ГАЗОВЫЙ КАНАЛ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ И ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ ГАЗОВЫЙ КАНАЛ Российский патент 2015 года по МПК F01D9/06 F01D25/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области газотурбинной техники, в частности к газовому каналу для газовой турбины, согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Изобретение также относится к газовой турбине, имеющей такой газовый канал.

Уровень техники

Данное изобретение относится к газовым турбинам, особенно, к стационарным промышленным газовым турбинам, которые представлены на фиг.1, в перспективном, частично вырезанном виде. Фиг.1 представляет газовую турбину 10 типа GT26 заявителя. Поступающий в зону горения воздух вводят в данную турбину через воздухозаборник 11 компрессором 12, сжимают и подают для сжигания топлива в первую камеру 13 сгорания. Установленная далее по ходу за первой камерой 13 сгорания является первая (высокого давления) турбина 14, которая приводится в движение горячими газами из первой камеры 13 сгорания. Обеспеченная далее по ходу за первой турбиной является вторая камера 15 сгорания, в которой топливо сжигают вместе с остаточным кислородом, который присутствует в горячих газах. Горячие отработанные газы из второй камеры 15 сгорания, перед тем как они выйдут через газовый канал 17 наружу или (на электростанцию комбинированного цикла) в последующий утилизирующий тепло парогенератор, приводят в действие вторую турбину 16 (низкого давления).

Газовый канал 17 содержит цилиндрический внутренний корпус 19, который обычно служит для размещения ротора со стороны отработанных газов, и огражден концентричным наружным корпусом 18. Оба корпуса 18 и 19 взаимосвязаны посредством радиальных поддерживающих стоек 20, которые распределены в окружном направлении. Горячие отработанные газы поступают из газовой турбины 10 через газовый канал 17. Для защиты от горячих отработанных газов наружный корпус 18, внутренний корпус 19 и поддерживающие стойки 20 снабжены облицовкой или покрытием.

В известном уровне техники согласно фиг.2 разные, предварительно отформованные части сваривали вместе, т.е. верхнюю половину 21а и нижнюю половину 21b газового канала 17'. Затем две половины 21а и 21b закрепляли посредством траверс на опорной конструкции корпуса отработанных газов и затем соединенные вместе сваривали по плоскости разъема с помощью сварных швов 22, для создания закрытого канала для потока.

Данная конструкция и монтаж обусловливают различные проблемы и недостатки:

1. Подверженность трещинам в газовом канале, в частности, вызванная:

a) накоплением механических напряжений, а именно:

- большими начальными напряжениями, в результате сваривания, и

- высокими термическими напряжениями;

b) интенсивными вибрациями в сочетании с низкими собственными частотами.

2. Недостаточные для технического обслуживания и ремонта размеры.

Предложенное в US 4920742 для газовых турбин является опорной конструкцией для поддержания сегментированной облицовки, которая содержит несущую траверсу, соединенную с рамной секцией, и имеет опорное устройство, которое соединено с облицовкой, причем несущая траверса снабжена отверстием с необходимым зазором, чтобы гарантировать свободно плавающее соединение для свободного восприятия возникающего осевого и по окружности термического расширения и сокращения облицовки. Однако сегментирование ограничено концентрическими областями облицовки, не продолжается до поддерживающих стоек и сравнительно грубо, так что термические напряжения по-прежнему создают проблему, а размер для технического обслуживания и ремонта ограничен.

Сущность изобретения

Таким образом, задачей изобретения является создание газового канала упомянутого типа, который не имеет недостатков известных решений и отличается повышенным удобством обслуживания и в то же время максимальным исключением термических напряжений.

Данная и другие задачи решены признаками п.1 формулы изобретения.

Изобретение основано на газовом канале для газовой турбины, который образован концентрическим внутренним корпусом и охватывающим его на расстоянии наружным корпусом и через который отработанные газы из газовой турбины выходят наружу, причем внутренний корпус и наружный корпус взаимосвязаны посредством множества радиальных поддерживающих стоек, при этом поддерживающие стойки, наружный корпус и внутренний корпус оснащены термостойкой облицовкой для защиты от горячих отработанных газов. Данное изобретение отличается тем, что облицовки поддерживающих стоек, наружного корпуса и внутреннего корпуса разделены на множество отдельных сегментов, которые закреплены на опорной конструкции таким образом, что в плоскости расширения становится возможным полностью или почти полностью свободное от напряжений индивидуальное термическое расширение отдельных сегментов.

Один вариант осуществления изобретения отличается тем, что сегменты закреплены на опорной конструкции с возможностью замены.

Другой вариант осуществления изобретения отличается тем, что сегменты зафиксированы относительно опорной конструкции, по меньшей мере, в одной точке крепления, а в других точках крепления, в плоскости расширения, закреплены свободно с возможностью термического расширения.

Дополнительный альтернативный вариант осуществления изобретения отличается тем, что сегменты закреплены с возможностью термического расширения в плоскости расширения относительно опорной конструкции во всех точках крепления.

Другой вариант осуществления изобретения отличается тем, что опорная конструкция содержит множество монтажных узлов в области наружного корпуса и внутреннего корпуса, причем монтажные узлы соответствующих сегментов закреплены винтами.

Монтажные узлы имеют предпочтительно множество резьбовых отверстий, и сегменты закреплены в монтажных узлах посредством винтов, которые ввинчены в резьбовые отверстия снаружи, через соответствующие отверстия в сегментах.

Однако также возможно, что монтажные узлы имеют множество резьбовых шпилек, которые проходят через соответствующие отверстия в сегментах, и что сегменты закреплены на резьбовых шпильках посредством зажимных гаек. Данный вид крепления имеет преимущества, особенно в более ответственных сферах применения (повышенные температуры и т.д.).

В частности, в данном случае монтажные узлы продолжаются параллельно друг другу в осевом направлении.

Другой вариант осуществления изобретения отличается тем, что монтажные узлы закреплены на концентрической оболочке посредством радиальных стоек.

Дополнительный вариант осуществления изобретения отличается тем, что монтажные узлы разнесены по окружности на такое расстояние, что сегменты закреплены в каждом случае на двух соседних монтажных узлах и продолжаются по окружности между двумя соседними монтажными узлами.

Газовая турбина, согласно изобретению имеющая газовый канал со стороной выпуска, по которой отработанные газы выпускают из газовой турбины наружу, отличается тем, что газовый канал является газовым каналом в соответствии с изобретением.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение пояснено более подробно на основании вариантов осуществления в сочетании с чертежами, на которых

фиг. 1 представляет вид в перспективе, с частичным разрезом промышленной газовой турбины с последовательным горением, которая является пригодной для осуществления изобретения;

фиг. 2 представляет комплект известного уровня техники газового канала для газовой турбины в соответствии с фиг. 1;

фиг. 3 представляет вид в перспективе детали газового канала согласно примерному варианту осуществления изобретения;

фиг. 4 представляет другой вид газового канала фиг. 3;

фиг. 5 представляет в укрупненном виде деталь газового канала фиг. 3;

фиг. 6 представляет деталь внутренней опорной конструкции газового канала

фиг. 3;

фиг. 7 представляет верхнюю половину опорной конструкции согласно дополнительному примерному варианту осуществления изобретения; и

фиг. 8 представляет крепление сегментов на опорной конструкции фиг. 3 посредством резьбовых шпилек и зажимных гаек согласно другому примерному варианту осуществления изобретения.

Подробное описание осуществления изобретения

Газовый канал со стороной выпуска для газовой турбины разделен на множество независимых сегментов. Данные сегменты закреплены на монтажной конструкции. Газовый канал в целом сегментирован в трех областях - наружный корпус 18, внутренний корпус 19 и поддерживающие стойки 20. Отдельные сегменты выполнены в виде металлических листов, соответственно, которые (через монтажную конструкцию) закреплены на лежащей под ней опорной конструкции газового канала. Данное крепление выполнено так, что во всех рабочих состояниях гарантировано полностью или почти свободное от напряжений термическое расширение отдельных металлических листов.

Монтажная конструкция для сегментов или самих металлических листов закреплена на внутренней или наружной пустотелой оболочке опорной конструкции. Данное крепление выполнено также так, что в плоскости расширения становится возможным полностью или почти свободное от напряжений термическое расширение.

Число соединительных точек с опорной конструкцией зависит от ее размера и воздействующей нагрузки.

Сегменты закреплены к опоре или в одной не обязательно центральной точке с возможностью свободного или почти свободного термического расширения в плоскости расширения или сегменты имеют зазор в плоскости расширения во всех точках крепления и могут свободно перемещаться в конструктивно необходимых пределах.

Фиг.3 представляет вид в перспективе детали газового канала 17 согласно варианту осуществления изобретения. Здесь показаны наружный корпус 18, внутренний корпус 19 с соответствующими сегментами 19а и поддерживающая стойка 20 с соответствующими сегментами 20а.

Фиг.4 представляет данный вариант осуществления под другим углом зрения, так что видны также сегменты 18а наружного корпуса 18.

На фиг.5 и 6 показана монтажная конструкция для сегментов 19а внутреннего корпуса 19 (монтажная конструкция соответственно выполнена на наружном корпусе). Данная монтажная конструкция содержит монтажные узлы 19b, которые расположены в окружном направлении, продолжаются параллельно друг другу в осевом направлении и на другой, наружной, стороне снабжены резьбовыми отверстиями 24. Одним своим концом монтажные узлы 19b плотно примыкают к кольцу 19е, которое вместе с внутренней оболочкой 19d является частью опорной конструкции внутреннего корпуса 19. Вместо кольца распределенные стойки 19с могут быть также расположены в соответствии с фиг.7. На другой стороне монтажные узлы 19b закреплены на внутренней оболочке 19d на расстоянии от стоек 19с.

Как показано на фиг.5, сегменты 19а закреплены на монтажных узлах 19b с возможностью замены посредством винтов 23, расположенных в резьбовых отверстиях 24 в монтажных узлах 19b. Каждый сегмент 19а продолжается в данном случае между соседними монтажными узлами 19b и вставлен в каждом случае в эти монтажные узлы. Благодаря данной конструкции гарантирована, с одной стороны, простая доступность ко всем частям газового канала 17. С другой стороны, благодаря сегментации облицовки снижены или полностью устранены термические напряжения канала.

Однако также возможно и предпочтительно, в частности, в случае более ответственных сфер применения, если согласно фиг.8 монтажные узлы 19b снабжены перпендикулярно выступающими резьбовыми шпильками 25, которые проходят через соответствующие отверстия в сегментах 19а. В этом случае сегменты 19а закреплены на резьбовых шпильках 25 посредством зажимных гаек 26.

Перечень обозначений

10 газовая турбина 11 воздухозаборник 12 компрессор 13, 15 камера сгорания 14, 16 турбина 17, 17' газовый канал 18 наружный корпус 18а сегмент (наружный корпус) 19 внутренний корпус 19а сегмент (внутренний корпус) 19b монтажный узел (внутренний корпус) 19с стойка (внутренний корпус) 19d внутренняя оболочка 19е кольцо 20 поддерживающая стойка 20а сегмент (поддерживающая стойка) 21а,b половины газового канала 22 сварное соединение 23 винт 24 резьбовое отверстие 25 резьбовая шпилька 26 зажимная гайка

Газовый канал для газовой турбины образован концентрическими внутренним и охватывающим его на расстоянии наружным корпусами. Внутренний корпус и наружный корпус взаимосвязаны посредством множества радиальных поддерживающих стоек. Внутренний корпус, наружный корпус и радиальные поддерживающие стойки снабжены термостойкой облицовкой для защиты от отработанных газов. Облицовки поддерживающих стоек, наружного корпуса и внутреннего корпуса разделены на множество отдельных сегментов, закрепленных на опорной конструкции с обеспечением свободного индивидуального термического расширения отдельных сегментов. Опорная конструкция содержит множество монтажных узлов в области наружного корпуса и внутреннего корпуса. Монтажные узлы закреплены на концентрической оболочке посредством радиальных стоек, причем монтажные узлы соответствующих сегментов закреплены винтами. Другое изобретение группы относится к газовой турбине включающей указанный выше газовый канал, по которому выходят отработанные газы. Группа изобретений позволяет упростить обслуживание газового канала турбины и снизить в нем термические напряжения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Газовый канал (17) для газовой турбины (10), образованный концентрическими внутренним (19) и охватывающим его на расстоянии наружным (18) корпусами, через который отработанные газы из газовой турбины (10) выходят наружу, при этом внутренний корпус (19) и наружный корпус (18) взаимосвязаны посредством множества радиальных поддерживающих стоек (20), причем внутренний корпус (19), наружный корпус (18) и радиальные поддерживающие стойки (20) снабжены термостойкой облицовкой (18a, 19a, 20a) для защиты от отработанных газов, отличающийся тем, что облицовки поддерживающих стоек (20), наружного корпуса (18) и внутреннего корпуса (19) разделены на множество отдельных сегментов (18a, 19a, 20a), которые закреплены на опорной конструкции (19b-d) с обеспечением свободного индивидуального термического расширения отдельных сегментов, при этом
опорная конструкция (19b-d) содержит множество монтажных узлов (19b) в области наружного корпуса (18) и внутреннего корпуса (19), причем монтажные узлы соответствующих сегментов (18a, 19a) закреплены винтами, причем
монтажные узлы (19b) закреплены на концентрической оболочке (19d) посредством радиальных стоек (19 с).

2. Газовый канал по п. 1, отличающийся тем, что сегменты (18a, 19a, 20a) закреплены на опорной конструкции (19b-d) с возможностью замены.

3. Газовый канал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сегменты (18a, 19a, 20a) закреплены к опорной конструкции (19b-d) по меньшей мере в одной точке, а в других точках крепления закреплены с возможностью свободного термического расширения.

4. Газовый канал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сегменты (18a, 19a, 20a) закреплены с возможностью свободного термического расширения относительно опорной конструкции (19b-d) во всех точках крепления.

5. Газовый канал по п. 1, отличающийся тем, что монтажные узлы (19b) имеют множество резьбовых отверстий (24), и тем, что сегменты (18a, 19a) закреплены в монтажных узлах (19b) посредством винтов (23), которые расположены в резьбовых отверстиях (24) снаружи, через соответствующие отверстия в сегментах (18a, 19a).

6. Газовый канал по п. 1, отличающийся тем, что монтажные узлы (19b) имеют множество резьбовых шпилек (25), которые проходят через соответствующие отверстия в сегментах (18a, 19a), и тем, что сегменты (18a, 19a) закреплены на резьбовых шпильках (25) посредством соответствующих зажимных гаек (26).

7. Газовый канал по п. 1, отличающийся тем, что монтажные узлы (19b) продолжаются параллельно друг другу в осевом направлении.

8. Газовый канал по п. 1, отличающийся тем, что монтажные узлы (19b) разнесены по окружности на такое расстояние, что сегменты (18a, 19a) закреплены, в каждом случае, на двух соседних монтажных узлах и располагаются по окружности между двумя соседними монтажными узлами.

9. Газовая турбина (10), имеющая газовый канал (17) со стороной выпуска, по которому отработанные газы выходят из газовой турбины наружу, отличающаяся тем, что газовый канал (17) выполнен по любому из пп. 1-8.