DE2458280A1

DE2458280A1 - Ausdehnungsverbindung

Info

Publication number: DE2458280A1
Application number: DE19742458280
Authority: DE
Inventors: Eric Brian Wheeler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1974-12-10
Publication date: 1975-06-19
Also published as: US3878868A; JPS561510B2; CA1013387A; DE2458280C2; JPS5090842A

Description

Ausdehnungsverbindung

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Ausdehnungs-Balgverbindungen und insbesondere relativ große Balgverbindungen, wie sie für Kraftleitungen und die chemische und verfahrenstechnische Industrie verwendet werden und die einer Wärmeausdehnung unterliegen.

Große Dampfturbinen verwenden Ausdehnungsverbindungen in den Querverbindungsleitungen zwischen den Turbinengehäusen. Neuartige Konstruktionen erfordern die Verwendung von Balgverbindungen, die eine größere Zahl von Palten besitzen als zuvor

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ORIGINAL INSPECTED

verwendete Verbindungen, um die auftretende größere Wärme aus dehnung aufzunehmen, beispielsweise bei Querverbindung leitungen bei Sechsstrahl-Turbinen (six-flow turbines). Um die Spannungen im Betrieb auf einen zulässigen Wert zu beschränken, ist die Zahl der Palten des Balgs nahezu doppelt so groß wie bei gegenwärtig verwendeten Konstruktionen. Es ist jedoch bekannt, daß eine bloße Erweiterung des gegenwärtig bekannten konstruktiven Aufbaus zu den folgenden Problemen führt, welche die Anzahl der Palten des Balgs beschränken.

1.) eine ungleichmäßige Ausbiegung der Palten bewirkt eine erhöhte Inanspruchnahme für einige Palten in dem Betrieb und einen frühzeitigen Ausfall infolge von Ermüdungseffekten.

2.) Eine starke Verzerrung der Steigung der Palten, die auch allgemein als "Verwindung¹¹ ("squirm") unter Belastung durch Innendruck bekannt ist. Diese Verwindung steht bekanntlich- in Beziehung mit der Erhöhung des Drucks und der Anzahl der Falten.

Frühere bekannte Lösungen für das Problem der ungleichmäßigen Ausbiegung enthalten:

(a) sogenannte "selbststabilisierende"("self-equalizing") Wurzel-

im
ringe, die/Wurzel- oder Fußteil jeder Falte eingefügt sind zur Begrenzung der Druckausbiegung an jeder Falte. Sie beschränken jedoch nicht die Dehnung:

(b) Endanschläge an äußeren Füharungsstangen, die entweder mit den Wurzel- oder Fußringen oder mit jedem Ende der Balganordnung verbunden sind. Sie können so aufgebaut v/erden, daß sie die Qesamtausdehnung und die Gesamtkompression begrenzen und trotzdem noch eine ungleichmäßige Ausbiegung einzelner Falten zulassen; '!Pantograph"-Mechanismen, welche mit äußeren Wurzelringen verbunden sind und die Bewegung jedes Wurzelringes und damit jeder einzelnen Falte regeln. Sie. sind kostspielig und für den längeren Gebrauch unzuverlässig.

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BAD ORIOiNAL

Die vorbekannten Lösungen für das Problem der Verwindung oder Verwerfung beinhalten:

(a) eine Umgestaltung der Konstruktion zur Anwendung einer äußeren Druckbelastung. Von außen belastete Balgeinrichtungen sind bedeutend stabiler als von innen belastete Balgeinrichtungen;

(b) innere oder äußere .Führungs stangen, Zylinder oder Auskleidungen zur Begrenzung des seitlichen Freiheitsgrades der Falten des Balgs. Diese-Verkleidungen sind dann an einem Ende des Balgs befestigt und verhalten sich wie eine starre Verlängerung des Verbindungsrohrs. Diese Verfahren bei einer größeren Zahl von Falten eines Balgs bringen eine Anzahl von Nachteilen mit sich. ■ Die Lösung a) ist kostspielig und ist nicht auf alle konstruktiven Formen der Falten und besonders nicht auf die Formen anwendbar, die gegenwärtig für Querverbindungen an Turbinen benutzt werden; die Lösung b) besitzt eine Neigung zur Vergrößerung der Wahrscheinlichkeit einer ungleichmäßigen Auslenkung einzelner Falten wegen der ausgeübten axialen Reibungskräfte.

Es ist daher eine.Aufgäbe der vorliegenden Erfindung, eine Balgenausdehnungsverbindung mit einer erhöhten Anzahl von Falten zur Aufnahme einer erhöhten Wärmeausdehnung zu schaffen.

.Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die ungleichmäßige Auslenkung einzelner Falten des Balgs zu begrenzen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die VerwindungsVerwerfung der Balgverbindungen zu verhindern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Ausdehnungsverbindung mindestens vier getrennte Balggruppen, die ein Paar von Ronrabschnitten miteinander verbinden. Jede Balggruppe ist mit einer benachbarten Balggruppe durch einen Ring verbunden. Endringe sind jeweils an einem Rohrende befestigt und dienen zur Halterung festgelegter zylindrischer Innenverkleidungen,

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die axial einwärts gelegene freie Enden besitzen, wobei ein gleitender Mittelring eine zylindrische Mittelverkleidung trägt, die entgegengesetzte freie Enden besitzt. Die zylindrischen Innenverkleidungen besitzen alle radial nach außen gesetzte Grenzoder Endanschläge und die Ringe besitzen radial einwärts liegende Anschläge, die mit den Endanschlägen der Verkleidung zusammenwirken und die Ausdehnung und die Kompression jeder Balggruppe begrenzen. Die seitliche Auslenkung der Balggruppe wird durch einen kleinen radialen Spielraum zwischen den inneren Verkleidungen und den Balggruppen begrenzt.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Figur 1 ist eine Draufsicht einer Turbine mit Mehrfachgehäuse und zeigt eine der möglichen Umgebungsbedingungen in denen die vorliegende Erfindung benutzt werden kann.

Figur 2 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, für ein Gehäuse für eine Niederdruck-Turbine und der Querverbindungsrohrleitung und veranschaulicht eine Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht im Schnitt für eine Ausdehnungsverbindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zur gegenseitigen Verbindung eines Paars von Rohrabschnitten.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Umgebung, in welcher die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, und zwar in Form einer Dampfturbine mit Mehrfachgehäuse. Die Figur 1 zeigt die Umrisse einer Sechsstrom-Turbine mit Doppelheizung einschließlich einer Zwischendruck- oder Wiedererhitzungs-Turbine 11 und mehr-

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fachen Niederdruck-Turbinen 13, 14 und 15. Der Dampf wird von der Wiedererhitzungs-Turbine den Niederdruck-Turbinen mit Hilfe einer Querverbindungs-Rohrleitung 17 zugeführt.

Die Figur 2 zeigt eine vergrößerte Draufsicht einer solchen Niederdruck-Turbine einschließlich eines äußeren Gehäuses 19. Die Niederdruck-Turbine ist mit der Querverbindungs-Rohrleitung über eine Turbinen-Einlaßleitung 21 verbunden. Die Querverbindungs-Rohrleitung enthält ein äußeres Hüllrohr 23 und innere Rohrabschnitte 25, 27 und 29. Der innere Rohrabschnitt 27 ist ein "'!"'-Formstück, wobei der radiale Teil mit dem Niederdruck-Turbinengehäuse verschraubt ist. Der axiale Teil des T-Abschnittes 27 kann sich "frei bewegen" ("gleiten") ("float") mittels Ausdehnungsverbindungen 31 zwischen den festen Rohrabschnitten 25 und 29, so daß die Strömungsmittelverbindung zwischen der Querverbindungsrohrleitung und dem Turbinengehäuse nicht belastet wird. Eine .weitere Beschreibung der Verwendung von Ausdehnungsverbindungen wird in der US-Patentschrift 3 488 9^9 gegeben.

Figur 3 zeigt eine Ausdehnungsverbindung zur Verbindung eines Paars von Rohrabschnitten. Ein Endring 33 ist an jedem Ende eines Rohrabschnittes angebracht und jeder Endring erstreckt sich axial in Richtung des anderen Endrings und eines Mittelringes 35· Ein Zwischenring 37 ist zwischen jeden Endring und den Mittelring eingefügt. Die Endringe sind mit den Zwischenringen durch ein Paar axialer äußerer Balganordnungen 39 verbunden, während andererseits der Mittelring und die Zwischenringe durch ein Paar ■ von axial innen gelegenen Balganordnungen 41 verbunden sind. Es ist daher ersichtlich, daß sich der Mittelring 35 und die Zwi~ schenringe 37 frei axial verschieben können und andererseits die Endringe 33 an dem Rohrabschnitt fest verbunden sind.

An jedem Endring sind ein Paar starrer zylindrischer Endringverkleidungen 42 befestigt. Unter Beachtung der in Figur 3 an-

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gegebenen Strömungsrichtung ist ersichtlich, daß sich die am stromaufwärts gelegenen Endring befestigte Endringverkleidunp; in Richtung stromabwärts erstreckt und in einem freien Ende endigt. Die am stromabwärts gelegenen Endring befestigte Endrinp;-verkleidung erstreckt sich in Richtung stromaufwärts und endigt ebenfalls in einem freien Ende.

Eine starre zylindrische Mittelringverkleidung 4 3 ist an dem Mittelring an einem Punkt zwischen den Enden der Mittelringverkleidung befestigt und endigt in einem stromaufwärts und eimern stromabwärts gelegenen freien Ende.

Die freien Enden jeder Endringverkleidung enthalten einen radial nach außen weisenden umkreisförmigen Lippenteil 46, der eine axial äußere Anschlagbegrenzung definiert. Die freien Enden der Mittelringverkleidung enthalten jede einen radial nach außen weisenden umkreisförmigen Lippenteil 47, der eine axial innen gelegene Anschlagbegrenzung bildet. Es ist zu beachten, daß die axial außen gelegenen Anschlagbegrenzungen festgelegt sind und sich andererseits die axial innen|gelegenen Anschlagbegrenzungen zusammen mit dem Mittelring, den Zwischenringen und der Mittelringverkleidung axial verschieben können.

Jeder Zwischenring ist aus einem radial nach innen weisenden umkreisförmigen Plansch 49 gebildet, der in der Mitte zwischen einem Paar von radial nach innen weisenden umkreisförmigen Endflanschen 51 angeordnet ist. Die Plansche 49 und 51 erstrecken sich radial nach innen und wirken mit den Anschlagbegrenzungen oder Endanschlägen 45 und 47 zusammen. Der Plansch 49 ragt zwischen den Endanschlägen 45 und 47 nach innen und die Plansche erstrecken sich nach innen zu beiden Seiten der Endanschläge 45 und 47.

Im allgemeinen erzeugt eine relative Bewegung der beiden Ringe axiale Kräfte durch die gesamte Verbindung mit etwa gleicher Größe, modifiziert durch den Reibungswiderstand zwischen den

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Verkleidungen und Ringen. Daher werden bei der vollen Ausdehnung die Endanschläge 45 und 47 gleichzeitig im Kontakt mit den benachbarten Planschen 51 sein und bei voller Kompression werden sie gleichzeitig im Kontakt mit dem Plansch 49 sein. Der Bereich für die Ausdehnung und Kompression für Jede einzelne Gruppe wird durch die Anschläge begrenzt und kann nicht durch ein Kräfteungleichgewicht überschritten werden-, das durch Reibungswiderstand verursacht wird.

Die seitliche Ausbiegung und Verbindung wird beherrscht durch enge radiale Spielräume zwischen den radial äußeren Endanschlägen 45 und 47, die in Kontakt mit den Zwischenringen 37 sind, um auf diese Weise eine seitliche Auslenkung zu hemmen, die über eine begrenzte Größe hinausgeht.

Ein zylindrischer Deflektor 55 ist am freien Ende der Ringverkleidung 42 für das stromaufwärts gelegene Ende befestigt und erstreckt sich stromabwärts bis zur axialen Überlappung mit dem stromaufwärts gelegenen Ende der Mittelringverkleidung. Er bildet hierdurch ein Mittel zur Verhinderung des radialen Dampfdurchtrittes zwischen den beiden Enden der Ringverkleidung am stromaufwärts gelegenen Ende und dem stromaufwärts gelegenen freien Ende der Mittelringverkleidung. Die gleiche Punktion wird am stromabwärts gelegenen Ende durch einen zweiten zylindrischen Deflektor 57 ausgeübt, der an einem Ende an dem stromabwärts gelegenen freien Ende der Mittelringverkleidung befestigt ist und axial das freie Ende der Ringverkleidung für das stromabwärts gelegene Ende überlappt.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung kann in der folgenden Weise beschrieben werden. Jede einzelne Balganordnung 39/41 enthält eine Vielzahl und vorzugsweise mindestens vier Paltungen und liegt damit ohne weiteres innerhalb der konstruktiven Grenzen für eine einzelne ungestützte Balganordnung, die keinerlei besondere Beherrschung der Auslenkung oder der Verwindung besitzt. Dies bedeutet jedoch, daß die gesamte

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- 8 Ausdehnungsverbindung mindestens 16 Faltungen oder Palten enthält.

Die axiale Ausdehnung und Kontraktion der äußeren Balganordnung wird durch äußere Endanschläge 45 beherrscht. Die axiale Ausdehnung und Kontraktion der inneren Balganordnung wird durch innere Endanschläge 47 beherrscht. Eine ungleichförmige Auslenkung innerhalb der Ausdehnungsverbindung wird durch die gleitenden oder schwebenden Zwischenringe 37, den Mittelring 35 und die Mittelringverkleidung 4 3 verhindert, die sich axial bewegen können, um eine weitere thermische Ausdehnung an benachbarten Ringen beim Erreichen der einzelnen Endanschläge zuzulassen und dadurch eine ungleichförmige Auslenkung an irgendeiner Balganordnung oder Faltung zu verhindern.

Die Verwindung innerhalb der Ausdehnungsverbindung wird verhin-

.radialen
dert infolge des engen/Spielraums zwischen jedem Endanschlag, der an jeder starren zylindrischen Verkleidung und den eng benachbarten Ringen vorhanden ist.

Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es-sind jedoch ohne weiteres Abwandlungen möglich, beispielsweise die Verwendung von zwei oder mehr Mittelringen.

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Claims

Patent ansprüche

1.) Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung zur Verbindung eines Paars von Rohrabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

ein Paar von Endringen, wobei am Ende jedes Rohrabschnittes ein Endring angebracht ist,

einen Mittelring (35), der axial zwischen den Endringen (33) angeordnet ist,

ein Paar von Zwischenringen (37), wobei sich ein solcher Zwischenring jeweils zwischen dem Plittelring (35) und jedem Endring (33) befindet,

ein Paar von axial äußeren Balgeinrichtungen (39), die jeweils jeden Endring (33) mit einem benachbarten Zwischenring (35) verbinden, . ,

ein Paar von axial inneren Balgeinrichtungen (²Il), die jeweils einen Zwischenring (37) mit dem Mittelring (35) verbinden,

ein Paar von Endringverkleidungen (42), die jeweils an einem Ende des entsprechenden Endringes (33) befestigt sind und deren anderes Ende frei und auf den Mittelring (35) gerichtet ist, wobei jedes freie Ende in einem radial nach außen weisenden umschließenden Lippenteil (45) endigt, die ein Paar axial äußerer Endanschläge bilden,

eine Mittelringverkleidung (43), die an einem Punkt zwischen ihren Enden an dem Mittelring (35) befestigt ist und entgegengerichtet weisende freie Enden besitzt, wobei jedes freie Ende in einem radial nach außen weisenden umschließenden Lippenteil (47) endigt, durch die ein Paar axial innere Endanschläge gebildet sind, und

Anschlageinrichtungen (-49, 51), die von jedem Zwischenring (37) aus radial nach innen hereinragen und mit den äußeren und inneren Endanschlägen zusammen eine Begrenzung der axialen Auslenkung jeder Balganordnung bilden.·

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Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtungen einen Plansch (49) enthalten, der an jedem Zwischenring gebildet ist und zwischen einem entsprechenden äußeren und inneren Endanschlag (45, 47) radial nach ijmen ragt.

Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung einen Flansch (51) enthält, der an jedem Ende eines Zwischenringes (37) ausgebildet ist und nach innen nereinragt zur radialen Überlappung mit einem inneren bzw. äußeren Endanschlag (45, 47).

Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung enthält:

einen an jedem Zwischenring (37) mit gleichem Abstand von dessen Enden ausgebildeten Flansch, der zwischen einem äußeren bzw. inneren Endanschlag (47, 45) radial nach innen ragt, und einen an jedem Ende eines Zivischenringes ausgebildeten Anschlag, der radial nach innen ragt zur radialen Überlappung mit dem entsprechenden inneren bzw. äußeren Endanschlag (47, 45).

Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Einrichtungen zur Verhinderung eines Dampfdurchtrittes in radialer Richtung zwischen der Mittelverkleidung (43) und jeder der Endverkleidungen (42) enthält, wobei diese Einrichtung umfaßt:

einen ersten Zylinder (55), der an dem freien Ende der stromaufwärts gelegenen Endverkleidung (42) befestigt ist und sich stromabwärts über das stromaufwärts gelegene freie Ende der Mittelverkleidung (43) hinaus erstreckt, und einen zweiten Zylinder (57), der am stromabwärts gelegenen

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freien Ende der Mittelverkleidung (43) befestigt ist und sich stromabwärts jenseits des freien Endes der stromaufwärts gelegenen Endverkleidung (42) erstreckt, wobei der erste und zweite Zylinder (55-, 57) axial einen Teil der Mittelverkleidung bzw. der stromaufwärts gelegenen Endverkleidung (42) überlappen.

6. Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch—gekennzeichnet , daß ein geringes radiales Spiel zwischen den Endanschlägen (47, 45) und den entsprechenden Zwischenringen (37) vorhanden ist und nur eine begrenzte radiale Auslenkung zuläßt.

7. Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-zeichnet, daß jede Balganordnung mindestens vier Faltungen besitzt und die gesamte Ausdehnungsverbindung mindestens sechzehn Faltungen besitzt.

8. Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch . gekennzeichnet, daß die Endringe (33) festgelegt sind und der Mittelring (35) und die Zwischenringe (37) beweglich sind.

9. Faltenbalg-Ausdehnungsverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endringverkleidungen (42) festgelegt sind und die Mittelringverkleidung dazwischen frei schwebend angeordnet ist.

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