DE2423913A1

DE2423913A1 - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE2423913A1
Application number: DE2423913A
Authority: DE
Inventors: Max Hartmann
Original assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Current assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1974-05-16
Publication date: 1975-10-23
Also published as: FR2267455B1; DE2423913B2; FR2267455A1; IT1034925B; CA1022462A; SE7503964L; CH570549A5; NL7504081A; GB1455974A; JPS5335203B2; SE408211B; JPS50136508A; BE827645A; DE2423913C3

Description

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Brown.Boveri Sulzer - Turbomaschinen AG, Zürich

Gasturbinenanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine stationäre Gasturbinenanlage mit einem Lager für den Läufer an der Abgasseite des Gehäuses, wobei der Strömungskanal der Gasturbine in einen Austrittsdiffusorring übergeht, dessen äussere und innere Umfangswände mittels tragflügelförmiger Rippen gegeneinander abgestützt sind und das Lager des Läufers im Hohlraum der inneren Umfangswand vorgesehen ist.

Aus strömungstechnischen Gründen und zur besseren Beeinflussung des Wirkungsgrades werden bei Gasturbinenanlagen relativ länge, vorzugsweise in axialer Richtung erstreckende Austrittsdiffüsoren vorgesehen. Aus diesen, die ökonomische Grundlage berücksichtigenden Gründen wird es tech-

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nisch erforderlich, das abgasseitige Lager des Turbinenläufers am Gehäuse der Turbine abzustützen. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen zwischen Gehäuse und Läufer (das Gehäuse soll sich frei dehnen können, der Läufer darf sich aber nicht verlagern), werden die Hersteller von Gasturbinen immer wieder vor Probleme gestellt.

Es ist z.B. bekannt, im Auspuffkonus von Jet-Gasturbinen, der mit stromlinienförmigen Speichen ausgerüstet ist, die mit dem äusseren Gehäuse verbunden sind, ein Wellenlager anzuordnen, dessen Tragring über wärmebeweglich im Auspuffkonus eingesetzte Stifte in radialen Ebenen am Aussengehäuse abgestützt ist (CH-PS 268 648).

Dadurch werden die dynamischen Kräfte, aber auch die Dehnungskräfte vom Abgasdiffusor auf das äussere Gehäuse übertragen. Dieses ist im Kraftwerksbetrieb seinerseits über Pratzen oder auch Pendelstützen am Fundament befestigt, an das normalerweise alle Beanspruchungen abgeleitet werden.

Im instationären Betrieb, wie er bei Gasturbinenkraftwerken zur Spitzenlastdeckung häufig eintritt, treten an den Gehäusen Wärmespannungen und Differenzdrehungen auf, die dann zu Spiel änderungen zwischen Läufer und Gehäuse führen und auch die Wellen bzw. Läuferabstützung beeinflussen. Es kann dann zu Beschädigungen der Lager und Stopfbüchsen kommen, aber auch Schaufel schaden können eintreten. Bei hohen Temperaturen und grossen Dimensionen der Gehäuse werden diese Nachteile in stärkerem Ausmass wirksam.

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Es ist auch bekannt, den Abgasdiffusor als völlig vom Aussengehäuse der Turbine getrenntes Teil auszubilden, wobei die äussere und innere Ringwand des Diffusors über jeweils wärmebewegliche und dehnungsausgleichende Verbindungselemente miteinander verbunden sind und im Inneren der inneren Ringwand des Diffusors das Endlager des Läufers abgestützt ist und gegenüber dem Abgaskanal abgedichtet ist (DPS 768 036)·

Auch bei dieser Bauart können wegen der unterschiedlichen Dehnungen Wellenverlagerungen auftreten. An den wärmebeweglichen Verbindungsstellen zwischen Abgasdiffusor und Aussengehäuse treten grosse Wärmespannungen auf, die die Dichtungsprobleme zusätzlich vergrössern.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbinenanlage der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die die Abstützung des abgasseitigen Lagers von den Einflüssen aus Wärmebeanspruchung und -dehnung des Aussengehäuses und des Austrittsdiffusorringes unabhängig macht.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch ausgezeichnet, dass durch die hohl ausgebildeten Rippen Stützen hindurchragen, deren Enden einerseits mit dem Lagergehäuse und andererseits mit einem Fundament der Anlage starr verbunden sind und dass das Gehäuse der Gasturbine abgassei tig über separate Tragelemente mit dem Fundament fest verbunden ist.

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Daraus ergibt sich der Vorteil der völlig getrennten Abstützung des Aussengehäuses von der Abstützung des Läufers gegenüber dem Fundament, so dass die bisher auftretenden Wechselbeziehungen zwischen den beiden Bauteilen von vornherein ausgeschlossen werden können. Die vom Läufer herrührenden dynamischen Kräfte wirken auch nicht mehr auf das Gehäuse der Gasturbine ein. Durch die getrennte Abstützung wird einerseits die'Zugänglichkeit einzelner Bauteile verbessert, da bei einer Lagerkontrolle oder Revision nicht mehr das Gehäuse geöffnet werden muss. Bei einer besonderen Ausführungsform werden die Stützen des abgasseitigen Lagers und die Tragelemente des Gehäuses mit Kanälen ausgerüstet, die ihrerseits mit Kühlmittel Zuführungen verbunden sind. Bei einer derart ausgebildeten Gasturbinenanlage ist eine effiziente Kühlung erreichbar, so dass grössere Wellengewichte bei hohen Abgastemperaturen ohne Einbusse an Sicherheit zugelassen werden können. Damit wird der Anwendungsbereich von Gasturbinen der eingangs angegebenen Art durch den Erfindungsgegenstand erweitert.

Ferner ist es möglich, durch voneinander unabhängige Kühlung der Stützen des Lagers und der Tragelemente des Gehäuses eine Beeinflussung der relativen Lage von Läufer und Aussengehäuse zu bewirken. Gleichzeitig kann als Kühlmedium das Schmiermittel des Lagers angewendet werden. Es ist aber auch möglich die Rotorkühlluft, die Stopfbüchsensperrluft oder Fremdluft zur Kühlung der Stützen heranzuziehen, wobei die hohlen Stützen als Luftkanäle dienen.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Gasturbine an der Abgasseite, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch das Tragelement oder die Stützen, Fig. 4 eine andere Ausführungsform zu Fig. 3.

Für einander entsprechende Teile sind in den einzelnen Figuren gleiche Bezugszeichen eingesetzt.

In Fig. 1 ist die Abgasseite einer Gasturbine 1 dargestellt. In das Gehäuse 2 derselben sind die Leitschaufel träger 3 eingesetzt, die zusammen mit der Umfangskontur des Läufers 4 den Strömungskanal 5 bilden. Im Läufer 4 und im Leitschaufel träger 3 sind Schaufeln 6 eingesetzt. An das Gehäuse 2 ist der Abgasringkanal 7 angeschlossen, dessen äussere und innere Ringwand 9 über mehrere radiale Rippen 15 miteinander verbunden sind. Der Abgasringkanal 7 ist mit Dichtleisten IQ und 11 ausgerüstet, die den Strömungskanal 5 umschliessen.

Im Innenraum der inneren Ringwand 9 ist das Lager 12 für den Läufer 4 vorgesehen. Dieses ist im Lagergehäuse 13 untergebracht. Die Rippen 15 im Ab.gasringkanal 7 haben zweckmässiger Weise ein Tragflügelprofil und sind teilweise hohl ausgeführt. Durch die hohlen Rippen 15 im Unterteil des Äbgasringkanals 7 reichen Stützen 14, die mit dem Funda-

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ment 16 und dem Lagergehäuse 13 fest verbunden sind. In den Stützen sind Kanäle 18 für die Kühl- oder Schmiermittelzufuhr durch die strichlierten Linien angedeutet.

Das Gehäuse 2 der Gasturbine wird über die Tragelemente 17 direkt am Fundament 16 abgestützt. Die Tragelemente 17 sind in der Art von Pendelstützen ausgeführt, so dass eine Dehnung des Gehäuses 2 in Radialebenen frei und die Dehnung in axialen Ebenen gerichtet erfolgen kann. Am Tragelement 17 ist eine Leitung 27 befestigt, die zur Zufuhr des Kühlmittels dient, das in die Kühlkanäle 19 des Tragelementes 17 strömt. Zwischen dem Tragelement 17 und den Stützen 14 ist eine Verbindungsleitung 20 für das Kühlmittel vorgesehen, die es zum Lagergehäuse 13 bzw. den Kanälen 18 leitet.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Abgasringkanal 7 dargestellt, in dem die klare Trennung zwischen Gehäuseabstützung durch die Tragelemente 17 und Läuferabstützung über die Stützen 14 erkennbar ist. Am Gehäuse 2 ist eine Keilführung 21 für die Fixiering der axialen Mittelebene des Gehäuses angedeutet.

Zweckmässiger Weise werden zur Abstützung des Lagergehäuses 13 zwei Stützen 14 herangezogen. Doch könnten auch eine oder mehrere Stützen vorgesehen werden, wobei die Abstimmung der Stützen 14 zueinander und gegenüber dem Fundament 16 zu berücksichtigen ist. Am Gehäuse 2 sind in der Nähe der Teilungsebene 22 die Tragelemente 17 befestigt, die mit ihrem anderen Ende am Fundament 16 verankert sind.

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In Fig. 3 ist ein Querschnitt der Stütze 14 gemäss Fig. 1 wiedergegeben. Die Stütze 14 ist in der hohlen Rippe 15 untergebracht, wobei· die Stütze 14 mit einem Mantelrohr 23 umgeben ist. Zwischen dem Mantelrohr und der Stütze 14 ist ein Spalt 24 ausgebildet, der den Kühlkanal 18 für das Kühlmedium bildet.

Der verbleibende Raum zwischen Mantelrohr 23 und dem Profil der Rippe 15 ist mit Isolationsmaterial 25 ausgefüllt.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, jedoch sind dabei die Kühlkanäle 18 durch Bohrungen 26 im Querschnitt der Stütze 14 gebildet. Der zwischen der hohlen Rippe 15 und der Stütze 14 verbleibende Raum ist vollständig mit Isolationsmaterial 25 erfüllt. Die vorteilhafte Wirkungsweise der Lagerabstützung 12- 14 ergibt sich aus der Zuführung des Kühlmittels durch die Kanäle 18 bzw. die Verbindung mit den entsprechenden Kühlkanälen 19 der Tragelemente 17. Das über die Zufuhrleitung 27 herangeführte Kühlmittel durchströmt den Kühlkanal 19 des Tragelementes 17 und gelangt über die Verbindungsleitung 20.und die Kanäle 18 zum Lagergehäuse 13.

Bei Verwendung von Luft als Kühlmittel wird diese in den durch die innere Ringwand 9 umschlossenen Raum ausgeblasen und kühlt neben dem Lager 12 auch den Abgasringkanal 7. Die erwärmte Luft kann danach in den nicht gezeigten Kamin abgeführt werden oder eine andere Verwendung finden, z.B. zum Abführen der durch die Isolation oder durch Stopfbüchsenleckagegas in den durch die Ringwand 9 umschlossenen Raum eindringenden Wärme.

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Die notwendige Kühlluftmenge wird zweckmä'ssiger Weise entweder der Rotorkühlluft oder Stopfbüchsensperrluft bei luftgekühlter Bauart der Gasturbine entnommen. Es kann aber auch Umgebungsluft oder Fremdluft von einem vorhandenen Durchluftnetz zur Kühlung herangezogen werden. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, anstatt Luft das Schmiermittel des Lagers 12 zur Kühlung heranzuziehen. Die Zuführung des Schmiermittels zum Lager 12 über die Kanäle 18 der Stützen 14 ist jedoch auch ohne gleichzeitiger Verwendung des Schmiermittels als Kühlmedium möglich und bietet den Vorteil, keine getrennten Zu- und Abfuhrleitungen erstellen zu müssen.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, die Stützen 14 oder die Tragelemente 17 aus Invar-Stahl herzustellen, da hiedurch auf die instationären Dehnungsdifferenzen Einfluss genommen werden kann.

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Claims

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1.7 Stationäre Gasturbinenanlage mit einem Lager für den Läufer an der - Abgasseite des Gehäuses, wobei der Strömungskanal der Gasturbine in einen Austrittsdiffusorring übergeht, dessen äussere und innere Umfangswände mittels tragflügelförmiger Rippen gegeneinander abgestzützt sind und das Lager des Läufer im Hohlraum der inneren Umfangswand vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch hohl ausgebildete Rippen (15) Stützen (14) hindurchragen, deren Enden einerseits mit , dem Lagergehäuse (13) und andererseits mit einem Fundament (16) der Anlage starr verbunden sind und dass das Gehäuse (2) der Gasturbine (1) abgasseitig über separate Tragelemente (17) mit dem Fundament (16) fest verbunden ist.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (14) des abgasseitigen Lagers (12) und die Tragelemente (17) des Gehäuses (2) als Kanäle (18, 19) ausgebildet sind, die mit Kühlmittelzuführungen (20, 27) verbunden sind.

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3. Gasturbinenanlage nach den Ansprüchen.1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (18, 19) der Stützen (14) und der Tragelemente (17) in Serie durchflossen werden.

4. Gasturbinenanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel das Schmiermittel des Lagers (12) ist.

5. Gasturbinenanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel der Stützen (14) und Tragelemente (17) gleichzeitig das Rotorkühlmittel ist.

6. Gasturbinenanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel der Stützen (14) und Tragelemente (17) die Stopfbüchsensperrluft ist.

7. Gasturbinenanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel der Stützen (14) und Tragelemente (17) die Umgebungsluft ist.

Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG

Der Vertreter:

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JA

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