Vorrichtung an einem Gehäuse zur Durchführung und Befestigung einer Leitung für kompressibles Medium Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich tung an einem Gehäuse zur Durchführung und Be festigung einer Leitung für kompressibles Medium. Insbesondere betrifft sie die Befestigung eines Düsen kastens im Innengehäuse einer Doppelgehäuse-Hoch- temperaturturbine, welche mit kompressiblem Me dium von hohem Druck und hoher Temperatur be trieben wird. Es kann sich dabei um eine Dampf turbine handeln, wobei die Arbeitstemperatur des Dampfes in der Grössenordnung von 600 C liegt.
Turbinen, welche mit Dampf von hohem Druck und hoher Temperatur betrieben werden, weisen üblicherweise ein Aussengehäuse auf, das ein inneres Hochdruckgehäuse distanziert umgibt. Infolge des Temperaturunterschiedes in den beiden Gehäusen und den Schwierigkeiten in der genauen Ausrichtung des Innengehäuses bezüglich dem Aussengehäuse ergeben sich hinsichtlich der Leitung, welche den Hochdruck dampf durch das Aussengehäuse zu den innerhalb des Innengehäuses angeordneten Düsenkästen und den in diesen angeordneten Leitdüsen zuzuführen hat, beträchtliche Konstruktionsprobleme.
Zur Verein fachung der Herstellung und Demontage zwecks Kontrolle und Unterhalt ist es wünschenswert, dass die Düsenkästen leicht vom Innengehäuse entfernt werden können, und dass diese so angeordnet sind, dass sie am Innengehäuse vollständig angebaut wer den können, bevor das Aussengehäuse um das Innen gehäuse montiert wird. Die austenitischen oder rost freien Stahllegierungen, aus welchen die Hochtempe- raturbestandteile hergestellt werden, haben einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Legierungen für tiefere Temperaturen, welche im Bau von Dampfturbinen verwendet werden.
Sie sind überdies hinsichtlich Rissbildung anfälliger in folge Wärmeermüdung, die aus den wiederholten Erwärmungs- und Abkühlungsvorgängen resultiert. Es ist infolgedessen absolut notwendig, dass die Teile der Düsenkästen zwecks Inspektion leichterreichbar sind, um Anzeichen solcher Rissbildung feststellen zu können. Beim Betrieb von Dampfturbinen bei extrem hohen Temperaturen und während längerer Zeit können die aneinander anstossenden Teile dazu nei gen, zusammenzuhaften, was möglicherweise die Folge von Hochtemperaturkorrosion oder Ablage rung von durch den Dampf mitgenommenen festen Unreinheiten ist.
Es ist deshalb speziell wichtig, dass die zu demontierenden Teile so ausgebildet sind, dass sie trotz Tendenz zum Zusammenhaften leicht aus einandergenommen werden können.
Weitere Probleme ergeben sich aus der Bedin gung, dass die Leitdüsen bezüglich des Schaufelrades während der ganzen Betriebsdauer die gleiche vor bestimmte Lage einnehmen müssen. Diese genaue Ausrichtung der Teile aufeinander muss unabhängig von Wärmedeformationen oder Verschiebungen zwi schen Innengehäuse, Aussengehäuse und den Teilen der Einlassleitung erhalten bleiben.
Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb die Schaffung einer Vorrichtung an einem Gehäuse zur Durchführung und Befestigung einer Leitung für kompressibles Medium, welche die vorgenannten Bedingungen erfüllt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Innengehäuse mit einem, nach aussen ragenden Gehäusestutzen vorgesehen ist, in welchem eine rohrförmige Leitung koaxial geführt ist, dass zur Fixierung der rohrförmigen Leitung gegen Verschiebung in axialer Richtung ein in Segmente unterteilter Ring vorgesehen ist, der mit einem am Umfang verlaufenden flanschförmigen Mantel das Ende des Gehäusestutzens umgreift und einen Bund aufweist, der in eine auf der Aussenfläche des Stutzens vorgesehene Nut eingreift, und der mit seinem Innen rand zwischen einen an der rohrförmigen Leitung vorgesehenen, von dieser radial abragenden Flansch und einen an der Leitung befestigten Anschlagteil eingreift,
und dass zur Zentrierung der rohrförmigen Leitung in der Achse des Gehäusestutzens radiale Führungen, die mit einem den geteilten Ring zusam menhaltenden Ring und mit dem von der Leitung radial abragenden Flansch zusammenwirken, vorge sehen sind.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfüh rungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dar gestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungs gemässe Vorrichtung und einen Düsenkasten mit dem zugehörigen Turbineninnen- und Turbinenaussen gehäuse, Fig.2 einen Querschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine Teilansicht der in Fig. 2 dargestellten Justieranordnung und Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie 4-4 in Fig. 3.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Hochdruck-Heiss- dampfturbine mit horizontaler Rotorachse dargestellt, die ein Aussengehäuse 1 besitzt, das ein Innengehäuse 2 distanziert umgibt. Das Innengehäuse 2 besitzt einen sich in vertikaler Richtung erstreckenden zylin drischen Stutzen 3 mit einer zylindrischen Bohrung 4, in welcher ein rohrförmiger Ansatz 5 angeordnet ist, der an einem gekrümmten Düsenkasten 6 befestigt ist, oder mit diesem aus einem Stück bestehen kann.
Dem Fachmann ist es klar, dass eine Mehrzahl solcher Einheiten, wie die in Fig. 1 dargestellten, an der Turbine vorhanden sind. Üblicherweise sind zwei solcher Einheiten in der obern Turbinengehäusehälfte und zwei in der untern Turbinengehäusehälfte vor gesehen. Da die Einheiten allgemein ähnliche Aus bildung aufweisen, ist in der Zeichnung nur eine gezeigt und nachfolgend auch nur eine solche be schrieben.
Das äussere Ende 5a des Ansatzes 5 sitzt in einer aus Gleitringen gebildeten Dichtung 7. Diese Dich tung dient zum Abschluss gegen das Entweichen von Hochdruckdampf, wobei sie eine beschränkte Ver schiebung des Ansatzes quer zu dessen Achse erlaubt. Solche Dichtungen sind dem Fachmann allgemein bekannt, wobei eine Art derselben im USA-Patent Nr. 2 649 315 beschrieben ist. Die Dichtungsringe 7 liegen dabei in einem zylindrischen Verbundstück 8 mit einem innern Leitungsteil 8a, wobei dieser letztere mit der Einlassleitung 9 und einem dünnwandigen Ringteil 10 verschweisst ist, der einen relativ dick wandigen Flansch 11 besitzt. Der Flansch 11 ist mittels einer Reihe von längs seines Umfanges ange ordneten Stiftschrauben 12 am Ansatz la des Aussen gehäuses 1 befestigt.
Die Stiftschrauben 12 erstrecken sich zunächst durch einen massiven Ring 13, der zur Übertragung der von den Stiftschrauben 12 ausge übten Kräfte auf den hoch beanspruchten Flansch 11 dient. Diese Kombination einer Dichtung 7 und eines zylindrischen Verbundstückes 8 mit seinem massiven Flansch 11 und einem Druckverteilungsring 13 ist bekannt.
Der Düsenkasten 6 kann als Gussstück hergestellt werden oder mehrteilig geschmiedet und darauf zu sammengeschweisst werden, um ein gekrümmtes Ge häuse zu bilden, wie in Fig. 1 dargestellt. Der ab stehende Wandteil des Düsenkastens begrenzt eine gekrümmte Öffnung, in welcher radiale Trennwände oder Leitflächen vorgesehen sind, die die Leitdüsen 6a bilden. Durch diese wird das Betriebsmedium auf die Schaufeln des Läufers der ersten Turbinenstufe geleitet, wobei dieser Läufer in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Wie leicht verständlich ist, ist es not wendig, dass die Leitdüsen 6a unter allen Betriebs bedingungen bezüglich des Läufers genau im vorge schriebenen Abstand justiert sind.
Zu diesem Zweck ist der Düsenkasten 6 mittels einer Mehrzahl von Knaggen oder Nocken 6b, 6c und 6d gehalten. Diese Knaggen können mit dem Düsenkasten aus einem Stück bestehen oder separat hergestellt und mit dem Düsenkasten verschweisst sein. Jeder derselben ist mit einem genau bearbeiteten Teilansatz versehen, der zu einem Eingriff in eine entsprechende Nut oder Ver tiefung im Turbineninnengehäuse 2 bestimmt ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, greifen die Knaggen 6b, 6c in eine im Turbinengehäuse vorhandene Umfangsnut ein.
Demzufolge stützen diese Knaggen den Düsen kasten in axialer Richtung genau ab und gestatten lediglich eine Bewegung in einer zur Turbinenachse senkrechten Ebene. Eine solche Querbewegung wird durch den Eingriff des dritten Knaggens 6d in eine achsparallele Nut 2b verhindert, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.
Der rohrförmige Ansatz 5 kann mit dem Düsen kasten 6 aus einem Stück bestehen, oder aus mehre ren Teilen geschmiedet sein, welche unter sich und mit dem Düsenkasten verschweisst sind. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist ein Rohrteil 5b aus einem Stück mit dem Düsenkasten 6 hergestellt, während dem ein zweiter Teil 5c separat hergestellt und bei 5d mit dem Teil 5b verschweisst ist.
An dem Rohrteil 5b ist ein in radialer Richtung distanzierter und sich in axialer Richtung erstrecken der zylindrischer Teil 5e vorgesehen. Die äussere Oberfläche dieses zylindrischen Teils wirkt mit einer aus mehreren gleitenden Ringen bestehenden Dich tung 14 zusammen. Diese Dichtung kann generell von gleicher Art sein wie die Dichtung 7. Die äussere Oberfläche des zylindrischen Teils 5e kann mit einer dünnen Schicht eines harten, korrosionsbeständigen Materials versehen sein, wie z. B. mit dem den Markennamen Stellit tragenden Material. Dadurch wird Festfressen oder Abrieb der Dichtungsringe ver hindert.
Die Mittel zur Befestigung des rohrförmigen Ansatzes 5 am Stutzen 3 des Turbineninnengehäuses 2 und zur koaxialen Abstützung dieser Leitung inner halb der Bohrung 4 bestehen aus einem geteilten Ring 15 und einem Ring 16, deren Konstruktion und Anordnung am besten aus Fig. 1 und 2 ersicht lich sind.
Der Ring 15 besteht aus zwei oder mehreren Segmenten, wie in Fig. 2 dargestellt, und besitzt einen sich nach abwärts erstreckenden Mantel, der an sei nem Rand einen ringförmigen, nach einwärts gerichte ten Bund 17 bildet. Dieser Bund greift in eine ring förmige Nut 18 an der Aussenseite des Stutzens 3 ein, wie dies aus F!-. 1 ersichtlich ist. Es ist leicht ersichtlich, dass der Ring 15 in zwei oder mehrere Segmente unterteilt werden muss, um den Zusammen bau bzw. das Eingreifen des Bundes 17 in die Um fangsnut 18 zu ermöglichen.
Der Innenrand 19 des Ringes 15 bildet einen Anschlag für den zylindrischen Teil 5e des rohrförmigen Ansatzes, wodurch verhin dert wird, dass dieser bzw. der Düsenkasten 6 sich aufwärts bewegen kann. Die obere Fläche des Innenrandes 19 bildet einen Anschlag für einen sich in radialer Richtung erstreckenden Justierflansch 5 f des Ansatzes 5. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besitzt der Flansch 5f eine beträchtliche radiale Ausdehnung und weist vier gleichmässig verteilte Keilnuten 5g, 5h, 5k und<B>51</B> auf.
Der Innenrand 19 des Ringes 15 ist genau zwi schen die obere Endfläche des Teils 5e und die Unterfläche des Flansches 5 f eingepasst, so dass die Leitung und der Düsenkasten in vertikaler Richtung in genau bestimmter Lage abgestützt sind. Der Ring 16 und der geteilte Ring 15 bestehen aus dem glei chen Material wie das Turbineninnengehäuse (bei spielsweise aus einer ferritischen Legierung), damit sich keine unterschiedliche Wärmeausdehnung ergibt, welche eine Durchmesserzunahme des Ringes 15 und ein Spiel in radialer Richtung zwischen dem Stutzen und diesem Ring mit sich bringen würde.
Demzufolge wirken die Ringe 15 und 16 als Zentrierteile für die Leitung innerhalb der Bohrung, und zwar in kaltem und in erwärmtem Zustand der Teile.
Der Ring 16 kann entweder, wie in Fig. 2 dar gestellt, als ein Stück hergestellt sein oder aus Seg menten bestehen, vorausgesetzt, dass die Segmente des Ringes 16 die Fugen zwischen den Segmenten des Ringes 15 überbrücken. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird der Ring 16 am Ring 15 mittels Schrauben 20 gehalten. Die genaue Zentrierung der Leitung bezüglich der Bohrung 4 wird durch vier radiale Keilnuten 5g, 5h, 5k und<B>51</B> bewirkt, welche mit besonderen Keilen zusammenwirken, die sich vom Ring 16 aus radial nach innen erstrecken, wie dies aus den Fig.3 und 4 besser ersichtlich ist. Diese Keile und deren Keilnuten weisen unter sich iden tische Ausbildung auf.
Wie aus Fig.3 hervorgeht, besitzt der Ring 16 einen sich einwärts erstreckenden Keil 16a, der in tangentialer Richtung wesentlich weniger breit ist als die Keilnut 5h. Der so zwischen dem Keil 16a und der Keilnut gebildete beträcht liche Zwischenraum wird durch ein Paar von ähnlich geformten, L-förmigen Blöcken 16b ausgefüllt. Durch Vergleich von Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, dass jeder L-förmige Block einen Schenkel aufweist, welcher den Keil 16a übergreift und an demselben mittels einer Schraube 16c befestigt ist. Der andere Schenkel liegt zwischen der Seitenfläche des Keils 16a und der benachbarten Oberfläche der Keilnut 5h.
Der Vor teil dieser Konstruktion besteht darin, dass die ge trennten L-förmigen Blöcke 16b durch Lösen der Schrauben 16c zum Zwecke des genauen Einpassens der Keile in die zugehörigen Keilnuten leicht ent fernt werden können. Dies lässt sich bedeutend leichter durch das Entfernen der Blöcke 16b erreichen, als durch eine genaue Einpassung des Keils 16a in die Keilnut 5a. Sofern keine äusserste Genauigkeit benö tigt wird, könnten die getrennten Blöcke 16b selbst verständlich weggelassen werden und der Keil 16a der Keilnut 5h entsprechend angepasst sein.
Die einander gegenüberliegenden Keilnuten 5g, 5h liegen in der gleichen Querebene bezüglich der Turbinenachse wie die Düsen.gehäusejustierknaggen <I>6b, 6c.</I> In gleicher Weise sind die einander gegenüber liegenden Keilnuten 5h,<B><I>51</I></B> in der gleichen vertikalen Ebene wie der Knaggen 6d angeordnet. Somit ist der Düsenkasten 6 und der dazugehörige Rohrteil 5 be züglich des Turbinengehäuses 2 in zu einander senkrecht stehenden Ebenen genau abgestützt.
Nach dem überdies in vertikaler Richtung die Lage der Leitung 5 durch Abstützung des Flansches 5 f und des zylindrischen Teils 5e am Innenrand 19 ebenfalls bestimmt ist, ist die Lage des Düsenkastens 6 be züglich dem Turbinengehäuse 2 in allen drei Dimen sionen festgelegt.
Um eine übermässige Wärmeübertragung vom innern Rohrteil 5b auf die Dichtungsringe 14 zu ver hindern, ist innerhalb des Ringraumes zwischen der Leitung und dem zylindrischen Teil 5e eine Wärme abschirmung 21 angeordnet. Diese Wärmeabschir mung besteht aus einem zylindrischen hülsenförmigen Teil, der zusammen mit der äussern Wandung der Lei tung einen innern Ringraum und zusammen mit der innern Wandung des zylindrischen Teils einen äussern Ringraum begrenzt. Der innere Ringraum ist in zwei Teile 21a und 21b unterteilt, und zwar durch drei nach einwärts ragende Ringrippen 21c. Zwei dieser Rippen befinden sich an den äussern Enden des Teils 21, währenddem sich die dritte ungefähr in der Mitte zwischen den beiden andern Rippen befindet. Der äussere Ringraum enthält eine schraubenförmige Rippe 21d, deren Verlauf in gestrichelten Linien dar gestellt ist.
Der äussere Ringraum bildet deshalb einen schraubenförmigen Kanal für Kühldampf, welcher durch die Öffnung 5m eintritt. Der Bohrung 4 kann relativ kühler Dampf zugeführt werden, beispiels weise aus dem Zwischenraum stromabwärts der ersten Turbinenstufe. Dieser Dampf kann beispiels weise eine Temperatur von etwa 570 C haben; er fliesst über die Öffnung 5m durch den schraubenför migen Kanal 21d, und tritt dann durch eine oder mehrere Bohrungen 15a im Ring 15 aus.
Eine ähnliche Wärmeabschirmung und Kühlung kann zwischen dem zylindrischen Rohrfassungsteil 10 und der benachbarten Wandung der Bohrung im Stutzen la im Turbinenaussengehäuse vorgesehen sein. Dieser Schirm 10a bildet einen abgeschlossenen innern Ringraum und einen äussern schraubenförmi gen Kanal für den Durchfluss von Kühldampf, wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet, wobei das Kühl medium durch eine oder mehrere Bohrungen 11a im Flansch 11 austritt. Diese Ausbildung reduziert die Wärmeübertragung von der heissen Einlassleitung 8 auf den relativ kühleren Flansch 11 und den Stutzen 1 a.
Der Zusammenbau dieser Düsenkastenanordnung kann wie folgt geschehen: Nach Fertigstellung des Düsenkastens 6 werden die Dichtungsringe 14 im Gehäuse 2 angeordnet und die Wärmeabschirmung 21 in den Ringraum eingeschoben. Der Ansatzteil Sc wird darauf bei 5d angeschweisst. Der Düsenkasten 6 mit seiner Leitung 5 wird darauf so in die Bohrung 4 eingeschoben, dass die Knaggen <I>6g-,</I> 6c und 6d in die entsprechenden Nuten eingreifen.
Die Ring- segmente 15 werden darauf in radialer Richtung zusammengebaut, so dass der Bund 17 in die Nut 18 eingreift und der Innenrand 19 des Ringes 15 genau zwischen den zylindrischen Leitungsteil 52 und den Justierflansch 5 f eingreift. Der Ring 16 wird darauf über das Ende des Ansatzes 5 geschoben und mittels der Schrauben 20 befestigt.
Dann werden die L-för- migen Blöcke 16b bearbeitet bzw. in die Zwischen räume zwischen den Keilen 16a und den Führungs nuten 5g, 5h, 5k und<B>51</B> eingepasst. Dadurch wird der Düsenkasten mit dessen Leitung im Gehäuse 2 genau abgestützt und befestigt. Der Zusammenbau bzw. Einbau der andern Düsenkästen (nicht dargestellt) geschieht in ähnlicher Weise, worauf der Rotor ein gesetzt und die obere Gehäusehälfte 2 mit der untern Gehäusehälfte verschraubt wird. Die obere Hälfte des Aussengehäuses 1 kann hierauf über dem Innen gehäuse auf die untere Hälfte aufgesetzt werden, so dass die Dichtungsringe 7 das Leitungsende 5a auf nehmen. Die Demontage wird selbstverständlich in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt.
Es ist ersichtlich, dass die einzigen Befestigungs schrauben, welche zur Demontage gelöst werden müssen, die Schrauben 20 sind, die jedoch im Betrieb nur relativ kühlerem Dampf im Raum zwischen dem Innengehäuse 2 und dem Aussengehäuse 1 ausgesetzt sind. Demzufolge besitzen diese Schrauben, welche auf jeden Fall keine übermässige Belastung aufzu nehmen haben, nur geringfügige Tendenz zum Fest fressen. Der geteilte Ring 15, welcher die auf die Düsenkastenanordnung ausgeübten Druckkräfte auf nimmt, besitzt keine zu verschraubenden Teile, die Abrieb oder Abnutzung ausgesetzt sein könnten. Zur Demontage können die Segmente des Ringes 15 in radialer Richtung leicht entfernt werden.
Somit kann durch Entfernen des Ringes 16 und des geteilten Ringes 15 die Düsenkastenanordnung als Ganzes in einfacher Weise aus dem Gehäuse 2 ausgebaut wer den. Die Einfachheit und Kompaktheit der Teile ermöglicht es, einen einheitlichen Satz von Guss- formen und Press- oder Schmiedestempeln für die Düsenkästen und die Einlassleitungsteile zu verwen den, die für verschiedene Turbinenleistungen einge setzt werden können, so dass sich eine erhebliche Reduktion in den Herstellungskosten erzielen lässt. Solche genannten Düsenkastenanordnungen müssen natürlich je nach der verlangten Leistung der Turbine mit unterschiedlich vielen Leitdüsen 6a versehen sein.
Die relativ dünnwandigen Leitungsteile 8, 9 sowie der rohrförmige Ansatz 5 des Düsenkastens 6 und diese selbst werden zweckmässigerweise aus Hochtemperaturlegierungen hergestellt, beispielsweise aus sogenannten austenitischen rostfreien Stählen, welche für Betriebstemperaturen in der Grössenord nung von 600' C geeignet sind. Anderseits können das Innengehäuse 2 und das Aussengehäuse 1 aus ferritischen Stahllegierungen bestehen, die für nied rigere Temperaturen genügen. Wie schon erwähnt, besteht der Ring 15 zweckmässig aus dem gleichen Legierungsmaterial wie der Gehäusestutzen 3, um Schwierigkeiten infolge unterschiedlicher Wärmeaus dehnung zu vermeiden.
Die in die Keilnuten 5g,<I>5h, 5k</I> und<B>51</B> eingrei fenden zusammengesetzten Keile könnten selbstver ständlich durch einfache, aus einem Stück bestehende Teile ersetzt werden, oder diese könnten auch andere ähnliche Form aufweisen, beispielsweise könnte der Justierflansch 5f mit radial angeordneten Ansätzen versehen werden, welche in entsprechende Keilnuten im Ring 16 eingreifen würden. Durch nachträgliche Bearbeitung der Führungen bzw. Keilnuten in den selben könnte ein genaues Einpassen erreicht werden. Wie ebenfalls erwähnt, kann der Ring 16 entweder aus einem Stück oder aus mehreren Segmenten be stehen. Die speziellen Wärmeabschirmungen könnten selbstverständlich bei tieferen Betriebstemperaturen weggelassen werden.