NO773883L - Fremgangsmaate for aa redusere erosjonen av den innvendige overflate til et gassturbinhus og anordning for utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents
Fremgangsmaate for aa redusere erosjonen av den innvendige overflate til et gassturbinhus og anordning for utfoerelse av fremgangsmaatenInfo
- Publication number
- NO773883L NO773883L NO773883A NO773883A NO773883L NO 773883 L NO773883 L NO 773883L NO 773883 A NO773883 A NO 773883A NO 773883 A NO773883 A NO 773883A NO 773883 L NO773883 L NO 773883L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- film
- turbine
- housing
- coolant
- turbine housing
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 title claims description 10
- RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N flonicamid Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=NC=C1C(=O)NCC#N RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 36
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 13
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/32—Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/185—Liquid cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05B2240/801—Platforms for stationary or moving blades cooled platforms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05D2240/81—Cooled platforms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår væskeavkjølte gassturbiner, og mer spesielt en fremgangsmåte og et apparat for å redusere erosjonen av turbinhus forårsaket av små kjølemiddeldråper med høy kinetisk energi som støter mot turbinhuset.
For å forbedre arbeidsegenskapene for gassturbiner sirkuler-es kjølevæske gjennom en rekke kanaler i turbinskovlene. Dette gjør det mulig å øke turbinens innløpstemperatur til en arbeidstemperatur av 1371 - minst 1927°C, hvorved fås en økning i effektåvgivelsen av
100-200% og en økning i varmeeffektiviteten av opp til 50%. Slike turbiner betegnes som "ultrahøy-temperatur"-gassturbiner (UHT).
I UHT-gassturbiner føres et overskudd av kjølevæske i kanalene og som ikke er blitt omdannet til vanndamp, sammen i et bakutrettet munnstykke for å gjenvinne så meget av væskens og vann-dampens kinetiske energi som mulig. Væsken støter derefter mot turbinhusets vegg. Når en væskestrøm passerer gjennom høyskjær-kraftgradienten mellom rotoren og turbinhusets vegg, dannes fra væskestrømmen små dråper som gir et meget høyt slagtrykk opp til i det minste et topptrykk av 21092 kg/cm 2 ved vanlige støt fra små dråper som beveger seg med en hastighet av fra 487 m/s. En skjerm-støtvinkel er tilbøyelig til å nedsette disse slagtrykk, men støtene virker fremdeles som et opphav for spenningsutmatting
i løpet av den meget lange brukstid som kreves av maskinen. Det ville derfor være ønsket å redusere disse slagtrykk ytterligere og derved å motvirke den uheldige erosjon som skyldes disse små dråper.
Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å nedsette erosjonen av gassturbinvegger til et minimum.
Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å sikre at en hovedsakelig andel av den kinetiske energi som de små kjølevæske-dråper får på grunn av rotasjonshastigheten for gassturbinens skovlvangeelementer, absorberes før de små dråper støter mot turbinhusets innvendige overflate.
Det tas ved oppfinnelsen også sikte på å tilveiebringe et kontinuerlig omkretsbelegg av en væske over de innvendige overflater av et gassturbinhus..
Det tilveiebringes således ved oppfinnelsen en fremgangsmåte for å redusere erosjonen av den innvendige overflate til et gassturbinhus på grunn av slag av små dråper av kjølevæske mot gassturbinhuset, og fremgangsmåten er særpreget ved at overflaten belegges med en kontinuerlig omkretsfilm av et flytende kjøle-middel for å absorbere i det minste en del av de små dråpers kinetiske energi, og at filmen opprettholdes innenfor på forhånd bestemte tykkelsesgrenser i det vesentlige under hele den normale drift av gassturbinen.
Det tilveiebringes ved oppfinnelsen også en gassturbin
for utførelse av den foreliggende fremgangsmåte, og gassturbinen er særpreget ved at den har en rotprskive anordnet på en aksel som roterbart er understøttet på et hus, hvor rotorskiven strekker seg i det vesentlige perpendikulært i forhold til akselens akse og har turbinskovler og plattformanordninger som er festet til rotorskivens ytre kant, idet skovlene mottar en drivkraft fra et varmt drivfluidum som er avgrenset i huset og som beveger seg i en retning som er i det vesentlige parallell i forhold til akselens akse, og turbinen omfatter anordninger for å innføre en kjølevæske i fordelingsbaner slik at kjølemidlet passerer over et overflateareal av kant- og plattformanordningene og passerer inn i kjøle-kanaler i skovlene og strømmer ut fra kanalene i en retning radialt utad, idet anordninger for å undertrykke erosjon av turbinhuset på grunn av støt fra de små kjølemiddeldråper mot dette omfatter et utløp i turbinhuset for å tillate kjølevæsken å unnslippe fra turbinens indre, og en ventilanordning i utløpet som reagerer på
en radial statisk trykkforskjell som måles i det vesentlige i to forskjellige radialplan på huset, og hastigheten hvormed kjøle-væsken unnslipper, reguleres slik at det opprettholdes en flytende kjølemiddelfilm med en tykkelse innenfor en øvre og en nedre grense rundt turbinhusets innvendige overflate.
Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene, hvorav Fig. 1 er et delvis avdekket tverrsnitt gjennom en væskeav-kjølt gassturbin og viser rotorskivens rand, en med vanger forsynt væskeavkjølt turbinskovl festet til rotorskivens rand, og en trykk-avfølende kanal i turbinhuset anordnet på linje med utløpet for kjølemiddel fra turbinbladet,
Fig. 2 er et snitt tatt langs linjen 2-2 ifølge Fig. 1,
Fig. 3 er en skisse tatt radialt innad og viser det inn-byrdes forhold mellom et vangesegment og turbinskovlen som er for- , bundet med dette,
Fig. 4 viser skjematisk systemet for å opprettholde en
film av flytende kjølemiddel med en tykkelse innenfor en høyeste og en laveste grense rundt den samlede omkrets av en del av turbinhusets innvendige overflate,
Fig. 5 viser et skjema for en reguleringskrets vist på
Fig. 4, og
Fig. 6 er et oppriss av en del av det på Fig. 1 viste apparat, hvor en annen anordning anvendes for avføling av trykket. På Fig. 1 er vist en turbinskovl 10 med en metallhud 11 bundet til en hul kjerne 12 ved et spenn av spor 13 som er tatt ut i kjernens bæreplanoverflater. Kjølevæske med jevn dybde under huden 11 ledes gjennom de rektangulære kjølekanaler eller -passasjer som er avgrenset av huden 11 og sporene 13. Kjølekanalene 8 og 9 i hhv. den fremre kant og bakre kant av skovlen 10 er lukket til begge sider i aksial retning og rager ut gjennom skovlens topp og står i forbindelse med hhv. passasjene 7 og 14 via et vangeelement 16. Ved deres ytre ender befinner kjølekanalene 13 på skovlens 10 trykkside seg i strømningsforbindelse med og avsluttes ved en manifold 17 som er tatt ut i kjernen 12. På skovlens 10 sugeside befinner kjølekanalene 13 i strømningsforbindelse med og avsluttes ved en manifold 17a som er tatt ut i kjernen 12, som vist på Fig.2.
Den nødvendige åpne-kretsuttømning av kjølemiddel fra manifoldene 17 og 17a sikres ved at det er anordnet uttømningsan-ordninger 21 og 21a som gir strømningsforbindelse mellom manifoldene 17 og 17a og et munnstykke 26. Passasjene 21 og 21a forbinder hhv. manifoldene 17 og 17a og strekker seg generelt radialt utad gjenna kjernens 12 tipp. Passasjene 21 og 2.1a er ført sammen der de kommer inn i munnstykket 26, i vangeelementet 16, som vist på
Fig. 2. Strømmen av det uttømte kjølemiddel kommer ut av munn-
stykket 26 og strømmer henimot turbinhuset eller mantelen 19.
Den avdekkede del 27 av hvert vangeelement.16 danner en forlengelse av den utvidede del 24 av munnstykket 26 for det tilstøtende munnstykke på den nærmest forutgående skovl. Den konstruksjonsmessige avpasning mellom munnstykket 26 og dets forlengelse 27 fremgår klart ved en betraktning av eri hvilken som helst av to tilstøtende vangeelementer 16. Stillingsforholdet mellom munnstykket 26 og den avdekkede del 27 av vangeelementet 16 i forhold til turbinskovlen 10 er vist på Fig. 3.
Det fremgår av Fig. 2 at et oppvarmet kjølemiddel (gass eller damp og et overskudd av flytende kjølemiddel) som uttømmes
fra manifoldene 17 og 17a, strømmer gjennom passasjene 21 og 21a og det innsnevrede-utvidede munnstykke 2 6 henimot turbinhusets 19 innvendige overflate. Kombinerte sentrifugalkrefter som skyldes rotasjon av turbinrotoren og skjærkrefter på grunn av gassenes rota-sjonshastighet mellom huset 19 og vangeelementet 16, er tilbøyelige til å spre en film av flytende kjølemiddel 23 over den samlede omkrets av en del av turbinhusets 19 innvendige overflate. Flytende kjølemiddel som er tilbøyelig til å oppsamles ved bunnen av huset 19, kan fjernes derfra for å hindre en.oppsamling av kjølemidlet på dette sted.
På Fig. 1 er vist at strømmer av kjølemiddel som ledes gjennom kanalene 8 og 9 (og en lignende kanal, ikke vist, på den motsatte side av skovlen), strømmer på tvers av vangeelementet 16 og tjener begge til å avkjøle labyrintpakninger hhv. 28 og 29 og forbedrer deres avtetningsevne. En liten spylestrøm av kjølemiddel kommer inn i gasstrømmen via hver pakning og sikrer derved at det varme arbeidsfluidum skilles fra det flytende kjølemiddel for å hindre kjølemiddeldamp fra å fortynne og avkjøle arbeidsfluidumet eller -gassen. De relative posisjoner for labyrintpakningene 28
og 29 er vist på Fig. 3.
Da retningen av den uttømte kjølemiddelstrøm er bakut i forhold til skovlens 10 rotasjonsretning, gir den effektive reaksjonskraft F, vist på Fig. 2 med en innvirkningsvinkel Of i forhold til'-tangenten t,to nyttige kraftkomponenter. Nærmere bestemt representerer F cos A en nyttig vridningskraft, og F sin CC minsker sentrifugalspenningen mot skovlen 10..
Ved den konstruksjon som er vist som et eksempel på Fig.
1, omfatter kjernens 12 rotende en rekke tinder 31.. Turbinskivens 33 rand 32 omfatter radiale spor 34 som er blitt maskinert ut i denne i forskjellige dybder og med forskjellige bredder som er avpasset i forhold til skovltindenes 31 forskjellige lengder og bredder, slik at tindene passer tett inn i sporene 34 i et inn-byrdes låseforhold.
Ribber 36 mellom sporene 34 gir områder for feste til ribbene av et plattformelement 37 med kjølekanaler 38 rett over.for sporene 34. Skilleveggene 39 mellom kjølekanalene 38 er slik dimensjonert at de sammenfaller med ribbenes 36 bredde når de er anordnet rett overfor disse.
En kjølevæske (som regel vann) sprøytes mot skiven 33 med • lavt trykk i en generelt radialt utadrettet strøm fra munnstykker (ikke vist, men fortrinnsvis anordnet på hver side av skiven 33).
Derefter strømmer kjølemidlet inn i renner 41 og 41a som delvis er avgrenset av nedadrettede leppedeler 42 og 42a. Kjøle-væsken som oppsamles i renne 41 og 41a, kjøler skivedelene som den kommer i kontakt med og holdes tilbake i rennene inntil den er blitt akselerert til den forekommende hastighet for skive-randen, og på dette tidspunkt strømmer den radialt utad gjennom kanalene 43 og 43a til undersiden av en plattform 37 hvor den kommer inn i spalter 13, 8 og 9 via et doseringssystem (ikke vist). Under overføringen strømmer kjølemidlet langs, og avkjøler derved, plattformelementets 37 undre overflate.
Efter hvert som kjølevæsken strømmer gjennom kjølekanalene i enhver skovl, omdannes en del av kjølemidlet til damp efterhvert som det absorberer varme fra skovlens hud 11 og kjerne 12. Ved de ytre ender av kjølekanalene 13 strømmer den utviklede damp og gjenværende væske inn i manifolder 17 og 17a (vist på Fig. 2). og strømmer ut fra manifoldsystemet mot husets 19 innvendige overflate for dannelse av en væskefilm 23. Det bør bemerkes at filmen 23 holdes aksialt på plass ved at den oppdemmes mellom et par sirkel-formige pakninger 4 4.ga-.turbinhuset 19.
Gasskjærkreftene mellom det roterende vangeelement 16 og turbinhuset 19 og som skyldes at turbinrotoren roterer, gir den flytende kjølemiddelfilm 23 en vinkelhastighet som bevirker at filmen holdes på plass mot huset av sentrifugalkraften. For at væskefilmen 23 skal kunne holdes mellom en største og en minste tykkelsesgrense rundt turbinhusets 19 omkrets mellom pakningene 44 må således kjølevæsken fjernes i nærheten av turbinhusets 19 bunn med en tilstrekkelig hastighet til å hindre at filmen vil bli så tykk at avstanden mellom huset 19 og vangeelementet 16 vil bli overflømmet og forårsake store friksjonstap, men ikke med en så høy hastighet at en avbrytelse av filmen rundt omkretsen (dvs. en tykkelse på null) vil forekomme i filmen. Dessuten må gasskjær - kreftene bevirke at kjølemiddelfilmen får hastigheter på huset 19, slik at de erholdte sentrifugalkrefter mot filmen fullstendig vil motvirke gravitasjonskreftene. Disse tykkelsesgrenser kan beregnes ut fra det statiske trykkfall over væskefilmen 23. Det statiske trykkfall over væskefilmen 23 kan bestemmes i overensstemmelse med trykkforskjellen som måles mellom en første statisk trykkføler, som en elektronisk trykktransduktor 4 6 anordnet i en radial kanal 18 på den øverste del av turbinhusets 19 innvendige overflate mellom omkretspakninger 44, og en annen statisk trykk-føler, som en elektronisk trykktransduktor 47 anordnet i en aksial kanal 4.8 gjennom en av pakningene 44 i det vesentlige i det samme radiale plan som kanalen 8 og som åpner inn i området mellom pakningene 44 radialt innad i forhold til væskefilmen 23. Utgangssignaler fra transduktorene 4 6 og 47 overføres via ledninger hhv. 53 og 54. Da filmen 23 typisk har den minste tykkelse i nærheten av husets 19 topp og en største tykkelse i .nærheten av husets 19 bunn, kan et eget sett med transduktorer være anordnet på hvert av disse steder for å overvåke både den største og minste tykkelse av filmen 23.
På Fig. 4 er det apparat vist skjematisk som anvendes for å opprettholde en jevn, optimal filmtykkelse av kjølemiddelvæske på husets 19 innvendige overflate. Det samlede turbinvangeelement 16 er vist med en rotasjon mot urviseren med en vinkelhastighet
uJ i turbinhuset 19. Trykktransduktorer 46 og 47 som er anordnet i kanaler hhv. 18 og 48 tilfører elektroniske signaler, f.eks. via elektriske ledninger hhv. 53 og 54;til styrekretsen 50 som derved avføler trykket over filmen 23 fortrinnsvis på stedet i nærheten av husets 19 topp hvor filmtykkelsen er lavest. På lignende måte er trykktransduktorer 46aog 47a anordnet i kanaler hhv. 18a og 48a og kan avgi elektroniske signaler via ledninger hhv. 53a og 54a til en styrekrets 50 som derefter avføler trykket over filmen 23 fortrinnsvis på det sted i nærheten av husets 19 bunn hvor film-
tykkelsen er størst. Utgangen fra styrekretsen 50. styrer en solenoidearanøvrert ventil 51 som regulerer den hastighet som væskeformig kjølemiddel kommer ut med fra avstanden mellom huset 19 og vangeelementet 16 via en utløpskanal 52 i nærheten av turbinhusets 19 nederste del.
Den flytende kjølemiddelfilm 23 har en største tykkelse
i nærheten av turbinhusets 19 nederste del og en minste tykkelse i nærheten av turbinhusets øverste del på grunn av tyngdekraftens innvirkning på væsken. På grunn av at turbinrotoren roterer mot urviseren er imidlertid friksjonsbremsekrefter tilbøyelige til å forskyve i en retning mot urviseren disse steder for den største og minste tykkelse fra hhv. det nederste og det øverste sted i turbinhuset i vesentlig grad. Trykkfølere 46 og 46a er fortrinnsvis anordnet på disse steder og kan med fordel være anordnet i det vesentlige diametralt motsatt i forhold til hverandre, og trykkfølere 47 og 47a er fortrinnsvis anordnet langs et felles diametrisk plan i forhold til disse.
Kretsen ifølge Fig. 5 viser en måte som ventilen 51 kan styres på for å opprettholde den ønskede tykkelse av væskefilmen 23 vist på Fig. 4. En øvre forsterker 55 for filmforskjellen gir så.ledes et utgangssignal som er bestemt av den trykkforskjell som avføles av transduktorene 46 og 47, mens en nedre forsterker 56
for filmforskjellen avgir et utgangssignal som er bestemt av trykkforskjellen som avføles av transduktorene 46a og 47a. Utgangen fra forsterkeren 55 sammenlignes med et terskelpotensial i en nivådetektor 57, og dersom utgangsspenningen fra forsterkeren 55 synker til under et på forhånd bestemt nivå, vil et signal som er tilbøyelig til å stenge ventilen 51, tilføres til ventilen. På lignende måte sammenlignes utgangsspenningen fra forsterkeren 56 med et terskelpotensial i en nivådetektor 58, og dersom utgangsspenningen fra forsterkeren 56 overskrider et på forhånd bestemt nivå, vil et signal som er tilbøyelig til å åpne ventilen 51, til-føres til ventilen. Utgangssignalet fra hver av nivådetektorene har en varierbar amplityde i overensstemmelse méd den mengde som det til disse tilførte signal avviker med i forhold til det respektive på forhånd bestemte terskelpotensial.
Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan den statiske trykkforskjell måles mellom et uttapP.ingssted på turbinhuset mellom omkretslabyrintpakningene 44 og et uttapPingssted som er anordnet aksialt på utsiden av omkretspakningene 44. Dette er vist på Fig. 6 hvor et uttappingssted 60 i huset.19 mellom omkretspakningene 44 inneholder en trykkføler 61, mens et annet uttappingssted 62 i huset 19 anordnet aksialt på utsiden av det område som er avgrenset av omkretspakningene 44, inneholder en trykkføler 63. Uttakene 60 og 61 er fortrinnsvis anordnet i et felles radialt plan. Trykkforskjellsignaler som avgis av følerne 61 og 63, er derved avhengig av en hvilken som helst forskjell i filmtykkelse mellom disse to avfølingssteder pluss trykkforskjellen over pakningene 44 anordnet mellom disse. Disse transduktorer kan styres ved hjelp av en styrekrets av den type som er vist på Fig. 5 og på lignende måte som den som er blitt beskrevet i forbindelse med Fig. 5. Ved begge utførelsesformer er en kommutering av de elektroniske trykksignaler unødvendig da ingen trykktransduktor behøver å anbringes på en roterende del av turbinen. Andre kjente metoder for å erholde den trykkinformasjon som er av interesse,
kan også anvendes. Ved bestemmelse av de kriterier som er nødvendige for å opprettholde en egnet tykkelse av vannfilm på den innvendige overflate av turbinhuset 19, kan det antas at gasskjærspenningen f
y driver en vannfilm 23 med variabel tykkelse c, vist på Fig. 4, med en radial innvendig overflatehastighet uQ. Skjærspenningen<f>* i vannfilmen 23 er lik skjærspenningen i gassen. Både gasstrømmen og vannfilmstrømmen kan antas å være turbulente, slik at vannfilm-. skjærspenningen ved filmens 23 overflate kan bestemmes ut fra ligningen for fluidumfriksjon mot en flat plate, uttrykt som
ved høye Reynolds-tall, hvori p er massetéttheten for vann. På lignende måte kan gasskjærkraften ved grenseflaten mellom vannfilmen og gassen bestemmes ut fra ligningen for friksjonsstrømning mellom en roterende sylinder og en koaksial, stasjonær sylinder, uttrykt som
ved høye Reynolds-tall, hvori p er massetéttheten for gassen og på vanlig måte kan bestemmes ved å dividere gassens vekttetthet (dvs. vekt/volumenhet) med tyngdeakselerasjonen ved en spesiell gassvolumstrømhastighet og temperatur, og hvor U er gasshastigheten ved rotorens overflate og er i det vesentlige lik rotorens hastighet. Ved en rotoroverflatehastighet U = 479 m/s og
y
(ved-en strømning av 0,396 m 3/min. og en
temperatur av 1093°C)/
og da I1 = f w g uQ^22,6 m/s. Fra bevegelses-mengdeligningen i radial retning kan vanntrykkforskjellen uttrykkes som hvori u er vannets hastighet og r er en hvilken som helst krum-ningsradius fra rotorens sentrum. Således Dersom det antas at det i vannet forekommer en tilnærmet lineær hastighetsfordeling hvori c betegner vannfilmtykkelsen og y en avstand radialt innad fra den ytterste vannfilmoverflate, og dersom. R betegner krumnings-radiusen for turbinhusets innvendige overflate, kan den trykkforskjell som avføles over vannfilmen uttrykkes som
som må overskride tyngdekraften peg for å holde vannfilmen i ,
kontakt med turbinhuset rundt husets samlede innvendige omkrets.
Derfor er
For en typisk radius på 1,2 m er Da denne minsteverdi for p. ligger godt innenfor den hastighet av 22,6 m/s vannfilmen kan ha radialt på den innvendige-overflate og som turbinen er istand til å fremskaffe, er det klart at gasskjærkreftene kan drive vannfilmen med en tilstrekkelig hastighet til at den vil holde seg festet til turbinhuset. Det bør bemerkes at erosjonskreftene som skyldes vann som slynges fra turbinranden, kan innvirke mot huset med en skjev vinkel og med en hastighet U . Det normale trykk som dannes av en konstant vannstrøm, er og strømmen brytes opp i små dråper, og trykket som utøves mot turbinhuset som et resultat av slagene av de små dråper, kan ifølge F.J. Heymann i "High Speed Impact Between a Liquid Drop and a Solid Surface", Journal of Applied Physies 4_0, s. 5113-5122 (desember,.1969), uttrykkes som
hvor a = 1524 m/s er lydens hastighet i væsken. For både en konstant strømhastighet u^ og en individuell smådråpehastighet som er lik en typisk verdi av 488 m/s, er således trykket som ut-øves mot huset på grunn av den konstante strøm, 1209 kg/cm<2>,
mens trykket som utøves mot huset på grunn av de enkelte smådråper, er 22709 kg/cm 2. Det fremgår derfor at det er nødvendig å be-skytte huset mot erosjon som skyldes støt fra de enkelte smådråper. Denne beskyttelse oppnås ved å opprettholde en kontinuerlig vannfilm rundt husets innvendige omkrets for å absorbere meget av energien i de enkelte smådråper når de støter mot filmen. Det bør bemerkes at hastigheten for smådråpene'tilnærmet er uJr-p^, hvori LO betegner turbinrotorens vinkelhastighet.
Ved den foreliggende oppfinnelse sikres det at en hovedsakelig andel av den kinetiske energi som små dråper av et flytende kjølemiddel får på' grunn av rotasjonshastigheten til vangeelementer for gassturbinskovler, absorberes•før de små dråper støter mot turbinhusets innvendige overflate. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det tilveiebringes et kontinuerlig omkretsvæske-belegg over gassturbinhusets innvendige overflate.
Claims (8)
1. Fremgangsmåte for å redusere erosjon av den innvendige overflate til et gassturbinhus på grunn av slag av små dråper av kjølevæske mot gassturbinhuset,karakterisert vedat overflaten belegges med en kontinuerlig omkretsfilm av et flytende kjølemiddel for å absorbere i det minste en del av de små dråpers kinetiske energi, og at filmen opprettholdes innenfor på forhånd bestemte tykkelsesgrenser i det vesentlige under hele'den normale drift av gassturbinen.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at belegningen av overflaten med en kontinuerlig omkretsfilm av et flytende kjølemiddel omfatter opprettholdelse av små dråper av det flytende kjølemiddel over husets samlede innvendige overflate, og at overskudd av kjølemiddel fjernes som er til-bøyelig til å oppsamles i nærheten av et lavt punkt langs huset.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisertved at den hastighet som flytende kjølemiddel fjernes med, reguleres for å opprettholde filmen i nærheten av det lave punkt med en tykkelse som er mindre enn en på forhånd bestemt tykkelse.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisertved at reguleringen av den hastighet som det flytende kjøle-middel fjernes med, omfatter bestemmelse av en statisk trykkforskjell mellom et første sted i turbinhuset på filmens radialt ytterste overflate og et annet sted i turbinhuset i et gassholdig område mellom vangeelementer på skovler av turbinen, og ved at den hastighet som det flytende kjølemiddel fjernes med, reguleres for å opprettholde den statiske trykkforskjell innen et på forhånd bestemt område.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4,karakterisertved at den statiske trykkforskjell bestemmes på to i det vesentlige diametralt motsatte og diametralt i samme plan be-fintlige steder på turbinhuset.
6. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-5,karakterisert vedat den omfatter en gassturbin med en rotorskive montert på en aksel som er roterbart under-støttet på et hus, idet rotorskiven strekker seg i det vesentlige perpendikulært i forhold til akselens akse og har en ytre rand som turbinskovler og plattformanordninger er festet til, idet skovlene mottar en drivkraft fra varmt drivfluidum som er avgrenset i huset og beveger seg i en retning som er generelt parallell i forhold til akselens akse, og turbinen omfatter en anordning for å inn-føre flytende kjølemiddel i fordelingsbaner hvori kjølemidlet strømmer på tvers av randens overflateareal og plattformanordningene, inn i kjølekanaler i skovlene og ut fra kanalene i en retning radialt utad, anordninger for å undertrykke erosjon av turbinhuset på grunn av støt av små dråper av kjølemidlet mot dette, omfattende et ut-løp i turbinhuset for at flytende kjølemiddel skal kunne unnvike fra turbinens indre, og en ventilanordning i utløpet og som reagerer på en radial statisk trykkforskjell som måles i det vesentlige i to forskjelle radiale plan på huset, og som regulerer den hastighet som det flytende kjølemiddel unnslipper med, for å opprettholde en flytende kjølemiddelfilm med en tykkelse innenfor en høyeste og en laveste grense rundt turbinhusets innvendige overflate.
7. Anordning ifølge krav 6,karakterisert vedat den omfatter en trykkavfølende anordning i turbinhuset og som avføler en statisk trykkforskjell over filmen, og en anordning for å forbinde trykkavfølingsanordningen med ventilanordningen.
8. Anordning ifølge krav 7,karakterisert vedat den trykkavfølende anordning omfatter en første transduktor som avgir et elektrisk signal i overensstemmelse med det statiske trykk som avføles på filmens radialt ytterste overflate, og en annen transduktor som avgir et elektrisk signal i overensstemmelse med det statiske trykk som avføles i et gassholdig område radialt mellom turbinskiven og væskefilmen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/741,615 US4130373A (en) | 1976-11-15 | 1976-11-15 | Erosion suppression for liquid-cooled gas turbines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO773883L true NO773883L (no) | 1978-05-18 |
Family
ID=24981452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO773883A NO773883L (no) | 1976-11-15 | 1977-11-14 | Fremgangsmaate for aa redusere erosjonen av den innvendige overflate til et gassturbinhus og anordning for utfoerelse av fremgangsmaaten |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4130373A (no) |
JP (1) | JPS5377911A (no) |
DE (1) | DE2750280A1 (no) |
FR (1) | FR2370855A1 (no) |
IT (1) | IT1087989B (no) |
NL (1) | NL7712312A (no) |
NO (1) | NO773883L (no) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2516597A1 (fr) * | 1981-11-16 | 1983-05-20 | Snecma | Dispositif annulaire de joint d'usure et d'etancheite refroidi par l'air pour aubage de roue de turbine a gaz ou de compresseur |
US6027306A (en) * | 1997-06-23 | 2000-02-22 | General Electric Company | Turbine blade tip flow discouragers |
US6179556B1 (en) | 1999-06-01 | 2001-01-30 | General Electric Company | Turbine blade tip with offset squealer |
CA2334071C (en) * | 2000-02-23 | 2005-05-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine moving blade |
US7334991B2 (en) * | 2005-01-07 | 2008-02-26 | Siemens Power Generation, Inc. | Turbine blade tip cooling system |
US9737933B2 (en) | 2012-09-28 | 2017-08-22 | General Electric Company | Process of fabricating a shield and process of preparing a component |
US9759070B2 (en) * | 2013-08-28 | 2017-09-12 | General Electric Company | Turbine bucket tip shroud |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB461600A (en) * | 1935-07-02 | 1937-02-19 | Hermannus Van Tongeren | Means for draining moisture from steam turbines |
FR807705A (fr) * | 1935-07-02 | 1937-01-20 | Dispositif pour drainer l'eau de condensation hors des turbines à vapeur | |
FR1155958A (fr) * | 1956-03-28 | 1958-05-12 | Perfectionnements aux turbines à fluide compressible | |
FR2040638A5 (no) * | 1969-04-08 | 1971-01-22 | Gen Electric | |
US3736071A (en) * | 1970-11-27 | 1973-05-29 | Gen Electric | Bucket tip/collection slot combination for open-circuit liquid-cooled gas turbines |
US3804551A (en) * | 1972-09-01 | 1974-04-16 | Gen Electric | System for the introduction of coolant into open-circuit cooled turbine buckets |
US3816022A (en) * | 1972-09-01 | 1974-06-11 | Gen Electric | Power augmenter bucket tip construction for open-circuit liquid cooled turbines |
-
1976
- 1976-11-15 US US05/741,615 patent/US4130373A/en not_active Expired - Lifetime
-
1977
- 1977-11-08 NL NL7712312A patent/NL7712312A/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-11-10 DE DE19772750280 patent/DE2750280A1/de not_active Withdrawn
- 1977-11-14 NO NO773883A patent/NO773883L/no unknown
- 1977-11-14 IT IT29624/77A patent/IT1087989B/it active
- 1977-11-15 FR FR7734300A patent/FR2370855A1/fr not_active Withdrawn
- 1977-11-15 JP JP13632377A patent/JPS5377911A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4130373A (en) | 1978-12-19 |
NL7712312A (nl) | 1978-05-17 |
FR2370855A1 (fr) | 1978-06-09 |
JPS5377911A (en) | 1978-07-10 |
DE2750280A1 (de) | 1978-05-18 |
IT1087989B (it) | 1985-06-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3630428B2 (ja) | 冷却可能なロータアセンブリ | |
JP3416447B2 (ja) | ガスタービンの翼冷却空気供給システム | |
KR100364183B1 (ko) | 냉각된플랫폼을구비한가스터빈블레이드 | |
NO772768L (no) | Temperaturregulerbar vegg. | |
US3816022A (en) | Power augmenter bucket tip construction for open-circuit liquid cooled turbines | |
US3542486A (en) | Film cooling of structural members in gas turbine engines | |
US3781129A (en) | Cooled airfoil | |
US6174133B1 (en) | Coolable airfoil | |
US20070116574A1 (en) | Gas turbine bucket with cooled platform leading edge and method of cooling platform leading edge | |
NO752535L (no) | ||
KR101318476B1 (ko) | 가스 터빈 및 디스크 그리고 디스크의 직경 방향 통로 형성 방법 | |
CA2562341A1 (en) | Externally mounted vortex generators for flow duct passage | |
IL35196A (en) | Fluid cooled vane assembly | |
US4134709A (en) | Thermosyphon liquid cooled turbine bucket | |
JP2007192213A (ja) | タービンエアフォイルおよびタービンエアフォイルアッセンブリを冷却する方法 | |
JP5055451B1 (ja) | 低圧蒸気タービン | |
NO773883L (no) | Fremgangsmaate for aa redusere erosjonen av den innvendige overflate til et gassturbinhus og anordning for utfoerelse av fremgangsmaaten | |
NO154705B (no) | Turbinskovl som er innrettet for avkjoeling med en vaeske. | |
JPS6229704A (ja) | タ−ビンの固体粒子侵食を減らすための装置と方法 | |
EP2725191B1 (en) | Gas turbine and turbine blade for such a gas turbine | |
JPH0424523B2 (no) | ||
EP0097608B1 (en) | Turbine wheel having buckets or blades machined into the outer circumference of the wheel | |
US6196791B1 (en) | Gas turbine cooling moving blades | |
JP2004144084A (ja) | タービンおよびその静翼 | |
KR102180395B1 (ko) | 에어포일, 이를 포함하는 가스 터빈 |