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Dokumentenidentifikation DE3413725C2 05.05.1994
Titel Anordnung zur Begrenzung von Schublasten bei Dampfturbinenwellen
Anmelder Dresser Industries, Inc., Dallas, Tex., US
Erfinder Leonard, James K., Wellsville, N.Y., US
Vertreter Rau, M., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schneck, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 12.04.1984
DE-Aktenzeichen 3413725
Offenlegungstag 18.10.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.05.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.05.1994
IPC-Hauptklasse F01D 3/04

Beschreibung[de]

Die Erfindung richtet sich auf eine Dampfturbine mit fliegend gelagertem Rotor und insbesondere auf eine Anordnung und eine Vorrichtung zur Reduktion der axialen Wellenbewegung bzw. der axialen Belastung bei solchen Turbinen.

Turbinen werden Schubbelastungen unterworfen, und zwar sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Die Lager solcher Maschinen müssen diese Belastungen aufnehmen, wobei durch übermäßige Belastungen Verluste und Abnutzung bedingt sind. Dementsprechend sind Einrichtungen zur Begrenzung der Wellenbelastungen erforderlich. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Begrenzung der axialen Schublast bei Dampfturbinen mit fliegend gelagertem Rotor.

Aufgrund ihrer Konstruktion weist eine solche Turbine eine axiale Schubbelastung auf, welche im allgemeinen gleich ist dem Produkt aus 1. Fläche der Wellenprotuberanz (d. h. des überhängenden Endes der Welle) und 2. des Differenzdrucks relativ zur Umgebung, welcher an dieser Fläche anliegt. Erfindungsgemäß soll diesen Problemen dadurch entgegengewirkt werden, daß ein abgedichteter Ausgleichskolben an dem überhängenden Wellenende verwendet wird, welcher mit Umgebungsdruck belüftet werden kann, um den Schub auszugleichen, welcher aber auch mit einem Steuerdruck beaufschlagt werden kann, um jeder anderen unausgeglichenen verbleibenden Kraft längs der Turbine entgegenzuwirken.

Herkömmliche Verfahren zur Lösung dieses Problems umfaßten Schublager. Die Verwendung von Schublagern für solche Anwendungsfälle wird beschrieben in der US-PS 4 005 572. Schublager arbeiten jedoch dann am besten, wenn die Belastung relativ konstant ist oder sich langsam über die Zeit ändert.

Aus der US-PS 41837-13 ist eine Pitot-Pumpe bekannt, bei der der Rotor über einen druckbeaufschlagten, abgedichteten Ausgleichskolben an der Stirnseite des Rotors von axialen Schubbelastungen entlastet ist.

Auch bei der Verwendung derartiger Druckausgleichsmaßnahmen zur Minimierung der axialen Schubänderungen unterliegen Schublager einem Verschleiß und müssen ersetzt werden. Bei manchen Turbinen mit fliegend gelagerten Rotoren sind die Schub- und Drehlager in einem Lagergehäuse untergebracht, welches unmittelbar stromaufwärts von sowohl dem Rotor als auch einer zugehörigen Wellendichtungsanordnung vorgesehen ist. Durch diese Anordnung wird die Rotorstabilität erhöht. Bei manchen kompakten Konstruktionen sind die Schublager und die Drehlager in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, welches so konstruiert sein muß, daß es die Entfernung der Rotorwelle durch das Turbinengehäuse ermöglicht. Dies ist außerordentlich schwierig und bedeutet eine zeitaufwendige Aufgabe. Dementsprechend muß sich jede Lösung des Problems veränderlicher Schubbelastung an der praktischen Notwendigkeit orientieren, sowohl die Welle zu entfernen und die Lager zu ersetzen, und zwar jeweils unter schwierigen Zugangsbedingungen.

Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Minimierung der Änderung in den Schubkräften längs der Welle einer Dampfturbine mit fliegend gelagertem Rotor zu schaffen.

Weiterhin soll eine Turbine mit einer Dichtungsanordnung zur Verminderung des stromabwärtigen Schubs auf die Rotorwelle bei einer solchen Turbine geschaffen werden. Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach ist ein Teil der Welle außerhalb der Dichtungsausnehmung angeordnet und steht in Strömungsverbindung mit dem stromabwärtigen Ende oder der Auslaßseite (Kondensator-Seite) des Turbinenrotors, wobei ein anderer Teil der Welle innerhalb der Dichtungsausnehmung angeordnet ist und in Strömungsverbindung mit einem Bereich relativ konstanten (nahezu atmosphärischen) Drucks steht, welcher durch einen Druckmechanismus wie z. B. einem Stopfbuchsensystem aufrechterhalten wird. In einer Ausführungsform umfaßt die Dichtungsanordnung ein erstes Dichtungsteil, welches fest mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, und ein zweites Dichtungsteil, welches an dem überhängenden Ende der Turbinenrotorwelle befestigt ist. Das erste Dichtungsteil ist innerhalb der erwähnten Auslaßöffnung angeordnet und steht in Strömungsverbindung mit einer Quelle relativ konstanten Drucks (d. h. einem Stopfbuchsensystem). Das erste Dichtungsteil weist ein offenes Ende auf, welches zum überhängenden Ende der Rotorwelle hin angeordnet ist. Das zweite Dichtungsteil ist an der Rotorwelle befestigt und steht in dichtender Anlage an dem ersten Dichtungsteil. Die Dichtungsanordnung bildet dabei einen Bereich unmittelbar stromabwärts von dem überhängenden Ende der Welle, welcher im wesentlichen auf atmosphärischem Druck gehalten wird. Auf diese Weise wird die auf das freie Ende der Welle durch die atmosphärische Umgebung ausgeübte Kraft ausgeglichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten und zweiten Dichtungsteile eine Labyrinthdichtung, die Turbine weist einen Auslaßdiffusor am stromabwärtigen Ende des Rotors auf und das erste Dichtungsteil umfaßt einen Dichtungsring, welcher fest an dem Auslaßdiffusor befestigt ist.

Weiterhin soll erfindungsgemäß eine Turbine mit einer Dichtungsanordnung geschaffen werden, welche sich leicht austauschen läßt oder benutzt werden kann in Verbindung mit einem Ventilationsdichtungsring, der an der Rotorwelle ohnehin befestigt ist. Bei solchen Turbinen umfaßt die Rotorwelle Einrichtungen zur lösbaren Befestigung von Ventilationsdichtungsringen an denselben. Dementsprechend ist das zweite Dichtteil mit Einrichtungen versehen, welche komplementär zu den vorerwähnten Befestigungseinrichtungen sind und zur Befestigung des zweiten Dichtungsteils statt des Ventilationsdichtungsrings an der Rotorwelle dienen.

Ein weiterer Gegenstand gemäß der Erfindung liegt in der Schaffung einer Lageranordnung für die Welle einer überhängenden Turbine, wobei zwei Radiallager die Welle lagern und zwei einander gegenüberliegende Schublager die axiale Wellenbewegung begrenzen, wobei weiterhin Einrichtungen zur Befestigung eines der Schublager an einem der Radiallager derart vorgesehen sind, daß die Welle leicht durch das Turbinengehäuse entfernt werden kann. Vorzugsweise sind die Lager horizontal geteilt ebenso wie das Lagergehäuse, welches die Lager aufnimmt, so daß die Schublager und Radiallager leicht ohne Entfernung der Welle ausgetauscht werden können.

Weiterhin soll erfindungsgemäß eine Lageranordnung für eine überhängende Turbine geschaffen werden, bei welcher zwei Radiallager und zwei Schublager eine Welle lagern und Einrichtungen vorgesehen sind, um eines der Schublager an einem entfernbaren Ring zu befestigen, welcher vom Lagergehäuse getragen wird. Bei dieser Ausführungsform wird ein geteilter Adapterring durch das Lagergehäuse statt durch eines der Radiallager wie bei der vorstehenden Ausführungsform getragen. Vorzugsweise ist das Gehäuse für die Lageranordnung horizontal geteilt, der Adapterring ebenfalls horizontal geteilt und sowohl die Drehlager als auch die Schublager horizontal geteilt, um die schnelle Montage und Demontage der Lager ohne Entfernung der Welle zu ermöglichen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Turbine unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 einen Schnitt der in Fig. 1 dargestellten Turbine längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab zur Darstellung der Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Lageranordnung; und

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der Lageranordnung.

Vor einer Beschreibung der erfindungsgemäßen Details wird nachfolgend eine Dampfturbine mit fliegend gelagertem Rotor beschrieben, so daß die erfindungsgemäßen Aspekte deutlicher heraustreten.

Fig. 1 zeigt eine solche Dampfturbine mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Minimierung der axialen Wellenbewegung. Die Turbine umfaßt ein Turbinengehäuse 10, ein horizontal geteiltes Lagergehäuse 12 und ein Transmissionsgehäuse 14. Das Turbinengehäuse 10 umfaßt einen Dampfeinlaß 16, welcher mit einer Druckdampfquelle verbindbar ist, ein Regelventilgehäuse 18, einen ringförmigen Dampfkasten 20, ein Rotorgehäuse 22 und ein kombiniertes Diffusor- und Auslaßgehäuse 24. Der Druckdampf tritt am Einlaß 16 in Richtung des Pfeiles 26 ein und passiert das Regelventil, um in den Dampfkasten 20 zu gelangen. Von dem Dampfkasten 20 passiert der Hochdruckdampf durch die Rotorblätter innerhalb des Rotorgehäuses 22 und überträgt auf diese Drehbewegung. Der Abdampf tritt durch einen Diffusor 44 (vgl. Fig. 2) innerhalb des Auslaßgehäuses 24 und eine Auslaßöffnung 28 zu einem Kondensator aus (welcher der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist), und zwar in Richtung des Pfeiles 30. Die Richtung des Pfeils 30 definiert die "Stromabwärts-Richtung" der Turbine. Der "Stromabwärts- Bereich" liegt auf den Kondensator hin. Gehäusedurchlässe und Stopfbuchsenauslässe 25 sind ebenfalls vorgesehen. Eine Rotorwelle 31 (vgl. Fig. 2) erstreckt sich durch das Lagergehäuse 12 in das Transmissionsgehäuse 14, in welchem ein geeignetes Reduktionsgetriebe und weitere Last aufnehmende Elemente enthalten sind.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt das Lagergehäuse 12 ein horizontal geteiltes Gehäuse, welches durch zwei mit Flanschen versehene Gehäusehälften 32 und 34 gebildet wird. Diese sind längs ihrer aneinanderliegenden Seiten über Bolzen 36 verbunden. Das Lagergehäuse 12 enthält geteilte Radiallager, so daß die Lager ohne Entfernung der Rotorwelle 31 (siehe Fig. 2) ausgetauscht werden können. Ein Zugang zu den Lagern wird dadurch erhalten, daß das obere Gehäuseteil 32 von dem unteren Gehäuseteil 34 abgenommen wird und die beiden Hälften des zu wechselnden Lagers getrennt werden, neue Lagereinlagen anstelle der verschlissenen Lagereinlagen eingesetzt werden, die Lager wieder zusammengebaut und dann die beiden Gehäusehälften 32 und 34 montiert werden.

In Fig. 2 ist eine Turbine mit fliegend gelagertem Rotor dargestellt. Die Anordnung ist innerhalb des Turbinengehäuses 10 im Bereich des ringförmigen Dampfkastens 20 angeordnet. Druckdampf innerhalb des Dampfkastens 20 passiert durch die Ringöffnungen 35 und 37 (feste Schaufeln) und über eine Mehrzahl von Rotorschaufeln 38 V und 40 V auf den beiden Rotoren 38 und 40 (rotierende Schaufeln) in Richtung der Pfeile 42. Der Abdampf passiert einen Diffusor 44 und tritt dann durch die Auslaßöffnung 28 aus.

Es ist bekannt, daß beim Durchströmen einer Turbine mit fliegend gelagertem Rotor eine Kraft aufgrund einer sich einstellenden Druckdifferenz entsteht, welche längs der Rotorwelle anliegt (d. h. der Druck der Atmosphäre auf das freie Ende der Welle). Hier ist nun eine Dichtungsanordnung 46 zur Verminderung der Druckdifferenz über die Enden der Rotorwelle vorgesehen (d. h. Patm gegenüber PKond). Die Dichtungsanordnung 46 wird verwendet zur Ausbildung eines taschenförmigen Bereiches 48 unmittelbar stromabwärts von dem Ende 50 der Rotorwelle 31, welches relativ nahe im Bereich atmosphärischen Drucks gehalten wird. Auf diese Weise wird durch eine Reduktion des Drucks am Mittelabschnitt oder Ende 50 der Rotorwelle 31 der stromaufwärts gerichtete axiale Schub gegen die Rotorwelle relativ zu dem vermindert, welcher anliegt, wenn eine Welle im taschenförmigen Bereich 48 voll dem Abdampf ausgesetzt ist.

Stromaufwärts der Rotoren 38 und 40, aber noch innerhalb des Rotorgehäuses 22 ist eine Dichtungsanordnung 52 vorgesehen, welche eine Mehrzahl geteilter Ringdichtungen umfaßt, welche dichtend an dem Abschnitt 54 der Rotorwelle 31 anliegen, welche unmittelbar vor bzw. stromaufwärts in dem Turbinengehäuse 10 liegen. Die Rotorwelle 31 erstreckt sich in das Lagergehäuse 12 durch einen Öldamm 56, der dort vorgesehen ist. Ein Abschnitt 58 mit vermindertem Durchmesser der Rotorwelle 31 ist verbunden mit einem vergrößerten Abschnitt 60 der Rotorwelle, so daß hierdurch eine Ringschulter 62 gebildet wird. Noch weiter stromaufwärts ist der Abschnitt 60 der Rotorwelle 31 mit vergrößertem Durchmesser mit einem Abschnitt 64 von wiederum vermindertem Durchmesser verbunden, so daß eine weitere ringartige Schulter 66 ausgebildet wird. Die Rotorwelle 31 greift dann in eine Kupplung 68 ein, welche ihrerseits mit einer Welle (die nicht dargestellt ist) im Transmissionsgehäuse 14 (siehe Fig. 1) in Verbindung steht.

In Fig. 4 und 5 ist dargestellt, daß gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung zwei Radiallageranordnungen 70 und 72 innerhalb des Lagergehäuses 12 vorgesehen sind, welche die Rotorwelle 31 an jeder Seite des Abschnitts 60 mit vergrößertem Durchmesser der Welle lagern. Diese Radiallageranordnungen 70 und 72 sind horizontal geteilt, um das Entfernen und Ersetzen der Lagerelemente ohne das Erfordernis des Entfernens der Rotorwelle 31 aus dem Lagergehäuse 12 zu ermöglichen. Zwei Schublageranordnungen 74 und 76 tragen zur Minimierung der resultierenden axialen Bewegung der Rotorwelle 31 bei. Der Druckabfall über die Rotoren 38 und 40 und der ungleiche Druck über den Enden der Rotorwelle 31 resultieren in einer verbleibenden Kraft auf die Rotorwelle 31 in Richtung stromabwärts. Die Schublageranordnungen 74 und 76 sind jeweils im Bereich der Schultern 62 und 66 an jedem Ende des vergrößerten Wellenabschnitts 60 angeordnet. Wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird, kann nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Schublageranordnung 74 durch einen horizontal geteilten Adapterring 114 getragen werden, welcher an dem unteren Gehäuseteil 34 (siehe Fig. 2 und 4) befestigt ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Schublageranordnung 74 direkt an der anlegenden Radiallageranordnung 70 befestigt (vgl. Fig. 5).

Nach der vorstehenden Beschreibung der Grundkomponenten wird die Dichtungsanordnung 46 nachfolgend im Detail beschrieben. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besteht die Anordnung 46 aus einer zweiteiligen Labyrinthdichtung umfassend: ein zylindrisches erstes Dichtungsteil 78, welches an dem Diffusor 44 mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen 80 lösbar befestigt ist und ein zweites Dichtungsteil 82, welches Zahnelemente 84 umfaßt und welches lösbar an dem überhängenden Ende der Rotorwelle 31 mittels eines Dichtungsbefestigungsrings 86 angebracht ist. Der Dichtungsbefestigungsring 86 ist lösbar mit der Rotorwelle 31 mit Hilfe von Befestigungseinrichtungen oder Bolzen 88 verbunden, welche dazu verwendet werden, die Rotoren 38 und 40 auf der Rotorwelle festzulegen. Das zweite Dichtungsteil 82 wiederum ist lösbar an dem Dichtungsbefestigungsring 86 mit Hilfe von Gewindebefestigungseinrichtungen 90 befestigt, wovon der Übersichtlichkeit halber nur eine dargestellt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Dichtungsanordnung 46 geeignet, nachträglich an eine Dampfturbine angepaßt zu werden, welche einen vorher bestehenden Ventilationsdichtring aufweist, welcher am überhängenden Ende der Rotorwelle 31 mit Hilfe der Rotorbefestigungseinrichtungen bzw. Bolzen 88 angebracht ist. Mit anderen Worten ist der Abschnitt 92 des zweiten Dichtungsteiles 82, wie teilweise durch die unterbrochene Linie 94 dargestellt, vorzugsweise identisch mit einem bereits vorhandenen Ventilationsdichtring. Erfindungsgemäß wird der normalerweise an dem Dichtungsbefestigungsring 86 mit Hilfe von Befestigungseinrichtungen 90 angebrachte Ventilationsdichtring vom Rotor 40 getrennt und das zweite Dichtungsteil 82 wird an seiner Stelle auf dem Rotor befestigt.

An dem Diffusor 44 ist ein taschenförmiger Bereich 48 unmittelbar hinter dem mittleren Abschnitt 50 der Rotorwelle 31 ausgebildet. Der Bolzenkreis an dem Dichtungsbefestigungsring 86 für die Gewindebefestigungseinrichtungen 90 liegt an einem peripheren Abschnitt der Rotorwelle 31 (d. h. in radialem Abstand vom zentralen Abschnitt 50 der Rotorwelle). Dementsprechend weist das zweite Dichtungsteil 82 einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf und ähnelt etwas einem Hut mit einem nach innen von einem Randbereich vorstehendem Bereich, wobei sich dieser Bereich in das zweite Dichtungsteil 82 und den taschenförmigen Bereich 48 am stromabwärtigen Ende des Diffusors 44 erstreckt.

Der taschenförmige Bereich 48, welcher am Diffusor 44 ausgebildet ist, und die Dichtungsanordnung 46 stehen in Strömungsverbindung mit einer Stopfbuchsenauslaßleitung 96. Beim Fehlen der Dichtungsanordnung 46 würde der mittlere Abschnitt 50 des Rotors 40im wesentlichen den Druck des Kondensator-Einlasses aufweisen. Dieser Druck kann sehr starkem Unterdruck (leicht lastbeaufschlagte Turbine) oder leichtem Überdruck (schwerlastbeaufschlagte Turbine) entsprechen. In jedem Fall ist der Druck geringer als derjenige der umgebenden Atmosphäre. Die Dichtungsanordnung 46 als solche stellt sicher, daß der Druck am überhängenden Ende der Rotorwelle 31 verhältnismäßig hoch im Vergleich zu einem starken Unterdruck ist und im wesentlichen dem der umgebenden Atmosphäre entspricht. Dementsprechend wird die Druckdifferenz über die Achse der Rotorwelle 31 reduziert und der stromabwärts gerichtete Schub (vgl. Pfeil 97), welcher durch eine solche Druckdifferenz erzeugt wird, wird dabei vermindert, wenn die Dichtungsanordnung 46 an ihrem Platz ist. Darüber hinaus wird so die Schubkraft auf die zugehörige Schublageranordnung 74 und der Verschleiß der Schublagereinlagen dieser Anordnung vermindert.

In Fig. 4 ist die Ausführungsform der Lageranordnung 74, welche in Fig. 2 dargestellt ist, im einzelnen dargestellt. Eine Radiallageranordnung 70 umfaßt ein Grundteil 98, welches durch das untere Lagergehäuse 34 mit Hilfe geeigneter Befestigungseinrichtungen oder der Zwischenringe 100 getragen wird. An dem Basisteil 98 ist eine Mehrzahl von Radiallagereinlagen 104 angeordnet, welche gegen den Abschnitt 58 der Rotorwelle 31 lastaufnehmend anliegen. Dementsprechend weist das andere Radiallager 72 eine Basis 106 auf, welche durch das untere Lagergehäuseteil 34 getragen wird, welches wiederum eine Mehrzahl von auswechselbaren Radiallagereinlagen 108 aufweist. Diese Lagereinlagen 108 sind einstellbar lastaufnehmend im Bereich des Abschnitts 64 der Rotorwelle 31 befestigt.

Die Schublageranordnung 76 an der stromaufwärtigen Schulter 66 des vergrößerten Wellenabschnitts 60 umfaßt einen horizontal geteilten Basisring 110, welcher an dem unteren Lagergegehäuse 34 befestigt ist. Eine Vielzahl von Schublagereinlagen 112 ist wiederum an dem Basisring 110 befestigt. Die Einlagen 112 sind so konstruiert, daß sie um eine radiale Achse der Rotorwelle 31 gekippt sind und Last aufnehmend an der Schulter 66 der Welle gehalten sind.

Die andere Schublageranordnung 74 wiedersteht einer axialen Bewegung der Rotorwelle 31 in stromabwärtiger Richtung. Anders als die Anordnung 76 umfaßt sie eine horizontal geteilte Basis 119, welche an einem horizontal geteilten Adapterring 114 befestigt ist. Der Adapterring 114 ist radial im Abstand von dem Rotorwellenabschnitt 58 angeordnet, welcher durch das anliegende Radiallager 70 gelagert wird. Er ist in einer Nut 117 angebracht, welche durch die untere Hälfte des geteilten Lagergehäuses 12 gebildet wird. Wie die andere Schublageranordnung 76 ist eine Mehrzahl von Schublagereinlagen 116 an der Basis 119 Last aufnehmend an der Schulter 62 der Rotorwelle 31 angeordnet.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer stromabwärtigen Schublageranordnung 74&min; dargestellt, welche anstelle der in Fig. 4 dargestellten Anordnung 74 eingesetzt werden kann. Die Basis 119&min; ist, statt sie mit dem Adapterring 114 zu verbinden, direkt an der Basis 98 der Radiallageranordnung 70&min; befestigt. Wie die Lageranordnung 70 weist die Lageranordnung 70&min; eine Mehrzahl von Radiallagereinlagen 122 an ihrer Basis 98 lastaufnehmend gegenüber Abschnitt 58 der Rotorwelle 31 auf. Diese Schublageranordnung 74&min; weist auch Lagereinlagen 124 auf, welche durch die Basis 119&min; getragen werden. Die Basis 119 ist mit der Basis 98 der Radiallageranordnung 70&min; mit Hilfe eines Kupplungsrings 126 verbunden.

Gemäß einem wesentlichen erfindungsgemäßen Aspekt sind alle Lageranordnungen 70, 72, 74, 76 ebenso wie das Lagergehäuse 12 horizontal geteilt, um eine Entnahme der Lageranordnungen zum Austausch der jeweiligen Lagereinlagen ohne das Erfordernis des Entfernens der Rotorwelle 31 zu ermöglichen.

Ein Prototyp mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wurde bei einer Dampfturbine mit 30 cm Wälzkreisdurchmesser und einer Nominalgeschwindigkeit von 20 000 U/min erfolgreich installiert. Diese Turbine leistete bis zu 3000 PS bei einer Abtriebsgeschwindigkeit von 500 bis 18 000 U/min über eine epizyklische Getriebetransmission oder bei einer Geschwindigkeit von 20 000 U/min bei direktem Antrieb. Der Eingangsdampf wies einen Druck von 700 PSIG und eine Temperatur von 750°F auf. Der rückwärtige Druck lag zwischen 300 PSIG bis zu Kondensationsdruck. Die Vorwärtsschubaufnahme in einem Versuch konnte eine Schubbelastung von 1000 Lbs ohne Überhitzung aufnehmen. Versuche zeigten auch, daß die Rotorbauteile in ca. 2 Std. gewechselt werden konnten. Dies ist eine ganz wesentliche Verbesserung.

Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß die Erfindung mit zahlreichen Abwandlungen realisiert werden kann. Zum Beispiel kann statt der Verwendung eines Adapterrings zur Befestigung eines der Schublager auch zur Befestigung beider Schublager ein Adapterring verwendet werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die Zahl von Einzelteilen minimiert wird und die Ersatzteillagerhaltung wird vereinfacht. Gemäß einer weiteren Abwandlung könnte der Dichtungsbereich der Dichtungsanordnung einem gesteuerten Druck unterworfen werden, um alle anderen Schubbelastungen der Turbine oder von deren Bauteile zu kompensieren.


Anspruch[de]
  1. 1. Dampfturbine mit einem fliegend gelagerten Rotor (38, 40), einer Rotorwelle (31), einem Rotorgehäuse (22) mit einem Auslaßgehäuse (24) und einer Auslaßöffnung (28), einem Gehäuseteil (Diffusor 44) in dem Auslaßgehäuse (24) zur Bildung eines stromabwärtigen Niederdruckbereiches (taschenförmiger Bereich 48) innerhalb des Rotorgehäuses (22) mit relativ konstantem, niedrigem Druck, und einer Dichtungsanordnung (46) zwischen der Auslaßöffnung (28) und dem Niederdruckbereich (taschenförmiger Bereich 48), gekennzeichnet durch ein erstes Dichtungsteil (78), welches von dem Gehäuseteil (Diffusor 44) innerhalb des Auslaßgehäuses (24) getragen wird und in Strömungsverbindung mit dem stromabwärtigen Niederdruckbereich (taschenförmiger Bereich 48) steht, und ein zweites Dichtungsteil (82), welches von dem stromabwärtigen der Rotorwelle (31) getragen wird und an dem ersten Dichtungsteil (78) dichtend, unter Ausbildung einer Druckbarriere zwischen dem stromabwärtigen Niederdruckbereich (taschenförmiger Bereich 48) und der Auslaßöffnung (28), anliegt, wobei das Ende der Rotorwelle (31) als durch die Dichtungsanordnung (46) abgedichteter Ausgleichskolben ausgebildet ist, der zur Axialschubentlastung der Rotorwelle (31) mit dem im Niederdruckbereich (taschenförmiger Bereich 48) herrschenden Druck beaufschlagbar ist.
  2. 2. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Dichtungsteile (78, 82) eine Labyrinthdichtung umfassen, deren eines Ende in Strömungsverbindung mit der Auslaßöffnung (28) steht und deren anderes Ende in Strömungsverbindung mit dem Niederdruckbereich (taschenförmiger Bereich 48) steht.
  3. 3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Diffusor (44) in dem Auslaßgehäuse (24) aufweist, der unter Bildung einer ringförmigen Auslaßleitung im Auslaßgehäuse (24) fest zwischen dem Rotor (40) und der Auslaßöffnung (28) angeordnet ist, wobei dieser Diffusor (44) einen taschenförmigen Bereich (48) ausbildet, welcher in Strömungsverbindung mit dem Niederdruckbereich steht und welcher am stromabwärtigen Ende der Rotorwelle (31) angeordnet ist.
  4. 4. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dichtungsteil umfaßt: einen ersten Dichtungsring (78) innerhalb des taschenformigen Bereiches (48) des Diffusors (44) und Einrichtungen (Bolzen 80) zur lösbaren Befestigung des Dichtungsrings (78) an dem Diffusor (44).
  5. 5. Dampfturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite Dichtungsteil (82) von der Peripherie des stromabwärtigen Endes der Rotorwelle (31) nach innen in den ersten Dichtungsring (78) erstreckt und Befestigungseinrichtungen (Dichtungsbefestigungsring (86), Bolzen (88), Gewindebefestigungseinrichtungen (90)) an der Peripherie der Rotorwelle (31) zur lösbaren Befestigung des zweiten Dichtungsteils (82) an der Welle (31) vorgesehen sind.
  6. 6. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (31) Befestigungseinrichtungen (Dichtungsbefestigungsring (86), Bolzen (88)) am stromabwärtigen Ende der Rotorwelle (31) zur Befestigung eines üblichen Ventilationsdichtrings (86) daran aufweist, und daß das zweite Dichtungsteil (82) passend zu den Befestigungseinrichtungen (Dichtungsbefestigungsring (86), Bolzen (88)) ausgebildet und geeignet ist, anstatt des Ventilationsdichtrings (86) nach dessen Entfernung mit Hilfe der Befestigungseinrichtungen (Dichtungsbefestigungsring (86), Bolzen (88)) an dem Rotor (38, 40) befestigt zu werden.
  7. 7. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein horizontal geteiltes Lagergehäuse (12), welches relativ zum Rotorgehäuse (22) befestigt ist und eine Lagerausnehmung für einen die Welle (31) umschließenden Abschnitt aufweist, wobei ein Radiallager (70, 72) von diesem Gehäuse (12) der Welle (31) gegenüber Last aufnehmend getragen wird, und wobei das Radiallager (70, 72) zwei horizontal geteilte Radiallagerhälften aufweist und ein Paar von Schublagern (74, 76) in dem Gehäuse (12) axial ist aufnehmend gegenüber der Welle (31) angeordnet ist, und schließlich Einrichtungen (114, 110) zur lösbaren Befestigung eines dieser Schublager (74, 76) an dem Lagergehäuse (12) vorgesehen sind.
  8. 8. Dampfturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schublager (74) zwischen dem überhängenden Ende der Rotorwelle (31) und dem anderen Schublager (76) angeordnet ist.
  9. 9. Dampfturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schublager (74) durch das Radiallager (Radiallageranordnung 70&min;) getragen wird.
  10. 10. Dampfturbine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen horizontal geteilten Adapterring (114), welcher an dem Gehäuse (12) lösbar befestigt ist, und durch Einrichtungen (119) zur Befestigung des Schublagers (74) an dem Adapterring (114), wobei das andere Schublager (76) an dem Gehäuse (12) befestigt ist.






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