Turbine mit einem Aussen- und einem Innengehäuse Die Erfindung bezieht sich. auf eine Turbine mit einem Aussen- und einem Innengehäuse, und zwar auf eine Gleitverbindung mit Ringdichtung zur Ver bindung einer Einführleitung für das heisse Hoch druckmedium mit dem Gehäuse.
Die herkömmlichen Dampfturbinen für einen Dampfdruck über 70 at besitzen ein Doppelgehäuse für die Hochdruckturbine, wobei zwischen den bei den Gehäuseschalen ein mittlerer bzw. zwischen Hoch- und Niederdruck liegender Dampfdruck auf rechterhalten wird. Das Doppelgehäuse gestaltet auto matisch die Verbindung der Hochdruck-Dampf-Ein- führleitung mit dem Turbinengehäuse umständlich infolge der verschiedenen Wärmedlehnungen der Leitung und der beiden von ihr durchsetzten Ge häuseschalen.
Um die unterschiedlichen Wärmedehnungen zwi schen Einführleitung und Turbinengehäuse auszu gleichen und Leckverluste des Hochdruckdampfes zwischen diesen Teilen tunlichst zu verhüten, ist es üblich, eine sog. Gleit-Expansions-Verbindung vor zusehen. Während die Verwendung herkömmlicher Gleit-Expansions-Verbindungen bei Turbinen mit Dampfdrücken bis etwa 175 at befriedigend ist, nimmt ihre Wirksamkeit bei Turbinen mit Dampfdrücken oberhalb dieser kritischen Grenze ab.
Dies kommt daher, dass bei Dampfdrücken von 250 at und dar über die Schubkräfte, die auf die Dichtungsringe ein wirken, eine Haftung zwischen den benachbarten Rin gen bewirken, welche ein gegenseitiges Gleiten der Ringe verhindert. Diese Haftwirkung setzt sich einer radialen Ausdehnung der Einführleitung relativ zum Gehäuse entgegen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer verbesserten Gleit-Expansions-Verbindung mit einer Mehrzahl von Dichtungsringen zwischen Einführ- leitung und Gehäuse, welche in besonderer Weise an geordnet sind, um eine Leckung des Druckmediums durch die Ringe zu verhindern, eine radiale Aus dehnung der Leitung dagegen zu gestatten, und welche in einer besonderen Weise gelagert bzw. gehalten sind, um ihre gegenseitige Haftung herabzusetzen, wenn sie sehr hohen Drücken unterworfen werden.
Die auf die Expansionsverbindung einwirkenden Schub kräfte werden auf mindestens zwei Stützorgane auf geteilt, so dass die Dichtungsringe, die durch jedes der Stützorgane gehalten sind, keinen ausserordentlich hohen Kräften ausgesetzt werden, welche ein gegen seitiges Gleiten derselben zwecks Ermöglichung einer radialen Ausdehnung der Leitung verhindern würden. Vorzugsweise können damit zugleich Mittel ge schaffen werden, welche eine aussergewöhnliche Lek- kung durch die Dichtungsringe hindurch anzeigen.
Die Erfindung besteht darin, dass die Dichtungs vorrichtung eine erste Gruppe von Dichtungsringen aufweist, die dem Medium in der Einführleitung aus gesetzt ist, ferner mindestens eine zweite Gruppe von- Dichtungsringen, die von der ersten axial getrennt ist, um dazwischen eine Ringkammer freizulassen,
wo bei jede Gruppe wenigstens einen Ring mit einer an der Aussenfläche der Leitung dichtend anlegen den inneren Umfangsfläche und einem Abstand zur Innenfläche der Ausnehmung und wenigstens einen dem erstgenannten benachbarten Ring aufweist, des sen äussere Umfangsfläche gegen die Wand der Aus- nehmung dichtend anliegt, und der von der Aussen fläche der Leitung einen Abstand aufweist, wobei ein erstes Halteorgan vorgesehen ist, um die erste Dichtungsringgruppe axial abzustützen, sowie ein zweites Halteorgan,
um die zweite Dichtungsring gruppe axial abzustützen, und wobei Mittel vor handen sind, um Druckmedium der genannten Ring- kammer zuzuführen, das einen Druck aufweist, der zwischen dem Druck in der Einführleitung und jenem in dem Gehäusezwischenraum liegt.
Die Erfindung ist in Verwendung an einer Hoch druck-Heissdampf-Einführleitung dargestellt, welche generell mit 3 bezeichnet ist und sich in einem dop pelwandigen Turbinengehäuse mit einer äusseren Ge häuseschale 1 und einer inneren Gehäuseschale 2 be findet.
Die Leitung 3 erstreckt sich in eine zylindrische Ausnehmung 1 a im inneren Teil des äusseren Ge häuses 1, welche Ausnehmung mit dem Dampfein- lass 1e bündig ist. Der innere Teil der Einlassleitung 3 erstreckt sich durch eine Öffnung 2b im inneren Gehäuse 2. Der innerste Teil der Einlassleitung 3 bildet ein schnabelartiges Düsenmundstück 4, wel ches, wie aus der Zeichnung ersichtlich, den Hoch druck-Heissdampf dem Schaufelrad 14 zuführt, das am Turbinenrotor 13 gebildet ist.
Die Einlassleitung 3 ist am inneren Gehäuse 2 der Turbine durch Ver bindungsmittel befestigt, die an sich nicht Gegen stand der Erfindung bilden. Der Dampf strömt durch das Schaufelrad 14, durch die feststehende Leitwand 15 und durch die Räder 16 und weitere nicht dar gestellte Turbinenstufen, um die Turbine anzutreiben. Die innere Gehäuseschale 2 besitzt Ausnehmungen 2a, welche den Hochdruckdampf aus weiter unten erläuterten Gründen aufnehmen, der durch das Schau felrad 14 geströmt ist.
Die Mehrfachring-Dichtungs-Gleitverbindung, auf welche sich die Erfindung bezieht, umfasst eine An zahl geschlossener Ringe 5, welche in einer abgesetz ten ringförmigen Ausnehmung 1c gelagert sind, die im äusseren Gehäuse 1 anschliessend an die Ausneh- mung la gebildet ist. Die obere Gruppe der Ringe <I>5a, 5b, 5c, 5d</I> sind durch einen Stützring 6 gehalten, der in einer Ringnut 1d von etwas grösserem Durch messer als wie die Ausnehmung 1c gelagert ist.
Die einzelnen Segmente, aus welchen der Ring 6 zusam mengesetzt ist, sind durch einen Haltering 7 gegen radiale Bewegung gesichert. Der Ring 7 sitzt fest in der Ausnehmung 1c und besitzt seinerseits Ausspa rungen 7a zu einem nachstehend erläuterten Zweck. Es sei darauf hingewiesen, dass der Haltering 7 in axialer Richtung durch .einen Dichtungsring 5,e gehalten ist, wobei sich jedoch zwischen dem Ring 7 einer seits und den Ringen 5d und 6 anderseits Zwischen räume 7b und 7c befinden, damit die axialen Schübe, die auf den Ring 6 einwirken, vom Dichtungsring 5e ferngehalten werden.
Die untere Gruppe von Ringen <I>5e,</I> 5f, <I>5g,</I> 5h wird durch einen in Segmente unter teilten Stützring 8 und einen Haltering 9 in .ihrer Lage gesichert. Der Stützring 8 verhindert eine axiale Be wegung der Ringe 5e-512, während der Haltering 9 eine radiale Bewegung des Stützrings 8 verhin dert. Ein axialer Zwischenraum 9a ist zwischen den Ringen 5h und 9 vorgesehen, um die auf den Ring 5h einwirkenden Schubkräfte vom Ring 9 fernzuhalten. Letzterer kann durch beliebige geeignete. Mittel, wie z. B. durch einige Punktschweissstellen oder durch Breithämmern des Flanschrandes, wie bei 15 angegeben, gesichert werden.
Insbesondere kann die äussere Endfläche des Rings 9 eine Anzahl um fänglich verteilter Ausschnitte aufweisen, in welche kleine Partien des benachbarten Flansches eingehäm mert sein können. Es können aber auch andere Be festigungsmittel wie beliebig angeordnete Befesti gungsschrauben verwendet werden, aber die beiden angegebenen Methoden sind infolge der Tendenz der befestigten Teile, sich bei solch hohen Temperaturen zu scheuern, vorzuziehen. Der Haltering 9 bildet mit dem Gehäuse 1 einen merklichen Zwischenraum 11, um die Neigung des Ringes, zu scheuern und' am Gehäuse 1 festzusitzen, herabzusetzen.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der betreffende Teil 3a der Einlassleitung 3 mit einem Überzug oder einer Schutzschicht 3b versehen, welche in bezug auf das Material der Ringe sorgfältig ausgewählt ist, so dass die Neigung zum Festfressen unter dem Einfluss der hohen Temperaturen und Drücke herabgesetzt wird.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, liegen Teile der Ringe 5a,<I>5c, 5e</I> und 5g dichtend am Belag 3d an der Aussenseite der Einlassleitung 3 an, während die übrigen Ringe 5b,<I>5d, 5f</I> und 5h dich tend an der Innenfläche der Ausnehmung 1c anliegen. Die Ringe 5 können sich alle relativ leicht axial auf der Aussenfläche der Leitung 3 bzw. auf der Innen fläche der Ausnehmung 1c verschieben.
Wenn Dampf unter Druck der Leitung 3 durch die Öffnung 1e im Aussengehäuse 1 zugeführt wird, wirkt der heisse Dampf direkt auf die Stirnfläche des ersten Ringes 5a, so dass derselbe axial auf den zweiten Ring 5b aufgestossen wird. Die durch das Hochdruckmedium ausgeübte Druckkraft stösst die Dichtungsringe 5a-5d in axialer Richtung aufeinander und gegen den Stützring 6. Die Ringe 5e-5h werden in unten er läuterter Weise gegeneinander gehalten.
Die hohe Temperatur des Strömungsmediums in der Leitung 3, in der Gehäuseöffnung 1e und in den zylindrischen Ausnehmungen la und 1c bewirken eine starke Er wärmung der Leitung und der Dichtungsringe, welche sich radial frei ausdehnen können, um die Bildung von Wärmespannungen zu vermindern.
Wie vorher erwähnt, besteht jedoch bei Turbinen, die Dampf unter einem Druck von etwa 250 at oder höher verwenden, die Schwierigkeit darin, dass die durch das Antriebsmedium auf die Ringe 5 ausgeüb ten extrem hohen axialen Druckkräfte grosse Rei bungskräfte bewirken, welche ein radiales Verschie ben der Ringe 5 untereinander zu verhindern suchen. Wie leicht einzusehen, kann eine normale radiale Ausdehnung der Einlassleitung 3 nicht erfolgen, wenn eine radiale Bewegung der Ringe verunmöglicht ist, so d'ass dann Spannungen entstehen, welche die Nei gung haben, die Leitung 3 zu verdrehen und zu ver ziehen.
Um den Druckunterschied auf beiden Seiten der Dichtungsringgruppen herabzusetzen, sieht die Erfin dung die Zuführung von Dampf in den zwischen den Dichtungsringen 5d und 5e und der Leitung 3 ge- bildeten Ringraum 17 vor, welcher Dampf einen Druck aufweist, der zwischen dem hohen Einführ- druck von etwa 250 at und dem Druck in der Kam mer 30 liegt, welche zwischen dem Aussengehäuse 1 und dem Innengehäuse 2 gebildet ist; dieser Druck mag von der Grössenordnung von 50 at sein.
Zu die sem Zweck ist ein Durchgang<B>l b,</B> der mit dem Ring raum 17 kommuniziert, im Aussengehäuse 1 vor gesehen, um Dampf unter Druck aus einer Leitung 20 zuzuführen, welche aus den Abschnitten 20'a und 20b besteht, die durch die Schweissstelle 20c zusam mengefügt sind. Die Leitung 20 erstreckt sich in eine Öffnung 2b im Gehäuse 2, welche mit der Ausneh- mung 2a im Turbinengehäuse 2 kommuniziert. Die Leitung 20 ist am Aussengehäuse 1 bei 26 und 27 angeschweisst.
Auf diese Weise wird aus dem Raum zwischen dem Schaufelrad 14 und der Leitwand 15 Dampf von einem Druck von der Grössenordnung von <B>150</B> at dem Ringraum 17 zugeführt, um die Druck kräfte, die auf die Ringe 5a-5d einwirken, zu redu zieren. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier angegebenen Druckverhältnisse nur als Beispiel die nen, mit welchen nur eine von vielen möglichen Druckbeziehungen angegeben werden soll. Um Leck verluste zwischen der Kammer 2a und dem Raum 30 zwischen Innen- und Aussengehäuse zu verhin dern, ist eine Mehrfach-Ringdichtung vorgesehen, die generell mit 21 bezeichnet ist.
Diese Verbindung dient zur Abdichtung gegen Leckverluste von Hoch druckdampf, erlaubt jedoch eine begrenzte Ver schiebung des Leitungsabschnittes 20 in einer quer zur Leitungsachse stehenden Ebene.
Die Art und Weise des Einbaues der Dichtungs ringe 5 in die Ausnehmung 1c und ihrer Sicherung durch die Halteorgane geht aus der obigen Beschrei bung der Konstruktion hervor. Um das Einsetzen der Dichtungsringe 5a-5d zu erleichtern, kann der Durchmesser der Ausnehmung 1 c unterhalb des Rin ges 6 etwas grösser als jener des Teils oberhalb des Ringes 6 gehalten sein.
Während die Ringe 5 eine sehr wirksame Ab dichtung gegen Leckverluste des Antriebsmediums zwischen Leitung 3 und Gehäuse 1 gewährleisten, ist es möglich, dass ungleiche Dehnungen zwischen der Leitung 3 und den Ringen 5 zu einem permanenten Festsitzen der Ringe führen; oder eine ausser gewöhnliche Abnützung der Ringe kann ein Lecken zwischen den Kammern 17 und 30 zur Folge haben. Um ein solches Lecken anzuzeigen, ist ein kon ventioneller Strömungsmesser 25 in einer Um gehungsleitung, die vor und hinter eine Verengung 28 in der Leitung 20 anschliesst, vorgesehen.
Auf diese Weise registriert der Strömungsmesser 25 eine Strömung in der Leitung 20, wenn eine ausser gewöhnliche Leckung in der Expansionsverbindung eintritt, so dass Abhilfemassnahmen ergriffen werden können.
Die Tatsache, dass das Medium durch die Ringe 5a-5d in die Kammer 17 hindurchtreten kann, ge stattet der Expansionsverbindung, eine nützliche Funktion auszuüben, wenn unter Druck stehendes Me dium aus einer äusseren Quelle nicht in den Ringraum 17 geleitet wird. Der Durchtritt 1b kann abgeschlos sen werden, und der unkontrollierte Durchtritt des Mediums in den Raum 17 durch die Ringe 5a-5d kann die Druckkräfte, die auf die Ringe 5a-5d ein wirken, teilweise ausgleichen, um die radiale Ausdeh nung der Leitung 3 zu erleichtern, indem den Rin gen 5 eine Gleitbewegung dadurch leichter ermög licht wird.
Es sei betont, dass, da die Leckung durch die Ringe 5a bis 5d sehr gering ist, der Stützring 6 den grössten Teil der Druckkraft aufnimmt, wodurch die Durchgänge 1 b und 20 bei Drücken über 250 at normalerweise geöffnet sind. Die Leitung 20 kann jedoch weggenommen und die Öffnung 2b und der Durchgang 1b durch nicht dargestellte Stöpsel ge schlossen werden, wenn die Drücke sich unter 250 at bewegen.
Aus der obigen Beschreibung der Konstruktion geht hervor, dass bei dieser Anordnung die Einlass- leitung 3 sich in Querrichtung im Aussengehäuse 1 bewegen kann, infolge einer Gleitbewegung zwischen den benachbarten Radialflächen der Dichtungsringe, was durch die radialen Zwischenräume zwischen Lei tung 3 und Ringen 5b,<I>5d, 5f,</I> 5h einerseits und analogen Zwischenräumen zwischen der Ausneh- mung 1c und den anderen Ringen 5a,<I>5c, 5e</I> und 5g anderseits ermöglicht wird.
Gleichzeitig wird eine freie axiale Gleitbewegung zwischen demEndteil 3a der Einlassleitung und dem Aussengehäuse 1 ermöglicht. So gestattet die beschriebene Expansionsverbindung eine freie Relativbewegung zwischen der Einlassleitung und dem äussern Gehäuse in allen drei Dimensionen. Zugleich gewährleistet die verbesserte Dichtungsring- Konstruktion, dass die Ausdehnung der Einlassleitung 3 nicht durch ein Festsitzen an den Ringen infolge aussergewöhnlicher axialer Schubkräfte behindert wer den kann.
Als Beispiel kann festgehalten werden, dass das innere und das äussere Gehäuse sowie die Dichtungs ringe aus einem ferritischen Material hergestellt sein können, wobei aber die Ringe Eigenschaften besitzen sollen, dank denen sie eine sehr hohe Elastizitäts- grenze bei erhöhten Temperaturen behalten, um jede noch so kleine Dehnung aufzunehmen, die ihnen durch die Expansion der Leitung 3 mitgeteilt wird, ohne ein dauerndes Festsitzen zu bewirken. Eine Oberflächenhärtung der Dichtungsringe ist erwünscht, um ein Festkleben und Scheuern zu verhindern.
Es können selbstverständlich mehr als eine Dich tungsvorrichtung an einem Gehäuse und mehr als zwei Stützringe vorgesehen sein. Die Gesamtzahl der ver wendeten Ringe wird von dem verfügbaren Raum und von der Grössenordnung des Druckes des Antriebs mediums abhängen.