SE519353C2 - Stator till en gasturbin - Google Patents

Description

.ou 10 15 20 25 30 35 519 353 2 TIDIGARE TEKNIK Enligt tidigare känd teknik innefattar den variabla statorn en anordning för inställning av statorbladen i olika lägen. Inställningsanordningen innefattar nämnda kringgáende organ i form av en med kuggar försedd ring.

Denna kuggring är vridbart inrättad och kan exempelvis manövreras med. hjälp av en hydraulisk servocylinder.

Inställningsanordningen innefattar' vidare ett flertal utformade med motsvarande utformade kuggpartier inställningselement pà inbördes avstånd i det kringgáende organets omkretsriktning och i ingrepp med kuggringenf Vart och, ett av inställningselementen. är förbundet med ett av nämnda styrblad och vrids vid en vridning av kuggringen. Pä sä sätt förflyttas nämnda blad mellan nämnda lägen.

Kuggringens vridbarhet uppnås genom att kuggringen är lagrad pá en inre ring. Den yta pà den inre ringen som i statorns radiella riktning vetter mot kuggringen är försedd med en làgfriktionsbeläggning. Den inre ringen är vidare lagrad pà ett flertal pinnar som sticker ut i radiell riktning fràn statorstrukturen.

Vid drift av gasturbinen erháller statorstrukturen en högre temperatur än kuggringen pà grund av att statorstrukturen har direktkontakt med arbetsgasen.

Temperaturskillnaden mellan statorstrukturen och kuggringen leder till att statorstrukturen utvidgar sig mer än kuggringen. Huvuddelen av utvidgningsskillnaden tas upp via en glidförskjutning mellan pinnarna och den inre ringen.

Svårigheter föreligger att dimensionera spelet mellan kuggringen och den inre ringen. Det finns vidare en risk att delarna värms upp osymmetriskt. En av ringarna 10 15 20 25 30 519 ass 3 kan då få en oval form. Detta kan medföra att kuggspelet påverkas och kuggringen fastnar i sin lagring eller att lagringen får för stort spel.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett första syfte med uppfinningen är att åstadkomma en stator till en gasturbin som eliminerar eller åtminstone lindrar problem förknippade med olika värmeutvidgning mellan en statorstruktur med en genomgående kanal för gasgenomströmning och ett på ett från anordnat kringgàende organ som är operativt kopplat avstånd i. radiell riktning statorstrukturen till statorstrukturen.

Detta syfte uppnås genom att distansorganet har fjädrande egenskaper i statorns radiella riktning.

Distansorganet har därmed egenskapen att åtminstone partiellt kunna tryckas ihop då avståndet mellan statorstrukturen och det kringgàende organet reduceras och utvidga sig då avståndet mellan statorstrukturen och det kringgàende organet ökas. Genom lämpligt materialval och lämplig dimensionering kan man åstadkomma en styrd relativ förflyttning mellan dessa i. statorns radiella riktning och därmed àtminstone reduceras de ovan nämnda problemen med kuggspel och lagring.

Enligt ett föredraget utförande innefattar statorn ett flertal distansorgan, vilka är anordnade på inbördes avstånd i det kringgàende organets omkretsriktning, och att åtminstone ett av dessa har nämnda fjädrande egenskaper. Härigenom skapas förutsättningar för en stabil och noggrann förflyttning. Enligt en vidareutveckling innefattar statorn tre distansorgan, vilka är anordnade på inbördes avstånd i det kringgàende ~o~ 10 15 20 25 30 35 519 S53 4 organets omkretsriktning, och att ätminstone ett av dessa har nämnda fjädrande egenskaper.

Distansorganet med fjädrande egenskaper innefattar ett energilagringselement, vilket lämpligtvis utgörs av ett fjäderelement.

Enligt ett annat utförande innefattar nämnda distansorgan ett förflyttningselement, i form av en rulle eller ett hjul, vilket är anordnat för förflyttning i kontakt med och utmed en av statorstrukturen och det kringgáende organet.

Företrädesvis har samtliga distansorgan en sådan rulle.

Genom lämpligt val av antal distansorgan och inbördes avstånd mellan distansorganen kan man uppnä en önskad relativ förflyttning mellan det kringgáende organet och vilken rullarna rullar mot statorstrukturen, under exempelvis det kringgáende organet.

Enligt ett annat utförande, vilket är en vidareutveckling av föregående utförande, är distansorganet inrättat pà sàdant sätt att det kringgáende organet är anordnat excentriskt relativt statorstrukturen dä statorstrukturen är obelastad och väsentligen koncentriskt relativt statorstrukturen dá belastad. uppnàs genmm att statorn innefattar tre distansorgan, statorstrukturen är Detta kan exempelvis vilka vart och ett är försett med nämnda rulle, och av vilka distansorgan ett innefattar nämnda fjäderelement.

Detta utförande skapar förutsättningar för en förflyttning till det avsedda, koncentriska driftsläget med hög noggranhet. u an. u 10 15 20 25 30 519 553 5 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med hänvisning till den utföringsform som visas pà de bifogade ritningarna.

I figur 1 visas i en schematisk sidovy statorn enligt en föredragen utföringsform.

I figur 2 visas i en schematisk vy framifrån statorn enligt den föredragna utföringsformen i tvà olika positioner. visas en mekanism för I figur 3 inställning av statorbladen.

DETALJERAD BESKRIVNING Av EN FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM AV UPPFINNINGEN I figur 1 visas en stator l hos en gasturbin i en Statorn 1 innefattar en schematisk sidovy. statorstruktur 2 med en genomgående kanal 3 för gasgenomströmning, se pilarna 16. I kanalen 3 är ett flertal statorblad 4 gasflödet, se även figur 3. inrättade för styrning av Statorn 1 innefattar en anordning 5 för inställning av statorbladen 4 i olika lägen. Inställningsanordningen 5 innefattar ett kringgàende organ 6 i form av en med kuggar försedd ring. Det kringgàende organet 6 kommer nedan för enkelhetens skull att benämnas kuggring 6.

Kuggringen. 6 är anordnad pá ett avstånd i radiell riktning 'utanför' statorstrukturen 2. Kuggringen (5 är vridbart inrättad och manövreras med hjälp av en icke visad hydraulisk servocylinder. 10 15 20 25 30 35 519 353 6 n n o o v u Inställningsanordningen 5 innefattar vidare ett flertal inställningselement '7 med kuggpartier som svarar mot kuggringens 6 kuggutformning. Vart och ett av inställningselementen '7 är fast förbundet med ett av nämnda styrblad 4. Inställningselementen 7 är anordnade pà inbördes avstànd i kuggringens 6 omkretsriktning och i ingrepp med denna. Inställningselementen 7 vrids därför vid en vridning av kuggringen 6 och därmed förflyttas nämnda statorblad 4 mellan nämnda lägen. innefattar ett Enligt Statorstrukturen 2 ringformigt, utskjutande parti 8. den föredragna utföringsformen utgörs detta ringformiga parti 8 av en separat del som är fast förbunden med övriga statorstrukturen 2 med hjälp av ett skruvförband 9.

Fràn det ringformiga partiet 8 skjuter tre organ l0,11,l2 ut i radiell riktning för att hälla distans mellan statorstrukturen 2 och kuggringen 6, se figur 2.

Distansorganen 10-12 är anordnade med väsentligen lika inbördes Vart och ett av stor vinkelförskjutning. distansorganen 10-12 innefattar en rulle 13 anordnad i kontakt med en i radialled inre yta av kuggringen 6 för att rulla utmed denna. Ett första 10 av distansorganen är dessutom försedd med ett energilagringsorgan 14 i fonn av' ett fjäderelement. Energilagringselementet 14 hos det första distansorganet 10 är förbundet med nämnda förflyttningselement 13 via en arm 15, pà vilken förflyttningselementet 13 är lagrat. Armen 15 är i sin tur vridbart lagrad relativt det ringformiga partiet 8.

Dä varm gas strömmar genom statorstrukturens 2 kanal upp Vid avkylning av statorstrukturen 2 efter att ha belastats värms statorstrukturen och expanderar. av gasen kontraheras äter statorstrukturen. Pá grund av u u ø o o I 00 10 15 20 25 30 35 . u n . ne 519 353 7 att statorstrukturen. 2 är i direktkontakt med gasen expanderas respektive kontraheras denna mer än kuggringen. Fjäderelementet 14 är för att råda bot pà denna värmeutvidgningsskillnad förspänt på sådant sätt att rullarna 13 är i kontakt med nämnda inre yta hos kuggringen 6 såväl då statorn är i driftsläge som då den inte är i. driftsläge. I figur 2 illustreras det ringformiga partiets 8 position med streckade linjer då statorn är' i driftsläge och Ined heldragna linjer då statorn inte är i driftsläge. Fjäderelementet 14 utgörs närmare bestämt av ett brickfjäderpaket som är anordnat pà sådant sätt att det fjädrar i Med statorns radiella riktning. andra ord är kuggringen 6 något excentriskt anordnad relativt statorstrukturen 2 då denna är obelastad och väsentligen koncentriskt anordnad relativt statorstrukturen 2 då denna är belastad.

För att enkelt kunna justera kuggringens 6 förskjutning kan rullarnas 13 läge vara reglerbara, exempelvis med hjälp av en icke visad excentrisk axel, vars läge bestäms efter uppmätning av kuggringens excentricitet då statorn befinner sig i varmt tillstànd.

I figur 3 visas en del av anordningen 5 för inställning av statorbladen 4. I figur 3 visas närmare bestämt kuggringen 6, ett av nämnda inställningselement 7 med kuggpartier som svarar mot kuggringens 6 kuggutformning och statorbladet 4, som är fast förbundet med inställningselementet 7.

Med termen fjädrande avses här att energilagringsorganet mjukt ger efter för en tryckbelastning och när tryckbelastningen sänks återtar ursprunglig form. o . , ø n u na »sou v »nv- 10 15 20 25 30 35 n | | . | .u ø n u o II 519 553 8 Med benämningen omkrets avses ett föremàls inner- eller ytterkant i ett plan. Benämningen skall inte anses vara begränsad till ett cirkelformigt föremàl.

Det ovan beskrivna första distansorganet 10 har fjädrande egenskaper i statorns 1 radiella riktning.

Detta innebär givetvis inte att distansorganet 10 är begränsat till att ha fjädrande egenskaper i statorns 1 radiella riktning, utan kan även ha fjädrande egenskaper i andra riktningar.

Gasturbinen kan vara av säväl enaxlig som tvàaxlig typ.

Med en enaxlig gasturbin. avses att kompressorn eller kompressorerna är förbundna med drivturbinen via en axel, vilken drivturbin är förbunden. med en utgàende axel. Brännkammaren är här belägen mellan kompressorn (-erna) och drivturbinen. Med en tvàaxlig gasturbin avses att kompressorn eller kompressorerna är förbundna med. en kompressorturbin. via en axel. Drivturbinen är inte mekaniskt förbunden kompressorturbinen utan belägen efter kompressorturbinen i gasens flödesriktning och förbunden. med en utgående axel. Brännkammaren är här belägen mellan kompressorn och kompressorturbinen.

Den. beskrivna utföringsformen skall enbart betraktas som ett föredraget exempel och en rad ytterligare varianter och modifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav.

Enligt ett alternativ till nämnda brickfjäderpaket utgörs energilagringsorganet av en spiralfjäder.

Spiralfjädern är enligt ett första exempel anordnad så att dess centrumaxel sträcker sig väsentligen i statorns radiella riktning. Enligt ett andra exempel är spiralfjädern anordnad med dess centrumaxel väsentligen un.. .. . co-v _ 10 15 20 25 30 35 519 353 9 , n . . n o a: i statorns axiella riktning. I sàdant fall innefattar distansorganet en med fjädern förbunden och i den axiella riktningen förskjutbart anordnad del. Ett parti av denna del samverkar med kuggringen pá sådant sätt att en radiell förskjutning mellan kuggringen och statorstrukturen fjädrande tas upp av delen i fjäderns centrumaxels riktning.

Enligt ett ytterligare alternativ utgörs energilagringsorganet av en kolv, exempelvis en luftkolv, där arbetsmediet (luften) utgör fjäderelementet. Enligt ett ytterligare alternativ utgörs energilagringsorganet av en kropp av elastiskt material, såsom ett gummimaterial. Med andra ord uppkommer de fjädrande egenskaperna i sistnämnda alternativ som en konsekvens av materialets inre uppbyggnad och inte av energilagringsorganets form.

Enligt ett alternativ till att förflyttningselementet utgörs av en rulle är detta istället inrättat för en glidande förflyttning utmed kuggringen 6. Förflyttnings- elementet utgörs dà exempelvis av en bàgformig skena.

Enligt ett alternativ till att nämnda ringformiga parti 8 utgörs av en separat del som är fast förbunden med övriga statorstrukturen 2 med hjälp av ett skruvförband 9 kan givetvis det ringformiga partiet utgöras av en med övriga statorstrukturen integral del.

Enligt ett alternativ till nämnda kuggingrepp mellan inställningselementen och det kringgàende organet som rullar mot Enligt ett utgörs inställningselementen av rullar, en inre yta hos det kringgàende organet. ytterligare alternativ är det kringgàende organet försett med spår eller urtagningar. Dessa spàr eller .ayin 10 15 20 25 . ø - ~ na | ø n a nu 519 353 10 urtagningar ligger exempelvis i en i radiell riktning yttre yta pá det kringgàende organet och med inbördes avstånd i omkretsriktningen. Spåren sträcker sig tvärs det kringgàende Nämnda organets utbredningsplan. inställningselement utgörs av en arm som i sin ena ände är fast förbunden med statorbladet och med sin andra ände vilar i spåret. Armen kan exempelvis uppvisa en kulformig del vid sin andra ände, vilken kula i sin tur vilar i spàret. Vid en vridning av det kringgàende organet vrids därmed också statorbladen.

Enligt ett till den utföringsformen där enbart ett av distansorganen är alternativ beskrivna försett med ett fjäderelement sä är flera av dem försedda med fjäderelement. Exempelvis kan statorn innefatta fyra distansorgan. Tvá av dessa är försedda med fjäderelement. Distansorganen är anordnade pà sådant sätt att fjäderelementens resultant verkar i samma riktning som om man hade haft tre ben varav ett är försett med ett fjäderelement.

Den ovan beskrivna applikationen av uppfinningen där mellan skall utan uppfinningen kan värmeutvidgningsskillnader kuggringen och statorstrukturen föreligger inte avses vara begränsande för uppfinningen, även appliceras inom andra områden där ett kringgàende organ är operativt kopplat till statorstrukturen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 519 353 n u . : n o: ll PATENTKRAV

1. Stator (1) statorstruktur (2) till en gasturbin innefattande en med en genomgående kanal (3) för radiell kringgående kopplat till (l0,ll,l2) för hållande av distans mellan statorstrukturen och det gasgenomströmning, ett på ett avstånd i riktning från statorstrukturen anordnat organ (6) som är operativt statorstrukturen och åtminstone ett organ kringgående organet k ä n n e t e c k n a d av, att statorn (1) innefattar ett flertal distansorgan (l0,ll,l2), vilka är anordnade på inbördes avstånd i det kringgående organets (6) omkretsriktning, att vart och (l0,ll,l2) vilket är ett av nämnda distansorgan innefattar ett förflyttningselement (13), kontakt anordnat för utmed en av (6), distansorganen har förflyttning i med och statorstrukturen (2) och det kringgående organet och att åtminstone ett (10) av fjädrande egenskaper i statorns radiella riktning, medan (ll,l2) åtminstone ett annat av dessa inte har nämnda fjädrande egenskaper.

2. Stator enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av, att statorn (1) innefattar tre distansorgan (l0,ll,l2), vilka är anordnade på inbördes avstånd i det kringgående och att åtminstone ett organets (6) omkretsriktning, (10) av dessa har nämnda fjädrande egenskaper.

3. Stator enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av, (10) innefattar ett energilagringselement (14). att nämnda distansorgan med fjädrande egenskaper 10 15 20 25 30 35 519 353 12

4. Stator enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av, att energilagringselementet (14) utgörs av ett fjäderelement.

5. Stator enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av, att nämnda förflyttningselement (13) hjul. utgörs av en rulle eller ett

6. Stator enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av, (lO,ll,l2) statorstrukturen (2) är fast förbundet med den och det att distansorganet andra av kringgående organet(6).

7. Stator enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av, att distansorganet (lO,ll,l2) är inrättat på sådant sätt att det kringgående organet (6) är anordnat excentriskt relativt statorstrukturen (2) då statorstrukturen är ~obelastad och väsentligen koncentriskt relativt statorstrukturen då statorstrukturen är belastad.

8. Stator enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av, att statorn (l) innefattar ett flertal blad (4) inrättade i nämnda kanal för styrning av gasflödet, och en anordning (5) för inställning av nämnda blad i åtminstone två olika lägen, varvid inställningsanordningen innefattar nämnda kringgående organ (6), vilket är vridbart inrättat, och ett flertal likaså vridbart inrättade inställningselement (7) på kringgående avstånd i det organets inbördes omkretsriktning, vilka vart och ett är förbundet med ett av nämnda styrblad (4) och anordnade i kontakt med 10 15 20 519 353 13 det kringgående organet på sådant sätt att de vrids vid en vridning av det kringgàende organet och därmed förflyttar nämnda styrblad (4) mellan nämnda lägen.

9. Stator enligt kravet 8, k ä n n e t e c k n a d av, att det nämnda kringgående organet (6) och inställningselement (7) uppvisar~ motsvarande utformade kuggpartier för àstadkommande av nämnda förflyttning av bladen.

10. Stator enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av, avsedd för att gasturbinen är framdrivning av ett fordon.