CZ20003920A3

CZ20003920A3 - Způsob připevňování vloľky v dutině lopatky k segmentu trysky plynové turbíny

Info

Publication number: CZ20003920A3
Application number: CZ20003920A
Authority: CZ
Inventors: Steven Sebastian Burdgick
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2001-11-14
Also published as: EP1149982A2; DE60037010T2; JP2001295604A; DE60037010D1; ATE377696T1; EP1149982B1; KR20010096524A; EP1149982A3; US6453557B1

Description

—(57) Anotace: - - —-----------______________________ .

Vložka (70), opatřená otvory pro nárazové chlazení lopatky (16) trysky u segmentu (10) trysky plynové turbíny, je vkládána do jednoho konce lopatky (16). Přední konec vložky (70) je zasunut mírně za žebro (74) v blízkosti opačného konce lopatky (16), do které je vložka (70) vkládána. Konec vložky (70) je vytvarován nebo rozkován do souladu s vnitřním okrajem žebra (74). Vložka (70) je poté připájena nebo přivařena k žebru (74).

to-

CZ 2000 - 3920 A3

01-3098-00-Če

Způsob připevňování vložky v dutině lopatky k segmentu trysky plynové turbíny

Oblast techniky

Vynález se týká vložek pro využití v dutině lopatky segmentu trysky, a zejména se týká způsobu vzájemného připevňování vložky v dutině lopatky trysky a trysky k sobě.

Dosavadní stav techniky

U běžných konstrukcí plynové turbíny jsou segmenty trysky obvykle uspořádány v prstencovité soustavě kolem osy otáčení turbíny. Tato soustava segmentů vytváří vnější a vnitřní“prstencovitý pás -a--ve-l-k-é—množ-stv-í—1-opa-te-k-,—ležících mezi těmito pásy. Tyto pásy a lopatky částečně vymezují dráhu horkých plynů, proudících turbínou.

Každý segment trysky obsahuje část vnějšího pásu a část vnitřního pásu, přičemž mezi těmito částmi vnějšího a vnitřního pásu je uspořádána jedna nebo více tryskových lopatek.

U běžných konstrukcí plynové turbíny je chladicí médium, například pára, přiváděno do každého ze segmentů trysky. Za účelem provádění parního chlazení obsahuje každá část pásu stěnu trysky, částečně vymezující dráhu horkých plynů, proudících turbínou, kryt, radiálně vzdálený od stěny trysky

a vymezující komoru s touto stěnou trysky, a nárazovou desku, umístěnou v této komoře. Nárazová deska vymezuje spolu s krytem první dutinu na své jedné straně pro přivádění chladicí páry ze vstupu chladicí páry. Nárazová deska rovněž vymezuje podél., své opačné strany spolu se stěnou trysky druhou dutinu.

Nárazová deska je opatřena velkým množstvím otvorů pro proudění chladicí páry z první dutiny do druhé dutiny pro účely nárazového chlazení stěny trysky. Chladicí pára poté proudí radiálně směrem dovnitř přes dutiny v lopatkách, z nichž určité dutiny obsahují vložky s otvory pro nárazové chlazení bočních stěn lopatky. Chladicí pára poté vstupuje do komory v části vnitřního pásu, načež obrací směr svého průtoku a proudí radiálně směrem ven přes nárazovou desku pro účely nárazového chlazení stěny trysky vnitřního pásu. Upotřebené chladicí médium poté proudí zpět přes dutinu v lopatce směrem do výstupního otvoru ze segmentu trysky.

U dosud známých konstrukcí docházelo k velkým potížím při vkládání vložky do dutiny trysky způsobem, kdy bylo nutno dosáhnout vzájemného lícování s tryskou, které by bylo dostatečné ke snadnému a rychlému připevnění k trysce, to znamená, že bylo nutno provést odlití vložky a trysky s požadovanými tolerancemi za účelem zajištění takového lícování, které by usnadnilo připájení nebo přivalení těchto součástí vzájemně k sobě.

U známých konstrukcí trysky byly například vložky opatřeny pásem, připevněným k jednomu konci, který byl využíván pro připojení vložky k trysce.

·· · ·

U jedné takové konstrukce byla vložka opatřena lícem nebo manžetou, který se připevnil k boční stěně pásu trysky na vrcholku výčnělku, kolem dutiny profilu.

Další běžně známá konstrukce trysky byla opatřena žebrem, odlitým do dutiny profilu, které sloužilo jako spojovací součást pro límec nebo manžetu vložky. Pokud byla vložka opatřena límcem nebo manžetou na tom konci, který vstupoval do dutiny profilu jako první, docházelo ke značným problémům s lícováním při vkládání vložky.

Dalším problémem bylo vytvoření límce nebo manžety na konci složitého trojrozměrného tvaru vložky. Kromě toho je velice žádoucí dosahovat velice těsných tolerancí na konci límce či manžety vložky tak, aby mohl být přivařen nebo připájen k trysce. To je velice obtížné, pokud je límec či manžeta umístěna na konci vložky, neboť jsou obě tyto části vytvořeny z ohebného kovového plechu. V průběhu sestavování takovéto konstrukce pak musí vložka nevyhnutelně být opatřena límcem či manžetou, ručně upravenou tak, aby lícovala s tryskou. Pokud nejsou tolerance manžety a vložky dokonalé, bude příslušný spoj rovněž velmi nedokonalý. Kromě toho je límec či manžeta velmi tuhá k tomu, aby mohla být přizpůsobena tvaru žebra trysky, kde může vznikat- velká mezera.

V případě nedokonalých tolerancí spoje manžety a trysky je nutno zdůraznit, že mezera mezi manžetou a tryskou musí činit zhruba 5 tisícin palce, aby zde bylo možno vytvořit pájený spoj. Avšak z výrobního hlediska mohou být tolerance ploch manžety a trysky zhruba ± 15 tisícin palce. Takže mezera mezi manžetou a tryskou je velice problematická neboť ·· · · • · · ···· · · · · • · ·*·<ΪΣίί 4 ··· «♦····· ···· ·· ··· ·· ·· ·· bude ve skutečnosti nemožné provést pájení bez ruční manipulace za účelem dosažení mezery o přibližné velikosti 5 tisícin palce, což je z výrobního hlediska opakovatelně nereprodukovatelné.

Podstata vynálezu

V souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu je vkládání vložek usnadněno, přičemž je pevnost spoje mezi vložkami a tryskou výrazně zdokonalena. Kromě toho je obdobně zdokonalena opakovatelná vyrobitelnost takovýchto vložek.

Za účelem dosažení shora uvedených úkolů je tryska opatřena odlitým žebrem, které odpovídá požadované mezeře pro proudění nárazového chladicího média mezi vložkou a vnitřní stěnou trysky. Vložka z kovového plechu je vytvořena bez přídavného límce či manžety kolem konce vložky, který má být připevněn k trysce. Prostřednictvím vkládání vložky do dutiny nejdříve otevřeným .koncem a z opačného konce dutiny je vložka uložena kolem žebra trysky. ........ ....... ..........

Vložka je s výhodou vkládána do dutiny tak, že konec vložky mírně přesahuje za žebro trysky. Konec vložky, který má lícovat se žebrem, tak může být vytvarován takovým způsobem, že těsně lícuješ přiléhající povrchovou plochou. Toho je dosaženo ručním opracováním nebo s využitím trnu, přičemž je konec vložky účinně rozkován kolem okraje žebra. Poté je vložka mírně zatažena zpět, čímž je mezera zmenšena a vložka může být snadno připájena nebo přivařena švovým svarem kolem svého okraje k žebru trysky.

··

Shora popisovaný způsob podstatně snižuje náklady na vložku v porovnání s dosud známými způsoby, u kterých docházelo k vynakládání značného času, úsilí a práce při výrobě manžet či límců, při vkládání vložky do sestavy a poté při přivařování manžet či límců k trysce.

V souladu s výhodným provedením, předmětu tohoto vynálezu byl vyvinut způsob připevňování vložky v dutině lopatky u plynové turbíny, opatřené segmentem trysky, majícím vnější pás a vnitřní pás, přičemž alespoň z uvedených pásů obsahuje stěnu trysky, vymezující částečně dráhu horkých plynů v uvedené turbíně, alespoň jedna lopatka (16) leží mezi uvedenými v uvedené dráze horkých plynů, přičemž stěna uvedené lopatky vymezuje alespoň jednu dutinu, rozprostírající se uvnitř uvedené lopatky, přičemž je uvnitř uvedené dutiny uspořádána vložka, vzdálená od stěny uvedené lopatky a opatřená otvory pro proudění chladicího média na stěnu, vymezující uvedenou dutinu, přičemž uvedený způsob

-------obsahuje následující kroky:-------------------------------- --------------------------(a) vytváření žebra kolem uvedené stěny dutiny, přiléhajícího k jednomu z uvedených pásů, vnitřnímu nebo vnějšímu, s ponecháním průchozího otvoru uvedeným žebrem, / · (b) vkládání vložky do uvedené dutiny, (c) následně po kroku (b) tvarování konce vložky do podstatného souladu s otvorem v žebru, a (d) připájení tvarovaného konce vložky a žebra vzájemně k sobě.

fi ·· ···· • · · • · • · · • · · ···· ··

Krok (b) vkládání vložky s výhodou vložky z protilehlého konce dutiny, než je zahrnuje vkládání umístěno žebro.

Krok (b) -vkládání s výhodou zahrnuje vkládání vložky tak, že přesahuje za žebro, poté tvarování konce vložky a následné zatahování vložky pro její lícování s žebrem.

Způsob podle tohoto vynálezu s výhodou zahrnuje švové přivařování vložky k žebru.

Způsob podle tohoto vynálezu rovněž s výhodou zahrnuje připájení vložky k žebru.

Způsob podle tohoto vynálezu dále s výhodou zahrnuje připevňování měřicí desky k vložce nebo k žebru.

Krok (c) tvarování vložky s výhodou zahrnuje, rozkování konce vložky do podstatného -souladu s otvorem žebra----------—

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního .provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický axonometrický pohled na segment trysky s vložkou, připravenou ke vložení;

obr. 2 znázorňuje částečný pohled v řezu na stěnu segmentu trysky a lopatku, představující typické provedení stěny vložky trysky, známé z dosavadního stavu techniky;

···· obr. 3 znázorňuje pohled obdobný, jako na obr. 2, avšak zobrazující vložku definitivně připevněnou ke stěně segmentu trysky v souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu; a obr. 4A až obr. 4D schematicky znázorňují postup vzájemného připevňování vložky a trysky k sobě v souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn segment trysky, který je obecně označen vztahovou značkou 10, a který tvoří součást prstencovité soustavy segmentů (na vyobrazení neznázorněno), uspořádaných kolem osy plynové turbíny.

Každý segment 10 trysky obsahuje vnější pás 12, vnitřní pás—14—a—j-edn-u—nebo—v-tee—lopatek 3^,_kXeré—běží—mezi-těmi-to. pásy 12 a 14. Jsou-li segmenty 10 trysky uspořádány v prstencovité soustavě, pak vnější pás 12:, vnitřní pás 14 a lopatky 16 částečně vymezují prstencovitou dráhu horkých plynů, vedoucí plynovou turbínou, což je všeobecně známé.

Vnější pás 12, vnitřní pás 14 a lopatky 16 jsou chlazeny prouděním chladicího média, například páry, komorou ve vnějším pásu 12, radiálně směrem dovnitř přes dutiny v lopatkách 16, komorou ve vnitřním pásu 14 a radiálně směrem ven přes lopatky do výstupního otvoru podél vnějšího pásu 12. Takže stěny 18 vnějšího pásu 12 a vnitřního pásu 14, stejně jako stěny lopatek .16, vystavené působení horkých plynů, jsou chlazeny chladicí parou.

• ·

• · · · · · ···· ·· »·· ··

Konkrétní konstrukce a průběh proudění chladicího média vnějším pásem 12, lopatkou 16, vnitřním pásem 14, jakož i navracení chladicího média do výstupního otvoru na vnějším pásu 12 zde nejsou znázorněny.'

Je zde pouze odkazováno na. obsah patentového spisu US 5 634 766 stejného majitele, jehož popis je zde uváděn ve formě odkazu, a ve kterém je obsaženo typické chladicí schéma, využívající nárazových desek ve vnitřním pásu a ve vnějším pásu pro účely nárazového chlazení stěn trysky vnitřního a vnějšího pásu a vložek v lopatkách 16 pro účely nárazového chlazení stěn lopatek.

Jak je schematicky znázorněno na vyobrazení podle obr. 1, je lopatka 16 opatřena několika dutinami 17, přičemž v určitých z nich jsou vloženy vložky, například vložka 18. Vložky 18 jsou opatřeny průchozími otvory pro účely nárazového chlazení—vnitřních—ploch—stěny—lopatky__Předmět tohoto vynálezu se týká způsobu připevňování vložek 18 v lopatce 16 a v jejích dutinách.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněn známý stav techniky, přičemž je zde vyobrazena lopatka 16 v části stěny trysky, například stěny trysky vnějšího pásu 12, v kteréžto lopatce 16 je uspořádána dutina 30 pro uložení vložky 32. U tohoto uspořádání je využíváno límce nebo manžety, která je například připájena ke konci vložky 32 před vložením této vložky 32 do dutiny 30. Vložka 32 spolu s připevněným límcem nebo manžetou 34 je obvykle vložena do dutiny 30 z opačného konce dutiny 30, jak je znázorněno šipkou 36.

*1 9 9

9 9 · • · · ·

4· ··«·

9 9

99

Jak již bylo dříve uvedeno, vznikají značné obtíže při pokusu uvést do souladu okraj límce nebo manžety 34 s okrajem žebra 38 kolem lopatky tak, aby to bylo postačující pro provedení pájeného spoje. Podstatná práce je vynakládána na slícování límce nebo manžety 34 se žebrem 38 za účelem umožnění pájení. Kromě toho pevnost a opakovatelnost pájeného spoje nemůže být zaručena.

Jak je na vyobrazení podle obr. 2 znázorněno, je rovněž měřicí deska 40 se středovým průchozím otvorem nasazena přes konec vložky a límce či manžety po jejich nainstalování, a to za účelem usnadnění proudění chladicí páry do vložky a přes nárazové otvory, což je na obr. 2 znázorněno prostřednictvím šipek 42 pro chlazení stěn lopatky.

Jiná konstrukce, známá z dosavadního stavu techniky (na vyobrazeních neznázorněno), zahrnuje vkládání vložky, opatřené měřicí deskou, připájenou nebo přivábenou ke konci vl o ž ky, . do duti ny lopatky____Jel i ko ž mě ř i c i de s ka .. nemůže projí t dutinou, je vložka vkládána do dutiny z toho konče, který leží na opačné straně, než konec, kde je namontována měřicí deska. Měřicí deska je poté připájena nebo přivařena v ochranné atmosféře inertního plynu k okrajům boční stěny trysky kolem otvoru dutiny.

Avšak tento typ spojení není možno využít u segmentů trysky, u kterých je využíváno takového chladicího média, jako je pára. Jelikož je zde svarová oblast se zvýšeným množstvím kovu v blízkosti spoje mezi měřicí deskou a tryskou, je chlazení takovéto oblasti parou nepostačující.

·· ·· • · · β * 0 0 Λ ·0 · «0 0«

V souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu, a v souladu s vyobrazeními podle obr. 3 a podle obr. 4, je vložka 70 vkládána do toho konce otvoru dutiny, který leží na opačné straně, než konec, ke kterému má být vložka připevněna. To je znázorněno šipkou 72 na obr. 4A.

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 4A, tak přední vkládaný konec 76 vložky 70 není opatřen límcem nebo manžetou, ale je obecně uspořádán tak, aby lícoval s obvodovým obrysem odlitého žebra 74 v blízkosti jedné z částí vnitřního pásu 14 nebo vnějšího pásu 16, v daném případě pak s částí vnějšího pásu 12.

Vložka 70 je vkládána do dutiny, tak, že vkládaný konec 76 mírně přesahuje za odlité žebro 74, jak j^eznázorněno na vyobrazení podle obr. 4B. Přístup ke vkládanému konci 76 vložky 70 a k odlitému žebru 74 je umožněn, jelikož k instalování vložky dochází před nainstalováním nárazové desky .a krytu pro příslušný pás segmentu trysky.______________________

Se vkládaným koncem 76 vložky 70, který mírně přesahuje za odlité žebro 74, je vkládaný konec 76 vložky 70 vytvarován nebo vykován tak, aby byl obecně přizpůsoben vnitřnímu okraji odlitého žebra 74. Zde je nutno zdůraznit, že vložka je vytvořena z velice tenkého kovu, například z kovu, majícího tloušťku přibližně 30 tisícin palce.

Následně pak po vytvoření konce vložky je vložka zatažena zpět tak, že konec v podstatě odpovídá vnitřnímu okraji odlitého žebra 7 4, j^ak 3^e znázorněno na vyobrazení podle obr. 4C. V uspořádání, znázorněném na vyobrazení podle obr. 4C, ^je^^vložka^připájena do .příslušné polohy nebo, je, ,.......

přivařena svarem kolem jejího obvodu. Po tomto připájení je měřicí deska 78 připájena ke konci 76 vložky 70 a k odlitému žebru 74.

Zde je nutno zdůraznit, že vytvarování nebo vykování konce 76 vložky může být provedeno buď ručně, nebo s využitím trnu, vložitelného do otevřeného konce vložky za účelem rozšíření konce vložky do souladu s vnitřním okrajem žebra 21- ^Trn 75 je znázorněn na vyobrazení podle obr. 4B pro vkládání do konce 76 vložky 70 za účelem vytvarování konce vložky kolem žebra 74.

Přestože byl předmět tohoto vynálezu popsán ve spojitosti s jeho příkladným provedením, které je v současné době považováno za nejpraktičtější, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu se neomezuje pouze na shora popsané provedení, neboť je naopak určen k pokrytí různých modifikací a ekvivalentních uspořádání, které spadají do myšlenky a rozsahu přiložených patentových nároků._________________________________________

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY »· ·« • 9 9 9

1. Způsob připevňování vložky v dutině lopatky u plynové turbíny, opatřené segmentem (10) trysky, majícím vnější pás (12) a vnitřní pás (14), přičemž alespoň z uvedených pásů (12, 14) obsahuje stěnu (18) trysky, vymezující částečně dráhu horkých plynů v uvedené turbíně, alespoň jedna lopatka (16) leží mezi uvedenými (12, 14) v uvedené dráze horkých plynů, přičemž stěna uvedené lopatky (16) vymezuje alespoň jednu dutinu (17), rozprostírající se uvnitř uvedené lopatky (16), přičemž je uvnitř uvedené dutiny uspořádána vložka (70), vzdálená' od stěny uvedené lopatky a opatřená otvory pro proudění chladicího média na stěnu, vymezující uvedenou dutinu, vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

(e) vytváření žebra kolem uvedené stěny dutiny, přiléhajícího k jednomu z uvedených pásů, vnitřnímu ______________________nebo_________vnějšímu,____s ponecháním_____průchozího otvoru uvedeným žebřem, ..... ' ............ (f) vkládání vložky do uvedené dutiny, (g) následně po kroku (b) tvarování konce vložky do podstatného souladu s otvorem v žebru, a

(h) připájení k sobě. tvarovaného konce vložky a žebra vzájemně 2. Způsob podle nároku 1, značuj íc í se t í m , že krok vkládání

• · zahrnuje vkládání vložky z protilehlého konce dutiny, než je umístěno žebro.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok vkládání zahrnuje vkládání vložky tak, že přesahuje za žebro, poté tvarování konce vložky a následné zatahování vložky pro její lícování s žebrem.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje švové _______přivařování vložky k žebru.________
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje připájení vložky k žebru.
6. Způsob podle nároku 1, v y z n ačující se t í m,_ že _ _zahrnuje připevňování měřicí desky k vložce nebo k žebru. ---------7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok tvarování zahrnuje rozkování konce vložky do podstatného souladu s otvorem žebra.