DE19544165C2 - Universelle Gleitelemente für die demontagelose Nachrüstung von Gehäuseauflagerungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft universelle Gleitelemente für die demontagelose Nachrüstung von Gehäuseauflagerungen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei thermischen Maschinen entstehen abhängig von der Komponentenanordnung Wärmedehnungen der Turbinen- und Lagergehäuse. Eine thermisch flexible Maschine verlangt daher eine Auflagerung, bei welcher sich die Komponenten ungehindert dehnen können, ohne große Gleitkräfte zu erzeugen. Dehnungsbehinderungen führen bekanntlich zu unökonomisch langen Anfahr- und Belastungszeiten der Maschinen, zu unzulässigen Spielverringerungen oder sogar zu Havarien.

Zur Lösung der Gleitprobleme sind im Turbomaschinenbau verschiedenartige Pendelstützenkon­ struktionen mit elastischen und hydraulischen Trägerelementen bekannt. Diese technischen Lösun­ gen der Lageranordnung lassen sich in der Regel vorteilhaft nur bei Maschinenkonzeptionen mit inte­ grierten Lagergehäusen in der Kombination mit festfixierten Stehlagern realisieren.

Diese Lösungen sind jedoch technisch kompliziert, kostenintensiv und wartungsaufwendig.

Desweiteren sind, u. a. aus der DE 38 26 508 A1, Konstruktionen zur Verbesserung der Gleiteigen­ schaften bekannt, bei denen zwischen der Fußfläche des Lagergehäuses und der Grundplatte an den Kontaktstellen Gleitplatten mit niedrigen Reibungskoeffizienten und guten Verschleißeigenschaften eingebaut sind. Diese Lösungen weisen den Nachteil auf, daß sie aus Platzgründen nicht nachträglich in die vorhandenen Lagerbaugruppen integrierbar sind und damit die Möglichkeit einer Kontrolle der Gleitelemente im Rahmen der Großinstandsetzungen der Lagergehäuse bzw. der Maschine aus­ schließen.

Eine weitere technische Lösung offenbart das Patent DE 43 13 527 C2, die vorsieht, daß zur Beherrschung der aus der Wärmedehnung resultierenden Gleitvorgänge in die Grundplatten der La­ gergehäuse Nuten eingearbeitet werden, in welche mit reibungsarmen Gleitelementen versehene Kassetten eingeschoben sind.

Diese werden in Abhängigkeit von der Belastungsintensität ausgelegt und können, nach Entlastung der Gleitflächen mittels spezieller Anhebesysteme, ohne Demontage von Maschinenkomponenten ausgezogen, kontrolliert und erforderlichenfalls regeneriert oder ausgetauscht werden. Der Nachteil bei dieser Lösung besteht darin, daß die nachträgliche Integration dieser Gleitelemente in die Aufla­ gerflächen der Lagergehäuse nicht ohne Demontage der Maschinenkomponenten möglich ist, und die mechanische Bearbeitung nur in einer entsprechenden Werkstatt erfolgen kann.

Ferner ist eine technische Lösung DE 44 22 512 C1 bekannt, bei der zur Verbesserung des Gleitverhal­ tens bzw. zur Überwindung von Spalten an den Auflageflächen horizontal geteilte Gleitbolzen ver­ wendet werden, in die spezielle Gleitelemente integriert sind. Der nachträgliche Einbau unter Kraft­ werksbedingungen ist ohne Demontage der Maschine realisierbar. Diese Lösung ermöglicht aber keine Montage von reibungsarmen Gleitelementen im Traglagerbereich in der Nähe der vertikalen Kräfteeinleitung durch das Wellensystem und kann damit zu Verformungs- und Schwingungsproble­ men an den Lagergehäusen führen. Ein weiterer Nachteil ist, daß eine Korrektur des Einbauzustan­ des wegen Verschleiß der Gleitelemente bzw. einer weiteren Vergrößerung der Spalte nur begrenzt möglich ist (Demontage der Bolzen und Kompensation der Spalte mittels Beilagen unter den Gleite­ lementen).

Erfahrungen aus langjährigem Turbinenbetrieb und Erkenntnisse aus der Stahlbetonforschung bele­ gen, daß an Turbinenfundamenten Langzeitverformungen auftreten und den Ausrichtzustand der Turbinenanlagen beeinträchtigen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines kostenaufwendigen Ausrichtens der Maschine bei Ertüchtigungen und weiterer Nutzung der vorhandenen Fundamente oder Nachrichten der Maschinenteile bei Großinstandsetzungen mit z. T. erheblicher Verlängerung der Montagezeiten.

Eine weitere Lösung zum Ausrichten neuer Maschinenteile auf vorhandenen Grundplatten, z. B. im Rahmen von Rekonstruktionsprozessen, ist in der Patentschrift DD 279 289 A1 aufgezeigt. Eine Nach­ rüstung der Einrichtungen zur Korrektur der Nivauänderungen der Maschinenfundamente ist ohne Demontage großer Turbinenkomponenten ebenfalls nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Nachrüstungen demontagelos die Gehäuseauf­ lagerung für thermische Maschinen durch den nachträglichen Einbau von universellen, be­ darfsweise verschiedenartigen Elementen im Gleitverhalten zu verbessern, eine montagege­ rechte Nachrichtung der Maschinenkomponenten zu ermöglichen und eine innerhalb des Öl­ raumes anzuordnende Trag-Gleit-Konstruktion zu schaffen, mit der definierte Auflagebedin­ gungen zur sicheren kräfte- und schwingungstechnischen Ankopplung des Lagergehäuses geschaffen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dabei werden nach Herstellung eines definierten Luftspal­ tes "a" vorzugsweise mittig zwischen Gehäuse und Grundplatte Bohrungen parallel oder unter einem Winkel "ϕ"zur ehemaligen Gleitebene eingebracht und in jede der Bohrungen wird ein mehrteili­ ges, zylinderförmiges, mit Keilflächen gestaltetes Gleitelement eingesetzt. Die in horizontaler Ebene getrennten Bolzen bilden ein Gleitpaar mit bewährter Werkstoffkombination, dauerhafter Selbstschmierung ohne Wartung sowie hoher dynamischer und statischer Belastungsfähigkeit. Für die Herstellung der Bohrungen werden aus technologischen Gründen in den Luftspalt "a" Blechbeila­ gen eingelegt, die anschließend wieder entfernt werden. Die neuen Elemente stellen Ersatztragflä­ chen mit darin enthaltenen Ersatzgleitflächen dar.

Eine Höhenverstellung Δh bei Auflageveränderungen erfolgt durch axiale Verschiebung Δs des Keil- Teilbolzens bzw. des Keileinsatzes im Teilbolzen, nachdem das Gehäuse um das Korrekturmaß mit­ tels Montagehilfen geringfügig angehoben und das Ausrichtniveau kontrolliert wurde.

Die gewählte Neigung der Keilflächen des Gleitbolzens ist selbsthemmend.

Der maximale Verstellbereich wird nach den Erfordernissen festgelegt.

Die Teilbolzen sind gegen Verdrehung und axiale Verschiebung gesichert.

Die Einbringung eines Gleitschrauben-Elementes, bestehend aus einer Druckschraube mit Feinge­ winde und geschliffener Zapfenstirnfläche sowie einer ortsfesten, selbstschmierenden Gleitplatte er­ folgt nach Herstellung von senkrecht zur Gleitebene angeordneten Bohrungen, ohne daß die großen Gehäusekomponenten (Turbinengehäuse, Lagergehäuse) dazu demontiert werden müssen. Die konstruktive Gestaltung ermöglicht in einfacher Weise ein Nachstellen bei Verschleiß des Gleitele­ mentes bzw. bei Spaltvergrößerung durch Langzeitverformung der Fundamente. Die Kontrolle der vorgegebenen Lastaufnahme ist durch Anzug mit einem Drehmomentenschlüssel möglich.

Der Verschleiß der Gleitelemente kann durch Messen der von außen zugänglichen Luftspalte "a" ohne Demontage und durch Kontrolle der Drehmomente der vertikal angeordneten Trag-Gleit- Elemente nach Entfernen des Lagerdeckels überwacht werden.

Die Öldichtheit wird durch eine spezielle Verschlußschraube mit ölbeständiger Dichtung gewährlei­ stet.

Die Verdrehsicherung erfolgt durch genormte Gewindestifte und Verstemmen mit den Komponenten des Gleitschrauben-Elementes.

Eine Integration der Gleitschrauben-Elemente zur Verbesserung der Gleiteigenschaften oder zum Ausgleich vorhandener Spalte ist auch nachträglich außerhalb der Gehäuse möglich, beispielsweise in Gehäusepratzen oder -füße von Teilturbinen der Maschine.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ergibt sich durch die einfache Form der Gleitelemente (Zylin­ der mit Passungsspiel und Druckschraube mit Feingewinde), die den nachträglichen unkomplizierten Einbau des neuen Gleitsystems erst ermöglichen.

Dabei ist es im Vergleich zu herkömmlichen Nachrüstungen nicht erforderlich, die Maschine langfri­ stig außer Bertieb zu nehmen und aufwendige Demontagearbeiten (Ausnahme Lagerdeckel) und mechanische Bearbeitungen in der Fabrik durchzuführen.

Die technologische Realisierung ist erfahrungsgemäß mit transportablen Bohreinheiten möglich. Weiterhin gewährleisten die in den Bohrungen paßgerecht eingelagerten Gleitbolzen und die Druck­ schrauben mit Gleitfläche eine sichere Auflagerung und ermöglichen anderseits, nach dem geringfü­ gigen Anheben des Gehäuses, beispielsweise mittels einfacher Druckschrauben, ein leichtes Ziehen oder Herausschrauben des Gleitelementes zum Überprüfen, Auswechseln oder neuerlichen Vermes­ sen und Justieren der Gleitplatten im Rahmen späterer Wartungs -oder Reparaturarbeiten.

Niveauänderungen durch Verschleiß oder Verformung der Turbinenkomponenten können durch Nachstellen der Gleitelemente kurzfristig kompensiert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Schnittbild durch einen Gleitbolzen mit Anordnungsneigung "ϕ" zur Auflagefläche

Fig. 2 die Seitenansicht des Gleitbolzens für Anordnungen der Auflage­ flächen in Nähe Tischplattenniveau

Fig. 3 das Schnittbild durch einen Gleitbolzen mit verstellbarem Keileinsatz

Fig. 4 die Seitenansicht des Gleitbolzens mit Anordnungsneigung ϕ = 0 zur Auflagefläche

Fig. 5 das Schnittbild durch einen Gleibolzen gemäß Fig. 6 mit Darstellung der gemeinsa­ men Gegenplatte

Fig. 6 die Seitenansicht der Anordnung zweier Gleitbolzen für größere Dehnungsänderungen bei mehrgehäusigen Turbinen

Fig. 7 das Schnittbild durch ein Gleitschrauben -Element für Anordnungen im Ölraum des Lagergehäuses

Fig. 8 die Draufsicht auf das Gleitschrauben -Element

Fig. 9 die Anordnung der verschiedenen universellen Gleitelemente an den Auflageflächen eines Außenlagergehäuses

Fig. 1 zeigt einen mittels Fertigungshilfen 1 gemeinsam mit dem Durchmesser "d" gedrehten und mit Passungsspiel in die Bohrungen 2 der Lagereinheit einer Turbine integrierten Gleitbolzen, beste­ hend aus dem Keil-Teilbolzen 3 im Lagergehäuse 4 und dem ortsfesten Teilbolzen 5, mit der durch die Senkschraube 6 fixierten Gleitplatte 7 in der Grundplatte 8. Die Teilbolzen 3, 5 sind durch die Flan­ sche 9 und 10 mit Sechskantschrauben 11 gegen axiale Verlagerung und durch die Kegelstifte mit Innengewinde 12 gegen Verdrehung gesichert. Der Keil-Teilbolzen 3 mit geschliffener Gleitfläche gleitet während transienter Betriebszustände auf der selbstschmierenden Gleitplatte 7 mit maximaler Wärmedehnung "e". Die spezielle Bemessung für die Nachrüstung erfolgt entsprechend den charak­ teristischen Wärmedehnungen der Maschine. Die ursprünglichen Auflageflächen haben bei dem neu­ en Gleitsystem einen Mindestluftspalt "a". Die zusätzliche Bohrung 13 vermeidet Dehnungsbehinde­ rungen bei Fertigungsabweichungen von "^a/₂" für die Gleitbolzenbohrung.

Die Dimensionierung der Gleitflächen ist so bemessen, daß eine zulässige Beanspruchung und eine geringe Gleitreibung gewährleistet ist. Dies wird insbesondere durch die variable Länge "l" des als Standardelement ausgebildeten Gleitbolzens 3, 5 erreicht.

Erforderliche Korrekturen von Höhen -und Neigungsabweichungen werden nach geringem Anheben des Lagergehäuses 4 durch Verschieben des selbsthemmenden Keil-Teilbolzens 3 mittels Verstell­ schraube 14 ermöglicht. Die zusätzliche Sicherung nach Belastung und Kontrolle des Ausrichtniveaus erfolgt durch die Schraubenmutter 15.

Die Bohrung 16 dient als Demontagehilfe für das Ziehen des Teilbolzens 5 aus der Grundplatte 8.

Fig. 3 zeigt einen Gleitbolzen mit waagerechter Anordnung zur Fundamenttischplatte und ist für Konstruktionen mit Gehäuseauflagerungen über Maschinenflur geeignet, die problemlos die Herstel­ lung der Gleitbolzenbohrungen unter Kraftwerksbedingungen gestattet.

Der Gleitbolzen mit dem Durchmesser "d" und der Länge "l" besteht aus dem Teilbolzen 17 mit der Keilfläche 18 und der Fertigungshilfe 19, dem Keileinsatz 20 mit geschliffener Gleitfläche sowie dem ortsfesten Teilbolzen 21 mit der Gleitplatte 7.

Diese Gleitbolzen können entsprechend den gegebenen Platzverhältnissen auch um 90° gedreht, d. h. parallel zur Maschinenachse angeordnet werden. Das Dehnmaß Δs = e kann dadurch in Abhängigkeit der Gleitbolzenlänge beliebig variiert werden.

Die Verlängerung des Dehnweges "e" ist nach Fig. 5 und 6 ferner durch parallele Anordnung zweier Gleitbolzen im Abstand "b" möglich. Die Bohrung 22 ermöglicht eine Integration einer gemeinsamen Verbundgegenplatte 23 (Gegenplatte mit Keileinsätzen nach Fig. 1 oder 5), die Bohrung 24 sichert die unbehinderte Dehnung bei Bauabweichungen.

Alle Einstell -und Sicherungselemente sind vom Konstruktionskonzept einheitlich gestaltet. Das senkrecht zur Gleitebene angeordnete Gleitschrauben-Element nach Fig. 7 ist eine Kombination der Komponenten Druckschraube 25 mit Feingewinde und geschliffener Zapfenstirnfläche 26, ortsfe­ ster Stahl -und Gleitplatte 27 und 28 mit Verdrehsicherung 29 und 30 sowie Verschlußschraube 31 mit ölbeständiger Dichtung 32 und Gewindestiftsicherung 33 und 34.

Die selbstschmierenden Gleitflächen können abweichend von dem Ausführungsbeispiel mit beliebiger Konfiguration gestaltet werden (z. B. halbe Kreisfläche innerhalb der Stahlplatte, Ringfläche u. a.). Der Anzug erfolgt über die Bohrungen 35 der Verschlußschraube 31 mittels eines Gabelschlüssels.

Fig. 9 zeigt als Beispiel die kombinierte Anordnung der universellen Gleitelemente an einem Außen­ lager einer Turbine. Die Gleitbolzen werden vorrangig im Bereich der Kräfteeinleitung durch die Ge­ häusepratzen unter Beachtung der Momentenwirkung und Sicherung einer stabilen Lageposition des Lagergehäuses integriert.

Die Anordnung der Gleitschrauben-Elemente gemäß Fig. 7 innerhalb des Ölraumes erfolgt technisch bedingt im Bereich des Traglagers unter Beachtung der Bedingungen für Fertigung und Montage bei eingelegter Turbinenwelle.

Als Bemessungsgrundlage für die auszuführende Größe der Gleitschrauben-Elemente dienen die Reaktionskräfte des Wellensystems am jeweiligen Lager.

Eine Korrektur der Einstellung der Auflagerkräfte an diesen Elementen kann problemlos nach Entfer­ nen des Lagergehäusedeckels durch definiertes Nachstellen der Druckschraube 25 mittels Drehmomen­ tenschlüssel erfolgen.

Claims (4)

1. Universelle Gleitelemente für die demontagelose Nachrüstung von Gehäuseauflagerungen, insbe­ sondere zur Nachrüstung von Wärmekraftmaschinen, mit zwischen Grundplatte und Auflageflansch der Gehäuseauflagerung einzusetzenden Gleitplatten, gekennzeichnet dadurch, daß mittig zwi­ schen Grundplatte (8) und Auflageflansch, in Gleitebene oder in einem Winkel zur Gleitebene, nach­ träglich eingebrachte Bohrungen (2) vorgesehen sind, in die geteilte Gleitbolzen (3; 5; 17; 21) mit keilförmigen Verstellelementen (20) und Gleitplatten (7, 28) einbringbar sind, und daß in senkrecht zur Gleitfläche im Auflageflansch nachträglich eingebrachten Gewindebohrungen Druckschrauben (25) und in der Grundplatte (8) in nachträglich eingebrachten Bohrungen Gleitplatten (28) vorgesehen sind.

2. Universelle Gleitelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbolzen- und Gleitschraubenelemente (3; 5; 17; 21; 25) bei Maschinenkonzeptionen mit fest verankerten Lagerge­ häusen in die Auflageflächen der Gehäusepratzen der Teilturbinen einbringbar sind.

3. Universelle Gleitelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbolzen (3; 5; 17; 21) mit der Hauptachse parallel oder quer zur Maschinenachse einbaubar sind.

4. Universelle Gleitelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 2 parallel nebeneinander angeordnete Gleitbolzen (3; 5; 17; 21) durch eine gemeinsame Gegenplatte miteinan­ der koppelbar sind.