DE1426801A1

DE1426801A1 - Gehaeuse fuer eine Gas- oder Dampfturbine

Info

Publication number: DE1426801A1
Application number: DE19651426801
Authority: DE
Inventors: Paul Moser; Konrad Oechslin
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1965-01-12
Filing date: 1965-12-04
Publication date: 1969-07-17
Also published as: NL6517281A; CH421142A; BE674025A; FR1459676A; GB1137512A; US3304054A

Description

.H.Albrecht Berlin, den 4. Dezember 1965 Patentanwalt 3090

!Berlin 28 (Frolmau)

EdtlhoiiLr/im 26 T»Won (0311)40 9508

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E s c h β r W y a β Aktiengesellschaft, Zürich (Schweiz) Gehäuse für eine Gas- oder Dampfturbine.

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Oaa« oder Dampfturbine mit einem Auasengehäuse und einem mindestens über einen axialen Abschnitt Leitschaufeln aufnehmenden Innengehäuse, mit einer den Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Aussengehäuse in einen elnströmseitigen und einen ausströmeeitigen Zwischenraum trennender Trennwand, zu welcher das Innengehäuse axial verschiebbar ist, sowie mit einem Trageleaent für das Innengehäuse, welches Tragelement einen im elnströmaeitigen Zwischenraum angeordneten, zum Innengehluae koaxialen, dünnen, aus wenig wärmeleitfähige« Material bestehenden Kegelst;umpfftantel aufweist, dessen ,weiteres Bnde in Bereiche der Verbindung der Trennwand mit dem Aussengehäuse gegenüber den Aussengehäuse gelagert 1st.

Oehäuse dieser Art werden bekanntereaasen insbesondere dann verwendet, wenn da» unter Druck stehend· Arbeit··

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mittel hohe Temperaturen aufweist. Das Innengeh&uae dient dann zur Führung des Treibmittelstromes und als Träger der Leitschaufelung der Tubine, und der Zwischenraum zwischen den Gehäusen enthält ein Wärmeisoliermittel, wobei das Innengehäuse im wesentlichen die Innentemperatur und daa Auasengehäuse den Innendruck aufnehmen.

Die Verbindung zwischen dem Aussengehäuse und denjenigen Teil des Innengehäuses« welcher die Leitsohaufeln aufnimmt, muss das auftretende Teraperaturgefälle zwischen den Gehäusen sowie die auf die Leitschaufeln axial in Richtung Ausströraseite wirkenden Kräfte aufnehmen und dabei die Leitachaufeln relativ zu den Laufschaufeln möglichst in gleicher Lage halten.

Bs sind Planschhalterungen bekannt, bei denen der Plansch am ausströmen!tigen Ende des die Leitschaufeln ]

aufnehmenden Abschnittes des Innengehäuses angebracht let j und zugleich die Trennwand zwischen den einströmaeitlgen und dem ausströmaeitigen Zwischenraum »wischen den Oehlusen bildet. Diese Ausführungsart weist neben de· Vorteil der axial gedrängten Bauweise erheblloh· Nachteile auf. Die Rotorwelle 1st zweokmäaaigerwelse elnströiieeitig, gegebenenfalls aueserhalb des Turbinengehäuse« axial gelagert und gegebenenfalls von dieser Seite her bia au*· sohliesslloh des ersten Leitscnaufelkranzea gekühlt.

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Der Rotor erhitzt sich Im Betrieb wesentlich von der ersten Laufsohaufelstufe an und dehnt eich axial von dort aus in Richtung nach der Ausströmseite der Turbine hin aus. Der sich im Betrieb glelchermassen erhitzende, Leitschaufel^ aufnehmende Abschnitt des Innengehäuses hinge, gen 1st mit seinem ausströmseitigen Ende am Halterungsflansoh befestigt und Über diesen relativ zum Aussengehäuse fixiert, und der die Leitschaufeln aufnehmende Absohnitt des Innengehäuses dehnt sich daher axial in Richtung nach der Einströaaeite hin aus. Dies bewirkt, dass sich der Lauf- und der Leitapparat in entgegengesetzter Richtung ausdehnen und entsprechend eine beträchtlich· axiale Verschiebung der Lauf«* und Leitachaufein zueinander, was die Gefahr des Streifens hervorruft, das radiale Spiel an den aussen konischen Laufschaufeln unzulässig vergrössert und die Unterbringung einer genügenden Anzahl von Labyrinthen zwischen Leiträdern und Rotor beeinträchtigt· Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht in der gross·]* Materialanhäufung im Befestigungsflansch, welcher ·1η grosses Temperaturgefälle aufzunehmen hat, was die 0ft£*hr eines Unrundwerdens des Innengehäuses in dessen die Leitsohaufeln aufnehmenden Bereich hervorruft.

Es ist vorgeschlagen worden, koaxial zum die Leiischaufeln aufnehmenden Abschnitt des Innengehäuses als

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Tragelement einen Bohrungen aufweisenden, dünnen, aus wenig wärmeleitfähigem Material bestehenden Kegelstumpfmantel anzuordnen, dessen weiteres Ende an der Trennwand und dessen engeres Ende am einströmseitigen Ende des die Leitschaufeln aufnehmenden Abschnittes des Innengehäuses befestigt ist, wobei das Innengehäuse gegenüber der Trennwand axial verschiebbar ist. Diese Ausführungsart vermeidet eine Verschiebung der Lauf- und Leitschaufeln gegeneinander, jedoch ist der die Leitschaufeln aufnehmende Abischnitt des Innengehäuses auf Zug beansprucht, so dass nur eine Innengehäusekonstrukitlon verwendet werden kann, welche die Zugkräfte aufzunehmen vermag.

Die Erfindung bezweckt, die geschilderten Nachteile zu überwinden. Zu diesem Zwecke wird ein Turbinengehäuse der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäas derart ausgebildet, dass das einströmseitige, engere Ende des Kegelstumpfmantels das einströmseitige Ende eines Tragringes trägt, der im wesentlichen zylindrisch ist, der das Innengehäuse zum mindesten über einen Teil seines die Leitschaufeln aufnehmenden Abschnittes umgibt, und dessen ausströmseitiges Ende das Innengehäuse trägt, wobei der Kegelstumpfmantel in an sich bekannter Welse und/ oder der Tragring in seinem im einströmseitigen Zwischenraum liegenden Teil Durchbrechungen aufweist bzw. auf-

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weisen.

In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbelsplel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigen s Pig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Gehäuse einer

Gasturbine und Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem achssenkrechten Schnitt nach der Linie II - II in Pig. I.

Das Turbinengehäuse weist ein Aussengehäuse 1 und ein Innengehäuse auf, das einströmseitig aus dem Einströmteil 2 und dem die Laufschaufeln 3 aufnehmenden Abschnitt k besteht. Mit 5 ist der Rotor bezeichnet> der die Scheiben

mit den Laufschaufeln 7 trägt. Sowohl der einströmaeltige Teil θ als auch der ausströmseitige Teil 9 des Zwischenraumes zwischen den Oehäusen ist mit Wärmeisoliermaterial 10 ausgefüllt· Ein durch vier Keile 11 im Aussengehäuse 1 ·

zentrierter, axial fester, zweiteiliger Ring 12 und vier Lappen IJ, die an Je einem mit dem Ring 12 mittels nicht dargestellter Schrauben verbundenen Klotz 14 befestigt sind, und d;Le mit vier Keilen 15 einen dem axialen Abschnitt des Innengehäuees «tigehöripa ewei teil igen Ring 16 zentrieren« bilden zusammen mit einem Dichtring 17 bekannter Ausführung L -, eine Trennwand zwischen dem einströmseitigen Teil $Tund ■ '' dem auaströmseitigen Teil 9 des Zwischenraumes zwischen

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den Gehäusen. Dabei ist der Ring 16 zur Trennwand 12, 17 axial verschiebbar.

Der Dichtring 17 besteht in bekannter Weise aus einem äusseren, im Aussengehäuse 1 dichtend axial fest gelagerten Ring l8 und einem dazu koaxialen, inneren, am ausströmseitlgen Ende des Ringes 16 befestigten inneren Ring 19, wobei das zwischen den Ringen l8, 19 vorgesehene koaxiale P Spiel von einer dünnen, einteiligen Membrane 20 überbrückt wird.

Ein zweiteiliger Kegelstumpfmantel 21 ist als Trageleraent mit seiner weiteren Oeffnung am Ring 12 befestigt. Dieser Kegelstumpfmantel 21 weist eine dünne Wandstärke auf und besteht aus wenig wärmeleitfähigem austenitischem Material.

Der Rotor 5 ist ausserhalb der Turbine, in der Zeichnung nicht dargestellt in einem mit ihr zusammengebauten ™ Luftverdichter axial gelagert. Ein zwischen der Rotorwelle und einem rohrförmigen Teilstück des Aussengehäuses 1 ausgesparter Spalt 22 lässt kühles Treibmittel vom Luftverdichter entlang der Rotorwelle zum ersten Leitschaufelkranz strömen. Der Einströmteil 2 des Innengehäuses ist mittels vier Lappen 25 im kalten Verdichtergehäuse 24 radial und axial beweglich zentriert, und der die Leitschaufeln 3 aufnehmende Abschnitt 4 des Innengehäuses ist im Bereiche

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seines einströmeeitigen Endes mittels vier Keilen 25 im Einströmteil 2 des Innnengehäuses radial und axial beweglich zentriert.

Der Kejgelstumpfmantel 21 weist an seinem engeren, einstr&iaseiltigen Ende einen Flansch 26 auf und trägt Über denselben das einströmseitlge Ende eines zweiteiligen zylindrischen Tragringes 27* wobei letzterer mit dem Flansch 26 durch Sc trauben 28 verbunden ist. Das ausströmseitige Ende des Tr agringes 27 ist mit dem Ring 16 verbunden, welcher aus ätrömseitig des letzten Leitschaufelkranzes gelegen ist und den letzten Laufschaufelkranz umgibt. Von den insgesamt je fünf Leit- und Laufschaufelkränzen umgibt der Tragring 27 Zusammen mit dem Ring l6 die je drei äussersten absträmaeitig gelegenen. Der Tragring 27 weist Längsschlitze 29 auf, wobei die Wandteile zwischen den Längsschlitzen in Umfangrichtung ein Mehrfaches der Wandstärke betragen, und der vom Kegelstumpfmantel 21, de« Tragring 27 und dem Dichtring 17 umgrenzte Raum ist ebenfalls mit Wärmeisoliermaterial 10 angefüllt.

Bei» Betrieb der Turbine wird der Rotor 5 mit den Scheiben 6 und den auf diesen befestigten Laufschaufeln 7 durch das heisse Treibmittel erhizt und dehnt sich axial in, Richtung nach der Ausstrumseite der Turbine hin aus. Der die Laufschaufeln 3 aufnehmende Abschnitt 4 des

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Innengehäuses wird ebenfalls, grösstenteils durch das durch die LeIt- und Laufschaufeln strömende Treibmittel, zum geringeren Teil durch die vom Einströmteil 2 des Innengehäuses durch das Isoliermaterial IO hindurch gelangende Wärme erhitzt. Dur Tragkörper 27 wird zum grossten Teil von vom Ring 16 her und zum geringeren Teil von durch das Isoliermaterial 10 vom Innengehäuse ™ her gelangende Wärme erhitzt, so dass er angenähert die gleiche Temperatur aufweist wie der die Leitschaufeln aufnehmende Abschnitt 4 des Innengehäuses. Den Kegelstumpfmantel 21 wird an dessen Berührungslinie mit dem Flansch 26 die höchste Temperatur, nämlich diejenige des Tragringes 27* mitgeteilt, während dessen tiefste, im wesentlichen der Temperatur des Aussengehäuses 1 entsprechende Temperatur bei dessen Berührungslinie mit dem Ring 12 liegt. Dies bewirkt, dass die axiale Ausdehnung des Kegelstumpfmantels 21, wie bei der bekannten Ausführungsart, innerhalb unbedeutender Grenzen bleibt, und dass sich der Bereich des Flansches 26 nur um einen unbedeutenden Betrag in Richtung nach der Einströmseite der Turbine hin verschiebt. Da sich der Rotor im Bereiche des die Leitschaufeln aufnehmenden Abschnittes 4 des Innengehäuses, dieser Abschnitt 4 sowie der Tragring Im wesentlichen angenähert gleich erhitzen und alle

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diese Teile aus Material gleicher WSrmeausdehnung bestehen, bleiben die LeItschaufelη 3 und die Laufschaufeln 7 der Turbine relativ zueinander innerhalb des gesamten Betriebsbereiches in annähernd der gleichen axialen Lage. Die Wärmedehnung des Kegelstumpfraantels 21 kann in an sich bekannter Welse durch Bohrungen in demselben zusätzlich vermindert und die Wärmedehnung des Tragringes 27 durch Weglassen von Isoliermaterial zwischen dem Tragring und dem Innengehäuse vergrössert und auf diese Weise eine kleinste Relatiwerschiebung zwischen Leitapparat und Laufapparat bewirkt werden.

Unterschiedliche radiale Wärmedehnungen des einströmseitigen und des ausströmseitigen Endes des Tragringes 27 zufolge unterschiedlicher^Temperaturen in diesen Bereichen belasten den Tragring dank den Längsschlitzen 29 in demselben nicht unzulässig.

. Der auf den Leitschaufeln 3 bzw. auf dem diese aufnehmenden Abschnitt 4 des Innengehäuses während des Betriebes der Turbine lastende, in Richtung gegen die Ausströmselte hin wirkende axiale Schub wird vom Ring l6 auf den Tragring 27, von diesem auf dem Kegelstumpfmantel 21 und von diesem auf das Aussengehäuee 1 Übertragen. Zufolge der erfindungsgemässen Nassnahme der Verwendung eines Tragringes ist der die Leitschaufeln aufnehmende

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Abschnitt des Innengehäuses ausschliesslich Druckbeanspruchungen ausgesetzt.

Die Leitschaufeln 3 sind in fünf zweiteiligen Leitschaufelringen 30 gelagert, wobei die zusammengehörenden Hälften durch Schrauben 31 miteinander verbunden sind. Zwischen je zwei benachbarten Leitschaufelringen 30 ist je einer von insgesamt vier einteiligen Zwischenringen ™ angeordnet. Jeder dieser vier Zwischenringe 32 umgibt einen Laufschaufelkranz 6, 7» und der ausströraseitig letzte der insgesamt fünf Laufschaufelkränze ist vom Ring l6 umgeben, der eine innere Radialnut 33 aufweist, in welcher eine äussere Radialfeder 3^ des ausströmseitig letzten Leitschaufelringes axial fest gehalten ist. Der genannte ausströmseitig letzte Leitschaufelring ist im Ring 16 durch vier nicht dargestellte Keile radial beweglich zentriert, welche Keile auch das Drehmoment des die Leitschaufeln tragenden Abschnittes k des Innengehäuses auf den Ring 16 übertragen.

Die Zwischenringe 32 weisen auf jeder Stirnfläche einen inneren Kranz 35 auf, der in eine entsprechende Ausnehmung 36 des jeweils anschliessenden Leitschaufelringes 30 statt passend eingreift, wodurch jeder Leitschaufelring zu dem ihm unmittelbar benachbarten Zwischenring zentriert wird. Jederzeitschaufelring 30 weist eine äussere ümfangsnut

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37 auf. Jeder Zwischenring 32 ist mit den beiden an ihm anliegenden Leitschaufelringen JO mittels durch den Zwischenring 32 hindurchführender und in die ümfangsnuten "der beiden anliegenden Leitschaufelringe 30 hineinreichender Schraubenbolzen 38 verbunden, wobei die Muttern der Schraubenbolzen 58 in den Uefangenuten 37 der Leitschaufelringe JO liegen. Die jeweils durch einen Kranz solcher Schraubenbolzen verbundenen Ringe 30» 32» 30 sind durch einen Kranz von axialen Keilen 39» welche sich über alle drei Ringe erstrecken und von axial fluchtenden Nuten kO beherbergt werden, zueinander verdrehungsfest verbunden.

Ein UnrHindwerden der einzelnen Leitechaufelringe 30 beim Erhitzen ziifolge ihrer, zweiteiligen Ausführung sowie wegen der damit zwangsläufig verbundenen Unregelinässigkeit des Materialquerschnittes in Umfangrichtung an den Stossstellen der beiden Hälften wird durch die einteiligen Zwischenringe 32 bzw. die gegenseitige Zentrierung der Leitschaufelringe zu den Zwischenringen in vernachlässigbar kleinen Grenzen gehalten.

Durch den beim Betrieb der Turbine auftretenden Schub der einzelnen Leitschaufelringe in Richtung nach der Ausströmseite hin werden die einzelnen Ringe 30, 32 gegen die jeweils ausströmseitig von ihnen gelegenen Ringe und diese gegen den axial über den Tragring 27 und den Kegel-

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Stumpfmantel 21 Im Aussengehäuse 1 axial abgestützten Ring l6 gedruckt ,und dabei haben die Schraubenbolzen 38 keine ins Gewicht fallenden Zugkräfte aufzunehmen.

Vom heissen Ring 16, der gut wärmeleitend mit den Ringen 30, 32 verbunden ist, strömt nur wenig Wärme über die Lappen 13 und die Membrane 20 nach dem kalten Aussen*· gehäuse 1, so dass in diesem Bereiche keine ins Gewicht ) fallenden Wärmespannungen auftreten können« welche eine Deformation bewirken könnten.

Die hohe Stabilität des die Leitschaufeln aufnehmenden Abschnittes des Innengehäuses erlaubt es, diesen Abschnitt leicht und verhältnismässig dünnwandig auszubilden, auf welche Weise beträchtlich an wärmefestem, teuerm Werkstoff eingespart wird.

Durch die erflndungsgemässe Ausgestaltung des die Leitschaufeln aufnehmenden Abschnittes des Innengehäuses w erhält man somit eine sehr stabile, geringer Deformation unterworfene, in weitem Ausmass rund bleibende Ausführung unter geringem Materialaufwand.

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Claims

Patentansprüche

1. Gehäuse für eine Gae- oder Dampfturbine mit einem Aussengehäuee und einen mindestens über einen axialen Abschnitt Leitschaufeln aufnehmenden Innengehäuee, mit einer den Zwischenraum «wischen dem Innen- und dem A us p, enge haus e in einen einströmseitigen und einen ausBtrömeeitigen Zwischenraum trennender Trennwand, zu welcher das Innengehäuse axial verschiebbar ist, sowie mit einem Tragelement für das Innengehäuse, welches Tragelement einen im einetrömseitigen Zwischenraum angeordneten, zum Innengehäuae koaxialen, dünnen» aus wenig wärmeleitfähigem Material bestehenden Kegelstumpfmantel aufweist, dessen weiteres Ende im Bereiche der Verbindung der Trennwand mit dem Aussengehäuae gegenüber dem Aussengehäuse gelagert 1st, dadurch gekennzeichnet,

dass das elnatröeeeitige, engere Ende (26) des Kegelstumpfmantele (21) das etnströmeeitige Snde eine· Tragringes (27) trägt, der im wesentlichen zylindrisch let, der das Innengehäuae »um'mind·sten über einen Teil seinea axialen die Leitechaufeln (3) aufnehmenden axialen Absohnittee (4) umgibt, und dessen auaströmaeitigea Ende (16) das Innengebäuse trägt, wobei der Kegeletumpfmantel (21) in au »loh bekannter leise und / oder der Tragring (27) in seinem im ein-

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etrömseitigen Zwischenraum (8) liegenden Teil Durchbrechungen (29) aufweist. 2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auaströmseltige Ende des Tragringes (27) das 3jmen~ gehäuse am ausströniseitigen Ende (16) dessen Leitschaufeln (3) aufnehmenden axialen Abschnittes (4) trägt. 3· Turbinengehäuse nach Anspruch'I₉ dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (27) Längssehlitee (29) aufweist. Turbinengehäuse nach Anspruch 3_r dadurch gekennzeichnet

dass die Wandteile zwischen den Längsschlitzen (29) in Umfangsriohtung ein Mehrfaches der Wandstärke betragene 5e Turbinengehäuse nach Anopruoh 1, dadurch gekennzeichnet₉ dass die Trennwand auo einem äusseren, iai Auseengehäuae (1) santrierten Ring (12) und dem Tragring (27) bsw. dae Innengehäuse (4, 16) «entrierenden Lapp@n (13) besteht, wobei die von den lappen (13) frei gelassenen Oeffnungen in an sisfe bekannter Weise durch einen Dichtring (17, 18,19, 20) überbrückt werden.

6· Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekenneelehnet,

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dass der die Leitschaufeln (3) aufnehmende Abschnitt (4) dea Innengehäuaee durch aneinandergereihte eich abweohaelnde zweiteilige Leitachaufe!ringe (50) und einteilige Zwleohenringe (32) gebildet wird, wobei unmittelbar benachbarte Ringe gegeneinander zentriert. Bind. 7. Turbinengehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass jeweils ewei oder mehrere unmittelbar benachbarte Ringe (30, 32, 30) durch axiale Schrauben (38)und durch Kelle (39) Bueinander verdrehungafeat miteinander verbunden sind.

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