NL8003033A - Afsluiter-afdichting in het open circuit van vloeistof gekoelde turbines. - Google Patents

Description

, P & c ,' * · 4

W 2348-1050 Ned.M/LvD

Afsluiterafdichting in het open circuit van vloeistof gekoelde turbines.

De uitvinding is gericht op vloeistof gekoelde turbines met open circuit en meer in het bijzonder op een verbeterde afsluiteraf dichting daarvoor.

5 Bij koelstelsels van deze soort wordt de afkoeling tot stand gebracht door een koelfluidum, gewoonlijk water, te leiden door een groot aantal koel kanalen, gevormd in een oppervlak van het draag-profiel van de schoep. Het fluïdum ontspringt gewoonlijk uit een plaats nabij de voet van de schoep en vloeit in radiale richting in buiten-10 waartse richting naar de punt van het draagprofiel als gevolg van de centrifugale kracht, die resulteert uit de rotatie met hoge snelheid van de turbineschoep.

Als gevolg van de uiterst hoge temperaturen, die inwerken op hèt draagprofiel, bevindt een aanzienlijk gedeelte van het koelfluidum 15 in de koelkanalen zich in dampvorm. Het is gewenst dat deze damp slechts in omlaaggaande richting stroomt (d.w.z. de stroomrichting van het fluïdum in vloeibare toestand) om terugstroming en het inbrengen van verbrandings produkten in de koelkanalen vanuit de gasbaan te voorkomen, hetgeen een corrosie probleem zou veroorzaken. Eveneens 20 isoleren in de leiding opgenomen afsluiters met overloop de druk aan de ingang van de buis van de waterdistributeurs. Druk in de buizen vertoont schommelingen van 1,36 at.tussen de voorste rand en de achterste rand van het draagprofiel. Indien geen afsluiters met overloop waren geplaatst, zou dit drukverschil op kwalijke wijze de gelijkmatige 25 distributie van water aan de diverse buizen aantasten. Als gevolg hier van is het dikwijls gewenst een afsluiter met overloop aan te brengen, die wel de doorlaat vein vloeistof toestaat, maar niet dampvormig koelmiddel in de toevoerbuizen, die het koelmiddel leveren aan de koelkanalen. Hiertoe maakt het Amerikaans octrooischrift nr. 3.844.679 30 gebruik van een S-vormige afsluiter met overloop (hierna S-afsluiter) bevattende een paar aangrenzende ü-bochten in elk der toevoerleidingen, die koelmiddel leveren aan de koelkanalen. Ofschoon deze bochten een effectieve afsluiter-afdichting verschaffen, vraagt elk der ü-bochten van de S-afsluiter een minimale kromtestraal van ongeveer twee maal de 35 buisdiameter. Als gevolg hiervan verplaatst de dubbele bocht van elke S-afsluiter het uittree einde van de afsluiter vanaf de toevoer ervan over bij benadering acht buisdiameters. Ruimtebeperkingen aan de schoep sluiten de afdichting van talloze toevoerleidingen door middel van deze techniek uit.

40 Het hoofddoel van de onderhavige uitvinding is het overwinnen 8 0 η i n x t - 2 - van het hierboven genoemde nadeel van het Amerikaanse octrooi no. 3.844.679 door een meer compakte afdichting te verschaffen, die kan worden aangebracht in de toevoerleiding van elk der koelkanalen.

Hiertoe bevat de afsluiter-afdichting volgens de onderhavige uitvinding: 5 1) een ringvormige uitsparing, gevormd in de toevoerleiding van elk der koelkanalen; en 2) een cylindrisch inzetstuk, gelegen in de uitsparing, welk cylindrisch inzetstuk een aantal axiale groeven bezit, die gevormd zijn langs de buitenomtrek ervan en een centrale uitsparing gevormd in het 10 ene einde ervan, welke axiale groeven en welke centrale uitsparing samenwerken met de ringvormige uitsparing ter bepaling van een groot aantal S-vormige afsluiters met overloop, die de doorlaat van vloeibaar koelmiddel wel toelaten, maar de doorlaat van gasvormig koelmiddel verhinderen.

15 De uitvinding zal hieronder aan de hemd van enige, in de fi guren der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Fig. 1 geeft een aanzicht in perspectief van een gedeelte van het verbeterde koelsysteem volgens de onderhavige uitvinding; 20 Fig. 2 toont een bovenaanzicht, waarbij de relatieve ligging wordt weergegeven van een aantal turbineschoepen in een gasturbine van het type, dat kan worden gekoeld door het koelsysteem volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 3 stelt een bovenaanzicht voor van de turbineschoep, die 25 in Fig. 1 geïllustreerd is;

Fig. 4 geeft een zij-aanzicht van een turbineschoep van fig.l;

Fig. 5 toont een doorsnede van het gedeelte H van de schoep van figuur 4;

Fig. 6 stelt een aanzicht voor in perspectief van een inzetstuk 30 dat een deel bepaalt van de afsluiter-afdichting volgens de onderhavige uitvinding?

Fig. 7 toont op vergrote schaal een doorsnede van de afsluiter-afdichting volgens de onderhavige uitvinding? en

Fig. 8 toont een doorsnede op vergrote schaal van een wijzi-35 ging van figuur 7.

Onder verwijzing thans naar de tekeningen, waarin gelijke verwijzingscijfers de zelfde elementen aanduiden, wordt in figuur 1 een turbineschoep weergegeven, die vervaardigd is in overeenstemming met de beginselen van de onderhavige uitvinding en algemeen aangegeven is met 10.

800 3 0 33 *· 4 - 3 -

De schoep 10 omvat een voetgedeelte 12, een schachtgedeelte 14, een plateau gedeelte 16 en een draagprofiel 18. Het voetgedeelte 12 is ingebed in een turbine rotorschijf20, die gemonteerd is op een (niet-weergegeven) as, die roteerbaar ondersteund wordt in een (niet-5 weergegeven) huis. Zoals een deskundige zal inzien, zal de turbine in werkelijkheid een aantal schoepen 10 omvatten, die gelegen zijn rondom de gehele omtrek van de rotorschijf 20. De relatieve verplaatsing van diverse schoepen 10 wordt in figuur 2 geïllustreerd.

Zoals hierboven opgemerkt, is de onderhavige uitvinding 10 gericht op een verbeterde afsluiter-afdichting voor gebruik met gas turbineschoepen van het in figuur 1 geïllustreerde algemene type.

Men dient echter in te zien dat de afsluiter-afdichting volgens de onderhavige uitvinding kan worden toegepast in samenhang met een groot aantal schoep constructies en niet beperkt is tot het gebruik met 15 de hier geïllustreerde speciale schoepconstructie. Bij wijze van voorbeeld kan de afsluiter-afdichting volgens de onderhavige uitvinding worden toegepast in samenhang met de schoepen constructie volgens het Amerikaanse octrooi 3.844.679, dat in het algemeen axiaal uitstrekkende koelkanalen toepast, in plaats van zich radiaal uitstrekkende koelkanalen, 20 zoals geïllustreerd in figuur 1.

Het koelsysteem volgens de onderhavige uitvinding omvat een koelmiddel straalpijp 22, die vloeibaar koelmiddel levert aan het turbine systeem, een koelmiddel verzamelkanaal 24, dat het koelmiddel distribueert over individuele koelmiddel reservoirs 26 (fifuur 2), gelegen in 25 de rotorschijf 20, tussen de de voet opnemende zwaluwstaart groeven 28.

Elk der koelmiddel reservoirs 26 staat in verbinding met een aantal koelmiddel toevoer leidingen 30, gevormd in schacht gedeelten 14 van een betreffende schoep 10 die koelmiddel distribueren over het totale opper-vlaktegebied van het plateau 16 en draagprofiel 18 via een aantal koel-30 kanalen 32, gevormd langs de buitenste omtrek van het draagprofiel 18.

Het koelmiddel verzamelkanaal 24 is gevormd in een 360 graden-ring 34, die bij voorkeur gekoppeld is met de rotorschijf 20, door middel van een aantal bevestigings organen 36. De positie van de ring 24 is zodanig gekozen, dat het zeker is dat elk der kanalen 38 uitgericht is 35 ten opzichte van een betreffend koelmiddel reservoir 26. Kanalen 38 zijn bij voorkeur gelijkmatig verdeeld over het kanaal 24 om een gelijkmatige koelmiddelstroming in elk reservoir 26 te waarborgen. Op deze wijze zal een gelijke hoeveelheid koelmiddel worden geleverd aan elke schoep 10.

Zoals duidelijk is weergegeven in figuur 1 wordt een afzonderlijke ring 34 800 3 0 33 - 4 - geplaatst aan elke zijde van de schoep 10, waarbij elke ring een aangrenzende opening in elk reservoir 26 levert. Anderzijds zou een voedingswater leveringssysteem met een boorring, zoals beschreven in de Amerikaanse neven-octrooi aanvrage no. 842.407, ingediend op 17 oktober 5 1977, desgewenst kunnen worden toegepast.

Elk der koelmiddel toevoerleidingen 30, werkt samen met een overeenkomstig koelkanaal 32 en levert koelmiddelfluïdum aan het betreffende kanaal uit het reservoir 26. Een afsluiter-afdichting 40 is gevormd in elk der koelmiddel toevoerkanalen 30, bij voorkeur aan het 10 grensvlak tussen leidingen 30 en reservoir 26. De constructie van afsluiter-afdichtingen 40, is zeer goed weergegeven in figuren 5 - 7 en zal uitvoerig hieronder worden beschreven. Voor het moment kan worden volstaan met op te merken, dat elke afdichting 40 dient om de doorlaat van vloeibaar koelmiddel toe te staan vanuit het reservoir 26 naar 15 koelkanalen 32, maar de doorlaat van dampvormig koelmiddel uit het koelkanaal 32 naar het reservoir 26 voorkomt.

Zoals het beste te zien is in figuur 3 strekken de koelkanalen 32 zich uit vanaf de koelmiddel toevoerleidingen 30 of over het plateau 61 tot aan de buiten omtrek van het draagprofiel 18. In de geïllustreerde 20 uitvoeringsvorm worden koelkanalen 32 gevormd in de koperlegeringsmatrix 42, die verdicht is rondom de koelkanalen 32 van het draagprofiel 18 en dienen om de buitenste huid 44 van het draagprofiel af te koelen.

Zoals het beste te zien is in figuur 1 eindigen de koelkanalen 32 in een ring verdeelleiding 46, die langs centrifugale weg stoom en water scheidt, 25 waarbij het water uit de schoep wordt uitgedreven, via een in de schoepen punt aangebrachte straalpijp 47. De stroom wordt gerecirculeerd naar het schachtgedeelte van de schoep via kanalen 48, zoals weergegeven.

De gedetailleerde constructie van afsluiter-afdichtingen 40 zal thans beschreven worden onder verwijzing naar figuren 5 en 6.

30 Zoals nog het beste te zien is in figuur 5, omvat elke afsluiter-afdichting 40 een cylindrisch inzetstuk 50, dat wordt ingestoken in een ringvormige uitsparing of holte 52, coaxiaal gevormd met het betreffende koelmiddel toevoerkanaal 30. De uitwendige diameter van het inzetstuk 50 is bij benadering gelijk aan de binnendiameter van de holte 52 en is mechanisch 35 bevestigd in de weergegeven stand door geschikte middelen, zoals met palen. Zoals weergegeven in figuur 6, bezit het cylindrische inzetstuk 50 een aantal axiale groeven 54 die gevormd zijn in de buitenste omtrekken wand en een centrale uitsparing 56, die in de bovenzijde ervan gevormd is. De axiale groeven 54 en de centrale uitsparing 56 werken samen met het 8003033 λ λ - 5 - ringvormige verlengstuk 58, gevormd in de ringvormige holte 50 voor het bepalen van het aantal S-vormige banen voor het fluïdum koelmiddel, dat vloeit van het reservoir 26 naar het betreffende koelmiddeltoevoerkanaal 30, zoals weergegeven door de pijlen in fig.5.

5 Deze constructie stelt een verbetering voor ten opzichte van de afsluiters met overloop, bekend uit het Amerikaanse octrooi 3.844.679, aangezien de ingangspoorten (groeven 54) relatief dicht bij de uittree poorten (koelmiddel toevoerkanaal 30) van de afsluiter met overloop 40 kunnen zijn. Als gevolg daarvan kan een groter aantal afsluiters met 10 overloop aangebracht worden in een enkele schoep en elk der toevoer leidingen 30, kan voorzien zijn van haar eigen overloop afdichting 40.

De werking van de overloop afdichting 40 kan het beste begrepen worden onder verwijzing naar figuur 7. Wanneer stoomdrukken (d.w.z. in de koelmiddel toevoerleiding 30) en onder (d.w.z. in het reservoir 26) 15 overloop afdichting 40 gelijk zijn, is het waterpeil in het kanaal 60 op een niveau, dat overeenkomt met het bodemgedeelte 62 van het axiale verlengstuk 58. Wanneer de druk in de koelmiddel toevoerleiding 30 stijgt boven die in het reservoir 26, komt het waterpeil hoger over een afstand H (bijvoorbeeld tot het met stippellijn 64 geïllustreerde pijl) 20 voldoende om het drukverschil te overwinnen. Als gevolg hiervan zal koelmiddeldamp in de leiding 30 niet toegestaan zijn om naar het reservoir 26 te lopen.

In de hiervoor besproken uitvoeringsvorm waren de koelmiddel toevoerleidingen 30 rechtstreeks gevormd in het schachtgedeelte 14 van 25 de schoep 10. In bepaalde gevallen verdient de voorkeur individuele pijpen toe te passen, welke zitten binnen de gevormde uitsparing aan de zijden van het schachtgedeelte 14, maar welke daarvan gescheiden zijn. Een dergelijke uitvoeringsvorm is geïllustreerd in figuur 8.

Zoals daarin is weergegeven, past het ene einde van de individuele 30 koelmiddel toevoerleiding 30 in een uitsparing 60 gevormd in het schachtgedeelte 14 en staat in verbinding met een kanaal 68 gevormd in het schachtgedeelte 14 en opent in de ringvormige holten 52. Anderzijds kan de uitsparing 66 zich uitstrekken over de gehele weg in de ring*·: vormige holte 52 en kan de koelmiddel toevoerleiding 30 co-extensief 35 daarmede zijn. In elk geval zal een soortgelijke uitsparing worden gevormd in het schachtgedeelte 14 nabij het plateaugedeelte 16 teneinde het tegenover gelegen einde van de leiding 30 toe te staan in verbinding te treden met het samenwerkende koelmiddelkanaal 24 ervan.

800 3 0 33

Claims (13)

1. Koelstelsel voor een gasturbine van. het type omvattende een turbineschijf, gemonteerd op een as, die roteerbaar ondersteund wordt in een huis, een aantal turbineschoepen, die zich radiaal ten opzichte van de schijf naar buiten toe uitstrekken, waarbij elke 5 schoep omvat een in de schijf gemonteerd voetgedeelte, een zich radiaal ten opzichte van het voetgedeelte naar boven toe en naar een plateau gedeelte uitstrekkend schachtgedeelte en een draagprofiel, dat zich radiaal vanaf dat plateaugedeelte naar buiten toe uitstrekt, bevattende · *- 10 a) een aantal koelkanelen gevormd in het draagprofiel van elke schoep voor het distribueren van een koelmiddel door het draagprofiel; b) middelen voor het leveren van vloeibaar koelmiddel aan elk koelkanaal, welke middelen een aantal overloop-afdlchtingen omvatten, waarbij elke overloop-afdichting bevat: 1. een in de schoep gevormde ringvormige uitsparing en 2. een in de uitsparing gelegen cylindrisch inzetstuk, dat een aantal axiale groeven bezit, die gevormd zijn langs de buitenomtrek ervan en een centrale uitsparing gevormd in het ene einde ervan, welke axiale groef en centrale uitsparing samenwerken met de ringvormige 20. uitsparing onder bepaling van een aantal S-vormige overloop afdichtingen, die de doorlaat mogelijk maken van vloeibaar koelmiddel, doch de doorlaat van gasachtig koelmiddel verhinderen.

2. Koelstelsel, volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het leveren van vloeibaar koelmiddel aan de koelkanalen 25 een aantal koelleidingen omvat, die samenwerken met elk der schoepen, waarbij elk der koelleidingen ingericht is om koelmiddel te leiden naar een verschillend kanaal van de genoemde koelkanalen.

3. Koelstelsel, volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de overloopafdichtingen in aantal gelijk zijn aan het aantal koelmiddel 30 leidingen, en waarbij een verschillende overloop-afdichting samenwerkt met elk der koelmiddel leidingen en daarbij samenwerkt met één der schoepen.

4. Koelstelsel, volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de ringvormige uitsparing van elk der overloop afdichtingen gevormd is in 35 de schoep, waarmede de overloop afdichting samenwerkt.

5. Koelstelsel, volgens één der conclusies 1,3 of 4, met het kenmerk, dat de ringvormige uitsparing een in hoofdzaak cylindrisch 8003033 - 7 - Λ *. gedeelte omvat, alsmede een ringvormig gedeelte, dat een centraal verlengstuk bezit, dat zich uitstrekt naar het cylindrische gedeelte, welk uitsteeksel zich uitstrekt tot in de uitsparing in het cylindrische inzetstuk.

6. koelstelsel, volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat elk der koelmiddel leidingen co-axiaal is met de ringvormige uitsparing van de er mee samenwerkende overloop-afdichting.

7. Koelstelsel, volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat elk der koelmiddel leidingen co-axiaal is met de ringvormige uit- 10 sparing van de er mee samenwerkende overloop-afdichting.

8. Koelstelsel, volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de middelen voor het leveren van vloeibaar koelmiddel aan de vloeistof leidingen voorts een aantal koelmiddel reservoirs omvatten, gevormd in de turbineschijf, waarbij elk der overloop afdichtingen gelegen is aan 15 het grensvlak tussen de samenwerkende koelmiddel leiding en een der reservoirs.

9. Koelstelsel, volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de middelen voor het leveren van vloeibaar koelmiddel voorts omvatten: a) een 360 graden ring gekoppeld met de rotorschijf, die voorzien is van 20 een daarin gevormd 360 koelmiddel verzamelkanaal; b) een aantal in het koelmiddel verzamelkanaal gevormde kanalen, waarvan het aantal gelijk is aan het aantal reservoirs, waarbij elk der kanalen uitkomen in een betreffend reservoir, teneinde het koelmiddel te geleiden vanuit het koelmiddel verzamelkanaal naar het betreffende reservoir 25 ervan.

10. Koelstelsel, volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat elk der kanalen gevormd is op gelijke afstanden langs het koelmiddel verzamelende kanaal.

11. Koelstelsel, volgens conclusie 9, gekenmerkt door een 30 ringleiding, gevormd in elk der draagprofielen en ingericht om koelmiddel op te vangen, dat de koelkanalen verlaat.

12. Koelstelsel, volgens conclusie 11, gekenmerkt door een schoepenstraèlpijp met punt, gevormd in elk der schoepen, om het koelmiddel toe te staan uit te treden uit de ring verdeel-leiding.

13. Koelstelsel, volgens conclusie 11, gekenmerkt door een aantal stoomretour kanalen, gevormd in elk der schoepen, om het koelmiddel, gelegen in de ringleiding, toe te staan te worden verwijderd uit de ringleiding en buiten de schoep te worden afgevoerd. 8003033