DE102014016476A1

DE102014016476A1 - Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE102014016476A1
Application number: DE102014016476.4A
Authority: DE
Inventors: Carsten Bennewa; Hildegard Ebbing; Emil Aschenbruck
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-12
Also published as: JP2016089822A; CN105781627B; CN105781627A; JP6542041B2; US20160130962A1; US9920770B2

Abstract

Strömungsmaschine, insbesondere Turbine, mit einem Gehäuse (10) und mit einer im Gehäuse (10) gelagerten Rotorwelle (29), und mit mindestens einer Dichtungsbuchse (11) zur Abdichtung eines zwischen dem Gehäuse (10) und der Rotorwelle (29) ausgebildeten Spalts, wobei die jeweilige Dichtungsbuchse (11) über jeweils mindestens einen Haltebolzen (16) am Gehäuse (10) wärmeelastisch zentriert und über jeweils mindestens eine Klammer (17) am Gehäuse (10) formschlüssig fixiert ist, nämlich unter Gewährleitung einer radialen Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse (11) relativ zum Gehäuse (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine gemäß dem Oberbergriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2008 013 433 A1 ist eine als Verdichter bzw. Kompressor ausgebildete Strömungsmaschine mit einem statorseitigen Gehäuse und einer im Gehäuse gelagerten, rotorseitigen Welle bekannt, wobei die Welle sogenannte Laufschaufeln der Strömungsmaschine trägt. Daher wird die rotorseitige Welle auch als Laufradwelle bezeichnet. Aus der DE 10 2008 013 433 A1 ist es weiterhin bekannt, dass ein zwischen dem statorseitigen Gehäuse und der rotorseitigen Welle ausgebildeter Spalt über mindestens eine Dichtungsbuchse abgedichtet wird.
Durch unterschiedliche Betriebszustände kommt es zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung an den Bauteilen einer Strömungsmaschine. Ungleichmäßige Temperaturverteilungen führen zu ungleichmäßigen Bauteilverformungen. Insbesondere sind die zur Abdichtung eingesetzten, relativ dünnwandigen Dichtungsbuchsen gegenüber ungleichmäßigen Bauteilverformungen besonders empfindlich. So neigen die Dichtungsbuchsen über den Umfang gesehen zu einem partiellen Einfallen unter Verringerung des Abstands zur rotorseitigen Welle. Es besteht dann die Gefahr, dass es im Betrieb zu einem Kontakt zwischen der rotorseitigen Welle und der statorseitigen Dichtungsbuchse kommt, wodurch die jeweilige Dichtungsbuchse einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt ist. Im ungünstigsten anzunehmenden Fall kommt es zum festsitzen des Rotors, bedingt durch den Rotor-Stator-Kontakt und die dadurch resultierende Verformung der Dichtungsbuchse.
Es besteht daher Bedarf an einer Strömungsmaschine, mit Hilfe derer, trotz ungleichmäßiger Temperaturverteilungen an den Bauteilen der Strömungsmaschine, die Gefahr eines Rotor-Stator-Kontakts reduziert werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die jeweilige Dichtungsbuchse über jeweils mindestens einen Haltebolzen am Gehäuse wärmeelastisch zentriert und über mindestens eine Klammer am Gehäuse formschlüssig fixiert, nämlich unter Gewährleitung einer radialen Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse relativ zum Gehäuse.
Durch die Kombination des oder jedes Haltebolzens mit der oder jeder Klammer kann an die jeweilige Dichtungsbuchse einerseits am Gehäuse wärmeelastisch zentriert und andererseits an demselben formschlüssig fixiert werden, nämlich unter Gewährleitung einer radialen Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse relativ zum Gehäuse. Dadurch kann die Gefahr des sogenannten partiellen Einfallens der jeweiligen Dichtungsbuchse verringert werden, sodass die Gefahr eines Rotor-Stator-Kontakts verringert wird. Die formschlüssige Fixierung der jeweiligen Haltebuchse am Gehäuse über die Klammer lässt dabei eine radiale Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse relativ zum Gehäuse zu, um so insbesondere einer temperaturabhängigen Verformung derselben Rechnung zu tragen und dieselbe kompensieren zu können.
Vorzugsweise ist das Gehäuse in ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseunterteil geteilt, wobei an einem im Teilungsbereich des Gehäuses liegenden Teilfugenbereich die jeweilige Dichtungsbuchse am Gehäuse formschlüssig über zwei sich gegenüberliegende Klammern fixiert. Die Anordnung der Klammern im sogenannten Teilfugenbereich der Strömungsmaschine an zwei sich gegenüberliegenden Positionen ist zur Vermeidung des sogenannten partiellen Einfallens der jeweiligen Dichtungsbuchse und damit zur Reduzierung der Gefahr eines Rotor-Stator-Kontakts besonders vorteilhaft.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung greift die jeweilige Klammer mit einem ersten Vorsprung formschlüssig in eine Ausnehmung des Gehäuses, mit einem zweiten Vorsprung formschlüssig in eine Ausnehmung des jeweiligen Haltebolzen und mit einem dritten Vorsprung in eine Ausnehmung der jeweiligen Dichtungsbuchse ein, wobei die radiale Abmessung der Ausnehmung der jeweiligen Dichtungsbuchse größer ist als die radiale Abmessung des dritten Vorsprungs, um die radiale Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse relativ zum Gehäuse zu gewährleisten. Diese Ausgestaltung der jeweiligen Klammer ist einfach und erlaubt eine effektive formschlüssige Fixierung der jeweiligen Dichtungsbuchse am Gehäuse.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich eine erste Befestigungsschraube durch die jeweilige Klammer und den jeweiligen Haltebolzen in das Gehäuse hinein. Vorzugsweise erstreckt sich eine zweite Befestigungsschraube ausschließlich durch die jeweilige Klammer in das Gehäuse hinein. Die Befestigungsschrauben sind zur Fixierung der Haltebolzen sowie der jeweiligen Klammer am Gehäuse besonders bevorzugt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: einen ersten ausschnittsweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine; und
2: einen zweiten, versetzten ausschnittsweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Turbine bzw. einen sogenannten Expander oder auch ein Verdichter. Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine kann demnach in allen Strömungsmaschinen ausgeführt sein.
Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine umfasst ein Gehäuse sowie eine im Gehäuse gelagerte Welle. Die Welle trägt sogenannte Laufschaufeln, weshalb die Welle einer Strömungsmaschine auch als Laufradwelle bezeichnet wird. Ein zwischen der Welle und dem Gehäuse ausgebildeter Spalt wird über Dichtelemente abgedichtet, wobei als Dichtelemente typischerweise Dichtungsbuchsen verwendet werden. Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun eine besonders vorteilhafte Befestigung einer solchen Dichtungsbuchse an dem Gehäuse der Strömungsmaschine, um die Gefahr eines Rotor-Stator-Kontakts, nämlich die Gefahr eines Einlaufens der Welle in die am Gehäuse befestigte Dichtungsbuchse zu vermeiden.
1 und 2 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus einer Strömungsmaschine im Bereich eines Gehäuses 10 und einer am Gehäuse 10 montierten Dichtungsbuchse 11. Das Gehäuse 10 sowie die Dichtungsbuchse 11 sind dabei entlang einer Trennebene 12 unter Ausbildung eines Gehäuseoberteils 10a, eines Gehäuseunterteils 10b, eines Dichtungsbuchsenoberteils 11a und eines Dichtungsbuchsenunterteils 11b, geteilt. Die 1 und 2 im Ausschnitt gezeigte Dichtungsbuchse 11 ist dabei an dem ebenfalls im Ausschnitt gezeigten Gehäuse 10 montiert, und zwar unter Verwendung mindestens eines Haltebolzens 16 und mindestens einer Klammer 17. Vorzugsweise erfolgt dabei die Montage der Dichtungsbuchse 11 am Gehäuse 10 im Bereich der Trennebene 12 und damit an einem in der Trennebene 12 des Gehäuses 10 bzw. der Dichtungsbuchse 11 liegenden Teilfugenbereich der Dichtungsbuchse 11 an zwei sich vorzugsweise diametral gegenüberliegenden Positionen, wobei an jeder dieser Positionen jeweils ein Haltebolzen 16 und eine Klammer 17 zum Einsatz kommt.
Die Dichtungsbuchse 11 ist über die Haltebolzen 16 am Gehäuse 10 wärmeelastisch zentriert. Ein Grundkörper 18 des jeweiligen Haltebolzens 16 findet dabei in einer entsprechenden Ausnehmung 19 im Gehäuse 10 Aufnahme, wobei ein gegenüber diesem Grundkörper 18 nach radial innen vorstehender Vorsprung 20 in die Dichtungsbuchse 11 hineinragt, um so die Dichtungsbuchse 11 am Gehäuse 10 wärmeelastisch zu zentrieren.
Die jeweilige Klammer 17 dient der formschlüssigen Fixierung der Dichtungsbuchse 11 am Gehäuse 10, nämlich unter Gewährleistung einer radialen Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse 11 relativ zum Gehäuse 10.
Die jeweilige Klammer 17 verfügt dabei über mehrere Vorsprünge, nämlich einen ersten Vorsprung 21, mit welchem die Klammer 17 in eine Ausnehmung 22 des Gehäuses 10 formschlüssig eingreift, eine zweiten Vorsprung 23, mit welchem die jeweilige Klammer 17 in eine Ausnehmung 24 des jeweiligen Haltebolzens 16, die im Grundkörper 18 desselben ausgebildet ist, formschlüssig eingreift, sowie einen dritten Vorsprung 25, der in eine Ausnehmung 26 der Dichtungsbuchse 11 eingreift, wobei die Abmessung dieser Ausnehmung 26 in Radialrichtung R größer ist als die radiale Abmessung des dritten Vorsprungs 25, um die radiale Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse 11 relativ zum Gehäuse 10 zu gewährleisten.
Die Vorsprünge 21, 23 und 25 ragen dabei unter Ausbildung einer E-artig konturierten Klammer 17 an einer Seite eines sich in radialer Richtung erstreckenden Grundkörpers 15 der jeweiligen Klammer 17 gegenüber der jeweiligen Klammer 17 vor, wobei gemäß 1 der Vorsprung 21 der jeweiligen Klammer 17 in die Ausnehmung 22, die im Gehäuseunterteil 10b des Gehäuses 10 ausgebildet ist, hineinragt, und wobei der Vorsprung 25 der jeweiligen Klammer 17 in eine Ausnehmung 26 hineinragt, die im Dichtungsbuchsenunterteil 11b der Dichtungsbuchse 11 ausgebildet ist.
Der Haltebolzen 18 ragt in eine Ausnehmung 19 im Gehäuseunterteil 10b des Gehäuses 10 hinein, wobei der Vorsprung 23 der Klammer 17 in die Ausnehmung 24 des Haltebolzens 18 formschlüssig eingreift. Der sich in radialer Richtung erstreckende Grundkörper 15 der jeweiligen Halteklammer 17 ist in Ausnehmungen 13, 14 von Dichtungsbuchsenoberteil 11a und Gehäuseoberteil 10a aufgenommen.
Die Fixierung der Klammer 17 am Gehäuse 10 erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel über zwei Befestigungsschrauben 27, 28. Eine erste Befestigungsschraube 27 erstreckt sich dabei durch die jeweilige Klammer 17, den jeweiligen Haltebolzen 16 in das Gehäuse 10, nämlich das Gehäuseunterteil 10b, hinein. Eine zweite Befestigungsschraube 28 erstreckt sich lediglich durch die Klammer 17 in das Gehäuseunterteil 10b hinein. Die erste Befestigungsschraube 27 ist in einem Bereich positioniert, in welchem auch der zweite Vorsprung 23 der Klammer 17 ausgebildet ist. Die zweite Befestigungsschraube 28 erstreckt sich in demjenigen Bereich der Klammer 17, in welchem der erste Vorsprung 21 ausgebildet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 10 ist demnach die oder jede Dichtungsbuchse 11, die der Abdichtung eines Spalts zwischen dem Gehäuse 10 und einer Rotorwelle 29 dient, vorzugsweise im sogenannten Teilfugenbereich und demnach im Bereich einer Trennebene 12 zwischen Gehäuseoberteil 10a und Gehäuseunterteil 10b, an vorzugsweise zwei sich an der Rotorwelle 29 diametral gegenüberliegenden mindestens Positionen über jeweils eine Klammer 17 und jeweils einen Haltebolzen 16 montiert, nämlich formschlüssig unter Gewährleistung einer radialen Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse 11 gegenüber dem Gehäuse 10. Hierdurch kann verhindert werden, dass zum Beispiel infolge transienter Betriebszustände oder ungleichmäßiger Temperaturverteilungen über die Bauteile der Strömungsmaschine die jeweilige Dichtungsbuchse 11 über ihren Umfang zu ungleichmäßigen Verformungen neigt. Ein Motor-Stator-Kontakt kann so auf einfache Art und Weise vermieden werden. Insbesondere wird ein durch ein sogenanntes partielles Einfallen der jeweiligen Dichtungsbuchse 11 verursachtes partielles Einlaufen der rotorseitigen Welle in die statorseitige Dichtungsbuchse 11 verhindert.
Dann, wenn an zwei sich diametral gegenüberliegenden Positionen im Teilfugenbereich jeweils eine Klammer 17 und ein Haltebolzen 16 zum Einsatz kommen, sind dieselben an den sich diametral gegenüberliegenden Positionen identisch ausgeführt.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
10a: Gehäuseoberteil
10b: Gehäuseunterteil
11: Dichtungsbuchse
11a: Dichtungsbuchsenoberteil
11b: Dichtungsbuchsenunterteil
12: Teilungsbereich
13: Ausnehmung
14: Ausnehmung
15: Grundkörper
16: Haltebolzen
17: Klammer
18: Grundkörper
19: Ausnehmung
20: Vorsprung
21: Vorsprung
22: Ausnehmung
23: Vorsprung
24: Ausnehmung
25: Vorsprung
26: Ausnehmung
27: Befestigungsschraube
28: Befestigungsschraube
29: Rotorwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008013433 A1 [0002, 0002]

Claims

Strömungsmaschine, insbesondere Turbine, mit einem Gehäuse (10) und mit einer im Gehäuse (10) gelagerten Rotorwelle (29), und mit mindestens einer Dichtungsbuchse (11) zur Abdichtung eines zwischen dem Gehäuse (10) und der Rotorwelle (29) ausgebildeten Spalts, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtungsbuchse (11) über jeweils mindestens einen Haltebolzen (16) am Gehäuse (10) wärmeelastisch zentriert und über jeweils mindestens eine Klammer (17) am Gehäuse (10) formschlüssig fixiert ist, nämlich unter Gewährleitung einer radialen Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse (11) relativ zum Gehäuse (10).
Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Klammer (17) mit einem ersten Vorsprung (21) formschlüssig in eine Ausnehmung (22) des Gehäuses (10), mit einem zweiten Vorsprung (23) formschlüssig in eine Ausnehmung (22) des jeweiligen Haltebolzens (16) und mit einem dritten Vorsprung (25) in eine Ausnehmung (26) der jeweiligen Dichtungsbuchse (11) eingreift, wobei die radiale Abmessung der Ausnehmung (16) der jeweiligen Dichtungsbuchse (11) größer ist als die radiale Abmessung des dritten Vorsprung (25), um die radiale Verschiebbarkeit der jeweiligen Dichtungsbuchse (11) relativ zum Gehäuse (10) zu gewährleisten.
Strömungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (21, 23, 25) unter Ausbildung einer E-artig konturierten Klammer (17) an einer Seite eines sich in radialer Richtung ersteckenden Grundkörpers (15) der jeweiligen Klammer (17) gegenüber der Klammer (17) vorstehen.
Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) in ein Gehäuseoberteil (10a) und ein Gehäuseunterteil (10b) geteilt ist, und dass an einem im Teilungsbereich (12) des Gehäuses (10) liegenden Teilfugenbereich die jeweilige Dichtungsbuchse (11) am Gehäuse (10) formschlüssig über zwei sich gegenüberliegende Klammern (17) fixiert.
Strömungsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Klammern (11) im Teilfugenbereich diametral gegenüberliegen.
Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine erste Befestigungsschraube (27) durch die jeweilige Klammer (17) und den jeweiligen Haltebolzen (16) in das Gehäuse (10) hinein erstreckt.
Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine zweite Befestigungsschraube (28) ausschließlich durch die jeweilige Klammer (17) in das Gehäuse (10) hinein erstreckt.