PL178880B1 - Platforma łopatkowa turbiny gazowej - Google Patents

Abstract

1. Platforma lopatkowa turbiny gazowej, zbudowana z dwóch obreczy wykonanych w postaci licznych sasia- dujacych z soba obwodowo segmentów, przy czym kazdy segment ma wewnetrzna powierzchnie kontaktujaca sie z przeplywem goracego gazu i przeciwlegla zewnetrzna po- wierzchnie kontaktujaca sie ze strumieniem doprowadza- nego powietrza chlodzacego, a takze dwie powierzchnie boczne, przy czym pomiedzy przylegajacymi do siebie po- wierzchniami bocznymi sasiadujacych segmentów znajduje sie szczelina a ponadto w kazdej takiej powierzchni bocznej segmentów znajduje sie boczna szczelina dopelniajaca do bocznej szczeliny w powierzchni bocznej sasiadujacego se- gmentu, przy czym kazda boczna szczelina ma powierzch- nie strony goracej i powierzchnie strony zimnej, a ponadto w kazdych dwóch sasiadujacych bocznych szczelinach pomie- dzy sasiednimi segmentami obreczy jest osadzona piórowa uszczelka, znamienna tym, ze w kazdej powierzchni (36) strony goracej bocznych szczelin (22) znajduja sie liczne gorace rowki (40) majace ujscie do kanalu (28) doprowa- dzajacego zimne powietrze, przy czym wyloty goracych ro- wków (40) do szczeliny (20) jednego segmentu obreczy ( 1 6 , 18) sa usytuowane w polozeniu przestawionym wzgle- dem polozenia wylotów goracych rowków (40) sasiednich segmentu obreczy (16, 18). fig . 1 f i g . 2 fig . 3 fig . 4 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest platforma łopatkowa turbiny gazowej.

Silniki z turbinągorącąpracująw skrajnie wysokich temperaturach dla maksymalizacji ich wydajności. Tego rodzaju wysokie temperatury powodująkonieczność pracy materiałów turbiny w zakresie ich wytrzymałości granicznych. Optymalną pracę uzyskuje się poprzez selektywne chłodzenie rozmaitych elementów składowych turbiny silnika. Przepływ chłodzącego powietrza jest zbocznikowany względem komory spalania silnika i ma ujemny wpływ na wydajność jego turbiny. Z tego względu jest korzystne zapewnienie pożądanego chłodzenia przy możliwie minimalnej ilości stosowanego chłodzącego powietrza.

Znana platforma łopatkowa turbiny gazowej zawiera dwie obręcze zbudowane z licznych segmentów łukowych, wyznaczających tor przepływu gazu. Obręcze platformy łopatkowej są podzielone na segmenty zamiast stanowić jednolitą obręcz, dla umożliwienia względnego rozszerzenia segmentów podczas pracy w wysokich temperaturach.

Segmenty obręczy są chłodzone przez strumień zimnego powietrza, skierowanej na zewnętrzną powierzchnię segmentów. W miejscu przylegania sąsiednich segmentów znajduje się szczelina, w której jest umieszczona cienka metalowa uszczelka piórowa. Szczelina mieszcząca piórową uszczelkę przerywa tor przepływu gazu z wewnętrznej powierzchni segmentów kontaktującej się z przepływem gorącego gazu do chłodzonej strumieniem zimnego powietrza powierzchni zewnętrznej segmentów.

Z brytyjskiego opisu zgłoszeniowego GB-A-2239679 jest znana platforma łopatkowa turbiny gazowej zbudowana z dwóch obręczy wykonanych w postaci licznych sąsiadujących ze

178 880 sobą obwodowo segmentów, przy czym każdy segment ma wewnętrzną powierzchnię kontaktującą się z przepływem gorącego gazu i przeciwległą zewnętrzną powierzchnię kontaktującą się ze strumieniem doprowadzanego powietrza chłodzącego, a także dwie powierzchnie boczne, przy czym pomiędzy przylegającymi do siebie powierzchniami bocznymi sąsiadujących segmentów znajduje się szczelina, a ponadto w każdej takiej powierzchni bocznej segmentów znajduje się boczna szczelina dopełniająca do bocznej szczeliny w powierzchni bocznej sąsiedniego segmentu, przy czym boczna szczelina ma powierzchnię strony gorącej i powierzchnię strony zimnej, a ponadto w każdych dwóch sąsiadujących bocznych szczelinach pomiędzy sąsiednimi segmentami obręczy jest osadzona piórowa uszczelka. Segmenty obręcze tej znanej platformy łopatkowej nie są wystarczająco chłodzone, a przepływ gazu ma ujemny wpływ na wydajność turbiny.

Pożądane jest opracowanie konstrukcji platformy łopatkowej, umożliwiającej właściwe chłodzenie segmentów obręczy z minimalnym ujemnym wpływem na wydajność turbiny gazowej.

Platforma łopatkowa turbiny gazowej, zbudowana z dwóch obręczy wykonanych w postaci licznych sąsiadujących z sobą obwodowo segmentów, przy czym każdy segment ma wewnętrznąpowierzchnię kontaktującą się z przepływem gorącego gazu i przeciwległą zewnętrzną powierzchnię kontaktującą się ze strumieniem doprowadzanego powietrza chłodzącego, a także dwie powierzchnie boczne, przy czym pomiędzy przylegającymi do siebie powierzchniami bocznymi sąsiadujących segmentów znajduje się szczelina, a ponadto w każdej powierzchni bocznej segmentów znajduje się boczna szczelina dopełniająca do bocznej szczeliny w powierzchni bocznej sąsiedniego segmentu, przy czym każda szczelina ma powierzchnię strony gorącej i powierzchnię strony zimnej, a ponadto w każdych dwóch sąsiadujących bocznych szczelinach pomiędzy sąsiednimi segmentami obręczy jest osadzona piórowa uszczelka, według wynalazku charakteryzuje się, że w każdej powierzchni strony gorącej bocznych szczelin znajdują się liczne gorące rowki mające ujście do kanału doprowadzającego zimne powietrze, przy czym wyloty gorących rowków do szczeliny jednego segmentu obręczy są usytuowane w położeniu przestawionym względem położenia wylotów gorących rowków sąsiednich segmentu obręczy.

Gorące rowki są pochylone względem kierunku osiowego przepływu gorącego gazu. Gorące rowki w powierzchni strony gorącej bocznych szczelin są połączone z licznymi rowkami znajdującymi się w powierzchni strony zimnej bocznych szczelin. Gorące rowki są pochylone pod kątem mniejszym niż 45° względem kierunku ustawienia szczeliny pomiędzy segmentami obręczy.

Platforma łopatkowa według wynalazku zapewnia bardziej jednolite opróżnienie szczelin i dodatkowe chłodzenie sąsiadujących segmentów za pomocą doprowadzanego powietrza chłodzącego. Pochylenie gorących rowków względem kierunku osiowego przepływu gorącego gazu przez turbinę zapewnia równomierny przepływ gazu i mniej negatywny wpływ na wydajność turbiny.

Liczne rowki, umieszczone w powierzchniach strony zimnej bocznych szczelin, połączone z gorącymi rowkami powierzchni strony gorącej bocznych szczelin sprawiają, że promieniowe przesunięcie sąsiednich segmentów obręczy nie powoduje blokady toru przepływu gazu poprzez piórową uszczelkę w kierunku krawędzi szczeliny.

Pochylenie gorących rowków względem kierunku ustawienia szczeliny pomiędzy segmentami pod kątem mniejszym niż 45° powoduje zwiększenie chłodzenia konwekcyjnego podczas przechodzenia chłodzącego powietrza przez rowki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok osiowy kilku sąsiednich segmentów obręczy platformy łopatkowej według wynalazku, fig. 2 - fragment obręczy platformy, ukazujący dwa przylegające do siebie sąsiednie segmenty obręczy, w widoku promieniowo od wewnątrz w kierunku strzałek 2-2 z fig. 1, fig. 3 - przekrój wzdłuż linii 40-4 z fig. 2.

Na fig. 1 pokazano fragment platformy łopatkowej 10 według wynalazku przez którą przepływa osiowo gorący gaz 12, przechodzący przez liczne łopatki 14 osadzone na platformie łopatkowej 10. Te liczne łopatki 14 są przytrzymywane na wewnętrznej obręczy 16 i na zewnę4

178 880 trznej obręczy 18 platformy łopatkowej tworząc wraz z nim turbinę. Obręcze 16, 18 platformy łopatkowej 10 są segmentowane dla umożliwienia względnego rozszerzania poszczególnych segmentów obręczy platformy łopatkowej 10 podczas pracy turbiny.

Segmenty obręczy 16,18 platformy łopatkowej 10 przylegajądo siebie z zachowaniem pomiędzy nimi szczeliny 20. Każdy segment ma boczną szczelinę 22 dla pomieszczenia piórowej uszczelki 34 pokazanej na fig. 2 i 3, stanowiącej cienką elastyczną płytkę metalową. Każdy segment obręczy 16,18 platformy łopatkowej 10 ma wewnętrzną powierzchnię 24 kontaktującą się z przepływem gorącego gazu 12 i przeciwległą zewnętrznąpowierzchnię 26, kontaktującą się ze strumieniem chłodzącego powietrza doprowadzonego kanałem 28. Każdy segment obręczy 16, 18 posiada również dwie powierzchnie boczne 30, pomiędzy którymi znajduje się szczelina 20.

Jak pokazano na fig. 2, w każdej powierzchni bocznej 30 znajduje się boczna szczelina 22, w której jest osadzona piórowa uszczelka 34.

Jak pokazano na fig. 3, każda boczna szczelina 22 ma powierzchnię 36 strony gorącej i powierzchnię 38 strony zimnej. W powierzchni 36 strony gorącej znajdująsię pochylone gorące rowki 40, których składowa kierunku pochylenia, przechodząca w kierunku wyładowania z rowków 40, jest zgodna z kierunkiem osiowego przepływu gorącego gazu 12 przez turbinę. Przepływ gorącego gazu jest wyładowywany z gorących rowków 40 do szczeliny 20 pomiędzy sąsiadującymi segmentami, opróżniając ją i ustanawiając łagodne prowadzenie przepływu gorącego gazu. Należy zauważyć, że gorące rowki 40 są usytuowane pod kątem mniejszym niż 45° względem kierunku 42 ustawienia szczeliny 20, co powoduje stosunkowo znaczne zwiększenie długości gorącego rowka 40 lub duży stosunek długości do szerokości gorącego rowka 40. Powoduje to bardziej intensywne chłodzenie konwekcyjne materiału segmentów w wyniku przepuszczania chłodzącego powietrza.

W powierzchni 38 strony zimnej bocznej szczeliny 22 znajdująsię liczne rowki 46, które są połączone w miejscu zagięcia 48 z gorącymi rowkami 40 strony gorącej bocznej szczeliny 22. W przypadku promieniowego przesunięcia segmentów, piórowa uszczelka 34 może ulec zaciśnięciu przy narożu, blokując tor przepływu gazu (fig. 3). Rowki 46 zapobiegają tego rodzaju blokadzie toru przepływu gazu.

Materiał segmentów znajdujący się pomiędzy piórową uszczelką 34 i strumieniem gorącego gazu 12 jest skutecznie chłodzony. Uderzenie strumienia gorącego gazu o platformę łopatkową 10 w obszarze szczelin chłodzących powoduje zwiększenie skuteczności chłodzenia. Składowa przepływu wyładowywanego gazu, skierowana równolegle do osiowego przepływu gorącego gazu 12 powoduje zmniejszenie strat energii turbiny.

178 880

fig. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Platforma łopatkowa turbiny gazowej, zbudowana z dwóch obręczy wykonanych w postaci licznych sąsiadujących z sobą obwodowo segmentów, przy czym każdy segment ma wewnętrzną powierzchnię kontaktującą się z przepływem gorącego gazu i przeciwległą zewnętrzną powierzchnię kontaktującą się ze strumieniem doprowadzanego powietrza chłodzącego, a także dwie powierzchnie boczne, przy czym pomiędzy przylegającymi do siebie powierzchniami bocznymi sąsiadujących segmentów znajduje się szczelina a ponadto w każdej takiej powierzchni bocznej segmentów znajduje się boczna szczelina dopełniająca do bocznej szczeliny w powierzchni bocznej sąsiadującego segmentu, przy czym każda boczna szczelina ma powierzchnię strony gorącej i powierzchnię strony zimnej, a ponadto w każdych dwóch sąsiadujących bocznych szczelinach pomiędzy sąsiednimi segmentami obręczy jest osadzona piórowa uszczelka, znamienna tym, że w każdej powierzchni (36) strony gorącej bocznych szczelin (22) znajdująsię liczne gorące rowki (40) mające ujście do kanału (28) doprowadzającego zimne powietrze, przy czym wyloty gorących rowków (40) do szczeliny (20) jednego segmentu obręczy (16,18) sąusytuowane w położeniu przestawionym względem położenia wylotów gorących rowków (40) sąsiednich segmentu obręczy (16,18).
2. 2. Platforma łopatkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że gorące rowki (40) sąpochylone względem kierunku osiowego przepływu gorącego gazu (12).
3. 3. Platforma łopatkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że gorące rowki (40) w powierzchni (36) strony gorącej bocznych szczelin (22) są połączone z licznymi rowkami (46) znajdującymi się w powierzchni (38) strony zimnej bocznych szczelin (22).
4. 4. Platforma łopatkowa według zastrz. 1, znamienna tym, że gorące rowki (40) są pochylone pod kątem mniejszym niż 45° względem kierunku (42) ustawienia szczeliny (20) pomiędzy segmentami obręczy (16,18).