SE448757B

SE448757B - NOZZLE FOR A GAS TURBINE ENGINE

Info

Publication number: SE448757B
Application number: SE8101236A
Authority: SE
Inventors: H D Berkner; Jr J C Manente
Original assignee: Avco Corp
Priority date: 1980-05-19
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1987-03-16
Also published as: BR8102869A; DE3108319A1; FR2482657B1; IT8121699A0; SE8101236L; IT1137478B; DE3108319C2; GB2076069B; JPS6153521B2; GB2076069A; CA1135195A; JPS5716205A; FR2482657A1

Description

448 757 plåtarna, varigenom ett tryckläckage erhålls igenom uppsättnin- gen av skovlar. 448 757 plates, whereby a pressure leak is obtained through the set of vanes.

Syftet med uppfinningen är att eliminera nackdelarna hos kända typer av munstycken och att åstadkomma en flexibel anslutning vid varje skovel.The object of the invention is to eliminate the disadvantages of known types of nozzles and to provide a flexible connection at each vane.

Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom att stödringen omfat- tar ett inre stöd, som har ett väsentligen L-formigt tvärsnitt med ett cylindriskt basparti och ett därifrån radiellt utåtrik- tat skivparti, varvid skivpartiet är försett med ett ringformigt, radiellt riktat spår, att en segmentring är belägen radiellt utan- för det inre stödet och utgörs av ett flertal segment, som vart och ett är anslutet till den inre änden på var sin skovel, var- vid vart och ett av dessa segment har en radiellt inåtriktad fläns, som förskjutbart är i ingrepp med det ringformiga spåret i det radiellt utåtriktade skivpartiet på det inre stödet för att hålla skoveln radiellt riktad och för att åstadkomma en tryck- barriär i syfte att reducera läckage igenom stödringen, och att en fjäder med väsentligen C-formigt tvärsnitt är ansluten mellan det cylindriska baspartiet på det inre stödet och segmentringen samt i munstyckets axiella led är belägen på avstånd från det radiellt utåtriktade skivpartiet, varigenom den inre stödringen vid den inre änden av varje skovel definierar en flexibel förbind- ning, vilken dels tillåter radiell rörelse och dels åstadkommer en kraft som håller munstycket korrekt inriktat axiellt och ra- diellt.This is achieved according to the invention in that the support ring comprises an inner support which has a substantially L-shaped cross-section with a cylindrical base portion and a radially outwardly directed disc portion therefrom, the disc portion being provided with an annular, radially directed groove, that a segment ring is located radially outside the inner support and consists of a plurality of segments, each of which is connected to the inner end of each vane, each of these segments having a radially inwardly directed flange, which is displaceable in engagement with the annular groove in the radially outwardly directed disc portion of the inner support to keep the vane radially directed and to provide a pressure barrier for the purpose of reducing leakage through the support ring, and that a spring of substantially C-shaped cross-section is connected between the the cylindrical base portion on the inner support and the segment ring and in the axial joint of the nozzle are located at a distance from the radially outwardly directed disc portion, wherein through the inner support ring at the inner end of each vane defines a flexible connection, which partly allows radial movement and partly provides a force which keeps the nozzle correctly aligned axially and radially.

Det nya och förbättrade, tätande och stödande utförandet enligt uppfinningen gör munstycket flexibelt, och förhindrar därigenom uppkomsten av lokala spänningar i munstycket, samtidigt som det av den förekommande flexibiliteten i munstycket förorsakade läc- kaget minimeras. Flexibilitet erhålls med hjälp av det i segment uppdelade inre höljet och fjädrarna. Tryckbarriären är effektiv för att reducera läckage, och till följd av glidpassningsförban- det mellan hållarsegmenten och skivpartiet på den inre ringen bi- behålls tryckbarrjären vid termisk utvidgning för komponenterna i munstycket, under såväl transienta som kontinuerliga arbetsför- hållanden för turbinmotorn. 448 757 Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av ett på bifogade ritning visat utföringsexempel, där fig. 1 visar en frontvy av ett munstycke enligt uppfinningen, íig. 2 visar ett snitt längs linjen 2-2 i fig. 1, Fiq. 3 visar en vy bakifrån av munstycket enligt uppfinningen och fig. 4 visar ett snitt längs linjen 4-4 s. fig. 2.The new and improved, sealing and supporting design according to the invention makes the nozzle flexible, thereby preventing the formation of local stresses in the nozzle, at the same time as the leakage caused by the existing flexibility in the nozzle is minimized. Flexibility is obtained with the help of the segmented inner casing and the springs. The pressure barrier is effective in reducing leakage, and due to the sliding fit connection between the holder segments and the disc portion on the inner ring, the pressure barrier is maintained during thermal expansion of the components in the nozzle, under both transient and continuous working conditions for the turbine engine. 448 757 The invention is explained in more detail in the following with the aid of an exemplary embodiment shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a front view of a nozzle according to the invention, fig. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, FIG. Fig. 3 shows a rear view of the nozzle according to the invention and Fig. 4 shows a section along the line 4-4 s. Fig. 2.

Såsom framgår av fig. 1, 2 och 3 betecknas ett stationärt tur- binmunstycke enligt uppfinningen med hänvisningsbeteckningen 10.As can be seen from Figs. 1, 2 and 3, a stationary turbine nozzle according to the invention is designated by the reference numeral 10.

Det omfattar i huvudsak en radiellt yttre stödring 12, en radi- ellt inre stödring 14 samt en uppsättning radiellt riktade led- skenor 16, vilka är belägna mellan stödringarna 12 och 14. De radiellt yttre spetspartierna 18 på skovlarna 16 är fästade vid insidan på den yttre stödringen 12 med hjälp av stelt förband, såsom t.ex. genom lödning eller gjutning. Rotpartiet 20 på varje skovel 16 är däremot flexibelt förbundet med den inre stödringen medelst en stödande och tätande anordning enligt uppfinningen.It essentially comprises a radially outer support ring 12, a radially inner support ring 14 and a set of radially directed guide rails 16, which are located between the support rings 12 and 14. The radially outer tip portions 18 of the vanes 16 are attached to the inside of the outer support ring 12 by means of rigid joints, such as e.g. by soldering or casting. The root portion 20 of each vane 16, on the other hand, is flexibly connected to the inner support ring by means of a supporting and sealing device according to the invention.

Den stödande och tätande anordningen gör det möjligt för ledskov- larna 16 att utsättas för temperaturförändringar under transienta och kontinuerliga arbetsförhållanden för gasturbinmotorn, detta utan att deformeras och utan att det bildas lokala påkänningar i munstycket 10 som skulle kunna leda till att lokala sprickor i munstycket bildas.The support and sealing device enables the vanes 16 to be subjected to temperature changes under transient and continuous operating conditions of the gas turbine engine, without deforming and without the formation of local stresses in the nozzle 10 which could lead to the formation of local cracks in the nozzle. .

Den stödande och tätande anordningen enligt uppfinningen omfat- tar en i segment uppdelad ring 30, som bildas av ett antal indi- viduella segment 32, vilka är anordnade koncentriskt med den ra- diellt yttre stödringen 12. Varje segment 32 är förbundet med rotänden 20 på en radiellt riktad ledskovel 16. Såsom framgår av fig. 2, 3 och 4 sträcker sig från varje segment 32 en T-formad klack 34 radiellt inåt. Varje T-formad klack 34 har ett stapel- parti 36, som befinner sig i linje med gasturbinmotorns längd- axel, samt en överliggare 38 som sträcker sig i rät vinkel mot motorns längdaxel. I den stödande och tätande anordningen 40 ingår vidare ett radiellt inre ringstöd 40, som är väsentligen L-format i tvärsnitt (se fig. 2), och som har en väsentligen cy- lindrisk basdel 42 samt cLt radiellt utåtriktat skívparti 44.The supporting and sealing device according to the invention comprises a ring 30 divided into segments, which is formed by a number of individual segments 32, which are arranged concentrically with the radially outer support ring 12. Each segment 32 is connected to the root end 20 of a radially directed vane 16. As shown in Figs. 2, 3 and 4, a T-shaped lug 34 extends radially inwardly from each segment 32. Each T-shaped lug 34 has a stack portion 36, which is aligned with the longitudinal axis of the gas turbine engine, and a cross member 38 which extends at right angles to the longitudinal axis of the engine. The supporting and sealing device 40 further comprises a radial inner ring support 40, which is substantially L-shaped in cross section (see Fig. 2), and which has a substantially cylindrical base part 42 and a radially outwardly directed disc portion 44.

Vid skivpartiet 44 är fastsatt en vinklad ring 50, som är för- sedd med en uppsättning radiellt riktade urtag 52, varigenom den 448 757 får ett väsentligen tandat utseende sett från baksidan av mun- stycket 10 (se fig. 3). Det vinklade tvärsnittet hos ringen 50 (se fig. 2 och 4) ger upphov till ett i periferiled gående spår 60, som sträcker sig runt den radiellt yttre periferin på skiv- partiet 44 i ringstödet 40. Såsom framgår är det runtomgående spåret 60 beläget nedströms om skivpartiet 44.Attached to the disc portion 44 is an angled ring 50, which is provided with a set of radially directed recesses 52, whereby the 448 757 has a substantially toothed appearance seen from the rear of the nozzle 10 (see Fig. 3). The angled cross-section of the ring 50 (see Figs. 2 and 4) gives rise to a circumferential groove 60 extending around the radially outer periphery of the disc portion 44 of the ring support 40. As can be seen, the circumferential groove 60 is located downstream about the disc portion 44.

Stapelpartierna 36 på de T-formade klackarna 34 är förskjutbart monterade i urtagen 52, medan överliggarna 38 på klackarna 34 är förskjutbart monterade i det utrymme 60, som definieras mellan skivpartiet 44 och den vinklade ringen 50 (se fig. 2 och 4).The stack portions 36 of the T-shaped lugs 34 are slidably mounted in the recesses 52, while the lintels 38 of the lugs 34 are slidably mounted in the space 60 defined between the disc portion 44 and the angled ring 50 (see Figs. 2 and 4).

Genom detta utförande erhålls ett glidpassningsförband mellan varje segment 32 och det inre ringstödet 40, varvid glidpassnings- förbandet effektivt bibehåller kontinuitet mellan den i segment uppdelade ringen 30 och den inre stödringen 40, så att en tryck- barriär bildas för att minska tryckläckage igenom den flexibla kopplingen på den stödande och tätande anordningen. Det bör no- teras att tryckbarriären upprätthålls under de olika transienta och kontinuerliga arbetsförhållanden som råder i gasturbinmotorn, då temperaturförändringar hos skovlarna förorsakar att segmenten 32 förflyttas relativt det inre ringstödet 40.By this embodiment, a sliding fit connection is obtained between each segment 32 and the inner ring support 40, the sliding fitting joint effectively maintaining continuity between the segmented ring 30 and the inner support ring 40, so that a pressure barrier is formed to reduce pressure leakage through the flexible ring. the coupling of the supporting and sealing device. It should be noted that the pressure barrier is maintained under the various transient and continuous operating conditions prevailing in the gas turbine engine, as temperature changes in the vanes cause the segments 32 to move relative to the inner ring support 40.

Vid den uppströms belägna änden på varje segment 32 och sträckan- de sig mellan segmentet 32 och den uppströms belägna änden på bas- delen 42 finns en fjäder i form av en C-formad fjäder 70. Såsom framgår av fig. 2 förekommer ett antal fjädrar 70 väsentligen motsvarande antalet segment 32 i den i segment uppdelade ringen 30. Varje fjäder 70 är vid sina motsatta ändar förbunden med ett segment 32 och med basdelen 42 på det inre ringstödet 40. Genom detta utförande åstadkommer fjädrarna 70 en kontinuerlig kraft, som strävar att bibehålla ledskovlarna 16 i korrekt axiellt och radiellt läge under såväl transienta som kontinuerliga arbetsför- hållanden för gasturbinmotorn, då det stationära munstycket 10 och komponenterna i detta utsätts för temperaturändringar. Utfö- randet med fjädrarna 70, den i segment uppdelade ringen 30 och det inre ringstödet 40 definierar således ett flexibelt förband, som utgör del av den stödande och tätande anordningen enligt upp- finningen. Vidare säkerställs korrekt axiellt läge för ledskov- . I). <.= 448 757 larna 16 med hjälp av glidpassningsförbandet mellan de T-forma- de klackarna 34 och den inre stödringen 40, speciellt med hjälp av överliggarna 38 på klackarna 34 och det runtomgående spåret 60 som definieras mellan skivpartiet 44 och den vinklade ringen 50. I drift säkerställer den stödande och tätande anordningen 30 att erforderlig tätning av trycket uppströms om ledskovlarna bi- behålls relativt en annan trycknivå nedströms om skovlarna, och med hjälp av det flexibla förbandet kan av temperaturskillnader förorsakade rörelser mellan stödringarna och ledskovlarna accep- teras utan att lokala pâkänningar uppstår, som skulle leda till sprickor i munstycket 10.At the upstream end of each segment 32 and extending between the segment 32 and the upstream end of the base portion 42 is a spring in the form of a C-shaped spring 70. As shown in Fig. 2, there are a number of springs. 70, substantially corresponding to the number of segments 32 in the segmented ring 30. Each spring 70 is connected at its opposite ends to a segment 32 and to the base portion 42 of the inner ring support 40. By this embodiment, the springs 70 provide a continuous force which seeks to maintain the vanes 16 in the correct axial and radial position under both transient and continuous operating conditions of the gas turbine engine, as the stationary nozzle 10 and its components are subjected to temperature changes. The embodiment with the springs 70, the ring 30 divided into segments and the inner ring support 40 thus define a flexible joint which forms part of the supporting and sealing device according to the invention. Furthermore, the correct axial position is ensured for the articulated shaft. IN). 44 by means of the sliding fit connection between the T-shaped lugs 34 and the inner support ring 40, in particular by means of the sleepers 38 on the lugs 34 and the circumferential groove 60 defined between the disc portion 44 and the angled ring 50 In operation, the support and sealing device 30 ensures that the required sealing of the pressure upstream of the vanes is maintained relative to a different pressure level downstream of the vanes, and by means of the flexible joint movements of temperature differences between the support rings and the vanes can be accepted without local stresses occur, which would lead to cracks in the nozzle 10.

Uppfinningen åstadkommer således ett delvis i segment uppdelat turbinmunstycke som har en flexibel stödande och tätande inre stöddel, som effektivt fångar upp och neutraliserar temperatur- rörelser hos komponenter i munstycket under transienta och kon- tinuerliga arbetsförhållanden för gasturbinmotorn. Det.flexibla förbandet vid den inre stödringen vid munstycket säkerställer att den strukturella integriteten hos de fasta, vanligen i form av lödförband utförda förbindningarna mellan skovelspetsarna och det yttre höljet bibehålls. Vidare eliminerar utförandet enligt upp- finningen problem med lokala påkänningar till följd av olika tem- peraturrörelser hos komponenterna i munstycket. Flexibilitet hos turbinmunstycket enligt uppfinningen erhålls genom utförandet med en i segment uppdelad inre stödring och förekomsten av fjäd- rar som bibehåller det radiella läget för den inre stödringen 40, samtidigt som ledskovlarna tillåts röra sig i radiell led. Den tryckbarriär som ingår i den stödande och tätande inre stödrings- anordningen reducerar effektivt läckage igenom den i segment upp- delade inre stödringen, och i tryckbarriären ingår glidpassnings- förband för att bibehålla tryckbarriären under olika arbetsför- hållanden för gasturbinmotorn, samtidigt som ledskovlarna tillåts röra sig fritt i radiell led. Det speciella utförandet av tryck- barriären enligt uppfinningen bidrar till att fixera det axiel- la läget för den i segment uppdelade ringen, och utförandet med glidpassning underlättar ytterligare bibehållandet av koncentri- citet för den inre stödringen. 448 757 Uppfinningen har visserligen beskrivits med hjälp av ett före- draget utföringsexempel, men det är uppenbart att en fackman kan utföra åtskilliga ändringar inom uppfinningen ram. Alla dylika ändringar är avsedda att inbegripas i de efterföljande patentkraven. ß:The invention thus provides a partially segmented turbine nozzle having a flexible supporting and sealing inner support member which effectively captures and neutralizes temperature movements of components in the nozzle under transient and continuous operating conditions of the gas turbine engine. The flexible joint at the inner support ring at the nozzle ensures that the structural integrity of the fixed connections, usually in the form of solder joints, between the vane tips and the outer casing is maintained. Furthermore, the design according to the invention eliminates problems with local stresses due to different temperature movements of the components in the nozzle. Flexibility of the turbine nozzle according to the invention is obtained by the design with a segmented inner support ring and the presence of springs which maintain the radial position of the inner support ring 40, at the same time as the guide vanes are allowed to move in radial direction. The pressure barrier included in the supporting and sealing inner support ring device effectively reduces leakage through the segmented inner support ring, and the pressure barrier includes sliding fittings to maintain the pressure barrier under different operating conditions for the gas turbine engine, while allowing the guide vanes to move freely in the radial direction. The special design of the pressure barrier according to the invention helps to fix the axial position of the ring divided into segments, and the design with sliding fit further facilitates the maintenance of concentricity of the inner support ring. 448 757 Although the invention has been described by means of a preferred embodiment, it is obvious that a person skilled in the art can make several changes within the scope of the invention. All such modifications are intended to be included in the appended claims. ß:

Claims

A448 757 4- Eëšåßšššëï Nozzle for a gas turbine engine, comprising an outer ring (12) enclosed in a housing and a support ring (14) arranged coaxially inside it. a plurality of vanes (16) extending radially between these rings (12, 14) and each at its outer end (18) is fixed to the outer ring (12) but at its inner end (20) is flexible and displaceable connected to the support ring (14), characterized in that the support ring (14) comprises an inner support (40), which has a substantially L-shaped cross-section with a cylindrical base portion (42) and a radially outwardly directed disc portion (44) therefrom, wherein the disc portion (44) is provided with an annular, radially directed groove (60). that a segment ring (30) is located radially outside the inner support (40) and consists of a plurality of segments (32), each connected to the inner end (20) of each vane (16), each one of these segments (32) has a radially inwardly directed flange (38). slidably engaging the annular groove (60) in the radially outwardly directed disc portion (44) of the inner support (40) to keep the vane (16) radially directed and to provide a pressure barrier in order to reduce leakage through the support ring ( 14), and that a spring with a substantially C-shaped cross section is connected between the cylindrical base portion (42) on the inner support (40) and the segment ring (30) and in the axial joint of the nozzle is located at a distance from the radially outwardly directed disc portion (44 ), whereby the inner support ring (14) at the inner end of each vane defines a flexible connection, which on the one hand allows radial movement and on the other hand provides a force which keeps the nozzle correctly aligned axially and radially.