drivning av kompressorn 2. Mellan nämnda turbinhus, vilket i sin förlängning mot mittmodulen utgör en del av nämnda gaskanals våggstruktur 12, och gasturbinmodulens 6 yttre hus 19 är anordnat en första tryckvägg 27 vilken avtätar trycket P1 från trycket P3. Tryckväggen 27 är härvid utformad med en yttre 28 och en inre 29 fläns vilka medelst skruvförband 30, 31 fästs vid nämnda yttre hus 19 respektive våggstruktur 12. Härmed blir gasgeneratormodulen 6, med det högre trycket P1, helt avtätad från mittmodulens 7 ingående tryck P3 utan att någon ”blindmontering” förekommer. Vidare medför tryckväggen 27 att inga tätningselement erfordras vid gaskanalens 11 övergång fràn gasgeneratormodulen 6 till mittmodulen 7. . o o ~ nu o n s u; a u -o . a.. :n- u- _: ; u n o s o n n e n u o I . ' _ _ ' ' . - s v . . n v u p a v u . cv . . .n .n u . o n 0 ~ I I I ~ ° _ , u n - v» o a s n u s ~ I i - . . -1 u" n - .u n- 5 5 Från gasgeneratormodulen 6 strömmar arbetsgasen, med trycket P3, vidare till mittmodulen 7. Mittmodulen 7 innefattar en fortsättning 13 på nämnda gaskanals 11 väggstruktur 12 från nämnda turbinhus 24. I gaskanalen 11 är anordnat ett flertal statorblad 32 vilka medelst en, i utrymmet 17, ej visad reglermekanism kan ställas i olika positioner för styrning av arbetsgasen. För kylning av reglermekanismen förses 10 mittmodulen 7 med kylluft, med trycket P4, från en ej visad kompressor. Trycket P4 är härvid endast något högre än P3 och det avtätas med en andra tryckvägg 33 utformad med en yttre 34 och en inre 35 fläns vilka medelst skruvförband 36, 37 fästs vid mittmodulens 7 yttre hus 20 och nämnda fortsättning av gaskanalens väggstruktur 13. Även mittmodulen 7 är således en trycktät modul och ingen 15 ”blindmontering” förekommer vid dess anslutning mot vare sig gasgeneratormodulen 6 eller mot den efterkommande drivmodulen 8. Vidare medför tryckväggen 33 att inga tätningselement erfordras vid gaskanalens 13 övergång fràn mittmodulen 7 till drivmodulen 8. 20 Från mittmodulen 7 strömmar arbetsgasen, nu med trycket P5 efter att ha passerat statorbladen 32, vidare till drivmodulen 8 vilken innefattar kraftturbinen 5 där den slutliga expansionen, ner till nära atmosfärstryck P6, av förbränningsgaserna sker.

Kraftturbinen 5 innefattar härvid två i ett kraftturbinhus 38 anordnade kraftturbinhjul 39, 40 vilka är vrldfast förbundna med en utgående axel 41 vilken är den samma som 25 gasturbinens utgående axel. Kraftturbinhusets 38 förlängning, både uppströms och nedströms utgör en del av nämnda gaskanals 11 väggstruktur. På motsvarande sätt som ovan beskrivna första 27 och andra 33 tryckvägg är en tredje tryckvägg 42, vilken avtätar trycket P5 från trycket P6, anordnad mellan kraftturbinhuset 38 och drivmodulens 8 yttre hus 21. Den tredje tryckväggen 42 är härvid utformad med en 30 yttre 43 och en inre 44 fläns vilka medelst skruvförband 45, 46 fästs vid nämnda yttre hus 21 respektive kraftturbinhus 38. Således undviks även här ”blindmontering” i samband med hopmontering av gasturbinen 1.

Genom att gaskanalen 11 nedströms kraftturbinen 5 är ansluten till en rekuperator 26 35 möjliggörs återvinning av en del av det restvärme som finns i förbränningsgaserna efter att de passerat nämnda turbin 4 och kraftturbin 5. Detta restvärme används till att värma den av kompressorn 2 komprimerade luften innan den når förbränningskammaren 3 vilket bidrar till ökad totalverkningsgrad hos gasturbinen 1.

, Efter att förbränningsgaserna passerat rekuperatorn 26 leds de slutligen ut genom 40 nämnda gasturbinutlopp 10. 10 20 25 30 c o c o oo u 519 323 G: Gasturbinens 1 utgående axel 41 är i sin tur vridfast förbunden med en mellanaxel 47 till vilken det som gasturbinen är avsedd att driva kan kopplas, exempelvis en drivaxel hos ett fordon.

I figur 2 visas en perspektiwy av en tryckvägg. För enkelhetens skull beskrivs endast den ovan nämnda första tryckväggen 27 då den andra 33 och tredje 42 tryckväggen skiljer sig endast i sin geometriska utformning. Som tidigare beskrivits är tryckväggen 27 utformad med en yttre 28 och en inre 29 fläns. Nämnda flänsar är försedda med ett flertal genomgående hål 48, 49 genom vilka nämnda skruvförband 30,31 sträcker sig för åstadkommande av trycktät förbindelse mellan nämnda yttre hus19 och tryckväggen 27 respektive nämnda gaskanals väggstruktur 12 och tryckväggen 27.

Genom att tryckväggen 27 är utformad med ett första 50 och ett andra 51 bälgformat parti, så som visas i figur 3, medges rörelser hos tryckväggen 27 till följd av exempelvis vârmeutvidgningar och transienta tryckändringar hos den genom gasturbinen 1 strömmande gasen.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till den ovan beskrivna utföringsformen, utan en rad modifieringar av denna är möjliga utan att för den skull lämna patentskyddets ram. Exempelvis kan gasturbinen istället för som ovan beskrivet vara av enaxlig typ, dvs en gasturbin där den axel vilken förbinder kompressor och turbln i sin förlängning utgör gasturbinens utgående drivaxel. Vidare kan antalet kompressorsteg, turbinsteg och kraftturbinsteg vara fler än ovan beskrivna. nu .se

Claims (1)

1. 5 10 20 25 30 35 40 519 323 7- Patentkrav 1. Gasturbin (1) innefattande en kanal (11) för ledning av gas från ett gasturbininlopp (9) till ett gasturbinutlopp (10) och ett yttre hus (19, 20, 21) anordnat i radiell riktning utanför en vâggstruktur (12, 13, 14) som avgrânsar nämnda gaskanal (11) i radiell riktning utàt, _ - varvid gasturbinen (1) mellan nämnda inlopp (9) och utlopp (10) är uppbyggd av ett flertal moduler (6, 7, 8), vilka var och en innefattar en del av nämnda yttre hus (19, 20, 21) och en del av gaskanalens vâggstruktur (12, 13, 14), - varvid åtminstone tvà närliggande delar av gaskanalens vâggstruktur (12, 13, 14) är anordnade på ett inbördes avstånd fràn varandra - och varvid åtminstone ett tryckavdelningsorgan (27, 33, 42) år anordnat för att avdela ett tryckområde (P1, P3, P4, P5, P6) i gaskanalen (11) vid skarven mellan nämnda tvà närliggande delar av vâggstrukturen (12, 13, 14) från ett annat tryckomràde (15, 16, 17, 18) som föreligger mellan gaskanalens vâggstruktur (12, 13, 14) ucn nämnda yttre hus (19, 20, 21 ) ' kânnetecknad av, att nämnda tryckavdelningsorgan (27, 33, 42) utgörs av en från gaskanalens vâggstruktur (12, 13, 14) till det yttre huset (19, 20, 21) sig sträckande tryckvägg. Gasturbin enligt patentkrav 1 kânnetecknad av att tryckväggen (27, 33, 42) är förbunden med gaskanalens vâggstruktur (12, 13, 14) respektive det yttre huset (19, 20, 21) hos en och samma modul medelst ett skruvförband. Gasturbin enligt patentkrav 1 eller 2 kânnetecknad av att tryckväggen (27, 33, 42) är försedd med en vid tryckväggens yttre periferi sig radiell utàt stråckande första flâns för trycktät förbindelse. Gasturbin enligt patentkrav 1, 2 eller 3 kânnetecknad av att tryckväggen (27, 33, 42) är försedd med en vid tryckväggens inre diameter andra flâns för trycktät förbindelse med gaskanalens vâggstruktur (12, 13, 14). 519 323 <2 5 5. Gasturbin enligt något av föregående patentkrav kânnetecknad av att tryckväggen (27, 33, 42) är utformad med åtminstone ett bâlgformat parti (50, 51). to 6. Gasturbin enligt nàgot av föregående patentkrav kännetecknad av att tryckväggen (27, 33, 42) år gjord av metall.