CZ295662B6 - Sestava těsnění pro plynovou turbínu a těsnicí prvek - Google Patents

Abstract

Sestava těsnění pro plynovou turbínu (1) zahrnuje prstencovitou nosnou skříň (21) a množství segmentů (19) krytu rotoru nesených na radiálně vnitřní straně této nosné skříně (21). Segmenty (19) krytu jsou umístěny těsně u sebe a tvoří prstencovitý kryt (13) v nosné skříni (21). V každém z přilehajících konců (65) sousedních segmentů (19) krytu jsou vytvořeny prostředky (63) pro přijímání těsnění. Sestava zahrnuje těsnicí prvek (55) upravený pro vložení do prostředků (63) pro přijímání těsnění k utěsnění spár (53) mezi přilehajícími konci (65) sousedících segmentů (19) krytu ve směru radiálně dovnitř i axiálně ve směru proudění v turbíně. Dále sestava zahrnuje spolupůsobící prostředky (71, 73) bránící otáčení, vytvořené na zadní straně těsnicího prvku (55) a nosné skříně (21) pro zabránění otáčení segmentu (19) krytu vzhledem k nosné skříni (21).ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká sestavy těsnění pro použití v plynové turbíně. Vynález se pak zejména týká zdokonalené sestavy těsnění krytu plynové turbíny. Vynález se rovněž týká zdokonaleného těsnicího prvku pro tuto sestavu.

Dosavadní stav techniky

Konce lopatek rotoru plynové turbíny jsou obklopeny prstencovitým krytem. Tento kryt rotoru je obvykle vytvořen ze segmentů majících tvar mezikruží, které jsou umístěny těsně vedle sebe tak, že rotor obklopují. Segmenty krytu rotoru jsou neseny na své vnější straně prstencovitou nosnou skříní turbíny. Sousedící segmenty krytu mají mezi sebou malé spáry, které umožňují tepelné roztahování segmentů při provozu turbíny. Do prstencovitého prostoru vytvořeného mezi nosnou skříní a segmenty krytu je přiváděn chladicí vzduch, který segmenty krytu ochlazuje. Tento chladicí vzduch však z uvedeného prstencovitého prostoru může unikat radiálně dovnitř z prostoru mezi spárami. Chladicí vzduch může také unikat mezi dilatačními spárami axiálně ve směru proudění a ze spoje mezi segmenty krytu a nosnou skříní turbíny. U známých řešení je mezi segmenty krytu a nosnou skříní turbíny vytvořeno těsnění, které minimalizuje únik chladicího vzduchu jak ve směru radiálním, tak i ve směru axiálním.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vytvořit relativně jednoduchou a levnou těsnicí sestavu, která zajistí utěsnění segmentů krytu v radiálním i axiálním směru a která bude současně bránit otáčení segmentů vzhledem k nosné skříni turbíny.

Sestava těsnění zahrnuje těsnicí prvek ve formě těsnicího pásku, který má tvar písmene L, přičemž dlouhé rameno tohoto těsnicího prvku je u praveno pro axiální upevnění v drážkách vytvořených na přilehlých koncích sousedících segmentů krytu a zajišťuje utěsnění v radiálním směru. Krátké rameno tohoto těsnicího prvku současně směřuje radiálně přilehle ke straně segmentů krytu a zajišťuje utěsnění spáry v axiálním směru. Zároveň jsou na krátkém ramenu vytvořeny zarážky, které zasahují do radiálního vybrání vytvořeného v nosné skříni protilehle ke spárám. Zarážky umístěné ve vybráních brání otáčení segmentů krytu vzhledem k nosné skříni. Výhodné je, když tyto zarážky zahrnují prodloužení krátkého ramene těsnicího prvku.

Vynález se zejména týká sestavy pro zdokonalení činnosti plynové turbíny mající prstencovitou nosnou skříň a množství segmentů krytu rotoru nesených na radiálně vnitřní straně této nosné skříně. Segmenty krytu jsou umístěny těsně u sebe a tvoří prstencovitý kryt v nosné skříni. V každém z přiléhajících konců sousedních segmentů krytu jsou vytvořeny prostředky pro přijímání těsnění. Podstata vynálezu spočívá v tom, že těsnicí prvek je upraven pro vložení do uvedených prostředků pro přijímání těsnění k utěsnění spár mezi přiléhajícími konci sousedících segmentů krytu jak v radiálním směru, tak i v axiálním směru. Na zadní straně těsnicího prvku a na nosné skříně jsou pro zabránění otáčení segmentů krytu vzhledem k nosné skříni dále vytvořeny spolupůsobící prostředky bránící otáčení.

Vynález se dále týká těsnicího prvku pro použití v sestavě plynové turbíny mající prstencovitou nosnou skříň a množství segmentů krytu rotoru nesených na radiálně vnitřní straně této nosné skříně. Segmenty krytu jsou umístěny těsně u sebe a tvoří prstencovitý kryt v nosné skříni. Těsnicí prvek zahrnuje pásek ve tvaru L mající dlouhé rameno pro vložení do drážek přijímajících

-1 CZ 295662 B6 prostředků vytvořených v přiléhajících koncích sousedních segmentů a pro utěsnění spár mezi konci segmentů krytu v radiálním směru a krátké rameno, příčné k dlouhému ramenu, upravené pro utěsnění spáry mezi segmenty v axiálním směru. Těsnicí prvek je na svém krátkém ramenu dále opatřen prostředky upravenými pro spolupůsobení s prostředky vytvořenými na nosné skříni, které po namontování těsnění na segmenty krytu brání obvodovému pohybu segmentů krytu vzhledem k nosné skříni.

Přehled obrázků na výkresech

Po tomto obecném popisu podstaty vynálezu bude následovat popis jeho výhodných provedení, který odkazuje na přiložené výkresy zobrazující příkladná provedení vynálezu, přičemž:

Obr. 1 zobrazuje částečný axiální řez turbínovou sekcí plynové turbíny se zdokonalenou sestavou těsnění podle tohoto vynálezu;

Obr. 2 je částečný axiální nárys s částečným řezem, zobrazující sestavu těsnění v krytu;

Obr. 3 je perspektivní pohled zobrazující těsnicí prvek;

Obr. 4 je zvětšený axiální nárys zobrazující detail tohoto vynálezu, přičemž těsnicí prvek zde je demontován;

Obr. 5 je zvětšený axiální pohled podobný Obr. 2;

Obr. 6 je detail zadního konce (po směru proudění) sestavy těsnění, zobrazující variantu těsnicí sestavy, a

Obr. 7 je detailní pohled na zadní konec (po směru proudění) těsnicí sestavy, zobrazující její další variantu.

Příklady provedení vynález

Plynová turbína 1, jak je zobrazena na Obr. 1 a na Obr. 2, má rotor 3 nesoucí na svém vnějším věnci 7 radiálně směřující lopatky 5 a je umístěn mezi sousedícími statory 9 a 11. Rotor 3 je přitom obklopen prstencovitým krytem 13, jehož radiálně vnitřní plocha 15 je umístěna přilehle ke koncům 17 lopatek 5 rotoru.

Prstencovitý kryt 13 je tvořen segmenty 19 krytu, které jsou umístěny těsně u sebe tak, že tvoří prstenec. Segmenty 19 krytu jsou uloženy v nosné skříni 21, která obklopuje rotor 3. Na segmentech 19 krytu a na nosné skříni 21 jsou vytvořeny spolupůsobící montážní prostředky, které slouží k uložení segmentů 19 krytu v nosné skříni 21.

Montážní prostředky vytvořené ve skříni 21 mohou zahrnovat přední (ve směru proudění) prstencovitou drážku 23 a zadní (ve směru proudění) prstencovitou drážku 24, která se nachází v axiálním odstupu od přední drážky 23, vytvářející na vnitřním čele 27 skříně 21 žebra 25, 26. Obě axiální drážky 23, 24 jsou otevřené po směru proudění. Spolupracující montážní prostředky, vytvořené na každém segmentu 19 krytu, mohou zahrnovat příruby 29, 31 vyčnívající proti směru proudění plynů v turbíně z předních čel 33, 35 od sebe vzdálených žeber 37, 39 vytvořených na vnější ploše 41 segmentu 19 krytu. Příruby 29, 31 vytvořené na segmentech 19 krytu přitom pasují do drážek 23, 24 vytvořených v nosné skříni 21 a upevňují segmenty 19 krytu.

Mezi segmenty 19 krytu a nosnou skříní 21 turbíny, mezi žebry 37, 39 segmentů 19 krytu, je vytvořena prstencovitá komora 45, do které může být z chladicího kanálu 47, vytvořeného vně skříně 21, přiváděn chladicí vzduch (jak je znázorněno šipkami A). Chladicí vzduch prochází z chladicího kanálu 47 do prstencovité chladicí komory 45 přes radiální otvory 49 vytvořené ve skříni 21.

-2 CZ 295662 B6

Tento chladicí vzduch ochlazuje segmenty 19 krytu, které jsou ohřívány horkými plyny (znázorněnými šipkami B) proudícími v průtočném kanále plynové turbíny. Tento chladicí vzduch však může z prstencovité komory 45 unikat ve směru radiálně dovnitř i ve směru axiálně po směru proudění, jak je znázorněno šipkami C, a to spárami 53 vytvořenými mezi jednotlivými segmenty 19 krytu. Tyto spáry 53 jsou zde vytvořeny, aby při činnosti turbíny mohlo docházet k tepelnému roztahování segmentů 19 krytu.

Pro minimalizaci úniku chladicího vzduchuje známo vytvořit v sestavě krytu těsnění, která spáry 53 mezi sousedními segmenty 19 krytu utěsní. U tohoto vynálezu je těsnicí prvek 55 vytvořen z pásku vhodného tenkého materiálu, který je ohnut do tvaru písmene L, jak je zobrazeno na Obr. 3. Vytvořeno je tak dlouhé rameno 57 a krátké rameno 59 na jednom konci dlouhého ramena 57, které svírá s dlouhým ramenem pravý úhel. Každý ze segmentů 19 krytu je na každém konci 65 segmentu opatřen drážkou 63 (viz Obr. 4). Drážka vytvořená na každém konci segmentu 19 směřuje v radiálním směru dovnitř z té strany 67 segmentu, která leží dále po směru proudění. Drážka 63 také směřuje dovnitř z konce 65 v obvodovém směru. Drážka 63 je v axiálním směru od strany 67 mírně delší než je délka dlouhého ramena 57 těsnicího prvku 55 a má šířku mírně větší než je polovina šířky dlouhého ramena 57 v obvodovém směru od konce 65.

Těsnění je namontováno vložením svého dlouhého ramena 57 do sousedících drážek 63A, 638 vytvořených v přiléhajících koncích 65A, 658 sousedních segmentů 19A, 19B krytu (viz Obr. 5). Dlouhé rameno 57 utěsňuje spáru 53 mezi segmenty 19A, 19B krytu ve směru radiálně dovnitř a krátké rameno 59, dosedající na strany 67A, 678 segmentů 19A, 19B krytu, utěsňuje tuto spáru 53 ve směru axiálně po směru proudění.

Podle tohoto vynálezu jsou těsnicí prvek 55 a nosná skříň 21 turbíny dále opatřeny spolupůsobícími prostředky bránícími otáčení, které zabraňují tomu, aby se segmenty 19 krytu pohybovaly obvodově vzhledem ke skříni 21. Tyto prostředky bránící otáčení mohou na těsnicím prvku 55 zahrnovat prodloužení 71 krátkého ramena 59 těsnicího prvku 55 tak, že krátké rameno 59 je mírně delší než tloušťka segmentu 19 krytu. Spolupůsobící prostředky bránící otáčení, které se nacházejí na nosné skříni 21, mohou zahrnovat zářez 73 radiálně navazující na přilehlé spáry. Zářez směřuje radiálně ven do malé vzdálenosti od vnitřního čela 75 nosné skříně 21 turbíny a axiálně proti směru proudění a také radiálně dovnitř ze zadního (po směru proudění) čela 77 nosné skříně 21 až za zadní (po směru proudění) čelo 89 segmentů 19 krytu (viz Obr. 1).

Je-li těsnicí prvek 55 umístěn v drážkách 63A, 638, zasahuje prodloužení 71 krátkého ramena 59až do zářezu 73 vytvořeného v nosné skříni 21 turbíny a zabraňuje tak otáčení segmentů 19 krytu vzhledem k nosné skříni 21 turbíny.

Výhodné je, když těsnicí prvek 55 má vnější pružnou část 81 vytvořenou integrálně s krátkým ramenem 59 a s jeho integrálním prodloužením 71, přičemž tato vnější pružná část 81 ramena je umístěna v blízkosti krátkého ramena 59, rovnoběžně s ním, ale není tak dlouhá (Obr. 5). Krátké rameno 59, prodloužení 71 a vnější pružná část 81 jsou všechny vytvořeny integrálně, v sérii za sebou z jediného kusu materiálu. Přilehle k vnější pružné části 81 v drážce 87 na vnitřní ploše 27 nosné skříně 21 turbíny je upevněn přidržovací kroužek 85, který udržuje těsnicí prvek 55 ve správné poloze. Přidržovací kroužek 85 tlačí na vnější pružnou část 81 ve směru proti směru proudění tak, že dotlačuje krátké rameno 59 těsně na zadní (po směru proudění) čelo 89 segmentů 19 krytu.

Těsnicí prvek 55 může být vytvořen bez pružné části 81. Místo ní mohou být upravením přidržovacího kroužku 85A vytvořeny předepínací prostředky, které krátké rameno 59 těsnicího prvku 55 dotlačují na segmenty 19 krytu. Jak je vidět na Obr. 6, může být přidržovací kroužek 85A opatřen osazením 91 směřujícím axiálně po směru proudění. Toto osazení 91 má přitom takové rozměry, že těsně dosedá na krátké rameno 59, těsně jej dotlačuje na segmenty 19 krytu a poté,

-3 CZ 295662 B6 co je přidržovací kroužek 85A umístěn do drážky 87 ve skříni 21, uzavírá spáru 53 v axiálním směru.

Alternativně, bez použití vnější pružné části těsnění, mohou předepínací prostředky zahrnovat, jak je vidět na Obr. 7, přidržovací kroužek 858 mající vnitřní čelo 93, které těsně dosedá na krátké rameno 59 a utěsňuje spáru. Radiálně vnější část 95 vnitřního čela 93 je ve směru od krátkého ramena 59 zkosena.

Přestože zde byla popsána pouze jedna podoba spolupůsobících prostředků bránících otáčení, mohou být použity i jiné prostředky bránící otáčení. Příkladně, krátké rameno těsnění by mohlo být opatřeno ven směřujícím jazýčkem, mnohem užším než je krátké rameno, který by zapadl do úzkého zářezu vytvořeného v nosné skříni turbíny.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (10)

1. Sestava těsnění pro plynovou turbínu (1) mající prstencovitou nosnou skříň (21) a množství segmentů (19) krytu rotoru nesených na radiálně vnitřní straně této nosné skříně (21), kde segmenty (19) krytu jsou umístěny těsně u sebe a tvoří prstencovitý kryt (13) v nosné skříni (21) a dále prostředky (63) pro příjímání těsnění, vytvořené v každém z přiléhajících konců (65) sousedních segmentů (19) krytu, vyznačující se tím, že zahrnuje těsnicí prvek (55) upravený pro vložení do prostředků (63) pro příjímání těsnění k utěsnění spár (53) mezi přiléhajícími konci (65) sousedících segmentů (19) krytu ve směru radiálně dovnitř i axiálně ve směru proudění v turbíně, a tím, že zahrnuje spolupůsobící prostředky (71, 73) bránící otáčení, vytvořené na zadní straně těsnicího prvku (55) a nosné skříně (21) pro zabránění otáčení segmentu (19) krytu vzhledem k nosné skříni (21).

2. Sestava podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že těsnicí prvek (55) zahrnuje těsnicí pásek ve tvaru L, mající dlouhé rameno (57) upravené pro vložení do přilehlých drážek (63A, 63B), vytvořených v přilehlých koncích (65A, 65B) sousedících segmentů (19) krytu pro utěsnění spáry (53) mezi segmenty (19A, 198) ve směru radiálně dovnitř a dále krátké rameno (59), příčné k dlouhému ramenu (57), upravené pro umístění přilehle k ve směru proudění vzdálenější straně (67) segmentů (19A, 19B) krytu přilehle ke spáře (53) pro utěsnění této spáry (53) mezi segmenty (19A, 19B) ve směru axiálně po směru proudění.

3. Sestava podle nároku 2, vyznačující se tím, že spolupůsobící prostředky bránící otáčení zahrnují prodloužení (71) vytvořené na volném konci krátkého ramena (59) těsnicího prvku (55), směřující, při těsnicím prvku (55) vloženém do drážek (63) na koncích (65) segmentu (19) krytu, radiálně ven za segmenty (19) krytu a dále radiálně dovnitř směřující zářez (73), vytvořený na vnitřní straně nosné skříně (21) krytu, pro přijetí prodloužení (71).

4. Sestava podle nároku 2 nebo 3, vyznačuj ící se t í m , že krátké rameno (59) těsnicího prvku (55) je opatřeno pružnou částí (81) vyčnívající z něj a umístěnou přilehle k němu, a tím, že k vnitřní straně nosné skříně (21) krytu a přilehle k pružné části (81) je připevněn přidržovací kroužek (85) pro dotlačování pružné části (81) a tím i krátkého ramena (59) na ve směru proudění zadní stranu (67) segmentu (19) krytu a tím pro dokonalejší utěsnění spáry (53).

5. Sestava podle nároku 2 nebo 3,vyznačující se tím, že zahrnuje přidržovací kroužek (85A) připojený k vnitřní straně nosné skříně (21) a umístěný přilehle k zadní straně krátkého ramena (59) těsnicího prvku (55) ve formě těsnicího pásku, přičemž přidržovací kroužek

-4 CZ 295662 B6 (85A) je opatřen osazením (91) dosedajícím na krátké rameno (59) a udržujícím krátké rameno (59) těsně na zadní straně (67) segmentů krytu.

6. Sestava podle nároku 2 nebo 3, vy zn ač uj ící se t í m , že zahrnuje přidržovací kroužek (85B) připevněný k vnitřní straně nosné skříně (21), kde vnitřní, proti směru proudění ležící, čelo přidržovacího kroužku (858) je umístěno proti po směru proudění zadní straně (67) krátkého ramena (59) těsnicího pásku (55) a kde radiálně vnější část (95) jeho vnitřního čela (93) je zešikmena ve směru radiálně ven od krátkého ramena (59).

7. Těsnicí prvek (55) pro utěsnění spár (53) mezi segmenty (19) krytu nesenými nosnou skříní (21) v plynové turbíně (1), vyznačující se tím, že těsnicí prvek je vyroben z pásku plechového materiálu ohnutého tak, že je vytvořeno dlouhé rameno (57) a krátké rameno (59) směřující příčně zjednoho konce dlouhého ramene (57), přičemž krátké rameno (59) zahrnuje prodloužení (71), upravené pro záběr s nosnou skříní (21) pro zabránění otáčení segmentů (19) krytu.

8. Těsnicí prvek (55) podle nároku 7, vyznačující se tím, že prodloužení (71) vyčnívá ven z krátkého ramena (59).

9. Těsnicí prvek (55) podle nároku 7, vy z n a č uj í c í se t í m , že prodloužení (71) směřuje ve stejném směru jako krátké rameno (59).

10. Těsnicí prvek (55) podle nároků 7, 8 nebo 9, vyznačující se tím, že zahrnuje pružnou část (81), která je ohnuta zpět od volného konce krátkého ramena (59) tak, že krátké rameno (59) překrývá a je v odstupu od tohoto krátkého ramena (59).