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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine, ein Verfahren zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine und eine Dampfturbine, welche die Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse der Dampfturbine umfasst.
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Eine Dampfturbine umfasst eine schnell rotierbare Welle (auch Rotor genannt), welche mit vielen Turbinenschaufeln bestückt ist, die von Wasserdampf angeströmt werden, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Heißer Dampf wird in ein Inneres eines Turbinengehäuses eingeführt und treibt die Turbinenschaufeln an. Um ein möglichst verlustfreies Rotieren des Rotors zu erlauben, ist dieser in Rotorlagern gelagert. Zum Beispiel können Wälzlager oder auch Magnetlager zum Einsatz kommen. Die Lager umfassen dazu ein Lagergehäuse, in dem z.B. hydrostatische Lager oder Wälzlager zusammen mit Schmierstoff angeordnet sind. In Betrieb sind sowohl das Turbinengehäuse als auch das Lagergehäuse stationär, während der Rotor rotiert. Daher muss eine feste Verbindung zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse bestehen. Aufgrund des innerhalb des Turbinengehäuses befindlichen heißen Dampfes dehnt sich jedoch das Turbinengehäuse während eines Betriebes aus. Diese Wärmeausdehnung berührt auch die Verbindung zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse.
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In einer herkömmlichen Dampfturbine wurden zur Verbindung zwischen Teilen des Turbinengehäuses und Teilen des Lagergehäuses Passplatten mit einem gewissen Spiel verwendet, um eine thermische Ausdehnung zu einem gewissen Grade zu erlauben. Durch thermische Dehnungen des Außengehäuses der Dampfturbine wird in herkömmlichen Dampfturbinen das eingebaute Spiel in der Lagermittenführung ausgefüllt und eine weitere horizontale Ausdehnung des Außengehäuse-Unterteils einer Dampfturbine ist dann nicht mehr möglich. In einer herkömmlichen Dampfturbine beginnt durch eine weitere Ausdehnung des Gehäuseunterteils der Dampfturbine das Lagergehäuse zu kippen und es können Schäden am Rotor und z.B. an den Dichtschalen als auch am Lager selbst entstehen. Das Spiel der Passplatten, welche für die Mittenführung vorgesehen sind, kann herkömmlicherweise nicht vergrößert werden, da sonst der Effekt der mittigen Einstellung des Turbinengehäuses relativ zum Lagergehäuse nicht mehr erreicht werden kann.
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Herkömmlicherweise kann die Mittenführung des Turbinengehäuses als Sporn im Unterteil des Turbinengehäuses ausgeführt sein. Der Sporn kann z.B. in eine Gabel des Lagergehäuses eingeschoben werden. Daraufhin werden herkömmlicher Weise das Außengehäuse der Dampfturbine und das Lagergehäuse in der Turbinenachse aufeinander ausgerichtet. Nachfolgend werden herkömmlicherweise zwischen den Mittenführungen Passbleche bzw. Passplatten auf die erforderlichen Dimensionen bzw. Abstände inklusive einem geringen Spiel bearbeitet, in die Mittenführungen eingeschoben bzw. eingesteckt, woraufhin ein Führungsbolzen in horizontaler Richtung zur Fixierung eingeführt und fixiert wird.
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Es hat sich als schwierig erwiesen, Passplatten bzw. Passbleche mit solchen Dimensionen bzw. Ausdehnungen herzustellen, die einen zuverlässigen Betrieb der Dampfturbine ermöglichen, insbesondere hinsichtlich einer Verbindung zwischen einem Turbinen-Außengehäuse und einem Lagergehäuse. Insbesondere kann es bei starken Ausdehnungen aufgrund von Wärme, d.h. aufgrund von starken temperaturabhängigen Ausdehnungen des Turbinen-Außengehäuses zu einer unzureichenden Lagerung des Rotors bzw. sogar zu Schäden an Lagerschalen kommen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine zu schaffen, wobei zumindest einige der oben genannten Probleme vermindert oder gar beseitigt sind. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine vorzuschlagen, welche einen zuverlässigen Betrieb der Dampfturbine gewährleistet und insbesondere eine zuverlässige Lagerung während des Betriebs gewährleistet, wobei Schäden an Lagerteilen oder an anderen Komponenten der Dampfturbine vermindert bzw. vermieden werden können. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfturbine und ein Verfahren zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine bereitzustellen, wobei die oben genannten Wirkungen erreicht sind und die oben genannten Nachteile zumindest teilweise abgeschwächt sind.
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Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Montage eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine zu vereinfachen, indem z.B. Bearbeitungen der Passplatten entfallen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst, welche auf eine Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine, auf ein Verfahren zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine und auf eine Dampfturbine gerichtet sind. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine bereitgestellt, wobei die Anordnung aufweist: eine erste Spannbuchse mit einem Außengewinde, das in ein erstes Innengewinde eines ersten Teils (z.B. Gabelarm) des Lagergehäuses einschraubbar ist; eine erste Tellerfedersäule, die zwischen einer Stirnkontaktfläche der ersten Spannbuchse und einem Teil des Turbinengehäuses angeordnet ist; eine zweite Spannbuchse mit einem Außengewinde, das in ein zweites Innengewinde eines zweiten Teils (z.B. Gabelarm) des Lagergehäuses einschraubbar ist; eine zweite Tellerfedersäule, die zwischen einer Stirnkontaktfläche der zweiten Spannbuchse und dem Teil des Turbinengehäuses angeordnet ist, wobei durch Einschrauben der ersten Spannbuchse und der zweiten Spannbuchse das Lagergehäuse fest mit dem Turbinengehäuse verspannbar ist.
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Das Lager ist zum Lagern eines Turbinenrotors vorgesehen und kann dabei mehrere Lagerabschnitte aufweisen, z.B. ein Lagerabschnitt an jedem Ende des Rotors. Es kann sich z.B. um ein Wälzlager oder um ein Magnetlager handeln. Die Lagerabschnitte können sämtlich außerhalb eines Innenraums des Außengehäuses der Dampfturbine angeordnet sein, um somit nicht in Kontakt mit heißem Dampf zu kommen. In einem Innenraum des Lagergehäuses können Wälzkörper und auch ein Schmierstoff vorhanden sein. Während eines Betriebes ist sowohl das Lagergehäuse als auch das Turbinengehäuse stationär, während der Rotor mit den Turbinenschaufeln rotiert und in dem Lager gelagert ist. Statt einer Dampfturbine kann die Anordnung für verschiedene andere Turbinen verwendet werden, welche erfordern, dass ein Lagergehäuse an einem stationären Teil gesichert und daran befestigt ist. Sämtliche Teile der Anordnung können aus Metall, z.B. Eisen bzw. Stahl gefertigt sein. Der erste Teil des Lagergehäuses und/oder der zweite Teil des Lagergehäuses und/oder der Teil des Turbinengehäuses kann Teil der Anordnung sein, d.h. von der Anordnung umfasst sein.
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Der Teil des Turbinengehäuses kann bisweilen auch als Sporn bezeichnet werden. Der erste Teil und der zweite Teil des Lagergehäuses kann jeweils als ein Gabelarm bezeichnet werden. Der Sporn des Turbinengehäuses kann in einer axialen Richtung von dem Turbinengehäuse hervorstehen. Der erste Teil und der zweite Teil des Lagergehäuses können ebenfalls in einer axialen Richtung hervorstehen und zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Lagergehäuses kann der Sporn bzw. Teil des Turbinengehäuses angeordnet bzw. eingeschoben werden.
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Die Anordnung ermöglicht eine Verbindung des Lagergehäuses mit dem Turbinengehäuse über eine Befestigung des Teils des Turbinengehäuses zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Lagergehäuses. Dabei kann der Teil des Turbinengehäuses fest mit dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Lagergehäuses verspannt werden, während jedoch Ausdehnungen des Turbinengehäuses und damit auch des Sporns des Turbinengehäuses bis zu einem gewissen Grad ermöglicht sind, ohne eine Mittenstellung des Sporns zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Lagergehäuses zu stören.
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Im zusammengebauten Zustand ist der Teil (der Sporn) des Turbinengehäuses zwischen den beiden Tellerfedersäulen eingespannt, indem die jeweiligen Spannbuchsen die Tellerfedersäulen durch entsprechendes Einschrauben in die Innengewinde der Teile des Lagergehäuses in eine geeignete Vorspannung bringen. Weitere Elemente können z.B. zwischen den Tellerfedersäulen und dem Sporn des Turbinengehäuses oder zwischen den Tellerfedersäulen und den Spannbuchsen angeordnet sein, brauchen es aber nicht.
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Die Verwendung von Tellerfedersäulen ermöglicht, eine definierte Kraft von beiden Seiten des Sporns des Turbinengehäuses aufzubauen. Ferner ermöglicht die Verwendung der Tellerfedersäulen eine gewisse Elastizität, d.h. zum gewissen Grade eine Verschiebbarkeit des Sporns des Turbinengehäuses zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Lagergehäuses. Damit kann eine Wärmeausdehnung des Turbinengehäuses ermöglicht werden, während eine feste, mittige Verbindung zwischen den Teilen des Lagergehäuses gewährleistet ist. Damit kann eine zuverlässige Lagerung des Rotors selbst bei Ausdehnungen des Turbinengehäuses aufgrund von Temperaturänderungen bzw. Wärmeentwicklung sichergestellt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Lagergehäuse nur einen einzigen Teil, welcher zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil des Turbinengehäuses angeordnet ist und mit diesem über Spannbuchsen und Tellerfedersäulen mittig gesichert ist. Somit kann in dieser alternativen Ausführungsform das Lagergehäuse die Merkmale aufweisen, die in der oben beschriebenen Ausführungsform für das Turbinengehäuse ausgeführt wurden. Kurz gesagt, können die Merkmale, die dem Turbinengehäuse oben zugeschrieben wurden, stattdessen dem Lagergehäuse zugeschrieben werden und umgekehrt. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform kann somit das Lagergehäuse nur einen (einzigen) Teil, z.B. Sporn umfassen, welcher zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil des Turbinengehäuses angeordnet ist und mittels der Spannbuchsen und Tellerfedersäulen verspannt ist.
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Durch geeignete Dimensionierung und Konfiguration der ersten Tellerfedersäule und der zweiten Tellerfedersäule (welche insbesondere gleich konfiguriert bzw. gleich aufgebaut sein können) kann eine gewünschte Kraft zum Verspannen des Teils des Turbinengehäuses mit den zwei Teilen des Lagergehäuses ausgeübt werden. Die erste Tellerfedersäule und die zweite Tellerfedersäule können insbesondere gleich dimensioniert werden, um eine Mittenstellung des Teils des Turbinengehäuses zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Lagergehäuses zu gewährleisten.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Tellerfedersäulen ausgebildet, thermische Ausdehnungen des Turbinengehäuses zu ermöglichen, ohne eine mittige Ausrichtung des Teils des Turbinengehäuses relativ zu den Teilen des Lagergehäuses zu beeinträchtigen. Damit kann ein zuverlässiger Betrieb des Lagers gewährleistet werden, wobei insbesondere ein Verkippen des Lagers vermieden sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Spannbuchsen an einer der jeweiligen Stirnkontaktfläche abgewandten Stirnnutfläche jeweils eine oder mehrere Nuten auf, um die Spannbuchsen in die Innengewinde des Lagergehäuses mit einem in die Nut oder Nuten eingreifenden Werkzeug einschrauben zu können. Die Stirnkontaktflächen können dabei direkt oder indirekt mit entsprechenden Enden der Tellerfedersäulen in Kontakt stehen. Alternativ können zwischen den Stirnkontaktflächen und jeweiligen Enden der Tellerfedersäulen ein oder mehrere Elemente (beispielsweise Scheiben) angeordnet sein.
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Die Stirnkontaktflächen können insbesondere eine größere Fläche aufweisen als die Stirnnutflächen, wobei die Stirnkontaktflächen ferner insbesondere eine zumindest so große radiale Ausdehnung aufweisen wie die Tellerfedersäulen. Damit kann ein guter mechanischer Kontakt zwischen den Stirnkontaktflächen und den Tellerfedersäulen gewährleistet sein. In anderen Ausführungsformen können die Stirnnutflächen im Wesentlichen eine gleiche Fläche aufweisen wie die Stirnkontaktflächen. In diesem Fall kann z.B. eine Herstellung der Spannbuchsen vereinfacht sein, indem Hülsen mit einem Außengewinde aber einer konstanten radialen Ausdehnung verwendet werden können. Andere Geometrien sind möglich.
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Die Anordnung kann ferner eine erste Scheibe, die zwischen der ersten Tellerfedersäule und dem Teil des Turbinengehäuses angeordnet ist, und eine zweite Scheibe aufweisen, die zwischen der zweiten Tellerfedersäule und dem Teil des Turbinengehäuses angeordnet ist. Die Scheiben können verhindern, dass die Tellerfedersäulen in einem Innenbereich ein in dem Teil des Turbinengehäuses vorgesehenes Durchgangsloch (zum Einführen eines Führungsbolzens) beschädigen. Die Scheibe kann dazu beispielsweise eine planparallele Scheibe sein, welche mit einer Seite flächig bzw. ganzflächig an einer planen Oberfläche des Teils des Turbinengehäuses anliegt und somit körperlich in Kontakt ist. Eine Verkippung der Scheibe relativ zu der Oberfläche des Teils des Turbinengehäuses kann somit verhindert werden. Die Tellerfedersäulen hingegen können in einem jeweiligen Außenbereich einen konischen Ring aufweisen, welcher somit nicht flächig an der Außenoberfläche des Teils des Turbinengehäuses anliegen muss. Somit kann ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet werden. Insbesondere kann eine thermische Ausdehnung des Turbinengehäuses unterstützt sein.
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Die erste Scheibe und die zweite Scheibe können jeweils einen Innendurchmesser haben, der im Wesentlichen einem Innendurchmesser der ersten Tellerfedersäule und/oder der zweiten Tellerfedersäule gleicht. Damit kann eine gute mechanische Verbindung bzw. Verspannung erreicht werden. Der Teil des Turbinengehäuses kann jedoch ein Durchgangsloch aufweisen, welches einen größeren Innendurchmesser hat als der Innendurchmesser der Scheiben. Durch das Durchgangsloch des Teils des Turbinengehäuses kann ein Führungsbolzen eingeschoben werden. Der Innendurchmesser des Durchgangslochs des Teils des Turbinengehäuses kann größer als der Innendurchmesser der Scheiben ausgeführt sein, um z.B. eine thermische Ausdehnung des Teils des Turbinengehäuses zu ermöglichen.
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Die Anordnung kann ferner einen Führungsbolzen aufweisen, der durch die erste Spannbuchse, durch die erste Tellerfedersäule, durch den Teil des Turbinengehäuses (insbesondere durch das Durchgangsloch des Turbinengehäuses), durch die zweite Tellerfedersäule und durch die zweite Spannbuchse hindurchgeführt ist. Damit kann eine feste Verspannung des Teils des Turbinengehäuses mit dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Lagergehäuses erreicht werden. Der Führungsbolzen kann ferner insbesondere durch die erste Scheibe und die zweite Scheibe hindurchgeführt sein, wenn die erste Scheibe und die zweite Scheibe vorgesehen sind. Der Führungsbolzen kann durch weitere Elemente hindurchgeführt sein, welche zwischen den Teilen des Lagergehäuses und dem Teil des Turbinengehäuses angeordnet sind, beispielsweise durch weitere Scheiben oder Platten oder auch Federn. Der Führungsbolzen kann eine sichere Verbindung zwischen dem Teil des Turbinengehäuses und den Teilen des Lagergehäuses gewährleisten.
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Die Anordnung kann ferner eine erste Schraube, eine erste Deckplatte mit Durchgangsloch, eine zweite Schraube und eine zweite Deckplatte mit Durchgangsloch aufweisen. Die Deckplatten sind optional und können in gewissen Ausführungsformen fehlen. Die erste Schraube kann durch das Durchgangsloch der ersten Deckplatte hindurchgeführt sein und in dem Führungsbolzen an einer ersten Seite eingeschraubt sein, wobei die erste Scheibe an einer Stirnfläche des ersten Teils des Lagergehäuses anliegt. Dabei kann die erste Spannbuchse gegenüber einer Außenoberfläche des ersten Teils des Lagergehäuses versenkt sein, so dass ein Zwischenraum zwischen einem Ende der Spannbuchse und der ersten Deckplatte vorhanden ist. Die zweite Schraube kann durch das Durchgangsloch der zweiten Deckplatte hindurchgeführt sein und in dem Führungsbolzen an einer zweiten Seite eingeschraubt sein, wobei die zweite Scheibe an einer Stirnfläche des zweiten Teils des Lagergehäuses anliegt. Die Schrauben und Deckplatten verhindern ein Herausfallen des Führungsbolzens.
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Die Tellerfedersäulen können jeweils ein oder mehrere Paare mit jeweils zwei spiegelbildlich angeordneten Gruppen von konisch geformten Ringen umfassen, wobei eine Anzahl von Paaren abhängig von einer erwarteten Dimension thermischer Ausdehnung ausgewählt sein kann und wobei eine Anzahl von Ringen in jeder Gruppe abhängig von einer erwarteten Kraft während der Ausdehnung ausgewählt sein kann. Jede Gruppe kann insbesondere zwischen zwei und fünf, insbesondere gleichgestaltete, Ringe umfassen. Damit können herkömmlich verfügbare Tellerfedersäulen zum Einsatz kommen. Verschiedene Arten von Tellerfedersäulen können auch kombiniert werden oder es können gleichgeartete Paare von jeweils zwei spiegelbildlich angeordneten Gruppen von konisch geformten Ringen Verwendung finden.
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Es sollte verstanden werden, das Merkmale, welche individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einer Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine erwähnt, beschrieben, bereitgestellt oder eingesetzt sind, ebenso, individuell oder in irgendeiner Kombination, für ein Verfahren zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine oder auch für eine Dampfturbine bereitgestellt, angewendet oder eingesetzt werden können gemäß Ausführungsformen der Erfindung und umgekehrt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist bereitgestellt ein Verfahren zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine, wobei das Verfahren aufweist: Einschrauben einer ersten Spannbuchse mit einem Außengewinde in ein erstes Innengewinde eines ersten Teils des Lagergehäuses; Anordnen einer ersten Tellerfedersäule zwischen einer Stirnkontaktfläche der ersten Spannbuchse und einem Teil des Turbinengehäuses ist; Einschrauben einer zweiten Spannbuchse mit einem Außengewinde in ein zweites Innengewinde eines zweiten Teils des Lagergehäuses; Anordnen einer zweiten Tellerfedersäule zwischen einer Stirnkontaktfläche der zweiten Spannbuchse und dem Teil des Turbinengehäuses; und Verspannen des Lagergehäuses mit dem Turbinengehäuse mittels der ersten Spannbuchse und der zweiten Spannbuchse.
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Damit kann eine sichere Verbindung zwischen dem Turbinengehäuse und dem Lagergehäuse in einfacher Weise und mit herkömmlich verfügbaren Werkzeugen erstellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Dampfturbine bereitgestellt, welche aufweist:
ein Turbinengehäuse mit einem radial/axial hervorstehenden Teil mit einem Durchgangsloch;
ein Lager mit einem Lagergehäuse mit zwei radial/axial hervorstehenden Teilen mit Durchgangslöchern und einem Zwischenraum dazwischen; und eine Anordnung gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei der hervorstehende Teil des Turbinengehäuses in dem Zwischenraum angeordnet ist und der Führungsbolzen durch die Durchgangslöcher des Teils des Turbinengehäuses und die Durchgangslöcher der Teile des Lagergehäuses geführt ist, wobei mittels der Spannbuchsen der Teil des Turbinengehäuses mittig zwischen den zwei Teilen des Lagergehäuses ausgerichtet ist und mittels der Tellerfedersäulen mit dem Turbinengehäuse verspannt ist,
wobei die Dampfturbine insbesondere ferner einen Rotor aufweist, welcher mittels des Lagers rotierbar gelagert ist.
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Alternativ kann eine andere Art von Turbine (z.B. Wasserturbine, Gasturbine oder dergleichen) mit der Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse vorgesehen sein.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigelegten Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Dampfturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine Anordnung zum Überwinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
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2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse einer Dampfturbine, etwa der in 1 illustrierten Dampfturbine, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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3 illustriert eine Detailansicht der in 2 illustrierten Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse.
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4 illustriert eine Detailansicht der in 2 illustrierten Anordnung zum Verbinden eines Lagergehäuses mit einem Turbinengehäuse.
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Die in 1 in einer Schnittdarstellung schematisch illustrierte Dampfturbine 10 umfasst ein Turbinengehäuse 12, welches einen Innenraum 14 umschließt, in dem heißer Dampf nicht dargestellte Turbinenschaufeln antreibt, um einen Rotor 16 in Rotation zu versetzen, welcher um eine Rotorachse 18 rotiert. Die Dampfturbine 10 umfasst ferner ein Lager 20, welches den Rotor 16 drehbar lagert. Das Lager 20 ist dabei vollständig außerhalb des Innenraums 14 der Dampfturbine 10 angeordnet und somit von dem heißen Dampf, welcher in dem Innenraum 14 befindlich ist, getrennt. Während eines Betriebs ist sowohl das Turbinen-Außengehäuses 12 als auch das Lager 20 stationär, während der Rotor 16 relativ zu diesen stationären Elementen rotiert.
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Die axiale Richtung ist durch Bezugsziffer 24, die radiale Richtung durch Bezugsziffer 26 und eine Umfangsrichtung ist durch Bezugsziffer 28 bezeichnet.
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Der Rotor ist an einem anderen nicht dargestellten Ende durch ein oder mehrere weitere Lager gelagert. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können an mehreren Lagerstellen zum Einsatz kommen.
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Die in 1 illustrierte Dampfturbine 10 umfasst eine Anordnung 25 zum Verbinden eines Lagergehäuses 22 mit einem Turbinengehäuse 12 der Dampfturbine 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in größerem Detail in den 2, 3 und 4 illustriert ist. Die in 2, 3 und 4 gezeigte Anordnung 25 zum Verbinden des Lagergehäuses 22 mit dem Turbinengehäuse 12 ist in einer Schnittdarstellung entlang der radialen Richtung 26, der axialen Richtung 24 bzw. der Umfangsrichtung 28 dargestellt. Die radiale Richtung 26 verläuft dabei in 3 vertikal. Die Anordnung 25 umfasst eine erste Spannbuchse 4a mit einem Außengewinde 30, das in ein erstes Innengewinde 32a eines ersten Teils (Gabel) 1a des Lagergehäuses 22 eingeschraubt ist. Die Anordnung 25 umfasst ferner eine erste Tellerfedersäule 6a, die zwischen einer Stirnkontaktfläche 34a der ersten Spannbuchse 4a und einem Teil (Sporn) 2 des Turbinengehäuses 12 angeordnet ist.
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Die Anordnung 25 umfasst ferner eine zweite Spannbuchse 4b mit einem Außengewinde 30, das in ein zweites Innengewinde 32b eines zweiten Teils 1b des Lagergehäuses 22 eingeschraubt ist. Ferner umfasst die Anordnung 25 eine zweite Tellerfedersäule 6b, die zwischen einer Stirnkontaktfläche 34b der zweiten Spannbuchse 4b und dem Teil 2 des Turbinengehäuses 12 angeordnet ist. Durch Einschrauben der ersten Spannbuchse 4a und der zweiten Spannbuchse 4b ist das Lagergehäuse 22 fest mit dem Turbinengehäuse 12 verspannt.
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Die Spannbuchsen 4a, 4b umfassen an einer der jeweiligen Stirnkontaktfläche abgewandten Stirnnutfläche 36a bzw. 36b nicht dargestellte Nuten, um die Spannbuchsen 4a, 4b in die Innengewinde 32a bzw. 32b der Teile des Lagergehäuses 22 mit einem in die Nut eingreifenden Werkzeug einschrauben zu können. Die Stirnkontaktflächen 34a, 34b weisen eine größere Fläche auf als die Stirnnutflächen 36a, 36b.
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Die Anordnung 25 umfasst ferner eine erste Scheibe 5a, die zwischen der ersten Tellerfedersäule 6a und dem Teil 2 des Turbinengehäuses 12 angeordnet ist und die Anordnung 25 umfasst ferner eine zweite Scheibe 5b, die zwischen der zweiten Tellerfedersäule 6b und dem Teil 2 des Turbinengehäuses 12 angeordnet ist.
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In das Durchgangsloch 38 des Teils 2 des Turbinengehäuses 12 ist eine Hülse 9 eingeschoben mit einem Innendurchmesser dh. Der Innendurchmesser ds der Scheiben 5a, 5b gleicht im Wesentlichen dem Innendurchmesser dt der Tellerfedersäulen 6a, 6b und dem Innendurchmesser dh der in das Durchgangslochs 38 des Teils 2 des Turbinengehäuses 12 eingeschobenen Hülse 9.
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Die Mittenführung darf bzw. sollte in axialer Richtung 24 kein Spiel sondern einen bündigen Sitz 13 haben, damit das Lagergehäuse 20 bei Erwärmung des Turbinengehäuses 12 sofort mit verschoben wird. Damit soll ein Anstreifen des Rotors mit den Turbinengehäusebauteilen verhindert werden. Dazu ist die Hülse 9 in das Durchgangsloch integriert, die axial mit dem Sporn des Turbinengehäuses direkten Kontakt hat, aber vertikal (radial) ein Spiel 11 besitzt, um die vertikale (radiale) Ausdehnung des Turbinengehäuses 12 ausgleichen zu können.
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Die Anordnung 25 umfasst ferner einen Führungsbolzen 3, der durch die erste Spannbuchse 4a, durch die erste Tellerfedersäule 6a, durch die erste Scheibe 5a, durch die in das Durchgangsloch 38 des Teils 2 des Turbinengehäuses 12 eingeschobenen Hülse 9, durch die zweite Scheibe 5b, durch die zweite Tellerfedersäule 6b und durch die zweite Spannbuchse 4b hindurchgeführt ist. Durch eine erste Schraube 8a, eine erste Deckplatte 7a ist der Führungsbolzen 3 gesichert. Ferner ist der Führungsbolzen 3 durch eine zweite Schraube 8b und eine zweite Deckplatte 7b gesichert, wobei die Schrauben 8a, 8b in den Führungsbolzen 3 eingeschraubt sind und wobei die erste Scheibe 7a an einer Stirnfläche 40a des ersten Teils 1a des Lagergehäuses 22 anliegt. Die zweite Scheibe 7b liegt an einer Stirnfläche 40b des zweiten Teils 1b des Lagergehäuses 22 an.
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Die Tellerfedersäulen 6a, 6b umfassen dabei ein Paar mit jeweils zwei spiegelbildlich angeordneten Gruppen von konisch geformten Ringen 42. In illustrierten Ausführungsbeispielen sind jeweils drei Ringe 42 spiegelbildlich mit drei anderen konisch geformten Ringen 42 angeordnet. In anderen Ausführungsformen können mehr konische Ringe 42 eingesetzt werden und es können mehrere Paare von Gruppen solcher konischen Ringe als Tellerfedersäulen 6a, 6b Verwendung finden.
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Zum Verbinden des Lagergehäuses 22 mit dem Turbinengehäuse 12 kann z.B. ein Verfahren zum Verbinden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Gemäß diesem Verfahren wird zunächst eine erste Spannbuchse 4a mit einem Außengewinde 30 in ein erstes Innengewinde 32a eines ersten Teils 1a des Lagergehäuses 22 eingeschraubt. Sodann wird eine erste Tellerfedersäule 6a zwischen einer Stirnkontaktfläche 34a der ersten Spannbuchse 4a und einem Teil 2 des Turbinengehäuses 12 angeordnet. Ferner wird eine zweite Spannbuchse 4b mit einem Außengewinde 30 in ein zweites Innengewinde 32b eines zweiten Teils 1b des Lagergehäuses 22 eingeschraubt. Ferner wird eine zweite Tellerfedersäule 6b zwischen einer Stirnkontaktfläche 34b der zweiten Spannbuchse 4b und dem Teil 2 des Turbinengehäuses 12 angeordnet. Ferner wird das Lagergehäuse in dem Turbinengehäuse durch die erste Spannbuchse 4a und die zweite Spannbuchse 4b verspannt.
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Insbesondere können in die Gabelarme 1a, 1b in der Mittenführung des Lagergehäuses 22 Spannbuchsen 4a, 4b mit Außengewinde und Kronenschlüssel-Kontur eingeschraubt werden. Anschließend kann das Außengehäuse-Unterteil 2 eingeschoben werden und zum Lagergehäuse bzw. den Teilen 1a, 1b des Lagergehäuses 22 ausgerichtet werden. Durch stückweises Einschieben des Führungsbolzens 3 in horizontaler Richtung durch die erste Spannbuchse 4a können nun die erste Tellerfedersäule 6a und die erste Stützplatte 5a eingesetzt werden und vom Führungsbolzen 3 aufgenommen werden. Die Stützplatte 5a, 5b liegt passgenau auf dem Führungsbolzen 3 auf, um das Spiel des Außengehäuse-Sporns 2 für die Tellerfeder-Auflage zu überbrücken bzw. auszugleichen. Der Führungsbolzen 3 wird dann anschließend weiter durch die Bohrung bzw. das Durchgangsloch 38 des Außengehäusesporns 2 geschoben. Im gegenüberliegenden Freiraum zwischen Lagergehäuse-Gabelarm 1a und Außengehäuse-Sporn 2 erfolgt der Einbau der Scheibe 5b und der Tellerfedersäule 6b in umgekehrter Reihenfolge. Anschließend werden mittels des Verdrehens der Spannbuchsen 4a, 4b durch ein geeignetes Werkzeug die Tellerfedern 6a, 6b vorgespannt, um ein Verrutschen des Außengehäuses 12 aus der Turbinenachse 18 zu verhindern. Danach wird der Führungsbolzen 3 jeweils beidseitig mit einer Eckplatte 7a, 7b und einer Schraube 8a, 8b fixiert.
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Die horizontale thermische Dehnung des Außengehäuses 12, 2 kann mit dem in 2 und 3 gezeigten Aufbau über die Tellerfedersäulen 6a, 6b aufgenommen werden. Gleichzeitig kann die Flexibilität der vertikalen Dehnung des Außengehäuses 12, 2 erhalten bleiben. Dadurch kann ein Verkippen des Lagergehäuses 22 infolge von Verspannungen zwischen den Gabeln 1a, 1b und dem Sporn 2 verhindert werden. Außerdem kann das Außengehäuse 12 bzw. 2 aufgrund des Kräfteausgleichs der Tellerfedersäulen 6a, 6b mittig positioniert bleiben. Die Vorspannung kann durch geeignete Wahl der Tellerfedersäulen 6a, 6b und durch geeignete Vorspannung durch die Spannbuchsen 4a, 4b beidseitig flexibel eingestellt werden.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
