NO149010B

NO149010B - KOMPRESSOR.

Info

Publication number: NO149010B
Application number: NO75752644A
Authority: NO
Inventors: Richmond George Shuttleworth; Donald Leo Williams
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1975-07-28
Publication date: 1983-10-17
Also published as: IT1040063B; FR2280812A1; DE2532554C2; NO752644L; NO149010C; SE7508371L; SE419260B; GB1511019A; BR7504846A; FR2280812B1; CH589229A5; JPS5138112A; DE2532554A1; JPS6050999B2; US3918832A; CA1027870A

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kompressor, særlig for en gassturbin, omfattende et hus med enkel vegg, et antall ledeskovlenheter som med bolter er festet i ét omkretsspor i innersiden av husveggen, hvor hver ledeskovlenhet omfatter en bueformet holder som spenner over en del av husets omkrets, hvor minst én ledeskovl blir båret av den bueformete holder og rager radialt innad fra denne mot den bueformete dels krumningssenter. The present invention relates to a compressor, in particular for a gas turbine, comprising a housing with a single wall, a number of guide vane units which are fixed with bolts in one circumferential groove in the inner side of the housing wall, where each guide vane unit comprises an arc-shaped holder that spans part of the housing's circumference , where at least one guide vane is carried by the arc-shaped holder and projects radially inwards from this towards the center of curvature of the arc-shaped part.

Gassturbinmotorer er utformet og konstruert slik at det oppnås fyllestgjørende konstruksjonsmessig integritet for de enkelte komponenter mens akseptabelt nivå for aerodynamiske egenskaper bibeholdes. I kompressorseksjonen er rotorenheten omgitt av en stator. Kompressorbladenes tipper, som løper radialt ut-over på rotoren inn i drivmediets strømningsbane, er innrettet til å samvirke med en tilpasset flate på kompressorstatoren som omslutter bladspissene slik at det dannes en gasstetning mellom rotoren og statoren. Kompressorskovltippene som løper innover radialt fra kompressorhuset og inn i drivmediets strømningsbane, er innrettet til å samvirke med tilsvarende flater på rotoren til dannelse av en gasstetning mellom rotoren og statoren. Kompressorens aerodynamiske egenskaper er sterkt avhengig av klaringen mellom statoren og rotoren ved blad- og skovltippene. Selv en liten reduksjon av klaringene mellom spissene kan bedre kompressorens aerodynamiske egenskaper betydelig. Gas turbine engines are designed and constructed so that complete structural integrity is achieved for the individual components while an acceptable level of aerodynamic properties is maintained. In the compressor section, the rotor assembly is surrounded by a stator. The tips of the compressor blades, which run radially outwards on the rotor into the flow path of the propellant, are designed to cooperate with an adapted surface on the compressor stator which encloses the blade tips so that a gas seal is formed between the rotor and the stator. The compressor vane tips, which run radially inward from the compressor housing and into the flow path of the propellant, are designed to cooperate with corresponding surfaces on the rotor to form a gas seal between the rotor and the stator. The compressor's aerodynamic properties are strongly dependent on the clearance between the stator and the rotor at the blade and vane tips. Even a small reduction of the clearances between the tips can significantly improve the compressor's aerodynamic properties.

Jo større strømningsbanediameteren i gassturbinen er, desto vanskeligere blir det å opprettholde akseptabel klaring mellom tippene. Rotorens tetningsflåter og buen som omskrives av de roterende bladtipper holdes konsentrisk med rotorens akse innenfor meget snevre toleranser for å opprettholde rotorbalanse. Kompressorstatoren krever konstruksjonsmessig ikke denne presi-sjonsbalansering, og toleranser når det gjelder konsentrisitet for statorens vedkommende er-derfor redusert for å minske frem-stillingskostnadene. Graden av reduksjon av disse toleranser innvirker direkte på konsentrisiteten for blad- og skovlspissene med deres tilhørende tetningsflater. The larger the flow path diameter in the gas turbine, the more difficult it becomes to maintain acceptable clearance between the tips. The rotor sealing rafts and the arc circumscribed by the rotating blade tips are kept concentric with the rotor axis within very tight tolerances to maintain rotor balance. In terms of construction, the compressor stator does not require this precision balancing, and tolerances in terms of concentricity for the stator are therefore reduced in order to reduce manufacturing costs. The degree of reduction of these tolerances directly affects the concentricity of the blade and vane tips with their associated sealing surfaces.

I ideell tilstand er samtlige av rotorens tetningsflater konsentrisk med deres tilsvarende skovltipper, og statorens samtlige tetningsflater er konsentrisk med deres tilsvarende tipper. Denne konstruksjon muliggjør en minimal klaring mellom de roterende og de stasjonære deler. Når det foreligger eksentrisitet mellom de stasjonære og de roterende deler, må klaringen økes for å hindre skadelig berøring mellom rotoren og statoren når motoren er i bruk. In an ideal condition, all of the rotor's sealing surfaces are concentric with their corresponding vane tips, and all of the stator's sealing surfaces are concentric with their corresponding tips. This construction enables minimal clearance between the rotating and the stationary parts. When there is eccentricity between the stationary and the rotating parts, the clearance must be increased to prevent harmful contact between the rotor and the stator when the motor is in use.

Ytterligere klaring mellom rotorens og statorens tetningsflater frembringes også for å muliggjøre forvridning av kompressorhuset under forbigående varmeforhold. Et kompressorhus som har en uhomogen masse fordelt om dets omkrets, såsom et hus med en aksial spalte, er utsatt for forvridende termisk utvidelse som følge av konsentrasjon av massen i flensområdene. Når huset utsettes for foranderlige varmeomgivelser utvider de arealer av huset som har lav massekonsentrasjon seg mer enn de arealer som har høy massekonsentrasjon, som følge av den tidsforskjell som er nødvendig for at disse arealer skal oppnå konstante termiske betingelser. Additional clearance between the rotor and stator sealing surfaces is also provided to allow for distortion of the compressor housing under transient heat conditions. A compressor housing that has an inhomogeneous mass distributed around its circumference, such as a housing with an axial slot, is subject to distortional thermal expansion as a result of mass concentration in the flange areas. When the house is exposed to changing thermal environments, the areas of the house that have a low mass concentration expand more than the areas that have a high mass concentration, as a result of the time difference that is necessary for these areas to achieve constant thermal conditions.

De fleste gassturbiner med aksial strømning er utstyrt med. et dobbelt, kompressorhus som omfatter et ytre hus for anbringelse av motorens lagre og et indre hus som radialt avgrenser drivmediets strømningsbane og som bærer kompressorledeskovlene som rager fra innerveggen inn i strømningsbanen. Det indre hus omfatter en rekke ringer som er boltet sammen. Hver annen ring bærer rekker av statorledeskovler og er forbundet med hverandre ved hjelp av en mellomliggende ring som er tetningsflaten som ligger overfor den tilsvarende rekke av rotorbladtipper. Sammen-føyningsegenskapene til hver ring er utformet i forhold til aksen for hver enkel ring innenfor grensene for konsentrisitetstoleranse. Når tilstøtende ringer sammenføyes, kan konsentrisi-tetstoleransene akkumuleres slik at eventuelt den skjeve innstilling mellom den første og den siste delen i statorenheten blir for stor. Følgelig økes klaringen mellom rotor og stator for å gi plass til denne eventuelle skjeve innstilling. Most gas turbines with axial flow are equipped with. a double compressor housing which comprises an outer housing for placing the engine's bearings and an inner housing which radially delimits the flow path of the propellant and which carries the compressor guide vanes which project from the inner wall into the flow path. The inner housing comprises a series of rings which are bolted together. Every other ring carries rows of stator vanes and is connected to each other by means of an intermediate ring which is the sealing surface opposite the corresponding row of rotor blade tips. The joining properties of each ring are designed relative to the axis of each individual ring within the limits of concentricity tolerance. When adjacent rings are joined together, the concentricity tolerances can accumulate so that possibly the skewed setting between the first and the last part in the stator unit becomes too great. Consequently, the clearance between rotor and stator is increased to make room for this possibly skewed setting.

Andre gassturbiner, særlig de som anvendes i industrien, Other gas turbines, especially those used in industry,

er utstyrt med et enkelt kompressorhus som er splittet aksialt is equipped with a single compressor housing that is split axially

og sammenføyet ved hjelp av langsgående flenser på motstående halvdeler av kompressorhuset. Massefordelingen om kompressorhuset er ujevn og bevirker eksentrisk forvridning av kompressorhuset under betingelser med forbigående varme. Komponenter som bæres av områder med.høy massekonsentrasjon inntar en radialt innenforliggende stilling i forhold til de komponenter som bæres av et område med lav massekonsentrasjon når husets temperatur øker og inntar en radialt utenforliggende stilling når tempera-turen avtar. Det blir sørget for:tilstrekkelig klaring mellom blad- og skovltippene og de tilsvarende tetningsflater slik at det hindres skadelig berøring mellom rotoren og statoren i de . områder hvor kompressorhuset har større masse. and joined by means of longitudinal flanges on opposite halves of the compressor housing. The mass distribution around the compressor housing is uneven and causes eccentric distortion of the compressor housing under conditions of transient heat. Components carried by areas with high mass concentration take a radially inner position in relation to the components carried by an area with low mass concentration when the housing temperature increases and take a radially outer position when the temperature decreases. Provision is made for: sufficient clearance between the blade and vane tips and the corresponding sealing surfaces so as to prevent harmful contact between the rotor and the stator in the . areas where the compressor housing has a greater mass.

Et enkelt kompressorhus med jevn massefordeling muliggjør gode aerodynamiske egenskaper, selv om fyllestgjørende mekanisk understøttelse av skovlene i et slikt hus er vanskelig. Ledeskovlene har derfor,tendens til å vibrere når motoren er i drift. Skovler som er stivt forbundet med kompressorhuset har begrenset levetid idet de har tendens til å sprekke eller gå i stykker som følge av vibrasjonsspenninger i områder hvor vingen er festet til en bærekonstruksjon. Dessuten krever et envegget hus spalter som skovlene stikkes inn i og anbringes i langs omkretsen . A simple compressor housing with uniform mass distribution enables good aerodynamic properties, even if adequate mechanical support for the vanes in such a housing is difficult. The guide vanes therefore tend to vibrate when the engine is in operation. Vanes that are rigidly connected to the compressor casing have a limited life as they tend to crack or break as a result of vibrational stresses in areas where the vane is attached to a supporting structure. In addition, a single-walled house requires slots into which the vanes are inserted and positioned along the perimeter.

Områdene ved disse spalter er ofte utsatt for for stor spen-ningskonsentrasjon i områdene hvor små radier avbryter jevne spenningsmønstre. The areas at these gaps are often exposed to excessive stress concentration in the areas where small radii interrupt uniform stress patterns.

Fra US-patentskrift 2.857.093 er det kjent et antall stator-skovler som er montert på et bueformet segment og deretter montert i et omkretsspor i et kompressorhus med aksiale spalter. Hver kompressorskovl har en kileformet fot som er stukket gjennom en åpning i det bueformete segment hvor den holdes fast i stilling. From US patent 2,857,093, a number of stator vanes are known which are mounted on an arcuate segment and then mounted in a circumferential groove in a compressor housing with axial slots. Each compressor vane has a wedge-shaped foot inserted through an opening in the arcuate segment where it is held firmly in position.

Fra US-patentskrift 2.928.586 er det kjent en stator for From US patent 2,928,586, a stator is known for

en flertrinnskompressor med aksial strømning, utstyrt med et sylindrisk hus hvor det er anordnet avstandsringer mellom rekker av blader. Avstandsringene holdes på plass med bolter som løper gjennom huset slik at de står i inngrep med hver ring. To aksialt tilstøtende avstandsringer danner en T-formet kuleholder som danner inngrep med den tilsvarende formete fot av hver kompressorskovl. I nevnte US-patentskrift er den eventuelle skjeve innstilling, som skyldes konsentrisk oppbygning, større enn i et hus med enkel vegg med skovler som er montert i ett stykke. a multistage compressor with axial flow, equipped with a cylindrical housing where spacer rings are arranged between rows of blades. The spacer rings are held in place by bolts that run through the housing so that they mesh with each ring. Two axially adjacent spacer rings form a T-shaped ball retainer which engages the correspondingly shaped foot of each compressor vane. In the aforementioned US patent, the possible misalignment, which is due to the concentric structure, is greater than in a house with a single wall with vanes that are mounted in one piece.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å bedre den konstruksjonsmessige helhet for kompressorhuset og kompressorskovlene i en gassturbinmotor samtidig som det oppnås gode aerodynamiske- egenskaper for kompressoren. The purpose of the present invention is to improve the structural integrity of the compressor housing and compressor vanes in a gas turbine engine while at the same time achieving good aerodynamic properties for the compressor.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at ledeskovlene er glidbart festet på den bueformete holder ved hjelp av et bunnstykke<* >med et spor, at det til holderens ende er festet en endeplate, at kompressorhuset er usplittet, samt'at det på i og for seg kjent måte er en aksial- og radial klaring mellom skovlbunnstykket og kompressorhuset. The invention is characterized by the fact that the guide vanes are slidably fixed on the arc-shaped holder by means of a bottom piece<* >with a groove, that an end plate is attached to the end of the holder, that the compressor housing is unsplit, and that, in and of itself, known way is an axial and radial clearance between the vane bottom piece and the compressor housing.

Hovedfordeler med den foreliggende oppfinnelse er stator-enhetens evne til å fjerne vibrasjonsenergi uten at statorskov-lene sprekker og at kompressorhuset er i stand til å bibeholde jevn blad- og skovltippklaring om rotorens omkrets. En ytterligere fordel ifølge oppfinnelsen er at de høye spenninger er konsentrert til skovlene og utformingen av de bueformete holde-anordninger som er deler som er enkle å skifte ut og som er rimelige. The main advantages of the present invention are the stator unit's ability to remove vibration energy without the stator vanes cracking and the compressor housing being able to maintain uniform blade and vane tip clearance around the circumference of the rotor. A further advantage according to the invention is that the high stresses are concentrated to the vanes and the design of the arc-shaped holding devices which are parts which are easy to replace and which are inexpensive.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende ved hjelp av foretrukne utførelsesformer under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et forenklet oppriss av en gassturbin med aksial strømning. Fig. 2 viser et forenklet tverrsnitt av en del av kompressoren i gassturbinen ifølge fig. 1. The invention will be explained in more detail below by means of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a simplified elevation of a gas turbine with axial flow. Fig. 2 shows a simplified cross-section of a part of the compressor in the gas turbine according to fig. 1.

Fig. 3 viser et snitt av kompessoren i retning 3 som vist Fig. 3 shows a section of the compressor in direction 3 as shown

i fig: 2. in fig: 2.

Fig. 4 viser et snitt langs linjen 4-4 i fig. 3: Fig. 4 shows a section along the line 4-4 in fig. 3:

Fig. 5 viser et snitt av kompressorskovlfestingen under gasstrykkbelastning. Fig. 6 viser et snitt av kompressorskovlfestingen under forhold med vibrasjonseksitering hvor vibrasjonsbelastningene er motsatt i forhold til trykkbelastningene og større enn disse. Fig. 1 viser en gassturbin 10 som er en motor med aksial strømning utstyrt med en flertrinnskompressor 12 som er forbundet med en flertrinnsturbin 14 ved hjelp av et forbrennings-kammer 16. Luft komprimeres i kompressoren og blandes med brenn-stoff og forbrennes i forbrenningskammeret, hvorved det dannes varme gasser som utvides gjennom en rekke dyser i turbinsek-sjonen. Jo mer luft en motor kan komprimere og bruke, desto større er kraften eller trykket som kan.produseres i motoren. Fig. 5 shows a section of the compressor vane attachment under gas pressure load. Fig. 6 shows a section of the compressor vane attachment under conditions of vibration excitation where the vibration loads are opposite in relation to the pressure loads and greater than these. Fig. 1 shows a gas turbine 10 which is an axial flow engine equipped with a multi-stage compressor 12 which is connected to a multi-stage turbine 14 by means of a combustion chamber 16. Air is compressed in the compressor and mixed with fuel and burned in the combustion chamber, whereby hot gases are formed which are expanded through a number of nozzles in the turbine section. The more air an engine can compress and use, the greater the power or pressure that can be produced in the engine.

Et tverrsnitt av en del av flertrinnskompressoren er vist A cross-section of part of the multi-stage compressor is shown

i fig. 2. En rotorenhet 18 omfatter et antall kompressorhjul, in fig. 2. A rotor unit 18 comprises a number of compressor wheels,

20 som er innbyrdes atskilt aksialt med avstandsstykker 22. Hvert kompressorhjul omfatter en plate 24 hvortil det er festet et antall blad representert ved ett blad 26 på hvert hjul. Hvert blad er utstyrt med en plattform 28 ved foten av et vingeparti 30. I et aksialt mellomrom mellom bladplattformene i tilstøtende hjul er det anordnet en indre lufttetning 32. Rotorenheten er radialt omsluttet av en kompressorstator 34 som omfatter et an-tal ledeskovltrinn 36 som er anbrakt i et omkretsspor 38 i et kompressorhus 40. 20 which are mutually separated axially by spacers 22. Each compressor wheel comprises a plate 24 to which is attached a number of blades represented by one blade 26 on each wheel. Each blade is equipped with a platform 28 at the foot of a wing section 30. In an axial space between the blade platforms in adjacent wheels, an internal air seal 32 is arranged. The rotor unit is radially enclosed by a compressor stator 34 which comprises a number of vane stages 36 which are placed in a circumferential groove 38 in a compressor housing 40.

Som vist i fig. 3 omfatter hvert trinn et antall ledeskovlenheter 42 som omfatter én eller flere ledeskovler 44, en bueformet holder 46 og et par endeplater 48. Hver ledeskovlenhet holdes på plass i omkretssporet 38 med én eller flere bolter 50 som løper gjennom huset og står i inngrep med den bueformete holder. As shown in fig. 3, each stage comprises a number of guide vane assemblies 42 comprising one or more guide vanes 44, an arcuate retainer 46 and a pair of end plates 48. Each guide vane assembly is held in place in the circumferential groove 38 by one or more bolts 50 running through the housing and engaging it arched holders.

Hver ledeskovl 44 er utstyrt med et vingeparti 52, et bunnstykke 54 med et holdespor 56 og en tipp 58 som vist i fig. 4. Det er sørget for en aksial klaring 60 mellom skovlbunnstykket og kompressorhuset og en radial klaring 62 mellom skovlbunnstykket og den bueformete holder. Som vist i fig. 5 er hver ledeskovl utstyrt med en lagerflate 66.overfor en lagerflate i huset og en skovllagerflate 68 overfor en skovllagerflate 70 i holderen . Each guide vane 44 is equipped with a wing part 52, a bottom piece 54 with a holding groove 56 and a tip 58 as shown in fig. 4. There is an axial clearance 60 between the vane bottom piece and the compressor housing and a radial clearance 62 between the vane bottom piece and the arc-shaped holder. As shown in fig. 5, each guide vane is equipped with a bearing surface 66 opposite a bearing surface in the housing and a vane bearing surface 68 opposite a vane bearing surface 70 in the holder.

Ved monteringen av kompressoren monteres én eller flere skovler 44 glidbart på hver av de bueformete holdere, idet en T-formet holder ifølge den foretrukne utførelsesform danner inngrep med det motsvarende utformete spor i bunnstykket av hver skovl. En endeplate 48 er festet til hver ende av den bueformete holder for å feste ledeskovlene på holderen. Et antall ledeskovlenheter er boltet i hvert omkretsspor til dannelse av hvert kom-pressortrinn 36, idet hver sammensatt ledeskovl løper radialt innover tvers over strømningsbanen for drivmediet. Endeplaten■ i utfører den ytterligere funksjon å hindre omkretsbevegelse av skovlene i sporet når motoren er i bruk. When mounting the compressor, one or more vanes 44 are slidably mounted on each of the arc-shaped holders, a T-shaped holder according to the preferred embodiment forming an engagement with the correspondingly designed groove in the bottom part of each vane. An end plate 48 is attached to each end of the arcuate holder to attach the guide vanes to the holder. A number of guide vane units are bolted into each circumferential groove to form each compressor stage 36, each composite guide vane running radially inwards across the flow path of the propellant. The end plate■ i performs the additional function of preventing circumferential movement of the vanes in the groove when the engine is in use.

Antall ledeskovler som er anbrakt i hver ledeskovlenhet varierer alt etter størrelsen og vekten av de enkelte komponenter. Anbringelse av et stort antall ledeskovler i hver ledeskovlenhet reduserer antall enheter som er nødvendig for å sette sammen et komplett ledeskovltrinn i kompressorhuset.'Ifølge en utførelsesform omfatter ett eneste ledeskovltrinn fem ledeskovlenheter som hver veier ca. 13,6 kg og omfatter fjorten ledeskovler. Det er vanlig å anvende ti ledeskovlenheter. The number of guide vanes fitted in each guide vane unit varies according to the size and weight of the individual components. Placing a large number of guide vanes in each guide vane unit reduces the number of units required to assemble a complete guide vane stage in the compressor housing. According to one embodiment, a single guide vane stage comprises five guide vane units, each weighing approx. 13.6 kg and includes fourteen guide vanes. It is common to use ten vane units.

Antallet ledeskovler på lédeskovlenheten er begrénset av lengden på dens bueformete holder. Den siste bueformete holders lengde må være mindre enn avstanden mellom tippene 58 på ledeskovlene som lédeskovlenheten passerer gjennom når den settes på plass i omkretssporet fra en retning radialt innover. I den ovenfor beskrevne utførelsesform er hver femte ledeskovl kløyvet og omfatter én ledeskovlenhet som har tretten ledeskovler og én ledeskovlenhet nted en eneste ledeskovl slik som vist i fig. 3. Ledeskovlenhetene er boltet i omkretssporet med bolter som løper gjennom kompressorhuset og står i inngrep med den bueformete holder for hver ledeskovlenhet. Lédeskovlenheten som omfatter bare én ledeskovl er anbrakt i et omkretsspor på samme måte som ledeskovlenhetene som har flere ledeskovler. The number of vanes on the vane assembly is limited by the length of its arcuate holder. The length of the last arcuate retainer must be less than the distance between the tips 58 of the guide vanes through which the guide vane assembly passes when it is placed in the circumferential groove from a radially inward direction. In the embodiment described above, every fifth guide vane is split and comprises one guide vane unit having thirteen guide vanes and one guide vane unit with a single guide vane as shown in fig. 3. The vane assemblies are bolted into the circumferential groove with bolts that run through the compressor housing and engage the arc-shaped retainer for each vane assembly. The guide vane unit comprising only one guide vane is placed in a circumferential groove in the same manner as the guide vane units having multiple guide vanes.

Et viktig trekk er at vibrasjonsenergi i kompressorskovlene dempes når motoren er i bruk. De aksiale klaringer 60 mellom hver ledeskovls bunnstykke og den tilhørende bueformete holder muliggjør begrenset bevegelse av ledeskovlene etter at den bueformete holder for hver ledeskovl er festet til kompressorhuset. I en typisk utførelseform er både den radiale og den aksiale klaring fra 0,025 til 0,330 mm. An important feature is that vibration energy in the compressor vanes is dampened when the engine is in use. The axial clearances 60 between each guide vane's bottom piece and the associated arc-shaped holder enable limited movement of the guide vanes after the arc-shaped holder for each guide vane is attached to the compressor housing. In a typical embodiment, both the radial and the axial clearance are from 0.025 to 0.330 mm.

Når kompressoren er i bruk er ledeskovlene trykkbelastet When the compressor is in use, the guide vanes are pressurized

og inntar en skråstilling som vist i fig. 5. Ledeskovlene skrå-ner mot forsiden eller lavtrykksenden av kompressorhuset inntil skovllagerflaten 68 danner anlegg mot holderflaten 70 og skovl-flaten 64 samtidig danner anlegg med husets skovllagerflate 66. and assumes an inclined position as shown in fig. 5. The guide vanes slope towards the front or low pressure end of the compressor housing until the vane bearing surface 68 forms contact with the holder surface 70 and the vane surface 64 simultaneously forms contact with the housing's vane bearing surface 66.

I vanlige driftsområder for motoren overstiger iboende vibra-sjonsbelatninger syklisk de statiske trykkbelastninger på ledeskovlen, noe som bevirker at ledeskovlen vipper fra sin forover-rettede stilling til en bakoverrettet stilling som vist i fig. 6. Skovlens bakoverrettede bevegelse er motsatt trykkbelastnings-kreftene som demper vingeflatene slik at det spres vibrasjonsenergi fra ledeskovlen. Dessuten opptrer det friksjonsdemping mellom de sidebærende flater av tilstøtende ledeskovler og mellom de bærende flater på hver ledeskovl som er i berøring med holderen eller huset. In normal operating ranges for the engine, inherent vibration loads cyclically exceed the static pressure loads on the guide vane, which causes the guide vane to tilt from its forward-directed position to a rearward-directed position as shown in fig. 6. The backward movement of the vane is opposite to the pressure load forces which dampen the wing surfaces so that vibrational energy from the guide vane is dispersed. In addition, friction damping occurs between the side bearing surfaces of adjacent guide vanes and between the bearing surfaces of each guide vane that is in contact with the holder or housing.

Det er vanlig at. vibrasjonsenergi fjernes fra kompressorskovlene i gassturbinmotorer via en stiv forbindelse mellom ledeskovlen og buset. Med en slik konstruksjon forkortes skovlens levetid idet vibrasjonsspenninger konsentreres ved forbindelsen mellom skovlvingen og bunnstykket. De oppsamlete vibrasjonsspenninger ved denne forbindelse bevirker til slutt at skovlen sprekker eller går i stykker. Ledeskovler som er festet ifølge den foreliggende oppfinnelse er ikke stivt forbundet med huset og er ikke utsatt for for store vibrasjonsspenninger. It is common that. vibration energy is removed from the compressor vanes in gas turbine engines via a rigid connection between the guide vane and the bushing. With such a construction, the lifetime of the blade is shortened as vibrational stresses are concentrated at the connection between the blade wing and the bottom piece. The accumulated vibrational stresses at this connection eventually cause the vane to crack or break. Guide vanes that are attached according to the present invention are not rigidly connected to the housing and are not exposed to excessive vibrational stresses.

Kompressorhuset er utstyrt med stort sett U-formete spor som er utformet, i den omsluttende innervegg. Fraværet av skovl-belastningsspor bevirker at spenninger fordeles jevnt over husets omkrets slik at husets levetid blir størst mulig. Spen-ningskonsentrasjoner i statoren opptrer ved de indre hjørner av holderen og bunnstykket. Men holderne og ledeskovlene kan lettvint skiftes ut med minimale kostnader, dersom det oppstår sprekker. The compressor housing is equipped with mostly U-shaped grooves that are designed in the enclosing inner wall. The absence of shovel load tracks means that stresses are distributed evenly over the perimeter of the house so that the life of the house is as long as possible. Voltage concentrations in the stator occur at the inner corners of the holder and the bottom piece. But the holders and guide vanes can easily be replaced with minimal costs, if cracks occur.

Bevegelse av ledeskovlene i forhold til den bueformete holder kan bevirke slitasje langs berøringsflaten. For å hindre for stor slitasje er bæreflatene behandlet med et hårdsveisings-materiale. Konstruksjonen ifølge den foretrukne utførelsesform har en enkel geometri som muliggjør anbringelse av hårdsveisings-materiale på bæreflatene. Movement of the guide vanes relative to the arcuate holder can cause wear along the contact surface. To prevent excessive wear, the bearing surfaces are treated with a hard welding material. The construction according to the preferred embodiment has a simple geometry which enables the placement of hard welding material on the support surfaces.

Betydelige aerodynamiske forbedringer oppnås med en kompressor som er konstruert ifølge oppfinnelsen. Ifølge en utførel-sesform senker en økning av klaringen mellom blad- og ledeskovl-tippene på titusendedeler i hele kompressorens lengde kompressor-virkningsgraden med én prosent. Et vanlig mål ved utformingen er å regulere klaringen mellom tippene til høyst én prosent av spennvidden for vingepartiene, som- ifølge en typisk utførelses-form er trettiåtte tusendedeler nominell klaring mellom hver ledeskovl- eller bladtipp og deres tilsvarende tetningsflate ved en diameter på ca. 127 cm. Significant aerodynamic improvements are achieved with a compressor constructed according to the invention. According to one embodiment, an increase in the clearance between the blade and guide vane tips of ten-thousandths throughout the length of the compressor lowers the compressor efficiency by one percent. A common goal in the design is to regulate the clearance between the tips to no more than one percent of the span of the wing sections, which - according to a typical embodiment - is thirty-eight thousandths nominal clearance between each guide vane or blade tip and their corresponding sealing surface at a diameter of approx. 127 cm.

Regulering av klaringen mellom tippene krever regulering Regulation of the clearance between the tips requires regulation

av kompressorhusets forvridning og regulering av hvor konsen-triske tilpassete flater er i forhold til en felles akse. Regulering av kompressorhusets forvridning utføres ved å anvende en kompressor uten spalte og med konstant tverrsnittsareal om dens omkrets i enhver aksial stilling. Bruk av et kompressorhus uten spalter bevirker et konstant tverrsnitt ved at massekonsen- of the compressor housing's distortion and regulation of how concentric adapted surfaces are in relation to a common axis. Regulation of the compressor housing distortion is carried out by using a compressor without a gap and with a constant cross-sectional area around its circumference in any axial position. Using a compressor housing without slits results in a constant cross-section by mass concen-

trasjonen for flensene i et kompressorhus med spalter elimineres. De arealer i et hus med spalter, såsom flénsarealene, oppviser en enkel grad av termisk reaksjon. En ujevn termisk reaksjon forvrenger tetningsflåtene i huset ved tippene fra en sirkulær form og forandrer den radialt innoverrettede stilling av kom-pressorledeskovler i bruk. I et hus med spalter må klaringen mellom tippene reguleres for å kompensere for området av termisk reaksjon istedenfor én termisk reaksjon som ved den foretrukne utførelsesform. tration for the flanges in a compressor housing with slots is eliminated. The areas in a house with slits, such as the flange areas, show a simple degree of thermal reaction. A non-uniform thermal reaction distorts the sealing fins in the housing at the tips from a circular shape and changes the radially inward position of the compressor guide vanes in use. In a housing with slots, the clearance between the tips must be regulated to compensate for the area of thermal reaction instead of one thermal reaction as in the preferred embodiment.

Et andre hovedproblem når det gjelder å holde minimal klaring mellom tippene er oppbygning av toleranser når det gjelder konsentrisitet mellom motstående kompressordeler. De fleste gassturbiner som er i bruk i dag benytter statorkonstruksjoner av typen med dobbelt, hus hvor det indre hus bærer kompressorledeskovlene og motorens lagre er anbrakt i veggen i det ytre hus. Det indre hus som bærer ledeskovlene omfatter et antall sylinder-formete ledeskovlbærere som er anbrakt i aksialt tilstøtende stillinger og boltet sammen. Hver sylindrisk bærer er fremstilt med konsentrisitetstoleranser i forhold til dens egen akse. Idet bæresylindrene er boltet sammen øker den eventuelle skjeve innstilling når det gjelder konsentrisitet fra den første bærer til den siste bærer. I huset i kompressoren ifølge den foreliggende oppfinnelse er hvert omkretsspor fremstilt i forhold til samme akse som er kompressorhusets akse. Det er derfor en eneste, jevn konsentrisitetstoleranse på alle aksiale trinn i kompressoren. Selv om kompressorrotoren er utsatt for samme type av utvikling av toleranse som i det doble kompressorhus er stør-relsen på toleranseutviklingen ikke så stor, idet rotorkonsentri-siteter allerede er nøyaktig kontrollert for å opprettholde rotorbalanse. A second main problem when it comes to keeping minimal clearance between the tips is the build-up of tolerances when it comes to concentricity between opposing compressor parts. Most gas turbines in use today use stator constructions of the double-housing type, where the inner housing carries the compressor guide vanes and the engine bearings are located in the wall of the outer housing. The inner housing which carries the guide vanes comprises a number of cylinder-shaped guide vane carriers which are placed in axially adjacent positions and bolted together. Each cylindrical carrier is manufactured with concentricity tolerances relative to its own axis. As the bearing cylinders are bolted together, any misalignment increases when it comes to concentricity from the first carrier to the last carrier. In the housing of the compressor according to the present invention, each circumferential groove is produced in relation to the same axis as the axis of the compressor housing. There is therefore a single, uniform concentricity tolerance on all axial stages of the compressor. Although the compressor rotor is exposed to the same type of development of tolerance as in the double compressor housing, the magnitude of the development of tolerance is not so great, as rotor concentricities are already precisely controlled to maintain rotor balance.

I tillegg reduserer fravær-av det indre hus i kompressoren statorprisen betydelig, i det beskrevne utførelseseksempel med omtrent en tredjedel. Konstruksjonen med ett hus har mindre antall deler, og enheten er derfor mindre kompleks. Konstruksjonen med ett hus er lettere enn konstruksjonen med dobbelt hus og kan massebalanseres for å oppnå bedre klaring mellom bladtippene. In addition, the absence of the inner housing in the compressor significantly reduces the stator price, in the described design example by about a third. The single housing construction has fewer parts and the unit is therefore less complex. The single housing construction is lighter than the double housing construction and can be mass balanced to achieve better clearance between the blade tips.

Ved balansering av massen kan kompressorhusets masse i enhver aksial stilling økes slik at den er tilpasset den forut-bestemte termiske reaksjon for rotoren på denne aksiale stilling. Selv om den termiske reaksjon for en kompressor med dobbelt hus kan kontrolleres tilsvarende, er geometrien mer sammensatt og nøyaktig forvridningsforutsigelse er vanskeligere. By balancing the mass, the mass of the compressor housing in any axial position can be increased so that it is adapted to the predetermined thermal reaction of the rotor in this axial position. Although the thermal response for a double-casing compressor can be similarly controlled, the geometry is more complex and accurate distortion prediction is more difficult.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med en foretrukket utførelsesform som er utstyrt med et par endeplater som hver er festet til den ene ende av hver bueformet holder, er en eneste endeplate festet til den ene ende av hver bueformet holder like effektiv når det gjelder å hindre omkrets-dreiningen av ledeskovlene om sporet i husets innervegg. Although the invention has been described in connection with a preferred embodiment which is provided with a pair of end plates each attached to one end of each arcuate holder, a single end plate attached to one end of each arcuate holder is equally effective in to prevent the circumferential rotation of the guide vanes around the groove in the house's inner wall.

Claims

1. Compressor, in particular for a gas turbine, comprising a housing (40) with a single wall, a number of guide vane units (42) which are fixed with bolts (50) in a circumferential groove (38) in the inner side of the housing wall, each guide vane unit comprising an arc-shaped holder (46) which spans part of the circumference of the housing, where at least one guide vane (44) is carried by the arc-shaped holder and projects radially inwards from this towards the center of curvature of the arc-shaped part, characterized in that the guide vanes (44) are slidably fixed on the arc-shaped holder by means of a bottom piece (54) with a groove (56), that an end plate (48) is attached to the end of the holder, that the compressor housing is unsplit, and that, in a manner known per se, there is an axial and radial clearance between the vane bottom piece (54) and the compressor housing (40).

2. Compressor in accordance with claim 1, characterized by that a second end plate (48) is attached to the end of the arc-shaped holder (46) which is opposite the first end plate (48) to block off the vanes on the holder.

3. Compressor in accordance with claim 1 or 2, characterized by that the axial and radial clearance between the vane base piece (54) and the compressor housing (40) lies in the range from 0.025 to 0.330 mm.

4. Compressor in accordance with claim 3, characterized by that the groove (56) in the bottom part (54) of the shovel has a T-shaped cross-section.

5. Compressor in accordance with claim 4, characterized by that the compressor housing (40) has a largely constant cross-sectional area calculated in the circumference in any axial position in the longitudinal direction of the housing.

6. Compressor in accordance with claim 5, characterized by that the number of vane units (42) included in a single compressor stage is between five and ten.

7. Compressor in accordance with claim 6, characteristics (e.g that at least one blade unit (42) comprises only one blade (44).