CH294844A - Einrichtung zum Abstützen von grossen Temperaturunterschieden ausgesetzten Kraftmaschinengehäusen, insbesondere Austrittsgehäusen von Gasturbinen. - Google Patents

Description

  Einrichtung zum Abstützen von grossen Temperaturunterschieden ausgesetzten       Kraftmaschineugehäusen,    insbesondere     Austrittsgehiusen    von Gasturbinen.    Grossen Temperaturunterschieden ausge  setzte Gehäuse von rotierenden Kraftmaschi  nen, insbesondere Austrittsgehäuse von Gas  turbinen, müssen     gegen-über    der Maschinen  welle immer zentriert bleiben. Bei einer     Gas-          turbinenanlage        z.B.    bildet die relative Aus  dehnung verschiedener Teile der Anlage und  das kleine zulässige Spiel zwischen den     Rotor-          und        Statorschaufeln    ein schwieriges Problem.  



  Bisher versuchte man durch verstärkte  Konstruktion solcher Gehäuse und ihrer<B>Ab-</B>  stützungen diese thermischen Expansions  kräfte wenigstens teilweise aufzufangen. Dies  ist aber nur bis zu einer gewissen Grenze  möglich. Das Bestreben ging dahin, Verwin  dungen nicht mit allen Mitteln zu unterbin  den, da ja im allgemeinen die Betriebstempe  raturen nicht die kritischen Grenzen erreich  ten. Mit dem Aufkommen von     Gasturbinen-          anlagen    sind aber die Betriebstemperaturen  sehr stark gestiegen, weil dadurch der     Gesamt-          wirkungsg,rad    beträchtlich erhöht werden  kann. So ist z. B. eine Gasturbine während  zwei Stunden mit einer Gastemperatur von  <B>12600 C</B> betrieben worden.

   Dies verlangt nun  gebieterisch nach einer Lösung des Problems  der     thermisehen    Expansion, da jeglicher Ver  such, dieser Expansion Widerstand entgegen  zusetzen, zum Scheitern verurteilt ist.  



  Bei einer bekannten     Gasturbineninstalla-          tion    ist das -Turbinengehäuse so abgestützt,       dass    kleine Bewegungen des Auflagers ohne    Verdrehungen der Maschine aufgenommen  werden können. Das Auflager ist somit etwas  flexibel, und eine seitliche Bewegung der  Wellenachse ist statthaft. Eine Expansion des  Gehäuses selbst, so wird berichtet, verschiebt  die     Masehinenachse    nicht nennenswert.  



  Die Einrichtung nach vorliegender Erfin  dung ist gekennzeichnet durch wenigstens drei  aussen am Gehäuse angeordnete     Befestigungs-          vorriehtungen,    wenigstens ein im Raume festes  Auflager auf jeder Seite einer durch die Wel  lenachse gelegten Vertikalebene, wenigstens  drei einerseits mit<B>je</B> einer     Befestigungsvor-          riehtung    und anderseits mit einem Auflager  gelenkig verbundenen Stäben, und durch eine  solche Relativstellung zwischen diesen     Vor-          riehtungen,    Auflagern und.

   Stäben,     dass    jeder  Stab wenigstens annähernd senkrecht zu einer  Linie steht, die seine     Stabbefestigungsvorrich-          tung    am Gehäuse mit der Wellenmitte ver  bindet.  



  Auf jeder Seite des Gehäuses können zwei  axial voneinander distanzierte Auflager vor  gesehen sein. An einem     eiilzelnen,    Auflager  können zwei Stäbe     angelenkt    sein. Die Stäbe  können innenseitig gekühlt sein. Das abge  stützte Gehäuse kann im Innern einen statio  nären Maschinenteil tragen, der eine relative  Ausdehnung zwischen letzterem und dem Ge  häuse ermöglicht.  



  Ausführungsbeispiele, sind in der Zeich  nung dargestellt, und zwar zeigt:           Fig.   <B>1</B> einen Längsschnitt durch eine Gas  turbine, deren Gehäuse mittels einer erfin  dungsgemässen Einrichtung abgestützt ist,       Fig.    2 einen Schnitt nach der Linie     A-A     der     Fig.   <B>1,</B>       Fig.   <B>3</B> Einzelheiten -der 'Traglenker und       Befestigtingsvorrichtungen,          Fig.    4 die Art und Weise, in der der     Leit-          schaufelträger    auf dem Austrittsgehäuse ab  gestützt ist,

         Fig.   <B>5</B> einen Schnitt nach der Linie     B-B     der     Fig.    4 und       Fig.   <B>6</B> schematisch weitere Beispiele.  



  Die in     Fig.   <B>1</B> gezeigte Gasturbine bildet  einen, Teil einer industriellen     Gasturbinen-          anlage.    Mittels der Kupplungen<B>10</B> und,<B>11</B> ist  diese Gasturbine an einen Hoch- und einen       Niederd#ruckverdiehter    angeschlossen. Das  heisse Gas strömt aus der Brennkammer in das  Eintrittsgehäuse 12 und aus diesem in die  vierstufige Turbine<B>13.</B> Aus letzterer strömt  das Gas durch die mit     Führufigswänden    ver  sehene     Auslassleitung    14 in das Austrittsge  häuse<B>15.</B>  



  Der     Turbinenrotor   <B>13</B> ist auf einer Welle  <B>16</B> montiert, die an beiden Enden von Lagern  <B>17</B> getragen wird, die sich auf der Grund  platte<B>18</B> abstützen.  



  Die beim Betrieb auftretenden Gastempe  raturen sind im Vergleich mit denjenigen  älterer, einen Teil einer stationären Anlage  bildenden     Rotationskraftmaschinen    relativ  hoch. Darum dehnt sieh das Gehäuse<B>15</B> im  Betrieb der Turbine beträchtlich aus. Wäh  rend dieser Ausdehnung     muss    die     Abstütz-          einrichtung    das Gehäuse gegenüber der Achse  der Welle<B>16</B> zentriert halten, obschon es ganz  ausgeschlossen ist, dieser Ausdehnung zu wi  derstehen.

   Würde nämlich diesem Expansions  drang Widerstand geleistet, so -würde sieh das  Gehäuse     beträchtlieli    deformieren, und die  innern Spannungen -würden sehr     wahrschein-          lieh    zum Bruch führen. Überdies trägt bei  ,diesem Beispiel das Gehäuse<B>15</B> innenseitig  den     Leitschaufelträger   <B>19,</B> der auch die  Aussenwand des     ringförmigen        Fluidkanals          durclidie    Turbine bildet.

   Jede infolge ther  mischer Expansion auftretende Verwindung    des Gehäuses<B>15</B> würde auch zu einer Ver  zerrung des von diesem getragenen     Leitschati-          felträgers    führen, wodurch     Schaufelbrüehe     entstehen würden.  



  Die     Abstützeinrichtung    ist in     Fig.    2 ge  zeigt. Feste Auflager 20 sind     beiseitig    einer  durch     dieWellenachse    gelegten Vertikalebene  angeordnet und ruhen auf den längsverlau  fenden Teilen 21 der Grundplatte<B>18.</B> Das  Gehäuse<B>15</B> tragende Stäbe 22 sind schwenk  bar an den Auflagern 20 befestigt. Jeder Stab  ist     einerends    an einem Auflager 20 und     ander-          ends    an einer Befestigungsvorrichtung<B>23,</B>  z. B. einem Gehäuseauge, schwenkbar befe  stigt.

   Diese Gehäuseaugen sind gegenüber den  Auflagern und der     Wellen#aehse    so angeord  net,     dass    bei der Montage des Gehäuses und  der     Abstützeinriehtung    die !die     Wellenaehse     mit irgendeinem der Gehäuseaugen     verbin-          ,dende    Linie senkrecht zu dem das betreffende  Auge mit einem Auflager verbindenden Stab  22 steht.

   Dadurch wird die notwendigerweise  bogenförmige Bewegung des Stabes mit der  bei der Wärmeausdehnung geradlinigen Bewe  gung des Gehäuses an den Punkten<B>23</B> soweit  als möglich in Einklang gebracht.     Züi    diesem  Zwecke sollte der     iSchnittwinkel        vorzu-sweise          85-951'    betragen.

   Die bei den Auflagern 20  liegenden Gelenkmittelpunkte liegen in einer  Horizontalebene durch die     Wellenaehse.    Da  alle Punkte des Gehäuses sieh ohne     Zwanf),          ra,dial    nach aussen ausdehnen, so     versehwenken     sich     alle'Stübe,    und es wird weder im Gehäuse  selbst noch auf die Wellenlauer<B>17</B> eine Span  nung hervorgerufen. Beobachtungen am prak  tischen Beispiel ergaben eine freie     Ansdeh-          nung    des Gehäuses von bis zu<B>5,5</B> mm bei  einem Gehäusedurchmesser von<B>89</B>     ein    und  einer Austrittstemperatur des Gases von  4000<B>C.</B>  



  Die Längsanordnung der     Abstützeinrieh-          tung    ist aus     Fig.   <B>3</B>     ersiehtlie*h.    Beidseitig einer  Vertikalebene durch die     Wellenaehse    sind je  zwei axial voneinander distanzierte Auflager  20 vorgesehen, von denen die zwei auf der  einen Seite vorhandenen Auflager gezeigt  sind. An jedem Auflager sind zwei Stäbe 22  schwenkbar befestigt, und ein gemeinsamer  <B>C</B>      Bolzen 24 durchsetzt alle vier     Stabzapfen    und  die beiden Auflager.

   Stirnplatten<B>25</B> sind     zwi-          sehen    den     ober-        und    unterhalb des Bolzens  angeordneten     Stabpaaren    eingesetzt und ver  steifen die     aanze    Einrichtung in axialer     Rich-          t   <B>u</B>     n   <B>g'.</B>  



  Die hohe Temperatur des Austrittsgehäu  ses<B>15</B> soll nicht auf die     Auflan-er    übertragen  werden. Aus diesem Grund sind die Stäbe 22  hohl, ebenso wie die beiden Bolzen 24. Es sind  kleine Löcher     (nieht    gezeigt) vorgesehen,  durch die Kühlluft aus den Bolzen 24 in die  Stäbe 22 gelangt.

   Weitere Löcher<B>26</B> sind in  den Stäben vorgesehen zwecks     Vervollständi-          gens    eines Kanals für -die Zirkulation von  Kühlluft mittels natürlicher Konvektion von  aussen durch den Hohlbolzen 24, die Stäbe 221  und nach aussen durch die Löcher     2'6.   <B>Es</B>  könnte     natürlieh        aueh        Kühlluft    unter Druck  durch diesen Kanal geleitet werden.

   Anstatt  den     ]an,-en    Bolzen 24 zwischen den beiden  Auflagern zu verwenden, könnte jedes     Auf-          la,-er    so     an-eordnet    sein,     dass    es schwenkbar  sein eigenes     Stäbepaar    trägt, z. B. mittels  eines kurzen, an seinen beiden Enden von  Lagern am Auflager getragenen Bolzens.  



  Bei der Erläuterung der     Fig.   <B>1</B> wurde er  wähnt,     dass    das Gehäuse<B>15</B>     innenseithy    den       Leitsehaufelträger   <B>19</B> trägt. Die eine     -unter-          schiedliehe        Ausdehnuna    zulassende Anord  nung zwischen diesen beiden Teilen ist in       Fig.    4 und<B>5</B> gezeigt. Der     LeitsehaufeltHger   <B>19</B>  ist     mit    einem     Flanseh   <B>27</B> versehen, der in eine  im Gehäuse<B>15</B> vorgesehene     mit   <B>28</B> greift.

   Vier  in     Radialsehlitzen   <B>30</B> des Flansches<B>9-7</B> glei  tende Bolzen<B>29</B> gewährleisten die zentrale       Stelluno,    des     Schaufelträuers.    Es könnten aber  auch nur drei dieser Bolzen in Abständen von  1200 vorgesehen sein, wenn der     Seliaufelträgei     aus einem einzigen Stück besteht.

   Wenn     diesei     aber zweiteilig ausgeführt ist, wie aus     Fig.   <B>5</B>  ersichtlich, so sind vier Bolzen<B>29</B>     notwendi-.     Der     Schaufelträuer   <B>19</B> kann sieh somit     irn     Gehäuse<B>15</B> ausdehnen<B>'</B> und die verlangte     Zen-          trierunc    zwischen     Sehaufelträger    und     Wellen-          aelise    ist somit bei allen Betriebszuständen  gewährleistet.    Beim beschriebenen bevorzugten Beispiel  wird das Austrittsgehäuse von acht Stäben ge  tragen, von denen auf jeder Seite des Gehäu  ses zwei voneinander axial abstehende Paare  angeordnet sind.

   Das Gehäuse kann sich somit  ohne innere Spannungen und Verwindung  ausdehnen, und ist gleichzeitig axial abge  stützt.  



       Fig.   <B>6</B> zeigt schematisch weitere     AusfÜll-          rungsbeispiele.    Bei all diesen ist auf beiden  Seiten des Gehäuses<B>je</B> ein festes Auflager 20  vorhanden, und es sind wenigstens drei Stäbe  22 vorgesehen. Zwecks Aufnahme der     Radial-          expansion    ohne Verlagern der Wellenachse ist  auch hier jeder Stab 22 zur Verbindungslinie  von seinem Befestigungspunkt am Gehäuse  zur Wellenachse wenigstens annähernd recht  winklig angeordnet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zum Abstützen von grossen Temperaturuntersehieden ausgesetzten Kraft- maschinengehäusen, insbesondere Austrittsge häusen von Gasturbinen, die gegenüber der Maschinenwelle immer zentriert bleiben müs sen, gekennzeichnet durch -wenigstens drei aussen am Gehäuse angeordnete Befestigungs vorrichtungen, wenigstens ein im Raume festes Aufla-er auf jeder Seite einer durch die Wellenaehse gelegten Vertikalebene,

   we nigstens drei einerseits mit<B>je</B> einer Befesti- gungsvorriehtung und anderseits mit einem Auflager gelenkig verbundenen, Stäben, und durch eine solche Relativstellun- zwischen diesen Vorrichtungen, Auflagern und Stäben, dass jeder Stab wenigstens annähernd senk recht zu einer Linie steht, die seine Stab- befestigungsvorrichtung am Gehäuse mit der <B>'0</B> MTellenmitte verbindet.

   UNTERANSPRüCHE: <B>1.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch zwei axial voneinander distanzierte Auflager auf jeder Seite der Ver tikalebene und durch axial voneinander distanzierte Befestigungsvorrichtungen auf jeder Seite der Vertikalebene. 2. Einrichtung nach Unteranspruch <B>1,</B> ge kennzeichnet durch zwei an jedem Auflager schwenkbar befestigte Stäbe und durch zwei voneinander axial distanzierte Paare von Be festigungsvorrichtungen auf jeder Seite der Vertikalebene, wobei die zwei an einem Auf lager befestigten Stäbe auch an jedem Paar von Befestigungsvorrichtungen angelenkt sind.

   <B>3.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Stäbe innen- seitig gekühlt sind. 4. Einrichtung nach Unteranspruch <B>3,</B> da durch gekennzeichnet, dass die Stäbe wenig stens in ihrem Mittelteil rohrförmig sind zwecks Bildens von, Kanälen zum Durchtritt von Kühlfluidum. <B>5.</B> Einrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass in den Auflagern Kanäle zum Durchtritt von Kühlfluidum vor- 9"esehen sind,

   und die Kanäle in den Stäben und Auflagern so angeordnet sind, dass Kühl fluidum von den Auflagern direkt. durch die Stäbe fliesst. <B>6.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet-, dass ein stationärer Teil der Kraftmaschine vom Gehäuse in nen- seitig getragen wird, und Mittel züm Tragen dieses Teils vorgesehen sind, die eine unter- schiedliehe Ausdehnung zwischen diesem Teil und dem Gehäuse ermöglichen.

   <B>7.</B> Einrichtung nach Unteransprueh <B>6,</B> da durch gekennzeichnet, dass die Tragmittel aus einem am stationären Teil vorgesehenen Ra- dialflansch bestehen, der an seinem Umfang wenigstens drei Radialsehlitze besitzt, und am Gehäuse starr befestigte Bolzen vorgesehen sind, die in diesen Schlitzen gleiten können.

   <B>8.</B> Einrichtung nach Patentansprueh, da durch gekennzeichnet, dass beidseitig der Ver tikalebene<B>je</B> zwei Auflager vorgesehen und an jedem Auflager zwei Stäbe angelenkt sind, die Kanäle für den Durehfluss von Kühl fluidum aufweisen, und aussen am Gehäuse zwei Stabbefestigungsvorriehtungen pro Auf lager vorgesehen sind. <B>9.</B> Einrichtung nach 'Unteranspr-Lieh <B>8,</B> da durch gekennzeichnet, dass alle Auflager so angeordnet sind, dass ihre Gelenkmittelpunkte in einer Horizontalebene durch die Wellen achse liegen.

   <B>10.</B> Einrichtung nach Unteransprueh <B>9,</B> dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Vertikalebene durch die Wellenaehse <B>je</B> zwei Stäbe vorgesehen sind, die ihre betreffenden Auflager mit über der Horizontalebene durch die Wellenaehse liegenden Befestigungsvor richtungen verbinden, und je zwei Stäbe, die die Auflager mit unterhalb dieser Horizon talebene liegenden Befestigungsvorriehtungen verbinden.

   <B>11.</B> Einrichtung naeh Unteransprueh <B>10,</B> dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstei fungsplatte die beiden Stäbe in jedem der vier durch die Horizontal- und Vertikalebene dureh die Wellenaehse gebildeten Sektoren miteinander verbindet.