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Die
Erfindung betrifft eine Rotordrehvorrichtung für eine Dampfturbine sowie eine
Dampfturbine mit einem Rotor und der Rotordrehvorrichtung, mit der
der Rotor antreibbar ist.
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Eine
Dampfturbine, wie sie beispielsweise in einer großindustriellen
Chemieanlage oder in einem Kraftwerk Anwendung findet, wird mit
Frischdampf gespeist, der eine Temperatur von beispielsweise 500°C hat. Der
Rotor der Dampfturbine steht mit dem Frischdampf beim Betrieb der
Dampfturbine in Kontakt, so dass der Rotor beim Anfahren der Dampfturbine
entsprechend stark aufgeheizt wird. Beim Abfahren der Dampfturbine
ist die Zufuhr von dem Frischdampf zu der Dampfturbine unterbunden,
so dass, nachdem der Rotor ausgelaufen ist, der Rotor langsam auf
ein Umgebungstemperaturniveau abkühlt. Der Rotor hat eine so
große
Masse, so dass, sobald der Rotor beim Abfahren ausgelaufen ist,
der Rotor aufgrund seiner hohen Temperatur sich durchbiegt. Dieses
Durchbiegen hat beim Wiederanfahren eine derart starke Unwucht zur
Folge, dass die Dampfturbine abgeschaltet werden muss. Erst nach dem
so lange gewartet wurde bis der Rotor sich auf etwa die Umgebungstemperatur
abgekühlt
hat, ist der Rotor wieder gerade gebogen und die Dampfturbine könnte erst
dann risikolos angefahren werden. Die Dauer des Zuwartens bis zur
Abkühlung
des Rotors kann jedoch mehrere Stunden bis mehrere Tage dauern,
so dass ein Abfahren der Dampfturbine gefolgt von einem unmittelbar
daran anschließenden Anfahren
der Dampfturbine nicht möglich
ist. Dies ist nachteilig für
eine Dampfturbine beispielsweise in einer Chemieanlage oder in einem
Kraftwerk, da hier lange Stillstandzeiten der Dampfturbine unerwünscht sind.
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Abhilfe
schafft eine Rotordrehvorrichtung, mit der beim Abfahren der Dampfturbine
unmittelbar nach dem Stillstand des Rotors dieser langsam weiter
gedreht wird, so dass das Durchbiegen des Rotors unterbunden ist.
Eine herkömmliche
Rotor drehvorrichtung ist in 4 gezeigt,
mit der eine Rotorwelle 1 antreibbar ist. Die Rotorwelle 1 weist
an einem ihrer Längsenden
ein Antriebsritzel 3 auf, das mit einer Außenverzahnung 4 versehen
ist. Die Rotordrehvorrichtung weist ein Schwenkritzel 24 auf, das
mit der Außenverzahnung 4 des
Antriebsritzels 3 kuppelbar ist. Ferner weist die Rotordrehvorrichtung ein
Getriebe 25 und einen Elektromotor 26 auf, mit dem
das Schwenkritzel 24 antreibbar ist. Ferner weist die Rotordrehvorrichtung
einen Schwenkarm 15 auf, der an dem Lagergehäuse 2 mit
einem Schwenkarmlager 16 verschwenkbar gelagert ist. Ein Hebel 17 ist
an dem Schwenkarm 15 angebracht, an dem ein Hubkolben 19 mit
einer Schubstange 20 an einem Gelenk 21 angreift.
Unter Betätigung
des Hubkolbens 19 ist auf den Schwenkarm 15 eine
Verschiebekraft aufbringbar, wodurch das Schwenkritzel 24 zu
dem Antriebsritzel 3 hin bewegbar und schließlich mit
der Außenverzahnung 4 des
Antriebsritzels 3 in Eingriff bringbar ist. Wird der Elektromotor 26 mit
Energie versorgt, so treibt dieser das Getriebe 25 an, das
wiederum das Schwenkritzel 4 drehantreibt. Dadurch wird
das Antriebsritzel 3 angetrieben, wodurch die Rotorwelle 1 um
ihre Drehachse 23 gedreht wird. Somit kann mit Hilfe der
Rotordrehvorrichtung im Stillstand die Rotorwelle 1 gedreht
werden, so dass ein Durchbiegen der Rotorwelle 1 aufgrund
von Temperaturunterschieden in der Welle unterbunden ist. Nachteilig
ist allerdings, dass die Rotordrehvorrichtung aufwändig und
platzverbrauchend in der Konstruktion ist. Außerdem weist die Rotordrehvorrichtung
viele Einzelteile auf, so dass die Rotordrehvorrichtung kosten-
und wartungsintensiv ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Rotordrehvorrichtung für eine Dampfturbine und eine
Dampfturbine mit einem Rotor, der von der Rotordrehvorrichtung antreibbar
ist, zu schaffen, wobei die Rotordrehvorrichtung einfach, platzsparend
und kostengünstig
in der Konstruktion ist.
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Die
erfindungsgemäße Rotordrehvorrichtung für eine Dampfturbine,
deren Rotor ein Antriebsritzel aufweist, an dem der Ro tor mit der
Rotordrehvorrichtung antreibbar ist, weist einen hydraulisch antreibbaren
Außenzahnradmotor,
der wenigstens zwei im Außeneingriff
miteinander kämmende
Zahnräder
und ein die Zahnräder
einhausendes Gehäuse
aufweist, und eine Kupplungseinrichtung auf, mit der die Rotordrehvorrichtung,
wenn sie an der Dampfturbine montiert ist, mit dem Antriebsritzel
kuppelbar ist, wobei das Gehäuse
eine Aussparung aufweist, mit der eines der Zahnräder derart
freigelegt ist, dass das freigelegte Zahnrad bei der mit dem Antriebsritzel
gekuppelten Rotordrehvorrichtung mit diesem in Eingriff steht, wodurch
das Antriebsritzel von dem freigelegten Zahnrad antreibar ist.
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Die
erfindungsgemäße Dampfturbine
weist einen Rotor und die Rotordrehvorrichtung auf, wobei der Rotor
ein Antriebsritzel mit einer Außenverzahnung
aufweist, in die das freigelegte Zahnrad mit seiner Verzahnung eingreifbar
ist.
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Die
erfindungsgemäße Rotordrehvorrichtung weist
eine Bauweise auf, die kompakter ist als eine herkömmliche
Rotordrehvorrichtung. Ferner hat die erfindungsgemäße Rotordrehvorrichtung
weniger bewegliche Bauteile als eine herkömmliche Rotordrehvorrichtung,
so dass die erfindungsgemäße Rotordrehvorrichtung
sicher und einfach im Betrieb sowie kostengünstig in der Anschaffung und
wartungsarm ist. Ferner ist vorteilhaft die Rotordrehvorrichtung
mit dem Antriebsritzel bereits dann kuppelbar, wenn der Rotor beispielsweise
beim Abfahren der Dampfturbine noch nicht ganz zum Stillstand gekommen
ist. Außerdem
kann mit der erfindungsgemäßen Rotordrehvorrichtung
auf den Rotor ein vorteilhaft großes Drehmoment übertragen
werden und der Rotor bei einer vorteilhaft hohen Drehzahl gedreht
werden, die mit einer herkömmlichen
Rotordrehvorrichtung nicht erreichbar wäre. Konstruktionsbedingt braucht
bei der erfindunsgemäßen Rotordrehvorrichtung
das Antriebsritzel nicht zwangsläufig
an einem freien Ende des Rotors vorgesehen zu werden, wodurch beispielsweise
vorteilhaft an den beiden Wellenenden des Rotors jeweils eine Kupplung
zum Antreiben einer Maschine vorgesehen werden kann.
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Das
Gehäuse
weist bevorzugt einen Hydraulikfluiddurchströmkanal auf, durch den zum hydraulischen
Antreiben der Zahnräder
Hydraulikfluid strömbar
ist. Der Außenzahnradmotor
ist ferner bevorzugt eingerichtet, dass, wenn das Hydraulikfluid
durch den Hydraulikfluiddurchströmkanal
in die eine Richtung strömt,
das freigelegte Zahnrad sich in die eine Richtung dreht und, wenn
das Hydraulikfluid durch den Hydraulikfluiddurchströmkanal in
die andere Richtung strömt,
das freigelegte Zahnrad sich in die andere Richtung dreht. Dadurch
ist einfach eine Drehrichtungsumkehr der Rotordrehvorrichtung bewerkstelligbar,
nämlich
indem lediglich die Durchströmrichtung
des Hydraulikfluids gewechselt wird.
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Zum
Einkuppeln des freigelegten Zahnrads an das Antriebsritzel ist bevorzugt
das freigelegte Zahnrad, wenn die Rotordrehvorrichtung an der Dampfturbine
montiert ist, mit der Kupplungeseinrichtung radial zu dem Antriebsritzel
hin bewegbar. Wenn dadurch das freigelegte Zahnrad mit dem Antriebsritzel
gekuppelt ist, stehen beide mit ihren Außenverzahnungen in Eingriff,
wobei das freigelegte Zahnrad in der Ebene des Antriebsritzels liegt.
Beim Auskuppeln des freigelegten Zahnrads von dem Antriebsritzel
ist das freigelegte Zahnrad von dem Antriebsritzel so weit weg zu
bewegen, dass das freigelegte Zahnrad mit dem Antriebsritzel nicht
mehr in Eingriff steht. Dadurch, dass das freigelegte Zahnrad beim
Einkuppeln an das Antriebsritzel radial angelegt wird, ist es unschädlich, wenn
entweder das freigelegte Zahnrad oder das Antriebsritzel nicht im
Stillstand sind und/oder ihre Außenverzahnungen nicht exakt
auf Lücke
stehen. Vielmehr kann sich das freigelegte Zahnrad und/oder das
Antriebsritzel beim Einkuppeln drehen, so dass die Außenverzahnungen des
freigelegten Zahnrads und des Antriebsritzels in Eingriff gelangen
können.
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Die
Kupplungseinrichtung weist bevorzugt eine Antriebseinrichtung und
einen Schwenkarm auf, der an einem Schwenkarmlager verschwenkbar
gelagert ist und an dessen einem Längsende der Außenzahnradmotor
befestigt ist, wobei die Antriebseinrichtung an dem Schwenkarm zum
Verschwenken desselben angreift. Die Antriebseinrichtung weist bevorzugt
einen Hubkolben auf, der mit Hydraulikfluid betreibbar ist. Mit
dem Schwenkarm kann einfach geführt
die Radialbewegung des Außenzahnradmotors bewerkstelligt
werden, so dass bei einer entsprechenden Verschwenkbewegung des
Schwenkarms das freigelegte Zahnrad mit dem Antriebsritzel kuppelbar
bzw. von dem Antriebsritzel entkuppelbar ist.
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Bevorzugt
weist die Dampfturbine einen Hydraulikfluidkreislauf auf, mit dem
der Außenzahnradmotor
und der Hubkolben betreibbar ist. Somit kann vorteilhaft für die Dampfturbine
der Hydraulikfluidkreislauf bereitgestellt werden, mit dem sowohl
der Außenzahnradmotor
als auch der Hydraulikkolben betrieben werden können. Somit braucht für das freigelegte
Zahnrad etwa ein separater Antrieb zum Antreiben des freigelegten
Zahnrads nicht bereitgestellt zu werden, wodurch die erfindungsgemäße Rotordrehvorrichtung
vorteilhaft nur wenige Bauteile aufweist.
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In
die Aussparung greift bevorzugt, wenn das freigelegte Zahnrad mit
den Antriebsritzel in Eingriff steht, das Antriebsritzel ein. Ferner
ist es bevorzugt, dass an dem Lagergehäuse die Rotordrehvorrichtung
abgestützt
ist und ein Anschlag vorgesehen ist, mit dem, wenn die Rotordrehvorrichtung
an den Anschlag anstößt, die
Stellung der Rotordrehvorrichtung im Einkuppelzustand vorgegeben
ist. Dadurch ist mit Hilfe des Anschlags unterbunden, dass sowohl das
freigelegte Zahnrad zu stark auf das Antriebsritzel gedrückt und/oder
das Gehäuse
an der Aussparung an dem Antriebsritzel anstreift. Somit ist ein
Verschleiß des
Außenzahnradmotors
beim Eingreifen in das Antriebsritzel vorteilhaft unterbunden.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotordrehvorrichtung
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
Querschnitt einer Rotorwelle und der Ausführungsform der Rotordrehvorrichtung im
Auskuppelzustand,
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2 den
Querschnitt aus 1, wobei die Rotordrehvorrichtung
im Einkuppelzustand ist, und
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3 den
Schnitt A-A aus 2 und eine schematische Querschnittsdarstellung
der Rotordrehvorrichtung im Einkuppelzustand.
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Wie
es aus 1 bis 3 ersichtlich ist, weist eine
Dampfturbine eine Rotorwelle 1 und ein Lagergehäuse 2 auf.
An einem Wellenende der Rotorwelle 1 ist ein Antriebsritzel 3 angebracht,
das mit einer Außenverzahnung 4 versehen
ist. An dem Lagergehäuse 2 fest
montiert ist eine Rotordrehvorrichtung 5.
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Die
Rotordrehvorrichtung 5 weist einen Außenzahnradmotor 6 auf, der jeweils ein
stirnseitig verzahntes Antriebszahnrad 7 und ein Gegenzahnrad 8 aufweist.
Die Zahnräder 7 und 8 sind
nebeneinanderliegend miteinander kämmend in einem Gehäuse 9 angeordnet.
In dem Gehäuse 9 sind
Lager 10 zum Drehlagern der Zahnräder 7 und 8 vorgesehen.
In dem Bereich des Gehäuses 9,
in dem die Zahnräder 7 und 8 miteinander
kämmen,
ist ein Hydrauliköleintrittskanal 11 und
ein Hydraulikölaustrittskanal 12 ausgebildet,
wobei der Hydraulikölaustrittskanal 12 den
Hydraulikölaustrittskanal 11 fortführend und
mit diesem fluchtend ausgebildet ist. Ferner ist sowohl der Hydrauliköleinstrittskanal 11 als
auch der Hydraulikölaustrittskanal 12 parallel
zu der Tangentialrichtung der Zahnräder 7 und 8 im
Bereich von deren Ineinandergreifen ausgebildet.
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Beim
Betrieb des Außenzahnradmotors 6 tritt
Hydrauliköl
in den Hydrauliköleintrittskanal 11 ein,
strömt
an dem Antriebszahnrad 7 und dem Gegenzahnrad 8 vorbei
und tritt am Hydraulikölaustrittskanal 12 wieder
aus. Aufgrund der Viskosität
und des Drucks des Hydrauliköls
werden sowohl das Antriebszahnrad 7 als auch das Gegenzahnrad 8 beim Durchströmen des
Bereichs, an dem beide Zahnräder 7 und 8 in
Eingriff stehen, jeweils mit einem Drehmoment beaufschlagt, so dass
sich in 1 bis 3 das Antriebszahnrad 7 im
Uhrzeigersinn und das Gegenzahnrad 8 gegen den Uhrzeigersinn
dreht.
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Das
Gehäuse 9 weist
eine Aussparung 13 auf, die das Antriebszahnrad 7 an
einem Abschnitt seiner Außenverzahnung
in einem Bereich freilegt, der dem Gegenzahnrad 8 abgewandt
angeordnet ist. Die Aussparung 13 ist so dimensioniert,
dass die Verzahnung 14 des Antriebszahnrads 7 mit
der Außenverzahnung 4 des
Antriebsritzels 3 in Eingriff stehen kann, wenn das Antriebsritzel 3 in
die Aussparung 13 eingreift.
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Die
Rotordrehvorrichtung 5 weist einen Schwenkarm 15 mit
einem Schwenkarmlager 16 auf, das an dem Lagergehäuse 2 festgelegt
den Schwenkarm 15 verschwenkbar lagert. In 1 und 2 gesehen
rechts von dem Schwenkarmlager 16 angeordnet ist der Außenzahnradmotor 6 mit
seinem Gehäuse 9 befestigt.
In 1 und 2 gesehen links von dem Schwenkarmlager 16 ist
der Schwenkarm 15 mit einem Hebel 17 verlängert, der
an seinem freistehenden Längsende
einen Griff 18 aufweist. Ferner weist die Rotordrehvorrichtung 5 einen
Hubkolben 19 auf, der an dem Lagergehäuse 2 montiert ist.
An dem Hubkolben 19 angekuppelt ist eine Schubstange 20 vorgesehen,
die an einem Gelenk 21 an dem Hebel 17 angreift.
Wird der Hubkolben 19 betätigt, so kann auf den Hebel 17 via
die Schubstange 20 und das Gelenk 21 eine Schubkraft übertragen
werden, die in 1 und 2 in die
Vertikalrichtung zeigt. Hervorgerufen durch die Schubkraft wird
der Schwenkarm 15 um das Schwenkarmlager 16 verschwenkt,
so dass, wenn die Schubkraft nach unten zeigt, der Außenzahnradmotor 6 von
dem Antriebsritzel 3 wegbewegt und, wenn die Schubkraft
nach oben zeigt, der Außenzahnradmotor 6 zu
dem Antriebsritzel 3 hin bewegt wird. Alternativ zu dem
Hubkolben 19 kann die Schubkraft manuell an dem Griff 18 an
dem Hebel 17 aufgebracht werden.
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Wird
der Außenzahnradmotor 6 in
Richtung zu dem Antriebsritzel 3 hin bewegt, so ist diese
Bewegung begrenzt durch einen Anschlag 22 an dem Gehäuse 2,
an den dann der Schwenkarm 15 stößt. Der Anschlag 22 ist
derart angeordnet, dass, wenn der Schwenkarm 15 an den
Anschlag 22 stößt, das Antriebsritzel 3 mit
seiner Außenverzahnung 4 in
die Aussparung 13 eingreift und mit der Verzahnung 14 des
Antriebszahnrads 7 kämmt.
Wird Hydrauliköl durch
den Hydrauliköleinstrittskanal 11 und
den Hydraulikölaustrittskanal 12 gedrückt, so
wird das Antriebszahnrad 7 angetrieben und setzt via das
Antriebsritzel 3 die Rotorwelle 1 um ihre Drehachse 23 gegen
den Uhrzeigersinn in 1 bis 3 in eine Drehbewegung.
Das Hydrauliköl
wird von einem Schmierölkreislauf
der Dampfturbine abgezweigt und, nachdem das Hydrauliköl den Außenzahnradmotor
passiert hat, dem Schmierölkreislauf
wieder zugeführt,
so dass das Hydrauliköl
in dem Schmierölkreislauf
zirkulierendes Lageröl
ist.
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Zum
Entkoppeln des Außenzahnradmotors 6 von
dem Antriebsritzel 3 ist auf den Hebel 17 die Schubkraft
nach unten aufzubringen, so dass der Außenzahnradmotor 6 von
dem Antriebsritzel 3 abgehoben wird, wodurch die Außenverzahnung 4 des Antriebsritzels 3 mit
der Verzahnung 14 des Antriebszahnrads 7 außer Eingriff
gerät.
Ferner steht dann das Antriebsritzel 3 mit der Aussparung 13 nicht
mehr in Eingriff, so dass die Rotorwelle 1 entweder im
Stillstand sein kann oder sich gegebenenfalls durch den Betrieb
der Dampfturbine drehen kann.