DE19842811A1

DE19842811A1 - Waste-steam outflow zone with end-bearing arrangement esp. for steam-turbine plant

Info

Publication number: DE19842811A1
Application number: DE1998142811
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Kuehn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 1999-07-15

Abstract

An arrangement with an end-bearing of a shaft (6) has an annular axial outflow-zone (7), for a flow medium esp waste- steam, arranged around the shaft and the bearing. The outflow- zone is formed from an outer wall (1) retained on a base (15) via grippers (2), with an inner-lying hub (5) supported on the outer wall. Within the hub (5), a bearing housing (10) for the end-bearing encloses a bearing shell/sleeve (11) and is rigidly retained on a horizontal column (14) independent of the outer wall (1) and the hub (5), with the column reaching into the interior of the hub from the base (15) through the outflow zone (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Stirnlager, einer Welle und einem axialen Abströmraum für ein strömendes Medium, insbesondere das Abgas einer Gasturbine oder vorzugs weise den Abdampf einer Dampfturbine. Sie ist aber auch ein setzbar bei Axialverdichtern und ähnlichen Maschinen mit ei nem in axialer Richtung der Welle abströmenden Arbeitsmedium.The invention relates to an arrangement with a front bearing, a shaft and an axial outflow space for a flowing Medium, especially the exhaust gas from a gas turbine or preferred assign the steam from a steam turbine. But it is also a can be used with axial compressors and similar machines with egg working fluid flowing in the axial direction of the shaft.

Aus strömungsmechanischen Gründen ist es häufig erwünscht, Strömungskanäle mit axialer Abströmung einzusetzen. Soweit durch die Strömungskanäle rotierende Wellen geführt werden, wie dies beispielsweise bei Turbinen oder Axialverdichtern der Fall ist, ist es erforderlich, das in Strömungsrichtung hinterste Lager innerhalb des Strömungskanals anzuordnen. Dies erfordert eine stabile Lagerhalterung, da derartige La ger häufig mit Umdrehungszahlen der Wellen von mehr als 3.000 pro Minute belastet werden. Außerdem ist zu vermeiden, daß für das Lager benötigtes Kühl- und Schmiermittel das strö mende Medium verunreinigt. Schließlich ist noch ein möglichst einfacher Zugang zu dem Lager für Wartungs- und Montagearbei ten wünschenswert.For reasons of fluid mechanics, it is often desirable Use flow channels with axial outflow. So far rotating shafts are guided through the flow channels, as is the case with turbines or axial compressors, for example the case is, it is required that in the flow direction rearmost bearings to be arranged within the flow channel. This requires a stable bearing, since such La often with shaft revolutions of more than 3,000 be charged per minute. It should also be avoided that coolant and lubricant required for the bearing medium contaminated. Finally, one is possible easy access to the warehouse for maintenance and assembly work desirable.

Die Vermeidung von Verunreinigungen des Strömungsmediums be treffen insbesondere EP 0 306 634 A2, WO 94/01713 und die deutsche Patentanmeldung 196 060 88. In den bezeichneten An meldungen ist der Stabilität der Lagerhalterung jedoch keine Aufmerksamkeit gewidmet.Avoiding contamination of the flow medium meet in particular EP 0 306 634 A2, WO 94/01713 and the German patent application 196 060 88. In the designated An However, the stability of the bearing bracket is not a message Devoted to attention.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für ein Stirnla ger zur Lagerung einer Welle im Abströmbereich eines ein strömendes Medium führenden Kanals mit axialer Abströmung an zugeben, bei dem die Halterung des Lagers eine hohe Stabili tät aufweist und außerdem ein Zutritt des strömenden Mediums in das Lager und die Verunreinigung des strömenden Mediums durch Kühl- und Schmiermittel für das Lager vermieden werden. Bevorzugt wird eine Anordnung, die auch wartungs- und monta gefreundlich ist.The object of the invention is an arrangement for a Stirnla ger for mounting a shaft in the outflow area of a flowing medium leading channel with axial outflow admit that the mounting of the bearing has a high stabili activity and also access to the flowing medium into the bearing and the contamination of the flowing medium can be avoided by coolants and lubricants for the bearing. An arrangement is preferred which also requires maintenance and assembly is friendly.

Erfindungsgemäß ist der Abströmraum für das strömende Medium von einem Außenmantel, der über Pratzen an einem Fundament (z. B. dem Grund-Aufbau der gesamten Anlage) gehalten ist, und einer innenliegenden, an diesem Außenmantel abgestützten Nabe gebildet. Im Inneren der Nabe ist ein Lagergehäuse des Stirn lagers starr auf einer vom Außenmantel und der Nabe unabhän gigen horizontalen Säule gehalten, wobei dieses Stirnlager eine Lagerschale für die Welle umgibt und die Säule vom Fun dament aus durch den Abströmraum hindurch ins Innere der Nabe reicht. Dadurch wird erreicht, daß alle von der Welle über die Lagerschale und das Lagergehäuse übertragenen Kräfte auf kurzem Weg direkt auf das Fundament abgeleitet werden, ohne nennenswerte Rückwirkungen auf die Nabe und den Außenmantel zu haben, also auf die Teile, die zur Bildung des Abströmrau mes und dessen Abdichtung gegenüber dem Kühl- und/oder Schmiermittel des Lagers nötig sind. Dadurch wird gleichzei tig eine stabile Lagerung der Welle und eine geringe Bean spruchung der Dichtung zwischen Dampf und Schmiermittel er reicht.The outflow space for the flowing medium is according to the invention from an outer jacket that claws on a foundation (e.g. the basic structure of the entire system), and an inner hub supported on this outer jacket educated. Inside the hub is a bearing housing for the forehead bearing rigidly on one independent of the outer jacket and the hub Gigen horizontal column held, this front bearing a bearing shell for the shaft surrounds and the pillar of fun then through the outflow chamber into the inside of the hub enough. This ensures that all of the shaft over the bearing shell and the bearing housing transmitted forces short way to be derived directly on the foundation without significant repercussions on the hub and the outer jacket to have, so on the parts that form the outflow mes and its sealing against the cooling and / or Bearing lubricants are necessary. This will simultaneously stable bearing of the shaft and a low bean seal between steam and lubricant enough.

Vorteilhaft sind der Außenmantel und die Nabe jeweils in ei nen unteren und einen oberen Teil, vorteilhaft eine untere und obere Hälfte mit einer horizontal verlaufenden Trennflä che, aufgeteilt, wobei der untere und obere Nabenteil jeweils starr am entsprechenden unteren bzw. oberen Mantelteil abge stützt ist und der obere Mantelteil abnehmbar ist. Vorteil haft greifen die Pratzen in der Nähe der Trennfläche am unte ren Mantelteil an. Durch diese Konstruktion wird das Innere der Nabe und des Abströmraums für Inspektionen zugänglich. Die Befestigung der oberen Teile an den unteren Teilen ge schieht vorteilhaft jeweils über radial zur Welle ausgerich tete und miteinander verschraubte Flansche an den entspre chenden Teilen der Nabe und des Mantels.The outer jacket and the hub are each advantageous in egg NEN lower and an upper part, advantageously a lower part and upper half with a horizontal dividing surface che, divided, with the lower and upper hub part each rigidly abge on the corresponding lower or upper jacket part is supported and the upper part of the jacket is removable. Advantage the claws grip firmly at the bottom near the dividing surface ren coat part. Through this construction, the inside the hub and the discharge chamber are accessible for inspections. The attachment of the upper parts to the lower parts ge is advantageous in each case aligned radially to the shaft tied and screwed together flanges on the corresponding corresponding parts of the hub and the casing.

Dadurch entsteht eine lösbare, mechanisch wenig beanspruchte Verbindung.This creates a detachable, mechanically less stressed Connection.

Die Abstützung der Nabe an dem Außenmantel geschieht bevor zugt über Stützen (z. B. hohle Stützrohre und/oder hohle Rip pen), die senkrecht und radial zu der Welle ausgerichtet sind und daher praktisch keinen Verbiegungen ausgesetzt werden. Eine besonders günstige Kräfteverteilung wird erreicht, wenn die Nabe an praktisch symmetrischen Stellen zu beiden Seiten der Säule am Außenmantel abgestützt ist.The hub is supported on the outer jacket before pulls over supports (e.g. hollow support tubes and / or hollow rip pen), which are aligned perpendicularly and radially to the shaft and therefore practically not subjected to any bending. A particularly favorable distribution of forces is achieved if the hub at practically symmetrical locations on both sides the column is supported on the outer jacket.

Eine besonders einfache Konstruktion entsteht, wenn die Säule im Inneren einer als Stütze vorgesehenen hohlen Mittelrippe verläuft. Dabei können schräg zur Säule verlaufende Stütz rohre gleichzeitig in ihrem Inneren Zuganker tragen, mit de nen das Lagergehäuse mit der Lagerschale am Fundament ver spannt wird. Die Zuganker übernehmen dann keine Tragkräfte, sondern stabilisieren nur das Lager gegenüber seitlichen Aus lenkungen und sind mechanisch gegenüber der Abstützung des Außenmantels und der Nabe entkoppelt. Um das Lager gleichzei tig stabil zu haltern und leicht reparieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Lagergehäuse über einen von der Säule getragenen Lagerstuhl mittelbar an der Säule befestigt ist. Dies ist auf einfache Weise möglich, wenn das Lagergehäuse seitliche, radial zur Welle ausgerichtete Leisten trägt, die an einer Stufe des Lagerstuhls befestigt sind. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Innere der Nabe mit dem Lagergestell durch ein lösbares Schild an der Stirnseite der Nabe zugäng lich wird.A particularly simple construction arises when the column inside a hollow central rib provided as a support runs. Thereby, sloping supports can extend at the same time carry tubes in their interior with tie rods ver the bearing housing with the bearing shell on the foundation is stretched. The tie rods then do not assume any load capacities, but only stabilize the bearing against lateral out steering and are mechanical against the support of the Decoupled outer shell and the hub. Around the camp at the same time It is stable and easy to repair advantageous if the bearing housing has one of the column worn storage chair is indirectly attached to the column. This is easily possible if the bearing housing lateral, radially aligned to the shaft ledges that are attached to a step of the camp chair. Besides, is it is advantageous if the inside of the hub with the storage rack accessible through a removable label on the front of the hub becomes.

Für einen übersichtlichen Aufbau der Anordnung und eine gün stige Verteilung der Kräfte ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Lagergehäuse, die Nabe und der Außenmantel praktisch konzentrisch um die Welle angeordnet sind. Außerdem kann die Säule praktisch radial zur Welle aus gerichtet sein, also die Welle von unten abstützen, ohne daß in der Säule transversale Kraftkomponenten auftreten.For a clear structure of the arrangement and a gün In the case of further training, the constant distribution of forces is the Invention provided that the bearing housing, the hub and the Outer jacket arranged practically concentrically around the shaft are. In addition, the column can be made practically radial to the shaft be directed, i.e. support the shaft from below without transverse force components occur in the column.

Die Anschlußleitungen für das Kühl- und/oder Schmiermittel des Lagers können an der Außenseite oder im Inneren der Säule, also in jedem Fall parallel zur Säule und bevorzugt innerhalb der erwähnten, die Säule umgebenden hohlen Rippe, verlaufen und in das Lagergehäuse münden.The connection lines for the coolant and / or lubricant of the bearing can be on the outside or inside of the Column, in any case parallel to the column and preferred inside the hollow rib mentioned surrounding the column, run and open into the bearing housing.

Dadurch ergeben sich die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale der Erfindung sowie vorteilhafte, in den Unteransprüchen an gegebene Weiterbildungen.This results in the features specified in claim 1 the invention and advantageous in the dependent claims given further training.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ange geben. Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt einer Anordnung mit einem Stirnlager im Abströmbereich einer Dampf turbinenanlage.In the following an embodiment of the invention is indicated give. The figure shows a schematic cross section of a Arrangement with a front bearing in the outflow area of a steam turbine plant.

Dabei ist der Außenmantel 1 eines Abströmraums einer Dampf turbine zu erkennen. Er ist geteilt in einen oberen Halbman tel 1.1 und einen unteren Halbmantel 1.2. Gehalten wird er von links und recht angreifenden Pratzen 2. Diese Pratzen 2 ruhen auf einem Stützbock 3. Entlang der horizontalen Tei lung, die durch die Symmetrielinie 4 angedeutet ist, weist der obere Halbmantel 1.1 Flansche 1.11 und der untere Halb mantel 1.2 Flansche 1.21 auf. Diese Flansche sind nach außen orientiert. Sie sind mit einer - in der Figur nur angedeute ten - Schraube 1.3 verbunden. Selbstverständlich können auch andere Befestigungselemente verwendet werden. Die Unterseite der Flansche 1.21 liegt auf der Oberseite 2.1 der Pratzen 2 auf.The outer jacket 1 of an outflow chamber of a steam turbine can be seen. It is divided into an upper half jacket 1.1 and a lower half jacket 1.2 . It is held by left and right attacking claws 2 . These claws 2 rest on a trestle 3 . Along the horizontal parting, which is indicated by the line of symmetry 4 , the upper half-shell 1.1 flanges 1.11 and the lower half-shell 1.2 flanges 1.21 . These flanges are oriented outwards. They are connected to a screw 1.3 - only hinted at in the figure. Of course, other fastening elements can also be used. The underside of the flanges 1.21 lies on the top 2.1 of the claws 2 .

In dem Außenmantel 1 zentrisch angeordnet ist eine Nabe 5. Sie ist in Richtung der Achse der Welle 6 durch eine horizon tale Trennfläche 4 in geodätischer Höhe der Symmetrielinie geteilt in eine obere Nabenhälfte 5.1 und ein untere Naben hälfte 5.2. Entlang der Teilungskante weist sie nach außen hin orientierte Flansche 5.11 und 5.12 auf, die mit Schrauben 5.3 verbunden sind. Auch hier kann die Verbindung durch ein anderes Befestigungselement erfolgen.A hub 5 is arranged centrally in the outer casing 1 . It is divided in the direction of the axis of the shaft 6 by a horizon tal dividing surface 4 at the geodesic height of the line of symmetry in an upper hub half 5.1 and a lower hub half 5.2 . Along the dividing edge, it has flanges 5.11 and 5.12 oriented towards the outside, which are connected with screws 5.3 . Here, too, the connection can be made using another fastening element.

Zwischen der Außenwand der Nabe 5 und der Innenwand des Au ßenmantels 1 befindet sich der Abströmraum 7. Durch diesen Abströmraum strömt der Turbinendampf. Der Abströmraum 7 setzt sich zusammen aus einem oberen und einem unteren Strömungs halbraum 7.1, 7.2.The outflow chamber 7 is located between the outer wall of the hub 5 and the inner wall of the outer shell 1 . The turbine steam flows through this outflow space. The outflow space 7 is composed of an upper and a lower flow half space 7.1 , 7.2 .

Die Nabe 5 wird gehalten von einer oberen Mittelrippe 8.1 und einer unteren Mittelrippe 8.2. Diese Mittelrippen 8.1 und 8.2 sind geodätisch vertikal orientiert. Sie sind rohrförmig aus gebildet. An ihren jeweiligen Enden sind sie mit dem Außen mantel 1 und der Nabe 5 verschweißt. Selbstverständlich ist auch hier eine andere Verbindungstechnik möglich. Des weite ren wird die Nabe 5 zentriert durch Stützrohre 9. Dabei sind obere Stützrohre 9.1 vorhanden, die mit je einem Ende mit der oberen Nabenhälfte 5.1 verschweißt sind. Weiter sind untere Stützrohre 9.2 vorhanden, die mit jeweils einem Ende mit der unteren Nabenhälfte 5.2 verschweißt sind. Mit den jeweils an deren Enden sind die oberen Stützrohre 9.1 mit dem oberen Halbmantel 1.1 und die unteren Stützrohre 9.2 entsprechend mit dem unteren Halbmantel 1.2 verschweißt. Auch hier kann eine andere Verbindungstechnik gewählt werden. Innerhalb der Nabe 5 befindet sich ein Lagergehäuse 10. Diese Lagergehäuse 10 weist eine ringförmige Lagerschale 11 auf, in der die Welle 6 gelagert ist. Mit seinem Fuß 10.1 steht das Lagerge häuse 10 in einem Lagerstuhl 12. Es ist dort über eine Paßfe der 13 zentriert. Der Lagerstuhl 12 ist schalenförmig ge formt. Seine Oberkante erreicht nahezu das geodätische Höhen niveau der Mittelachse der Welle 6. Im oberen Bereich weist der Lagerstuhl 12 beidseitig je eine Stufe 12.1 auf. In diese Stufen 12.1 eingefügt sind Leisten 10.2, die an den Seiten des Lagergehäuses 10 angegossen sind. Mit Schrauben 10.3, die durch die Leisten 10.2 in die Stufen 12.1 des Lagerstuhls 12 führen, ist das Lagergehäuse 10 mit dem Lagerstuhl 12 verbun den. Auch hier kann selbstverständlich eine andere Befesti gungsmöglichkeit gewählt werden.The hub 5 is held by an upper central rib 8.1 and a lower central rib 8.2 . These central ribs 8.1 and 8.2 are oriented geodetically vertically. They are made of tubular. At their respective ends they are welded to the outer casing 1 and the hub 5 . Of course, another connection technology is also possible here. The wide ren hub 5 is centered by support tubes 9th Upper support tubes 9.1 are provided, which are welded to the upper hub half 5.1 with one end each. There are also lower support tubes 9.2 , each of which is welded to the lower hub half 5.2 at one end. With the ends of the upper support tubes 9.1 are welded to the upper half jacket 1.1 and the lower support tubes 9.2 are correspondingly welded to the lower half jacket 1.2 . Another connection technology can also be selected here. A bearing housing 10 is located within the hub 5 . This bearing housing 10 has an annular bearing shell 11 in which the shaft 6 is mounted. With its foot 10.1 is the Lagerge housing 10 in a camp chair 12th It is centered over a passport of 13 . The bearing chair 12 is shaped like a shell. Its upper edge almost reaches the geodetic height level of the central axis of shaft 6 . In the upper area, the storage chair 12 has a step 12.1 on both sides. In these stages 12.1 strips 10.2 are inserted, which are cast on the sides of the bearing housing 10 . With screws 10.3 , which lead through the strips 10.2 in the steps 12.1 of the bearing block 12 , the bearing housing 10 is connected to the bearing block 12 . Of course, another fastening option can also be selected here.

Der Lagerstuhl 12 ruht mit seiner Unterseite auf einer Säule 14. Diese Säule ist geführt durch die untere Mittelrippe 8.2. Sie steht auf dem Fundament 15, z. B. einer Tragplatte oder einem Grundgerüst. Zentriert wird der Lagerstuhl 12 auf der Säule 14 durch eine Paßfeder 13. Durch den zwischen der Säule 14 und der Innenwandung der unteren Mittelrippe 8.2 verblei benden Hohlraum sind die - hier nicht dargestellten - An schlußleitungen (insbesondere für Kühl- und/oder Schmiermit tel) zum Wellenlager geführt.The underside of the bearing chair 12 rests on a column 14 . This column is led through the lower middle rib 8.2 . It stands on the foundation 15 , for. B. a support plate or a basic structure. The bearing bracket 12 is centered on the column 14 by a feather key 13 . Through the remaining between the pillar 14 and the inner wall of the lower center rib 8.2, the cavity - the connection lines (not shown here) are guided to the shaft bearing (in particular for coolants and / or lubricants).

Der Lagerstuhl 12 ist mit Zugankern 16 gegen die Stützböcke 3 verspannt. Die Zuganker 16 werden dabei durch die unteren Stützrohre 9.2 geführt.The bearing bracket 12 is braced against the trestles 3 with tie rods 16 . The tie rods 16 are guided through the lower support tubes 9.2 .

In der Figur nicht dargestellt ist die vordere und hintere Abdeckwand der Nabe 5. Die vordere Abdeckwand weist in ihrer Mitte ein Aussparung auf, durch welche die Welle 6 geführt wird. Um das Eintreten von Dampf in das Innere der Nabe 5 zu vermeiden, ist die Wellendurchführung mit einer Dichtung, beispielsweise einer Labyrinthdichtung, versehen. Die hintere Abdeckwand, vor der die Welle 6 endet, ist abnehmbar durch Schraubverbindungen oder andere Befestigungsmittel an der Nabe 5 angebracht. Hierdurch wird ein axialer Zugang zu dem Wellenlager ermöglicht.The front and rear cover walls of the hub 5 are not shown in the figure. The front cover wall has a recess in its center through which the shaft 6 is guided. In order to prevent steam from entering the interior of the hub 5 , the shaft bushing is provided with a seal, for example a labyrinth seal. The rear cover wall, in front of which the shaft 6 ends, is removably attached to the hub 5 by screw connections or other fastening means. This enables axial access to the shaft bearing.

Claims

1. Arrangement with a front bearing of a shaft ( 6 ) and an axial discharge chamber ( 7 ) arranged in a ring around the shaft and the bearing for a flowing medium, in particular the exhaust steam of a steam turbine system, wherein

- The outflow chamber ( 7 ) is formed by a claw ( 2 ) on a foundation ( 15 ) held outer jacket ( 1 ) with egg ner, on the outer jacket ( 1 ) supported hub ( 5 ), and
- Inside the hub ( 5 ) a bearing housing ( 10 ) of the Stirnla gers, which surrounds a bearing shell ( 11 ), is rigidly held on one of the outer casing ( 1 ) and the hub ( 5 ) independent horizontal column ( 14 ) by Foundation ( 15 ) extends through the outflow space ( 7 ) into the interior of the hub ( 5 ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the outer shell ( 1 ) has a lower, from the claws ( 2 ) held lower shell part ( 1.2 ), on which a lower part ( 5.2 ) of the hub is rigidly supported, and an upper , together with an rigidly supported upper part ( 5.1 ) of the hub from the removable upper shell part ( 1.1 ).

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the upper casing part ( 1.1 ) and the upper part ( 5.1 ) of the hub by means of the lower casing part ( 1.2 ) and the lower part ( 5.2 ) of the hub each radially to the shaft ( 6 ) aligned flanges ( 1.11 , 1.12 , 5.11 , 5.12 ) are screwed together.

4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the outer shell ( 1 ) and the hub ( 5 ) are practically halved by an approximately horizon tal surface ( 4 ).

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hub ( 5 ) via vertical and radial to the shaft ( 6 ) aligned supports ( 8 , 9 ) are supported on the outer casing.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that one of the supports is a hollow central rib ( 8.2 ) in which the column ( 14 ) extends.

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that some of the supports are inclined to the column ( 14 ) extending support tubes ( 9 ) in which tie rods ( 16 ) are fastened, with which the bearing housing ( 10 ) on the foundation ( 15 ) is tensioned.

8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the La gergehäuse ( 10 ) via a column ( 14 ) supported La gerstuhl ( 12 ) is held indirectly by the column ( 14 ).

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the La gergehäuse ( 10 ) lateral, radially to the shaft ( 6 ) aligned strips ( 10.2 ) which are attached to a step ( 12.1 ) of the bearing chair.

10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the end face of the hub ( 5 ) carries a detachable shield.

11. Arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that parallel to the column ( 14 ), in particular in the interior of a column ( 14 ) within the outflow space ( 7 ) surrounding hollow rib ( 8.2 ), lead into the bearing housing connecting lines .

12. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the La gergehäuse ( 10 ), the hub ( 5 ) and the outer casing ( 1 ) are arranged practically concentrically around the shaft.

13. Arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the column is oriented practically radially to the shaft ( 6 ).

14. Arrangement according to claim 13, characterized in that the hub ( 5 ) is supported at practically symmetrical locations on both sides of the column ( 14 ) on the outer casing ( 1 ).