SE520576C2

SE520576C2 - Connection device for a heat engine unit

Info

Publication number: SE520576C2
Application number: SE0003548A
Authority: SE
Inventors: Johan Mattson; Johnny Rehn
Original assignee: Turbec Ab
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2003-07-29
Also published as: WO2002027169A1; SE0003548L; AU2001292477A1; SE0003548D0

Abstract

A heat engine unit (20) has an connecting device (10), the connecting device being in communication with a heat engine stage (5) at a first end (10a), and in communication with subsequent stages of the heat engine unit, e g a heat exchanger (6) or a recuperator, at a second end (10b). The connecting device (10) is allowed to expand when exposed to heat by being lodged to slide axially at said first end (10a). Furthermore, the connecting device is supported at said second end (10b) by way of a contact surface (50) formed between said second end and supporting means (30) to allow tilting of the connecting device.

Description

W ß 20 25 30 35 2002-01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4l10-012SE.doc MS 5 2 Û 5 7 6 2 binstegen i riktning mot rekuperatorstegen. Vidare, genom att använda en diffusor bibehålls den dynamiska komponenten i avgastrycket och utnyttjas så långt det är möjligt. Ett sätt att göra en diffusor eller en ledning är att Vira ihop en metallplàt till en stympad konform och svetsa ihop fogen längs konan. W ß 20 25 30 35 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4l10-012SE.doc MS 5 2 Û 5 7 6 2 bin steps in the direction of the recuperator steps. Furthermore, by using a diffuser, the dynamic component of the exhaust pressure is maintained and utilized as far as possible. One way to make a diffuser or a wire is to Wrap a metal plate together into a truncated cone shape and weld the joint together along the cone.

Denna lösning för en diffusor eller ledning har några nackdelar, den mäste först fästas, i de flesta fall genom svetsning, för att garantera en tillräcklig tätning mot andra delar så att en enhet formas som kan monteras i gas- vilken innefattar flera delar turbinenheten. Denna enhet, som är hopsvetsade, kan också behöva svetsas mot stödjande delar i gasturbinenheten för en tillräckligt säker fast- sättning och tätning. Detta gör enheten mer komplex med fler svetsar och delar som kan få sprickor under svetsning- en. Detta ger en större risk att svetsar spricker, vilket t.ex. kan orsaka gasläckage, när enheten belastas termiskt, av värmeutvidgning, under drift av gasturbinenheten. In- stallationen och underhållet av diffusorn blir dessutom svårare och tidsödande beroende på högre krav på svetsning- en och flera arbetsmoment när man monterar enheten i gas- turbinenheten.This solution for a diffuser or conduit has some disadvantages, it must first be attached, in most cases by welding, to ensure a sufficient seal against other parts so that a unit is formed which can be mounted in gas - which comprises several parts of the turbine unit. This unit, which is welded together, may also need to be welded to supporting parts in the gas turbine unit for a sufficiently secure attachment and seal. This makes the unit more complex with more welds and parts that can crack during welding. This gives a greater risk of welds cracking, which e.g. can cause gas leakage, when the unit is thermally loaded, by thermal expansion, during operation of the gas turbine unit. The installation and maintenance of the diffuser also becomes more difficult and time-consuming due to higher demands on the welding and several working steps when mounting the unit in the gas turbine unit.

Samanfattning av uppfinningen De huvudsakliga syften med den föreliggande uppfin- ningen är att förenkla konstruktionen och monteringen av anslutningsanordningar i gasturbinenheter, reducera antalet arbetsmoment under monteringen och öka hållfastheten för anslutningsanordningar mot termisk belastning och trycklas- ter.SUMMARY OF THE INVENTION The main objects of the present invention are to simplify the construction and assembly of connection devices in gas turbine units, reduce the number of working steps during assembly and increase the strength of connection devices against thermal loads and pressure loads.

Dessa syften uppnås för värmemotorenheter genom att utrusta dem med en anslutningsanordning enligt uppfinning- en. Anslutningsanordningen är i föroirdelse med ett värme- motorsteg vid en första ände och i förbindelse med efter- en värmeväxlare följande steg hos värmemotorenheten, t.ex. 10 15 20 25 30 2002-01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-012SE.dOC MS 5 2 0 5 7 6 eller en rekuperator, vid en andra ände. Anslutningsanord- ningen tilläts expandera när den utsätts för värme genom att vara lagrad sä att den kan glida axiellt vid den första änden och stöds med hjälp av en kontaktyta som formas mel- lan en del av anslutningsanordningen och stödorgan, varige- nom vippning av anslutningsanordningen medges.These objects are achieved for heat engine units by equipping them with a connection device according to the invention. The connection device is preceded by a heat engine stage at a first end and in connection with a heat exchanger the following steps of the heat motor unit, e.g. 10 15 20 25 30 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0-012SE.dOC MS 5 2 0 5 7 6 or a recuperator, at a second end. The connection device is allowed to expand when exposed to heat by being stored so that it can slide axially at the first end and is supported by means of a contact surface formed between a part of the connection device and support means, whereby tilting of the connection device is allowed. .

Genom att utrusta en värmemotorenhet med en anslut- ningsanordning enligt uppfinningen reducerar en enklare konstruktion med färre delar beroende pà en i ett stycke tillverkad anslutningsanordning tillhörande arbetsmoment under tillverkningsprocesserna, t.ex. svetsning eller löd- ning. Möjligheten för axiell utvidgning för anslutningsan- ordningen när den utsätts för värme reducerar vidare den termiska belastningen pà anslutningsanordningen och ökar dess hållbarhet mot termisk belastning och trycklast. Kon- taktytan som formas mellan anslutningsanordningen och stöd- organen medger vidare vippning av anslutningsanordningen, varigenom en tät tätning mellan dessa delar garanteras. In- stallationen och underhàllet av anslutningsanordningen för- enklas också beroende pà mindre eller ingen svetsning och ingen bearbetning när man byter anslutningsanordningar.By equipping a heat engine unit with a connection device according to the invention, a simpler construction with fewer parts reduces dependence on a one-piece connection device associated with working steps during the manufacturing processes, e.g. welding or soldering. The possibility of axial expansion of the connection device when it is exposed to heat further reduces the thermal load on the connection device and increases its durability against thermal load and pressure load. The contact surface formed between the connecting device and the support means further allows tilting of the connecting device, whereby a tight seal between these parts is guaranteed. The installation and maintenance of the connection device is also simplified due to less or no welding and no machining when changing connection devices.

Kort beskrivning av ritningarna Den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas i närmare detalj med hänvisning till de bifogade ritningar- na, pà vilka: FIG. 1 är en sidovy i längdled i sektion som visar en föredragen utförandeform av en anslutningsanordning enligt uppfinningen monterad i en värmemotorenhet, FIG. 2 är en sidovy i längdled i sektion som visar en föredragen utförandeform av anslutningsanordningen i FIG. l. 10 U 20 25 30 35 2002-01-24 E^.\PUBLIC\DOC\P\4ll0-Ol2SE.d05S2 0 5 7 6 4 Detaljerad beskrivning av uppfinningen FIG. 1 visar en anslutningsanordning 10 enligt upp- finningen monterad i en värmemotor, i detta fall en gastur- binenhet 20 men kan också användas i en förbränningsmotor.Brief Description of the Drawings The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a longitudinal side view in section showing a preferred embodiment of a connection device according to the invention mounted in a heat engine unit, FIG. 2 is a longitudinal side view in section showing a preferred embodiment of the connecting device in FIG. Detailed Description of the Invention FIG. 2. 20 U 30 25 30 35 2002-01-24 E ^. \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0-Ol2SE.d05S2 0 5 7 6 4. 1 shows a connection device 10 according to the invention mounted in a heat engine, in this case a gas turbine unit 20 but can also be used in an internal combustion engine.

Gasturbinenheten innefattar ett inlopp 1, ett hölje 2, en brännkammare 3 (visas enbart delvis), en anslutningsfläns 4, ett gasturbinsteg 5, en värmeväxlare 6, (visas bara del- vis) i form av en rekuperator och en stödfläns 30. Anslut- ningsanordningen 10 kan fungera som en diffusor eller bara som en ledning för att leda gas fràn en ände till en annan.The gas turbine unit comprises an inlet 1, a housing 2, a combustion chamber 3 (shown only in part), a connecting flange 4, a gas turbine stage 5, a heat exchanger 6, (shown only in part) in the form of a recuperator and a support flange 30. The actuator 10 can function as a diffuser or only as a conduit for conducting gas from one end to another.

FIG. 2 visar en vy i sektion av anslutningsanordning- en 10 enligt uppfinningen i en föredragen utförandeform.FIG. 2 shows a sectional view of the connecting device 10 according to the invention in a preferred embodiment.

Anslutningsanordningen visas monterad mellan anslutnings- flänsen 4 hos gasturbinsteget 5 (visas i FIG.1) och stöd- flänsen 30 som är placerad framför värmeväxlaren 6. Anslut- ningsanordningen 10 tillverkas i ett stycke, företrädesvis genom gjutning, men kan också tillverkas med vilken som helst annan lämplig metod, med en yttre stympad konform.The connection device is shown mounted between the connection flange 4 of the gas turbine stage 5 (shown in FIG. 1) and the support flange 30 which is placed in front of the heat exchanger 6. The connection device 10 is manufactured in one piece, preferably by casting, but can also be manufactured with any preferably another suitable method, with an outer truncated conform.

Anslutningsanordningen har företrädesvis ett cylindriskt tvärsnitt men kan ha vilken annan tvärsnittsform som helst, vilket är uppenbart för en fackman. Dessa olika former be- ror pà, t.ex. tillgängligt utrymme i gasturbinenheten 20 eller utformningen av omràdet vid värmeväxlaren som mottar en gas, dvs. rekuperatoromrádet som mottar gasen kan ha en icke symmetrisk form, varigenom tvärsnittet för anslut- ningsanordningen mäste ha ett tvärsnitt som varierar längs dess längd, t.ex. fràn en cylindrisk form vid sin första ände lOa till en oval form vid sin andra ände 10b. Tvär- snittet för anslutningsanordningen 10 kunde vidare ha en kvadratisk eller rektangulär form vid en ände eller bäda, om så erfordras enligt kraven som beskrivs ovan. Anslut- ningsanordningen kan vidare ha ett cylindriskt inre tvär- snitt men ett fyrkantigt yttre tvarsnitt eller ett yttre tvärsnitt med fler än fyra sidor, t.ex. àtminstone fem si- dor som formar ett femhörnigt tvärsnitt. Om anslutningsan- N ß 20 25 30 35 2002-01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4l10-0l2SE.dOC MS 520 576 5 ordningen bara skulle fungera som en ledning kunde den ha ett koniskt, inre genomgående häl med en ökande area i en riktning och en yttre form med en ökande area i den motsat- ta riktningen.The connecting device preferably has a cylindrical cross-section but can have any other cross-sectional shape, which is obvious to a person skilled in the art. These different forms depend on, e.g. available space in the gas turbine unit 20 or the design of the area at the heat exchanger which receives a gas, i.e. the recuperator area receiving the gas may have a non-symmetrical shape, whereby the cross-section of the connecting device must have a cross-section which varies along its length, e.g. from a cylindrical shape at its first end 10a to an oval shape at its second end 10b. The cross-section of the connecting device 10 could furthermore have a square or rectangular shape at one end or both, if required according to the requirements described above. The connecting device may further have a cylindrical inner cross-section but a square outer cross-section or an outer cross-section with more than four sides, e.g. at least five sides that form a pentagonal cross section. If the connection device were to function only as a conduit, it could have a conical, inner continuous heel with a convex heel.......................................... increasing area in one direction and an outer shape with an increasing area in the opposite direction.

Anslutningsanordningen har två ändar, en första ände lOa och en andra ände lOb. Diametern hos anslutningsanord- ningen 10 ökar här från dess första ände 10a i riktning mot dess andra ände lOb. Varje ände är utrustad med åtminstone en tätning i form av en laminär ringtätning 40a, 40b för att avtäta gasen i anslutningsanordningen mot omgivningen.The connection device has two ends, a first end 10a and a second end 10b. The diameter of the connection device 10 here increases from its first end 10a towards its second end 10b. Each end is equipped with at least one seal in the form of a laminar ring seal 40a, 40b to seal the gas in the connection device to the environment.

Anslutningsanordningen har också ett axiellt löpande, inre genomgående hål med en konisk form som huvudsakligen mot- svarar den koniska yttre ytan för anslutningsanordningen.The connecting device also has an axially continuous, inner through hole with a conical shape which substantially corresponds to the conical outer surface of the connecting device.

Centrumet hos det inre genomgående hålet sammanfaller med centrumet hos anslutningsanordningen 10. Alternativt kan centrumet hos det inre genomgående hålet förskjutas i för- hållande till axlarna behöver inte sammanfalla med varandra, centrumet för den yttre formen, dvs. centrum- centrumax- larna kan t.o.m. divergera eller konvergera. Centrumet för öppningen vid varje ände lOa och lOb hos anslutningsanord- ningen kan också förskjutas i förhållande till varandra, varigenom anslutningsanordningen kan ha en kurvformad eller huvudsakligen S-formad utformning. Anslutningsanordningen har sin första ände 10a i ingrepp med en närliggande ände 4a hos anslutningsflänsen 4, och sin andra ände 10b i in- grepp med och stödd av stödflänsen 30. Anslutningsflänsen 4 är rotationssymmetrisk med ett huvudsakligen L-format tvär- snitt som är utrustat med en ände eller ett ben som pekar huvudsakligen i den radiella riktningen och en ände eller ett ben 4a som pekar i den axiella riktningen mot anslut- ningsanordningen 10. Stödflänsen 30 har två rotationssym- metriska huvuddelar, en första utstickande del 110 med en huvudsakligen cylindris o riktning mot an- slutningsanordningen 10 och en andra del med en konisk form som sträcker sig i den motsatta riktningen mot värmeväxla- 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4llO-0l2SE.doc MS 5 2 0 5 7 6 ; i z j, ren 6. Anslutningsflänsen kan ha en icke symmetrisk form, t.ex. en form med flera än fyra sidor, t.ex. en femhörning eller en päronform eller vilken annan form som helst som uppfyller kraven.The center of the inner through hole coincides with the center of the connecting device 10. Alternatively, the center of the inner through hole may be displaced relative to the axes need not coincide with each other, the center of the outer shape, i.e. the center- center axles can t.o.m. diverge or converge. The center of the opening at each end 10a and 10b of the connecting device can also be displaced relative to each other, whereby the connecting device can have a curved or substantially S-shaped design. The connecting device has its first end 10a in engagement with a proximal end 4a of the connecting flange 4, and its second end 10b in engagement with and supported by the supporting flange 30. The connecting flange 4 is rotationally symmetrical with a substantially L-shaped cross-section equipped with an end or a leg pointing substantially in the radial direction and an end or a leg 4a pointing in the axial direction towards the connecting device 10. The support flange 30 has two rotationally symmetrical main parts, a first protruding part 110 with a substantially cylindrical o direction of the connection device 10 and a second part with a conical shape extending in the opposite direction towards the heat exchanger 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4llO-0l2SE.doc MS 5 2 0 5 7 6; i z j, ren 6. The connecting flange may have a non-symmetrical shape, e.g. a shape with more than four sides, e.g. a pentagon or a pear shape or any other shape that meets the requirements.

Anslutningsanordningen 10 stöds av stödflänsen 30 med hjälp av en sfärisk yttre yta 60, vilken är anordnad vid dess andra ände l0b, i kontakt med en konisk inre yta 70 hos stödflänsen 30 under drift av gasturbinenheten 20. Kon- taktytan eller stödytan som formas mellan den sfäriska ytt- re ytan och den koniska inre ytan har formen av en tangen- tiell runt omkretsen löpande kontaktyta 50, vilken medger vippning av anslutningsanordningen. Den sfäriska yttre ytan 60 kan placeras vid vilken som helst position pà anslut- ningsanordningen 10 i stället för den andra änden 10b, det viktigaste är att tätningen och vippningsfunktionen för an- slutningsanordningen uppnås. Den sfäriska yttre ytan 60 kan formas på en del av anslutningsanordningen som är placerad var som helst mellan dess ändar l0a och l0b. Den sfäriska yttre ytan 60 på anslutningsanordningen och den koniska inre ytan 70 på stödflänsen 30 kan också byta plats, dvs. den koniska ytan kan placeras på anslutningsanordningen och den sfäriska ytan på stödflänsen. Bägge dessa ytor 60 och 70 kan också vara sfäriska.The connecting device 10 is supported by the support flange 30 by means of a spherical outer surface 60, which is arranged at its other end 10b, in contact with a conical inner surface 70 of the support flange 30 during operation of the gas turbine unit 20. The contact surface or support surface formed between it The spherical outer surface and the conical inner surface have the shape of a tangential contact surface 50 running circumferentially around the circumference, which allows tilting of the connecting device. The spherical outer surface 60 can be placed at any position on the connecting device 10 instead of the other end 10b, the most important thing is that the sealing and tilting function of the connecting device is achieved. The spherical outer surface 60 may be formed on a portion of the connector located anywhere between its ends 10a and 10b. The spherical outer surface 60 of the connecting device and the conical inner surface 70 of the support flange 30 can also change location, i.e. the conical surface can be placed on the connecting device and the spherical surface on the support flange. Both of these surfaces 60 and 70 can also be spherical.

FIG. 2 visar också en förstoring av den sfäriska ytt- re ytan 60 och den koniska inre ytan 70 för tydlighets skull. Radien hos den sfäriska yttre ytan betecknas med en pil R. Radien R definieras under dimensioneringen av den så att den uppfyller villkoret att kontaktpunkten mellan den sfäriska yttre ytan och den koniska inre ytan alltid är i en position på den koniska inre ytan som ger största möjli- ga område inom vilket anslutningsanordningen kan röra sig i båda riktningar under vippning, detta behöver inte vara v gasturbinenheten 20. Förhållandet FT fallet under drif mellan de nedre och övre positionerna i den radiella rikt- ningen för kontaktytan kan variera. 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4l10-0l2SE.dOC MS 5 2 0 5 7 6 7 Radien R kan vara inom intervallet av runt 120-150 mm medan storleken pà radien R beror pà flera faktorer, t.ex. dimensionerna på de tillhörande delarna och speciellt kon- vinkeln för den koniska inre ytan. I detta fall är den fö- redragna radien R för den sfäriska yttre ytan 60 ungefär 130-140 mm men mest föredragen runt 135 mm när konvinkeln vid den koniska inre ytan 70 är 45°. Andra konvinklar kan också komma ifràga för en fackman, t.ex. en konvinkel pà 30° och andra dimensioner pà anslutningsanordningen skulle ge en annan radie, dvs. dessa parametrar beror av varandra.FIG. 2 also shows an enlargement of the spherical outer surface 60 and the conical inner surface 70 for clarity. The radius of the spherical outer surface is denoted by an arrow R. The radius R is defined during its dimensioning so that it satisfies the condition that the point of contact between the spherical outer surface and the conical inner surface is always in a position on the conical inner surface which gives the greatest possible the area within which the connecting device can move in both directions during tilting, this need not be the gas turbine unit 20. The ratio FT case during operation between the lower and upper positions in the radial direction of the contact surface may vary. 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4l10-0l2EN.dOC MS 5 2 0 5 7 6 7 The radius R can be in the range of around 120-150 mm while the size of the radius R depends on several factors, e.g. the dimensions of the associated parts and especially the cone angle of the conical inner surface. In this case, the preferred radius R of the spherical outer surface 60 is approximately 130-140 mm, but most preferably around 135 mm when the cone angle at the conical inner surface 70 is 45 °. Other cone angles may also be considered by a person skilled in the art, e.g. a cone angle of 30 ° and other dimensions of the connecting device would give a different radius, ie. these parameters depend on each other.

Vippningsfunktionen för anslutningsanordningen er- fordras eftersom anslutningsanordningen 10 kan, i några fall, ha en sned position, beroende pà en ojämn termisk ut- vidgning och/eller en ojämn fördelning av det omgivande trycket runt dess yttre yta, vilket mäste kompenseras för genom att vippa anslutningsanordningen, även toleransfel eller tillverkningsfel eller fel under monteringen av an- slutningsanordningen kan behöva kompenseras för genom att vippa den. En tillräcklig tätning måste fortfarande bibe- hållas mellan gasen inuti anslutningsanordningen 10 och om- givningen bàde i den eventuella sneda positionen för an- slutningsanordningen och under dess termiska utvidgning.The tilting function of the connecting device is required because the connecting device 10 may, in some cases, have an oblique position, due to an uneven thermal expansion and / or an uneven distribution of the ambient pressure around its outer surface, which must be compensated for by tilting the connection device, also tolerance errors or manufacturing errors or errors during the installation of the connection device may need to be compensated for by tilting it. Adequate seal must still be maintained between the gas inside the connection device 10 and the environment both in the possible oblique position of the connection device and during its thermal expansion.

Detta uppnàs genom de laminära ringtätningarna 40a och 40b, ändar 10a och 10b hos anslut- 40b som är anordnade vid resp. ningsanordningen 10. De laminära ringtätningarna 40a, kan glida radiellt i förhållande till varandra men är hu- vudsakligen fixerade i förhållande till anslutningsanord- ningen, därigenom följande rörelsen för anslutningsanord- ningen, sä att deras kontakt med tillhörande tätningsytor bibehàlles vid båda sidor för anslutningsanordningen hela tiden även om den vippar.This is achieved by the laminar ring seals 40a and 40b, ends 10a and 10b of the connections 40b which are arranged at resp. The laminar ring seals 40a, can slide radially relative to each other but are mainly fixed relative to the connecting device, thereby following the movement of the connecting device, so that their contact with associated sealing surfaces is maintained at both sides of the connecting device throughout time even if it tilts.

Tätningsfunktionen kan också uppnås genom att utforma 'arje ärde 10a och 10b hos anslutningsanordningen 10 på ett sätt som motsvarar utformningen eller formen pà de tillhö- rande omgivande tätningsytorna, dvs. anslutningsflänsen 4 10 15 20 25 30 35 2002~01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4llOf0l2SE.doc få 2 Û 5 7 6 8 och stödflänsen 30, varigenom formerna på dessa delar lOa, 10b, 4 och 30 tillsammans åstadkommer en tät tätning, än- darna lOa och l0b kan t.ex. vara mönstrade med mönster som passar in i mönstren i de omgivande ytorna. Dessa mönster kan t.ex. vara ribbor, toppar eller vulster som passar in i fördjupningar eller spår med toleranser som åstadkommer en tillräckligt tät tätning. Vidare kan tätningsfunktionen också uppnås med kolvringar, O-ringar som motstår höga tem~ peraturer eller C-tätningar.The sealing function can also be achieved by designing the core 10a and 10b of the connecting device 10 in a manner corresponding to the design or shape of the associated surrounding sealing surfaces, i.e. the connecting flange 4 10 15 20 25 30 35 2002 ~ 01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4llOf0l2SE.doc get 2 Û 5 7 6 8 and the support flange 30, whereby the shapes of these parts 10a, 10b, 4 and 30 together produce a tight seal, the ends 10a and 10b can e.g. be patterned with patterns that fit into the patterns of the surrounding surfaces. These patterns can e.g. be ribs, tops or beads that fit into depressions or grooves with tolerances that provide a sufficiently tight seal. Furthermore, the sealing function can also be achieved with piston rings, O-rings that withstand high temperatures or C-seals.

Kontakten mellan den sfäriska yttre ytan 60 och den koniska inre ytan 70 uppnås och bibehälles beroende på ett högt tryck från omgivningen, dvs. beroende på det högre trycket från rekupererad kompressorluft som tillförs genom inloppet 1 och omger anslutningsanordningen 10, tvingar an- slutningsanordningen och dess andra ände 10b mot stödflän- sen 30 genom en kraft eller tryckkomponenter i den axiella riktningen mot stödflänsen. Dessa komponenter åstadkommes av det höga trycket som fördelas runt den koniska yttre ytan hos anslutningsanordningen 10 under drift av gastur- binenheten 20.The contact between the spherical outer surface 60 and the conical inner surface 70 is achieved and maintained due to a high pressure from the environment, i.e. due to the higher pressure from recovered compressor air supplied through the inlet 1 and surrounding the connection device 10, the connection device and its other end 10b force against the support flange 30 by a force or pressure components in the axial direction against the support flange. These components are provided by the high pressure distributed around the conical outer surface of the connection device 10 during operation of the gas turbine unit 20.

Anslutningsanordningen 10 är utrustad med spår vid båda ändarna lOa, 10b för att inrymma och fixera de laminä- ra ringtätningarna 40a, 40b i förhållande till anslutnings~ anordningen. Den första änden lOa hos anslutningsanordning- en har ett runt omkretsen löpande spår 80 som är placerat vid dess insida så att en laminår ringtätning 40a, placerad i spåret, är i kontakt med den yttre ytan hos änden 4a hos stödflänsen 4 med sin inre kant, och i kontakt med och fix- erad i förhållande till insidan hos den första änden lOa med sin yttre kant. Den andra änden l0b hos anslutningsan- ordningen har två runt omkretsen löpande spår 90 som är placerade i en upphöjd, huvudsakligen cylindrisk yttre yta 120 för att inrymma två laminära ringtåtningar 40b. Varje laminår ringtåtning 40b har sin yttre kant i kontakt med en inre yta 100 hos den utstickande delen 110 på stödflänsen 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-0l2SE.dOC MS 5 2 U 5 7 6 9 30, och sin inre kant i kontakt med och fixerad i förhål- lande till den yttre ytan hos den andra änden 10b hos an- slutningsanordningen 10. Spåren 80 och 90 kan placeras i anslutningsflänsen 4 eller stödflänsen 30 i stället för an- slutningsanordningen 10, vilket är uppenbart för en fack- man, varigenom de laminära ringtätningarna skulle vara fix- erade i förhållande till dessa delar i stället för anslut- ningsanordningen. Antalet spår för att inrymma de laminära ringtätningarna kan vara vilket som helst antal, vilket är uppenbart för en fackman, t.ex. fler än ett spår vid den första änden 10a och fler eller färre än två spår vid den andra änden 10b, uppfyllande krav på tillgängligt utrymme, tillräcklig tätning och hållbarhet vid belastning. Spåren kan också placeras på utsidan av anslutningsanordningen 4 i stället för på insidan av den första änden 10a hos anslut- ningsanordningen 10 och kan också placeras på insidan av stödflänsen 30 i stället för på utsidan av anslutningsan- ordningen. Den första änden 10a hos anslutningsanordningen 10 sträcker sig över det parti av den närliggande änden 4a hos anslutningsflänsen 4, vilket har en yttre styryta 130 som avslutas vid en ansats 140 i riktningen mot gasturbin- steget 5 som visas i FIG. 1. Där är ett fritt avstånd mel- lan ansatsen 140 och den första änden 10a hos anslutnings- anordningen vid montering i gasturbinenheten 20. Detta av- stånd fungerar som ett axiellt utvidgningsutrymme 150 när anslutningsanordningen expanderar axiellt beroende på ter- misk belastning, dvs. värmeutvidgning, när gasturbinenheten drivs. Den huvudsakliga termiska axiella utvidgningen för anslutningsanordningen 10 sker i riktning mot gasturbinste- get 5, dvs. i expansionsutrymmet 150 som alltid har en längd som överstiger det maximala avståndet som kan till- ryggalàggas av den första änden 10a hos anslutningsanord- ningen 10 under dess axiella utvidgning, dvs. den första änden lOa hos anslutningsanordningen överlappar alltid an- slutningsflänsen men når inte ansatsen 140 vid utvidgning, 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E:\PUBLIC\DOC\P\4ll0-0l2SE.dOC MS 520 10 varigenom någon uppbyggnad av spänning eller krafter i den axiella riktningen eller trycklast i den radiella riktning- en elimineras. En tillräcklig tätning bibehålls också genom att varje laminär ringtätning 40a, vilken är placerad i spåret 80 vid den första änden 10a hos anslutningsanord- ningen 10, bibehåller sin kontakt med tillhörande tätnings- ytor, dvs. den yttre ytan 13O hos anslutningsanordningen 10 och den inre ytan hos spåret 80 hela tiden beroende på tillräckligt långa partier av den första änden 10a och an- slutningsflänsen 4 som överlappar varandra, och därigenom alltid täcker varje laminär ringtätning 40a.The connection device 10 is provided with grooves at both ends 10a, 10b to accommodate and fix the laminar ring seals 40a, 40b relative to the connection device. The first end 10a of the connecting device has a circumferential groove 80 located at its inside so that a laminar ring seal 40a, located in the groove, is in contact with the outer surface of the end 4a of the support flange 4 with its inner edge, and in contact with and fixed relative to the inside of the first end 10a with its outer edge. The other end 10b of the connector has two circumferential grooves 90 located in a raised, substantially cylindrical outer surface 120 to accommodate two laminar ring seals 40b. Each laminate ring seal 40b has its outer edge in contact with an inner surface 100 of the protruding portion 110 of the support flange 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0-0l2SE.dOC MS 5 2 U 5 7 6 9 30, and its inner edge in contact with and fixed relative to the outer surface of the other end 10b of the connecting device 10. The grooves 80 and 90 may be placed in the connecting flange 4 or the support flange 30 instead of the connection device 10, which is obvious to a person skilled in the art, whereby the laminar ring seals would be fixed in relation to these parts instead of the connection device. The number of grooves to accommodate the laminar ring seals can be any number, which is obvious to a person skilled in the art, e.g. more than one groove at the first end 10a and more or less than two grooves at the second end 10b, meeting requirements for available space, sufficient sealing and durability under load. The grooves can also be placed on the outside of the connecting device 4 instead of on the inside of the first end 10a of the connecting device 10 and can also be placed on the inside of the support flange 30 instead of on the outside of the connecting device. The first end 10a of the connection device 10 extends over the portion of the adjacent end 4a of the connection flange 4, which has an outer guide surface 130 which terminates at a shoulder 140 in the direction of the gas turbine stage 5 shown in FIG. 1. There is a free distance between the shoulder 140 and the first end 10a of the connection device when mounting in the gas turbine unit 20. This distance acts as an axial expansion space 150 when the connection device expands axially due to thermal load, ie. thermal expansion, when the gas turbine unit is operated. The main thermal axial expansion of the connection device 10 takes place in the direction of the gas turbine path 5, i.e. in the expansion space 150 which always has a length exceeding the maximum distance that can be covered by the first end 10a of the connecting device 10 during its axial expansion, i.e. the first end 10a of the connecting device always overlaps the connecting flange but does not reach the shoulder 140 in the case of expansion, 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0-0l2SE.dOC MS 520 10 whereby some of tension or forces in the axial direction or compressive load in the radial direction is eliminated. A sufficient seal is also maintained in that each laminar ring seal 40a, which is located in the groove 80 at the first end 10a of the connecting device 10, maintains its contact with associated sealing surfaces, i.e. the outer surface 130 of the connecting device 10 and the inner surface of the groove 80 at all times due to sufficiently long portions of the first end 10a and the connecting flange 4 overlapping each other, thereby always covering each laminar ring seal 40a.

Den utstickande delen 110 hos stödflänsen 30 sträcker sig ett avstånd över den andra änden 10b hos anslutningsan- ordningen 10, vilket avstånd är tillräckligt långt genom att den inre ytan 100 hos stödflänsen 30 alltid täcker var- je laminär ringtätning 40b genom att hela tiden sträcka sig förbi varje laminär ring. Denna tillräckliga längd för den inre ytan 100 tillser att en tillräcklig tätning bibehålls genom att åtminstone en laminär ringtätning 40b, vilken är placerad i spåret 90 vid den andra änden 10b för anslut- alltid bibehåller sin kontakt med den inre ytan 100 hos stödflänsen 30 och den inre ytan hos spå- ningsanordningen 10, ret 90 oberoende av hur mycket anslutningsanordningen 10 vippar. Anslutningsanordningen 10 är tillverkad av en vär- metålig metall men kan självklart vara tillverkad av vilket annat material som helst som uppfyller de termiska kraven, t.ex. keramer. Anslutningsanordningen kan också användas i en kall miljö eller tillämpning, varigenom det enda kravet på en sådan tillämpning som skall uppfyllas år trycklast- kravet, Vilket betyder att anslutningsanordningen kan vara tillverkad av en hållbar plast, t.ex. en polymerkomposit.The protruding portion 110 of the support flange 30 extends a distance over the other end 10b of the connecting device 10, which distance is sufficiently long in that the inner surface 100 of the support flange 30 always covers each laminar ring seal 40b by constantly extending past each laminar ring. This sufficient length of the inner surface 100 ensures that a sufficient seal is maintained by at least one laminar ring seal 40b, which is located in the groove 90 at the other end 10b for always maintaining its contact with the inner surface 100 of the support flange 30 and the the inner surface of the tensioning device 10, the groove 90 regardless of how much the connecting device 10 tilts. The connection device 10 is made of a heat-resistant metal but can of course be made of any other material that meets the thermal requirements, e.g. ceramics. The connection device can also be used in a cold environment or application, whereby the only requirement for such an application to be met is the pressure load requirement. Which means that the connection device can be made of a durable plastic, e.g. and polymer composite.

Denna anslutningsanordning 10 kan också användas i 'ilken annan del som helst av gasturbinenheten 20, t.ex. i en brännkammare eller mellan andra delar för att leda gas som är termiskt belastad och utvidgas och krymper i förhål- 2002-01~24 E:\PUBLIC\DOC\P\4110f0l2SE.d<5I2 0 5 7 6 l l lande till den yttre temperaturen och/eller trycket fràn omgivningen.This connection device 10 can also be used in any other part of the gas turbine unit 20, e.g. in a combustion chamber or between other parts to conduct gas which is thermally stressed and expands and shrinks in relation to the external air. 2002-01 ~ 24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4110f0l2EN.d <5I2 0 5 7 6 ll the temperature and / or the pressure from the environment.

Claims

10 15 20 25 30 35 2002-0144 E = \ vuBL1c \ noc \ P \ 4110-o12s1z41052 0 5 7 6 12 PATENTKRAV

Connection device (10) for a heat engine unit (20), the connection device is connected to a heater (10a), with subsequent steps of the heat engine unit, memotor stage (5) at a first end and in connection e.g. a heat exchanger (6) at a second end (10b), characterized or a recuperator, by allowing the connection device (10) to expand when exposed to heat by being mounted to slide axially at the first end ( 10a), and that the connection device is supported by a contact surface (50) provided between a part of the connection device and support means (30) to allow tilting of the connection device. (10) wherein the contact surface (50) is provided at an outer portion of the connection

Connecting device according to claim 1, the connecting device located between the first end (10a) and the second end (10b) of the connecting device. (10) the contact surface (50) is provided by a spherical surface (60) at

Connecting device according to claim 1, wherein the other end (10b) of the connecting device is in contact with a conical surface (70) of the support member (30).

Connecting device (10) according to claim 1, wherein the contact surface (50) is provided by a spherical surface at the support member (30) in contact with a conical surface at the other end (10b) of the connecting device. (10) the contact surface (50) is provided by a spherical surface (60) at

The connection device according to claim 1, wherein the other end (10b) of the connection device is in contact (30). according to claim 2, with a spherical surface at the support member (10) (50) provided by means of a spherical surface

Connecting device wherein t (60) on the outer portion of the connecting device in contact with a conical surface (70) at the support member (30). N Ü 20 25 30 35 2002-01-24 E z \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0- OIZSE .dOC MS 520 5 76? f: 'i f f? . The contact surface (50) is provided by means of a spherical surface

Connecting device according to claim 2, wherein (60) on the outer portion of the connecting device in con- (30). according to claim 2, tact with a spherical surface at the support member (10) the contact surface (50) is provided by means of a conical surface on

Connecting device, wherein the outer part of the connecting device is in contact (30). according to any one of them having a spherical surface at the support member

Connecting device (10) according to the claims, wherein the connecting device is made in at least one piece. (10) according to the claims, wherein the connecting device has an external

Connection device according to one of the preforms which differs from the shape of its interior. (10) according to the claims, wherein the center of the outer shape of

Connecting device according to any one of the pre-connecting devices is offset relative to the center of its interior.

Connecting device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the center of the opening at the first end (10a) of the connecting device is offset relative to the center of the opening at the second end (10b) of the connecting device.

Connecting device (10) according to any one of claims 1-9, wherein the connecting device has a substantially truncated outer conical shape with an increasing diameter from its front (10a) (10b), the connection is equipped with a conical, standing end towards its other end connecting device inner through-hole extending in the axial direction, the conical shape of the inner through-hole corresponding to the conical outer surface of the connecting member, and the center of the inner through-hole coinciding with the center wherein 1

Connection device (10) according to claim 13, the connection device is forced against the support member (30) by means of 10 15 20 25 30 35 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 4ll0-0l2EN.då12 Û 5 7 6 a higher pressure from the environment, compared to a lower pressure inside the connecting device, distributed around the conical outer surface of the connecting device, whereby resulting forces are produced in the axial direction towards the support member. (10) according to the claims, wherein each end (10a, 10b) of the connection

Connecting device according to one of the connecting devices has a shape corresponding to the shape of its associated sealing surfaces, a connecting member (4) engaging one end of the connecting device and the support member (30) engaging with another end of the connecting device, whereby a tight seal between the interior of the connection device and the surroundings is achieved. (10) the applicable requirements, wherein the connecting device is equipped

Connecting device according to any one of the forms having at least one groove (80) formed at the first (10a) (90) second end (10b) for accommodating and holding the sealing end and at least one groove formed at ( 40a, 40b) in relation to the connecting device resp. the support body. (10) the applicable requirements, wherein the connecting device is engaged

Connecting device according to one of the connecting means (4) of the heat engine stage (5) at its (10a).

Connecting device first end (10) (4) of the heat engine stage (5) according to claim 17, wherein the connecting means is provided with at least one groove (80) formed at its end (4a), which is in engagement with the connecting device, and the support means (30) is provided with at least one groove (90) formed at its end (110), which engages the connection device, to accommodate and hold the seals (40a, 40b) relative to the connection device resp. the support body.

Connecting device (10) (40a, 40b) according to any one of claims 16-18, wherein the seals are laminar rings. 10 Ü 2002-01-24 E: \ PUBLIC \ DOC \ P \ 41l0-0l2SE.dOC5S2 0 5 7 6 15 (10) or 5 or 6 or 7 or 8, the spherical surface

Connecting device according to claim 3 or 4 (60) has a radius of approximately 130-140 mm and most preferably around 135 mm. (10) 16-20, the connecting device being equipped with a (40a) (10a) at its other end

Connection device according to one of the claims at its first end (iob).

Connecting device seal (40b) and two seals (10) according to the claims, wherein the connecting device is made according to any one of those made of a heat-resistant material, e.g. metal or ceramic. (10) according to the requirements, wherein the connecting device is a

23. Connection device according to any of the pre- SOI '.