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.
Device for supporting engine housings exposed to large temperature differences, in particular outlet housings of gas turbines. Casings of rotating engines exposed to large temperature differences, especially the outlet casings of gas turbines, must always remain centered with respect to the machine shaft. In a gas turbine system e.g. The relative expansion of various parts of the system and the small allowable play between the rotor and stator blades are a difficult problem.
So far, attempts have been made to at least partially absorb these thermal expansion forces by means of reinforced construction of such housings and their supports. However, this is only possible up to a certain limit. The aim was not to prevent twisting by all means, since the operating temperatures generally did not reach the critical limits. With the advent of gas turbine systems, however, the operating temperatures have risen sharply because this increases the overall efficiency , rad can be increased considerably. So is z. B. a gas turbine has been operated for two hours with a gas temperature of <B> 12600 C </B>.
This now calls for a solution to the problem of thermal expansion, since any attempt to oppose this expansion is doomed to failure.
In a known gas turbine installation, the turbine housing is supported in such a way that small movements of the support can be absorbed without rotating the machine. The support is therefore somewhat flexible, and lateral movement of the shaft axis is permitted. An expansion of the housing itself, it is reported, does not shift the machine axis significantly.
The device according to the present invention is characterized by at least three fastening devices arranged on the outside of the housing, at least one spatially fixed support on each side of a vertical plane laid through the shaft axis, at least three on the one hand with a fastening device each - Direction and, on the other hand, rods articulated to a support, and through such a relative position between these provisions, supports and.
Rods that each rod is at least approximately perpendicular to a line that connects its rod fastening device on the housing with the shaft center.
On each side of the housing two axially spaced supports can be seen before. Two rods can be hinged to a single support. The bars can be cooled on the inside. The abge supported housing can carry a statio nary machine part inside, which allows a relative expansion between the latter and the Ge housing.
Embodiments are shown in the drawing, namely: Fig. 1 </B> shows a longitudinal section through a gas turbine whose housing is supported by means of a device according to the invention, Fig. 2 shows a section along the line AA of Fig. <B> 1, </B> Fig. <B> 3 </B> details - the support arm and fastening devices, Fig. 4 shows the manner in which the guide vane carrier is supported on the outlet housing,
FIG. 5 shows a section along the line B-B in FIG. 4 and FIG. 6 shows schematically further examples.
The gas turbine shown in FIG. 1 forms part of an industrial gas turbine system. This gas turbine is connected to a high and a low pressure compressor by means of the clutches <B> 10 </B> and <B> 11 </B>. The hot gas flows from the combustion chamber into the inlet housing 12 and from this into the four-stage turbine <B> 13. </B> From the latter, the gas flows through the outlet line 14, which is provided with guide walls, into the outlet housing <B> 15. < / B>
The turbine rotor <B> 13 </B> is mounted on a shaft <B> 16 </B> which is carried at both ends by bearings <B> 17 </B>, which are located on the base plate <B> 18 </B>.
The gas temperatures occurring during operation are relatively high compared with those of older, part of a stationary system forming rotary engines. The housing therefore expands considerably during operation of the turbine. During this expansion, the support device must keep the housing centered with respect to the axis of the shaft <B> 16 </B>, although it is completely out of the question to withstand this expansion.
If this urge to expand were to be resisted, the housing would be deformed considerably, and the internal stresses would very likely lead to breakage. In addition, in this example the housing <B> 15 </B> contributes on the inside the guide vane carrier <B> 19 </B>, which also forms the outer wall of the annular fluid channel through the turbine.
Any twisting of the housing that occurs as a result of thermal expansion would also lead to a distortion of the guide vane carrier carried by this, which would result in vane brew.
The support device is shown in Fig. 2 GE. Fixed supports 20 are arranged on either side of a vertical plane laid through the shaft axis and rest on the longitudinal parts 21 of the base plate 18. The rods 22 carrying the housing 15 are pivotable on the supports 20 attached. Each rod is at one end on a support 20 and at the other end on a fastening device 23, z. B. a housing eye, pivotable BEFE Stigt.
These housing eyes are arranged opposite the supports and the shaft axis in such a way that when the housing and the support device are assembled, the line connecting the shaft axis to any of the housing eyes is perpendicular to the rod 22 connecting the eye in question to a support .
As a result, the necessarily arcuate movement of the rod is brought into harmony as far as possible with the rectilinear movement of the housing at points 23 during thermal expansion. For this purpose the cutting angle should preferably be 85-951 '.
The joint centers located at the supports 20 lie in a horizontal plane through the shaft axis. Since all points of the housing expand outward without Zwanf), radially, all 'rods pivot, and no tension is produced either in the housing itself or on the shafts. Observations on the practical example revealed a free expansion of the housing of up to <B> 5.5 </B> mm with a housing diameter of <B> 89 </B> and an outlet temperature of the gas of 4000 <B> C. </B>
The longitudinal arrangement of the support device is shown in FIG. 3. On both sides of a vertical plane through the shaft axis, two axially spaced supports 20 are provided, of which the two supports present on one side are shown. Two rods 22 are pivotably attached to each support, and a common <B> C </B> bolt 24 penetrates all four rod journals and the two supports.
End plates <B> 25 </B> are inserted between the rod pairs arranged above and below the bolt and stiffen the entire device in the axial direction <B> u </B> n <B> g '. < / B>
The high temperature of the outlet housing <B> 15 </B> should not be transferred to the runner. For this reason, the rods 22 are hollow, as are the two bolts 24. Small holes (not shown) are provided through which cooling air from the bolts 24 enters the rods 22.
Further holes <B> 26 </B> are provided in the rods for the purpose of completing a channel for the circulation of cooling air by means of natural convection from the outside through the hollow bolt 24, the rods 221 and to the outside through the holes 2'6. <B> It </B> could of course also be conducted through this duct under pressure.
Instead of using the bolt 24 between the two supports, each pad could be arranged to pivot its own pair of rods, e.g. B. by means of a short bolt carried at both ends of bearings on the support.
In the explanation of FIG. 1, it was mentioned that the housing <B> 15 </B> inside carries the guide vane carrier <B> 19 </B>. The arrangement between these two parts, which permits different expansion, is shown in FIGS. 4 and 5. The LeitsehaufeltHger <B> 19 </B> is provided with a flange <B> 27 </B> which engages in a <B> 28 </B> provided in the housing <B> 15 </B>.
Four bolts <B> 29 </B> sliding in radial bellows <B> 30 </B> of the flange <B> 9-7 </B> guarantee the central position of the shovel loom. However, only three of these bolts could be provided at intervals of 1200 if the Seliaufeltragi consists of a single piece.
However, if this is designed in two parts, as can be seen from FIG. 5, then four bolts <B> 29 </B> are necessary. The shovel carrier <B> 19 </B> can thus expand <B> '</B> in the housing <B>' </B> and the required centering between the shovel carrier and shaft aelise is thus guaranteed in all operating states . In the preferred example described, the outlet housing is carried by eight rods ge, of which two axially projecting pairs are arranged on each side of the hous ses.
The housing can thus expand without internal tension and torsion, and is supported axially abge at the same time.
Fig. 6 shows schematically further exemplary embodiments. In all of these there is a fixed support 20 on each side of the housing, and at least three rods 22 are provided. In order to accommodate the radial expansion without shifting the shaft axis, each rod 22 is arranged at least approximately at right angles to the connection line from its attachment point on the housing to the shaft axis.