CH685448A5 - Dampfturbogruppe. - Google Patents

Description

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Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung geht aus von einer Dampfturbogruppe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus der Schrift EP 0 395 110 ist eine Dampfturbogruppe bekannt mit einem axial zur Achse der Dampfturbine ausgerichteten Dampfaustritt, welchem ein Kondensator nachgeschaltet ist. Die Dampfturbine weist eine Turbinenwelle auf, welche generatorseitig und kondensatorseitig durch je ein Wellenlager sowohl radial als auch axial gehalten wird. Das kondensatorseitige Wellenlager wird durch vier oder mehr Stützen starr mit einer Tragkonstruktion verbunden. Die Tragkonstruktion nimmt das gesamte Gewicht der Dampfturbine auf, sie ist als Fundamentplatte aus Beton ausgebildet.

Die vergleichsweise grosse Anzahl Stützen für das kondensatorseitige Wellenlager erschwert die Montage der Dampfturbine, da jede Stütze separat angepasst werden muss. Ferner wird durch diese vergleichsweise grosse Anzahl Stützen die Strömung des Dampfes in den Kondensator gestört, was eine Wirkungsgradreduzierung der Dampfturbine zur Folge hat.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, löst die Aufgabe, eine Dampfturbogruppe mit einem axial ausgerichteten Dampfaustritt zu schaffen, deren kondensatorseitiges Wellenlager mit zwei Stützen versehen ist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass mit vergleichsweise geringem Aufwand, also nur mit zwei Stützen, eine dynamisch einwandfreie Lagerung der Turbinenwelle erreicht wird. Bei Revisionen der Dampfturbine müssen die beiden Stützen, dank der günstigen Anordnung, nicht demontiert und auch nicht mehr neu eingestellt und justiert werden, wodurch die Montagezeiten vorteilhaft verkürzt werden können. Ferner wird die Ausströmung des Dampfes aus der Dampfturbine wesentlich verbessert, was eine vorteilhafte Wirkungsgradsteigerung zur Folge hat.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemässen Dampfturbine,

Fig. 2 einen stark vereinfachten Schnitt durch die erfindungsgemässe Dampfturbine,

Fig. 3 einen stark vereinfachten Teilschnitt durch die erfindungsgemässe Dampfturbine,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Stütze, und

Fig. 5 einen Schnitt durch den Fussbereich einer Stütze.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In der Fig. 1 ist eine stark vereinfachte Prinzipskizze der erfindungsgemässen Dampfturbine 1 dargestellt. Die Dampfturbine 1 weist eine Turbinenwelle 2 auf, die einerseits mit einem Generator 3 gekoppelt ist. Die Turbinenwelle 2 ist generatorseitig in einem ersten Wellenlager 4 und auf der dem Generator 3 abgewandten Seite in einem zweiten Wellenlager 5 gelagert. Die Wellenlager 4, 5 nehmen radiale und axiale Kräfte auf, sie stützen sich auf eine Tragkonstruktion ab, die als Fundamentplatte 6 ausgebildet ist. Neben dem Generator 3 und der Dampfturbine 1 trägt die Fundamentplatte 6 auch einen Kondensator 7. Der Kondensator 7 ist axial zur Dampfturbine 1 angeordnet und nimmt den an deren Niederdruckseite ausströmenden Dampf auf. Das Wellenlager 5 ist in diesem axial zur Achse 8 der Dampfturbine 1 ausgerichteten Dampfaustritt angeordnet. Ein Rohr 9 deutet den Eintritt des Dampfes in die Dampfturbine 1 an.

In Fig. 2 ist der Schnitt A-A, der in Fig. 1 angedeutet ist, stark vereinfacht dargestellt, z.B. werden weder die Turbinenlaufschaufeln noch die Leitschaufeln gezeigt. Ein Turbinengehäuse 10, welches mehrteilig ausgebildet ist, schliesst die Dampfturbine 1 nach aussen ab. Das Wellenlager 5 wird durch ein mehrteiliges, druckdichtes Lagergehäuse 11 gegen den ausströmenden Dampf geschützt. Das Turbinengehäuse 10 ist mit dem Lagergehäuse 11 durch zwei strömungsgünstig ausgebildete Rohre 12 druckdicht verbunden. Aus Fig. 4 ist der Querschnitt dieser Rohre 12 zu entnehmen. Ein halbkreisförmiger Teil 13 ist dem Inneren der Dampfturbine 1 zugewandt und ein diesem gegenüberliegender, flacher Teil 14 ist dem Kondensator 7 zugewandt. Der Übergang von Teil 14 auf die seitlichen Flanken des Rohres 12 ist jeweils als eine strömungsgünstige Abreisskante 15 ausgebildet. Zusätzlich zu den Rohren 12 sind weitere, hier nicht dargestellte Verbindungen zwischen dem Turbinengehäuse 10 und dem Lagergehäuse 11 vorgesehen, die eine Versorgung des Wellenlagers 5 mit Öl und auch mit Sperrdampf ermöglichen. Das Wellenlager 5 ist zweiteilig ausgeführt, es weist eine obere 16 und eine untere Lagerschale 17 auf. Die Turbinenwelle 2 liegt in der unteren Lagerschale 17. Die untere Lagerschale 17 ist starr mit Stützen 18 verbunden und die Stützen 18 sind starr mit der Fundamentplatte 6 verbunden. Das jeweils zwischen Stütze 18 und Fundamentplatte 6 vorgesehene Ausgleichselement 19 wird in der Regel nur bei der Aufstellung der Dampfturbine 1 zum Ausgleichen von Toleranzen zwischen Fundamentplatte 6 und Stütze 18 benutzt, es wird, so5

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bald die Achse 8 der Dampfturbine 1 einwandfrei justiert ist, fixiert und ist danach ebenfalls als starr zu betrachten.

Die Stützen 18 führen durch die Rohre 12 aus dem Turbinengehäuse 10 heraus, wobei die Rohre 12 verhindern, dass die Stützen 18 mit dem strömenden Dampf in Berührung kommen. Die Rohre 12 berühren die Stützen 18 nicht. Die beiden Stützen 18 sind senkrecht zur Achse 8 der Dampfturbine 1 angeordnet, sie schneiden diese Achse 8 in einem gemeinsamen Punkt 20. Die beiden Stützen 18 sind zudem beidseitig einer von der Achse 8 senkrecht nach unten führenden Linie 21 so angeordnet, dass diese Längsachsen der Stützen 18 mit dieser Linie 21 jeweils den gleichen Winkel a bilden. Der Winkel a liegt im Bereich von 35° bis etwa 50°, als besonders vorteilhaft hat sich ein Winkel a von 40° herausgestellt. Werden Winkel a in diesem Bereich vorgesehen, so ist das kondensatorseitige Lager, obwohl es lediglich zwei Stützen 18 aufweist, voll geeignet allen im Betrieb auftretenden dynamischen Beanspruchungen standzuhalten. Die Fundamentplatte 6 weist Auflageflächen 22 auf, die vorteilhaft senkrecht zur Längsachse der jeweiligen Stütze 18 angeordnet sind, sodass die Fundamentplatte 6 an dieser Stelle im wesentlichen nur Druckkräfte senkrecht auf die Plattenoberfläche aufzunehmen braucht. Die Ausgleichselemente 19 sind höhen- und winkelverstellbar ausgebildet.

Die Stützen 18 weisen, wie aus Fig. 3 ersichtlich, jeweils innen einen Hohlraum 23 auf, der einerseits durch eine Öffnung 24 mit der Aussenluft und andererseits durch eine Öffnung 25 mit einem Luftvolumen im Innern des Lagergehäuses 11 in Verbindung steht. Pfeile 26, 27 deuten die Strömungsrichtung von durch den Hohlraum 23 strömender Luft an. Diese Luft wird im Dichtungsbereich des kon-densatorseitigen Wellenlagers 5 benötigt. An die Turbinenwelle 2 ist kondensatorseitig eine Ölpumpe angeflanscht, welche den Öldruck für das Wellenlager 5 erzeugt. Ein Teil des Lagergehäuses 11 ist als Ablauf für das Lageröl ausgebildet. Über dem im Ablauf befindlichen Öl ist ein Gasvolumen vorgesehen, welches mittels eines Öldunstabsaugeventi-lators kontinuierlich abgesaugt wird, sodass dort ein Unterdruck entsteht. Das Öl im Wellenlager 5 und auch im Ablauf darf nicht durch den leichten Unterdruck im Kondensator 7 aus dem Lagergehäuse 11 in den Bereich des strömenden Dampfes gelangen. Ebenso darf kein Dampf in den Ablauf und weiter in das Lageröl gelangen. Diese Trennung wird durch eine mehrfach abgestufte Dichtung erreicht. Zunächst wird der Dampfbereich durch eine mit Sperrdampf beaufschlagte Dichtungsstelle gegen das Lagergehäuse 11 abgedichtet. Nach dieser Dichtungsstelle ist ein Luftvolumen vorgesehen, in welches die durch die Stützen 18 einströmende Luft gelangt, und dieses Luftvolumen ist durch eine weitere Dichtungsstelle gegenüber dem Ablauf abgedichtet. Der Sperrdampf wird in den Kondensator 7 abgesaugt und reisst lediglich etwas Luft aus dem Luftvolumen mit. Ebenso wird Luft aus dem Luftvolumen durch den Unterdruck in das Gasvolumen abgesaugt. Eine Vermischung von Dampf und Öl ist auf diese Weise ausgeschlossen. Die abgesaugte Luft wird durch die Nachströmung von Atmosphärenluft durch die Stützen 18 hindurch ersetzt. Das Innere des Lagergehäuses 11 ist mittels Dichtungen 28 gegenüber den Rohren 12 abgedichtet, sodass durch diese Rohre 12 weder Dampf noch Öl noch Luft austreten kann.

Wie Fig. 4 zeigt, ist die Stütze 18 aus Stahlplatten 29, 30 mit rechteckigen Querschnitten zusam-mengeschweisst. Die Befestigung der Stütze 18 an der unteren Lagerschale 17 ist nicht dargestellt. In Fig. 5 ist jedoch schematisch dargestellt wie die Stütze 18 mit einer Fussplatte 31 verschweisst ist. Die Fussplatte 31 ist mit einer in der Fundamentplatte 6 verankerten Grundplatte 32 verschraubt. Mehrere an die Grundplatte 32 angeschweisste Gewindebolzen 33 mit Muttern 34 stellen diese Verbindung sicher. Zwischen Fussplatte 31 und Grundplatte 32 ist ein Ausgleichselement 19 eingespannt. Grobe Massunterschiede werden, wie bisher üblich, mittels Unterlagsplatten 35 ausgeglichen. Das Ausgleichselement 19 weist einen zylindrischen metallischen Körper aus Stahl mit einer Achse 36 auf, der unter einem Winkel ß schräg zu dieser Achse 36 aufgetrennt ist in zwei Ausgleichsteile 37, 38. Der Winkel ß liegt in einem Bereich von etwa 1° bis 8°. Die Ausgleichsteile 37, 38 werden in ihrer definitiven Position miteinander durch eine Schweisslasche 39 verbunden. Diese Verbindung kann bei Bedarf wieder aufgetrennt werden. In den Ausgleichsteilen 37, 38 sind seitliche Ausnehmungen 40 vorgesehen, in die ein Werkzeug eingreifen kann mit dessen Hilfe diese Ausgleichsteile 37, 38 gegeneinander verschoben und verdreht werden können.

Der zylindrische metallische Körper des Ausgleichselementes 19 kann auch aus einem Nichteisenmetall bestehen, wenn beispielsweise besondere Schwingungsdämpfungseigenschaften verlangt werden. In diesem Fall werden die Ausgleichsteile 37, 38 mittels einer Lötlasche miteinander verbunden. Es sind für beide Ausführungsvarianten des Ausgleichselementes 19 auch andere Fixierungsmöglichkeiten denkbar. Zudem ist es möglich, die beiden Ausgleichsteile 37, 38 auch aus voneinander verschiedenen Materialien herzustellen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei zunächst die Fig. 3 näher betrachtet. Die Stütze 18 wird durch das Rohr 12 gegen das dampfdurchströmte Innere des Turbinengehäuses 10 abgeschirmt, sodass betrieblich bedingte Schwankungen der Dampftemperatur sich nur bedingt auf die Stütze 18 auswirken können. Durch die durch den Hohlraum 23 strömende Luft, die das vergleichsweise niedere Umgebungstemperaturniveau aufweist, wird das Material der Stütze 18 auf einer annähernd konstanten Temperatur gehalten. Temperaturbedingte Längenänderungen der Stütze 18, welche das Wellenlager 5 anheben oder absenken würden, werden so vermieden. Dies hat zur Folge, dass die Achse 8 der Dampfturbine 1 nicht verkrümmt wird, sodass die Belastung der Wellenlager 4, 5 vergleichsweise klein gehalten werden kann, sodass eine grössere Laufruhe der Dampfturbine 1 und eine grössere Standfestigkeit der Wellenlager 4, 5 erreicht wird. Dieses vergleichsweise sehr stabile Wellenlager 5

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ermöglicht zudem, die Fertigungstoleranzen für die Dampfturbine 1, insbesondere die Toleranzen zwischen Turbinenschaufeln und Turbinengehäuse 10 zu verkleinern, wodurch der Wirkungsrad der Dampfturbine deutlich erhöht wird.

Die Beschränkung auf lediglich zwei optimal angeordnete Stützen 18 für das Wellenlager 5 verbessert die Dampfströmung im Bereich des Übergangs von der Dampfturbine 1 in den Kondensator 7, was ebenfalls eine vorteilhafte Wirkungsgraderhöhung zur Folge hat. Obwohl nur zwei Stützen 18 vorgesehen sind, ist die Turbinenwelle 2 dynamisch absolut einwandfrei gelagert, sodass die Dampfturbine 1 allen nur vorstellbaren Betriebsanforderungen genügt. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung mit nur zwei Stützen 18 ist in der wesentlich einfacheren Montage und Demontage der Dampfturbine 1 zu sehen, da bei Revisionen diese Stützen 18 nicht demontiert werden müssen. Durch diese Arbeitserleichterung wird die notwendige Stillstandszeit der Dampfturbine vorteilhaft reduziert.

Die erstmalige Montage der Stützen 18 wird durch das in Fig. 5 schematisch dargestellte Ausgleichselement 19 erleichtert. Durch dieses Ausgleichselement 19 können Toleranzen zwischen der Fussplatte 31 der Stütze 12 und der Oberfläche der Grundplatte 32 ausgeglichen werden, und zwar ist sowohl ein Distanzausgleich als auch ein einwandfreier Winkelausgleich möglich. Die Distanz zwischen der Grundplatte 32 und der Fussplatte 31 wird zunächst grob mittels Unterlagsplatten 35 ausgeglichen. Danach wird die verbleibende, vergleichsweise kleine Distanz durch verschieben der keilförmig ausgebildeten Ausgleichsteile 37, 38 gegeneinander ausgeglichen. Wird nun ein einwandfreies Aufeinanderliegen von Fussplatte 31, Ausgleichsteilen 37, 38, Unterlagsplatten 39 und Grundplatte 32 festgestellt, so können die Muttern 34 angezogen und die Schweisslasche 39 angebracht werden. In der Regel sind jedoch auch noch kleinere Winkelunterschiede auszugleichen, d.h. die Längsachse der Stütze 18 steht nicht genau senkrecht auf der Oberfläche der Grundplatte 32. Nach dem bereits beschriebenen Ausgleichen der Distanz müssen in diesem Fall die Ausgleichsteile 37, 38 solange gegeneinander um ihre Achsen 36 verdreht und gleichzeitig verschoben werden, bis an ihrem gesamten Umfang ein einwandfreies Aufliegen festgestellt wird. In diesem Fall sind die Achsen 36 der Ausgleichsteile 37, 38 etwas gegeneinander geneigt. Nachdem diese definitive Position erreicht ist, werden die Ausgleichsteile fixiert und die Muttern 34 werden festgezogen.

Diese Art von Toleranzausgleich stellt eine satte, grossflächige Auflage der Stützen 18 auf der Fun-damentpiatte 6 sicher, was auch für die Übertragung von Kräften auf das Fundament insbesondere auch für die Übertragung von Schwingungen vorteilhaft ist. In den Bereich der Dampfturbine 1, wo die Ausgleichselemente 19 angebracht sind, herrschen in der Regel beengte Platzverhältnisse und es bedeutet für das Montagepersonal eine wesentliche Arbeitserleichterung, wenn die Arbeiten für den Toleranzausgleich auf diese Art einfach, schnell und zuverlässig erledigt werden können.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Dampfturbogruppe mit einer Dampfturbine (1) mit einem axial zur Achse (8) der Dampfturbine (1) ausgerichteten Dampfaustritt, mit einem diesem nachgeschalteten Kondensator (7), mit einer Turbinenwelle (2), welche generatorseitig und kondensa-torseitig durch je ein Wellenlager (4, 5) gehalten wird, mit mindestens einer Stütze (18), welche das kondensatorseitige Wellenlager (5) starr mit einer Tragkonstruktion für die Dampfturbine (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet,

- dass das kondensatorseitige Wellenlager (5) durch zwei Stützen (18) mit der Tragkonstruktion verbunden ist,

- dass die Längsachsen der beiden Stützen (18) senkrecht zur Achse (8) der Dampfturbine (1) angeordnet sind und die Achse (8) in einem gemeinsamen Punkt (20) schneiden, und

- dass die Stützen (18) beidseitig einer von der Achse (8) der Dampfturbine (1) senkrecht nach unten führenden gedachten Linie (21) so angeordnet sind, dass ihre Längsachsen mit dieser Linie (21) jeweils den gleichen Winkel a bilden.

2. Dampfturbogruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Winkel a im Bereich von 50° bis 35° vorgesehen ist.

3. Dampfturbogruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Winkel a den Wert 40° aufweist

4. Dampfturbogruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Stützen (18) durch ein Rohr (12) gegenüber dem Dampfaustritt abgeschottet sind, welches die Stützen (18) nicht berührt.

5. Dampfturbogruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Stützen (18) jeweils innen einen Hohlraum (23) aufweisen, der einerseits mit der Aussen-luft und andererseits mit einem Luftvolumen im Dichtungsbereich des kondensatorseitigen Wellenlagers (5) in Wirkverbindung steht.

6. Dampfturbogruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- dass zwischen jeder der beiden Stützen (18) und der Tragkonstruktion jeweils ein höhen- und winkelverstellbares Ausgleichselement (19) vorgesehen ist.

7. Dampfturbogruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Ausgleichselement (19) einen zylindrischen Körper aufweist, der unter einem Winkel ß schräg zur Achse (36) des zylindrischen Körpers aufgetrennt ist in zwei Ausgleichsteile (37, 38).

8. Dampfturbogruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Winkel ß im Bereich von 1° bis 8° vorgesehen ist.

9. Dampfturbogruppe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

- dass der zylindrische Körper des Ausgleichselements (19) aus Stahl gefertigt ist, und

- dass die beiden Ausgleichsteile (37, 38) mittels Schweisslaschen fixierbar ausgebildet sind.

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10. Dampfturbogruppe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

- dass der zylindrische Körper des Ausgleichselements (19) aus Nichteisenmetall gefertigt ist, und

- dass die beiden Ausgleichsteile (37, 38) mittels Lötlaschen fixierbar ausgebildet sind.

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