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PATENTANSPRÜCHE
1. Wellendreh- und Phasenschiebereinrichtung für eine Turbomaschine, mit einer an die Turbomaschinenwelle (2) koaxial ankuppelbaren Antriebswelle (14), einem mit dieser Antriebswelle gekuppelten Motor (12) zum Hochfahren der Turbomaschine beim Betrieb als Phasenschieber, einer koaxial auf der Antriebswelle sitzenden Überholkupplung (22) und einen mit einer Kupplungshälfte dieser Überholkupplung in Antriebsverbindung stehenden Getriebe (19,20,21), mit Motor (23) zum Drehen der Turbomaschinenwelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (5) der Einrichtung auf einer Fundamentplatte (6) parallel zur Turbomaschinenachse verschieblich gelagert und in der jeweils gewünschten Stellung fixierbar ist, dass eine der beiden Lagerungen der Antriebswelle (14) als Längs- und Querlager (16) ausgebildet ist,
das beim Betrieb als Phasenschieber den axialen Fixpunkt für die Antriebswelle (14) und die mit ihr verbundene Turbomaschinenwelle (2) bildet, und dass Mittel (9, 10, 11) zur axialen Verschiebung und Fixierung der Grundplatte (5) gegenüber der Fundamentplatte (6) vorgesehen sind.
2. Wellendreh- und Phasenverschiebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längs- und Querlager zur Aufnahme wechselnder Axialschübe je ein beidseits des Längs- und Querlagers angeordnetes Axialsegmentlager aufweist.
3. Wellendreh- und Phasenschiebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur verschieblichen Lagerung der Grundplatte (5) auf der Fundamentplatte (6) prismatische Führungsleisten (7) in der Fundamentplatte (6) und prismatische Führungsnuten (8) in der Grundplatte (5) vorgesehen sind.
4. Wellendreh- und Phasenschiebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Verschiebung und Fixierung der Grundplatte gegenüber der Fundamentplatte mindestens eine Gewindespindel (9), ein an der Fundamentplatte (6) befestigtes Widerlager (10) sowie je zwei auf jeder Gewindespindel verschraubbare Muttern (11) aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellendreh- und
Phasenschiebereinrichtung für eine Turbomaschine nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Turbogeneratoren, die zur zeitweisen Verwendung als
Phasenschieber vorgesehen sind, musste bisher eines ihrer bei den Lager zu einem kombinierten Längs- und Querlager umge baut werden, um die Generatorwelle beim Phasenschieberbe trieb axial zu fixieren. Denn der Generator ist ja während die ser Betriebsart von der Turbine abgekuppelt, deren Welle beim normalen Betrieb der Turbomaschine als Generator die axiale
Fixierung des gesamten Wellenstranges übernimmt.
Um sich den zeitraubenden Umbau eines der beiden Generatorlager zu einem Längs- und Querlager zu ersparen, kann der Generator von vornherein mit einem solchen Längs- und Querlager ausgerüstet werden. Trotzdem sind aber gewisse Anpassungsarbeiten vor Aufnahme des Phasenschieberbetriebes erforderlich, um dieses Lager funktionsfähig zu machen.
Insgesamt sind nach bisheriger Technik vor Aufnahme des Phasenschieberbetriebes folgende Umstellungsarbeiten auszuführen: - Lösen der Kupplung zwischen Turbinenwelle und Generatorwelle, - Ein- oder Umbau bzw. Anpassung eines der Generatorlager zur Aufnahme des Axialschubes, - Ankuppeln der Wellendreh- und Phasenschiebereinrichtung an einen hiefür vorgesehenen Kupplungsflansch, - Anschliessend der elektrischen und sonstigen, zum Betrieb der Einrichtung und des Längs- und Querlagers des Generators erforderlichen Leitungen, z. B. für Schmieröl.
Diese Montage- und Demontagearbeiten beanspruchen verhältnismässig viel Zeit, was besonders dann ins Gewicht fällt, wenn, durch die Betriebsverhältniss des Netzes bedingt, der Umbau der Turbogruppe von Generator- auf Phasenschieberbetrieb und umgekehrt öfter und in kurzer Zeit geschehen muss.
Diese Nachteile sollen mit vorliegenden, im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Erfindungsgegenstand vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser stellen dar:
Fig. 1 einen Aufriss der Einrichtung, teilweise im Schnitt und im an den Generator angekuppelten Zustand,
Fig. 2 den zu Fig. 1 gehörigen Seitenriss, von rechts gesehen und in kleinerem Massstab, und
Fig. 3 den mechanischen Teil der Einrichtung nach Fig. 1 in grösserem Massstab.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eines der beiden, nur als Querlager ausgebildeten Generatorlager. Am Ende der Generatorwelle 2 ist ein Kupplungsflansch 3 vorgesehen, der dazu bestimmt ist, zum Zwecke des Phasenschieberbetriebes mit einem Flansch 4 der Wellendreh- und Phasenschiebereinrichtung starr gekuppelt zu werden.
Diese Einrichtung weist eine Grundplatte 5 auf, die auf einer festliegenden Fundamentplatte 6 parallel zur Generatorachse verschiebbar gelagert ist. Zu dieser verschiebbaren Lagerung dienen prismatische Führungsleisten 7, die in der Fundamentplatte 6 teilweise versenkt befestigt sind, sowie Führungsnuten 8 mit den genannten Führungsleisten entsprechendem Querschnitt in der Grundplatte 5. An der rechten Stirnseite der Grundplatte 5 ist eine Gewindespindel 9 drehfest verankert. Sie erstreckt sich durch eine Bohrung eines an der Grundplatte 6 befestigten Widerlagers 10 und ist mittels zweier Muttern 11 zusammen mit der Grundplatte 5 axial verschiebbar.
Auf der Grundplatte 5 ist ein Elektromotor 12 verankert, der über eine starre Kupplung 13 mit einer Antriebswelle 14 verbunden ist, die ihrerseits über den Kupplungsflansch 4 mit dem Kupplungsflansch 3 und damit mit der Generatorwelle 2 verbunden werden kann. Der Motor 12 dient in bekannter Weise zum Hochfahren bzw. Parallelschalten mit dem Netz.
Wie besser aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Antriebswelle 14 motorseitig in einem Querlager 15 und generatorseitig in einem kombinierten Längs- und Querlager 16 gestützt. Letzteres besitzt Querlagerschalen 17 für die Aufnahme der senkrechten Lagerbelastung und Längslagersegmente 18 für die Aufnahme des Längsschubes bzw. zur Fixierung des aus Generatorwelle 2 und Antriebswelle 14 bestehenden Wellenstranges bei Phasenschieberbetrieb. Auf diese Weise benötigt die Generatorwelle 2 lediglich zwei Querlager, da ihre Querlager, da ihre axiale Fixierung beim Betrieb als Generator vom Axiallager der Turbinenlagerung und beim Betrieb als Phasenschieber durch das kombinierte Längs- und Querlager 16 erfolgt. Die damit verbundene Zeitersparnis bei der jeweiligen Umrüstung von der einen auf die andere Betriebsart ist erheblich.
Bei einer Umstellung auf Phasenschieberbetrieb brauchen lediglich, nachdem zuvor der Generator von der Turbine abgekuppelt worden ist, die Einrichtung durch Verschrauben der dem Motor 12 benachbarten der beiden Muttern 11 zum Anschlag an den Kupplungsflansch 3 gebracht und die Kupplungsflanschen 3 und 4 miteinander verschraubt zu werden.
Nachdem sodann die Grundplatte 5 gegenüber der Fundament platte 6 durch Anziehen der nicht dargestellten Grundplatten befestigungsschrauben fixiert worden ist, ist die Turboma
schine zum Betrieb als Phasenschieber bereit, da die Schmieröl versorgung z. B. durch Pumpen bewerkstelligt werden kann, die auf der Grundplatte 5 montiert sind und somit einen integralen Teil der Einrichtung bilden. Wegen des geringen Verschiebeweges der Grundplatte gegenüber der Fundamentplatte genügen auch verhältnismässig kurze Kabel für die elektrischen Anschlüsse.
Gewöhnlich wird man aber, um Kosten zu sparen, das Schmierölsystem der Einrichtung mittels biegsamer Schläuche an das für die Schmierung der Turbogruppe vorgesehene Schmiersystem anschliessen.
Nach Verbindung der Kupplungsflanschen 3 und 4 sowie Festziehen der Grundplattenbefestigungsschrauben sind nur noch die beiden Muttern 11 auf der Gewindespindel 9 gegen das Widerlager 10 zu verspannen. Ebenso schnell wie die Vorbereitung auf den Phasenschieberbetrieb lässt sich das Umrüsten auf Generatorbetrieb ausführen.
Die übrigen mechanischen Teile der Einrichtung sind bekannte Elemente. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Getriebe zum Drehen der Turbomaschinenwelle 2 mit einem Schneckentrieb 19, der über ein Stirnrad 20 eine Zahntrommel 21 antreibt, die einen Teil einer Schlingfederkupplung bildet.
Aufgabe dieses Getriebes ist es, die Generator- und Turbinenwelle bei einer Ausserbetriebsetzung dauernd langsam zu drehen, um sie sowie die Rotoren von Turbine und Generator und ihre Gehäuse vor ungleichmässiger Erwärmung und damit vor einem Verkrümmen zu bewahren. Sie wird ausserdem in Betrieb gesetzt vor einem Anfahren der Turbobogen bis zum Anstossen mit Dampf. Zum Antrieb des Getriebes dient ein aus Fig. 2 ersichtlicher Elektromotor 23, der die Schnecke des Schneckentriebes 19 über eine elastische Kupplung 24 antreibt.
Im Schneckentrieb ist noch in bekannter Weise eine Reibungskupplung vorgesehen, die das Getriebe vor einer stossartigen Drehmomentüberlastung schützen soll, z. B. beim Anlaufen oder auch während des Wellendrehens, etwa bei einem Streifen der Turbinenschaufeln.
Die erwähnte Schlingfederkupplung 22 bekannter Bauart gestattet den voneinander unabhängigen Antrieb der Welle 14 entweder durch den Hochfahrmotor 12 oder durch das genannte Getriebe. Beim Antrieb durch letzteres nimmt die auf der Welle 14 frei laufende Zahntrommel 21 infolge der Seilreibung die Schlingfeder 25 mit, deren eines Ende an der äusseren Kupplungstrommel 26 fixiert ist. Da letztere mit der Antriebswelle 14 drehstarr verbunden ist, wird diese gedreht, und zwar mit geringer Drehzahl.
Wird die Turbomaschine bei eingekuppeltem Getriebe 19, 20,21 durch den Motor 23, auf die Betriebsdrehzahl hochgefahren, so überholt die äussere Kupplungstrommel 26 die Zahntrommel 21, wodurch sich die an der Kupplungstrommel 26 verankerte Feder entwindet, so dass ihr freies Ende auf der Zahntrommel 21 nur noch gleitet und damit die Kupplung mit dem Getriebe aufgehoben wird. Bei Erreichen einer höheren Drehzahl, etwa 500 Ulmin, hebt sich die Feder infolge der Fliehkraft dann ganz von der Zahntrommel ab und legt sich an die Innenfläche der äusseren Kupplungstrommel 26 an.
Bei sinkender Drehzahl der Turbomaschinenwelle vollzieht sich der Kupplungsvorgang in umgekehrter Weise.
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PATENT CLAIMS
1. Shaft rotation and phase shifter device for a turbomachine, with a drive shaft (14) which can be coupled coaxially to the turbomachine shaft (2), a motor (12) coupled to this drive shaft for starting up the turbomachine when operating as a phase shifter, and an overrunning clutch which is seated coaxially on the drive shaft (22) and a gear (19, 20, 21) with a coupling half of this overrunning clutch, with a motor (23) for rotating the turbomachine shaft (2), characterized in that the base plate (5) of the device on a foundation plate ( 6) is displaceably mounted parallel to the turbomachine axis and can be fixed in the desired position in each case that one of the two bearings of the drive shaft (14) is designed as a longitudinal and transverse bearing (16),
that forms the axial fixed point for the drive shaft (14) and the turbomachine shaft (2) connected to it when operating as a phase shifter, and that means (9, 10, 11) for axially displacing and fixing the base plate (5) relative to the foundation plate (6 ) are provided.
2. shaft rotation and phase shifter device according to claim 1, characterized in that the longitudinal and transverse bearing for receiving changing thrust each have an axial segment bearing arranged on both sides of the longitudinal and transverse bearing.
3. shaft rotation and phase shifter device according to claim 1, characterized in that for the slidable mounting of the base plate (5) on the foundation plate (6) prismatic guide strips (7) in the foundation plate (6) and prismatic guide grooves (8) in the base plate (5 ) are provided.
4. shaft rotation and phase shifter device according to claim 1, characterized in that the means for axially displacing and fixing the base plate with respect to the foundation plate at least one threaded spindle (9), one on the foundation plate (6) attached abutment (10) and two on each Have threaded nuts (11) that can be screwed on.
The present invention relates to a shaft turning and
Phase shifter device for a turbomachine after
Preamble of claim 1.
In the case of turbo generators which are intended for temporary use as
Phase shifters are provided, previously one of their bearings had to be converted to a combined longitudinal and transverse bearing in order to axially fix the generator shaft during phase shifter operation. Because the generator is uncoupled from the turbine during this operating mode, the shaft of which is the axial during normal operation of the turbomachine as a generator
Fixation of the entire shaft train takes over.
To save the time-consuming conversion of one of the two generator bearings to a longitudinal and transverse bearing, the generator can be equipped with such a longitudinal and transverse bearing from the outset. Nevertheless, some adjustment work is required before starting phase shifter operation in order to make this camp functional.
In total, the following changeover work has to be carried out according to previous technology before starting phase shifter operation: - loosening the coupling between the turbine shaft and generator shaft, - installing or converting or adapting one of the generator bearings to accommodate the axial thrust, - coupling the shaft rotation and phase shifter device to a coupling flange provided for this purpose , - Then the electrical and other lines required for operating the device and the longitudinal and transverse bearing of the generator, for. B. for lubricating oil.
This assembly and disassembly work takes a relatively long time, which is particularly important if, due to the operating conditions of the network, the conversion of the turbo group from generator to phase shifter operation and vice versa has to be done more often and in a short time.
These disadvantages are to be avoided with the present subject matter of the invention characterized in claim 1.
An embodiment of the subject of the invention is described below with reference to the drawing. In this represent:
1 is an elevation of the device, partly in section and in the coupled state to the generator,
Fig. 2 is the side elevation belonging to Fig. 1, seen from the right and on a smaller scale, and
Fig. 3 shows the mechanical part of the device of FIG. 1 on a larger scale.
In Fig. 1, 1 denotes one of the two generator bearings, which are designed only as transverse bearings. At the end of the generator shaft 2, a coupling flange 3 is provided which is intended to be rigidly coupled to a flange 4 of the shaft rotating and phase shifter device for the purpose of phase shifter operation.
This device has a base plate 5, which is slidably mounted on a fixed foundation plate 6 parallel to the generator axis. For this slidable mounting are used prismatic guide strips 7, which are partially countersunk in the foundation plate 6, and guide grooves 8 with the mentioned guide strips of corresponding cross-section in the base plate 5. It extends through a bore of an abutment 10 fastened to the base plate 6 and can be axially displaced together with the base plate 5 by means of two nuts 11.
An electric motor 12 is anchored on the base plate 5 and is connected via a rigid coupling 13 to a drive shaft 14, which in turn can be connected via the coupling flange 4 to the coupling flange 3 and thus to the generator shaft 2. The motor 12 is used in a known manner for starting up or connecting in parallel with the network.
As can be seen better from FIG. 3, the drive shaft 14 is supported on the engine side in a transverse bearing 15 and on the generator side in a combined longitudinal and transverse bearing 16. The latter has transverse bearing shells 17 for absorbing the vertical bearing load and longitudinal bearing segments 18 for absorbing the longitudinal thrust or for fixing the shaft train consisting of generator shaft 2 and drive shaft 14 during phase shifter operation. In this way, the generator shaft 2 only requires two transverse bearings, since their transverse bearings, because their axial fixation during operation as a generator is carried out by the axial bearing of the turbine bearing and when operated as a phase shifter, by the combined longitudinal and transverse bearing 16. The associated time savings when converting from one operating mode to the other is considerable.
When switching to phase shifter operation, only after the generator has been uncoupled from the turbine, the device needs to be brought to a stop on the coupling flange 3 by screwing the two nuts 11 adjacent to the motor 12 and the coupling flanges 3 and 4 have to be screwed together.
After the base plate 5 has been fixed to the foundation plate 6 by tightening the base plates, not shown, fixing screws, is the Turboma
machine ready for operation as a phase shifter because the lubricating oil supply z. B. can be accomplished by pumps that are mounted on the base plate 5 and thus form an integral part of the device. Because of the small displacement of the base plate compared to the foundation plate, relatively short cables are also sufficient for the electrical connections.
Usually, however, in order to save costs, the lubricating oil system of the device is connected to the lubricating system provided for the lubrication of the turbo group by means of flexible hoses.
After connecting the coupling flanges 3 and 4 and tightening the base plate fastening screws, only the two nuts 11 on the threaded spindle 9 are to be clamped against the abutment 10. The changeover to generator operation can be carried out just as quickly as the preparation for phase shifter operation.
The remaining mechanical parts of the device are known elements. They consist essentially of a gear for rotating the turbomachine shaft 2 with a worm drive 19 which drives a toothed drum 21 via a spur gear 20, which forms part of a wrap spring clutch.
The task of this gearbox is to continuously rotate the generator and turbine shafts slowly when decommissioned in order to protect them and the rotors of the turbine and generator and their housings from uneven heating and thus from warping. It is also put into operation before the turbo arches are started up until they are touched with steam. An electric motor 23 shown in FIG. 2, which drives the worm of the worm drive 19 via an elastic coupling 24, is used to drive the transmission.
In the worm gear, a friction clutch is also provided in a known manner, which is intended to protect the transmission from an abrupt torque overload, e.g. B. when starting or during shaft rotation, such as a strip of the turbine blades.
The aforementioned wrap spring clutch 22 of a known type allows the shaft 14 to be driven independently of one another either by the start-up motor 12 or by the named gear. When driven by the latter, the toothed drum 21, which runs freely on the shaft 14, entrains the wrap spring 25 due to the rope friction, one end of which is fixed to the outer clutch drum 26. Since the latter is rigidly connected to the drive shaft 14, the latter is rotated at a low speed.
If the turbomachine is run up to the operating speed with the gear 19, 20, 21 engaged by the motor 23, the outer clutch drum 26 overtakes the toothed drum 21, as a result of which the spring anchored on the clutch drum 26 winds out, so that its free end on the toothed drum 21 only slides and thus the clutch with the gearbox is released. When a higher rotational speed, approximately 500 rpm, is reached, the spring then lifts completely off the toothed drum due to the centrifugal force and lies against the inner surface of the outer clutch drum 26.
When the speed of the turbomachine shaft drops, the coupling process takes place in the opposite way.