DE2458280C2 - Faltenbalg-Ausdehnungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Faltenbalg-Ausdehnungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Faltenbalg-Ausdeh- nungseinrichiung ist aus der CH-FS 3 30 600 bekannt

Große Dampfturbinen beispielsweise verwenden Ausdehnungsverbindungen in den Querverbindungsleitungen zwischen den Turbinengebausen. Neuartige Konstruktionen erfordern die Verwendung von Balgverbindungen, die eine größere · Anzahl von Falten besitzen als zuvor verwendete Verbindungen, um die auftretende größere Wärmeausdehnung aufzunehmen.

Um die Spannungen im Betrieb auf einen zulässigen Wert zu begrenzen, ist die Zahl der Falten des Balgs nahezu doppelt so groß wie bei gegenwärtig verwendeten Konstruktionen. Hierbei treten jedoch neue Probleme auf, denn eine ungleichmäßige Auslenkung der Falten bewirkt eine erhöhte Inanspruchnahme für einige Falten im Betrieb und einen vorzeitigen Ausfall infolge von Ermüdungseffekten, und es tritt eine starke Verzerrung der Steigung der Falten auf, die auch allgemein als »Verwindung« unter Belastung durch Innendruck bekannt ist Diese Verwindung steht bekanntlich in Beziehung mit der Erhöhung des Drucks und der Anzahl der Falten.

Zur Oberwindung des. Problems der ungleichmäßigen Auslenkung sind verschiedene Maßnahmen bekannt Es wurden sogenannte »selbststabilisierende« Ringe verwendet die im Wurzel- oder Fußteil jeder Falte eingefügt sind und die Druckauslenkung an jeder Falte begrenzen. Sie begrenzen jedoch nicht die Veriänge-

rung. Weiterhin wurden Endanschläge an äußeren Führungsstangen vorgesehen, die entweder mit den Wurzel- oder Fußringen oder mit jedem Ende des Faltenbalges verbunden sind. Sie können zwar so aufgebaut werden, daß sie die Gesamtverlängerung und die Gesamtkompression begrenzen, sie gestatten jedoch eine ungleichmäßige Auslenkung einzelner Falten. Schließlich sind sogenannte »Pantograph«-Mechanismen bekannt welche mit äußeren Fußringen verbunden sind und die Bewegung jedes Fußringes und damit jeder einzelnen Falte regulieren. Sie sind jedoch kostspielig und für den längeren Gebrauch unzuverlässig.

Zur Vermeidung der starken Verwindung ist es einerseits bekannt eine äußere Druckbelastung zu verwenden, denn von außen belastete Faltenbälge sind bedeutend stabiler als von innen belastete Faltenbälge. Dies ist jedoch 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. Andererseits können innere oder äußere Führungsstangen, Zylinder oder Auskleidungen zur Begrenzung des seitlichen Freiheitsgrades der Falten des Balgs vorgesehen sein.

Diese Verkleidungen sind dann an einem Ende des Balgs befestigt und verhalten sich wie eine starre Verlängerung des Verbindungsrohres. Diese Verfahren bei einer größeren Zahl von Falten eines Balgs bringen eine Anzahl von Nachteilen mit sich, insbesondere besteht eine größere Wahrscheinlichkeit einer ungleichmäßigen Auslenkung einzelner Falten wegen der ausgeübten axialen Reibungskräfte.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Faltenbalg-Ausdehnungseinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß die ungleichmäßige Auslenkung ein7plnpr Falten rip« Balg«: he<m>n7t und Hip V^ru/jn. dungsverwerfung der Balgverbindung verhindert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentan-Spruchs 1 gelöst

vorteühake Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem Unteranspruch gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die axiale Expansion und Kontraktion aller Faltenbälge bzw. Balggruppen durch diese einzeln zugeordneten Anschläge gesteuert werden, die bei einem Ungleichgewicht der Kräfte beispielsweise durch unterschiedliche Reibungswider-

stände nicht überschritten werden können. Dabei wird eine ungleichförmige Auslenkung innerhalb der Ausdehnungseinrichtung durch die gleitenden oder schwimmenden Zwischenringe, den Mittehing und die Mittelringverkleidung verhindert, die sich axial bewegen können, um eine weitere thermische Ausdehnung an benachbarten Ringen beim Ep-eichen der einzelnen Endanschläge zuzulassen. Weiterhin kann auf einfache Weise die Verbindung innerhalb der Ausdehnungseinrichtung verhindert werden durch einen engen radialen Spielraum zwischen jeder zylindrischen Verkleidung und den eng benachbarten Ringen.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen nähe* 'r'-äntert

Fig. 1 ist eine Draufsicht ei-ier Tu-!~;ie mit Mehrfachgehäuse und zeigt ein Anwtndur.>sbeispiel der Faltenbalg-Ausdehnungseinrichtung gemäß der Erfindung.

F i g. 2 ist eine teilweise au? rescnniuene Ansicht von einem Gehäuse für eine NiecU-H-uck-Turbine und der Querverbindungsrohrleitung.

Fig.3 ist eine geschnittene Draufsicht auf eine Ausdehnungseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 1 und 2 zeigen eine Dampfturbine mit Mehrfachgehäuse. Die F i g. 1 zeigt die Umrisse einer Sechsstrom-Turbine mit Doppelheizung einschließlich einer Zwischendruck- oder Wiedererhitzungs-Turbine 11 und mehrfachen Niederdruck-Turbinen 13, 14 und 15. Der Dampf wird von der Wiedererhitzungs-Turbine den Niederdruck-Turbinen mit Hilfe einer Querverbindungs-Rohrleitung 17 zugeführt

Die Fig.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-Ein-Iaßleitung21 verbunden. Die Querverbindungs-Rohrleitung enthält ein äußeres Hüllrohr 23 und innere Rohrabschnitte 25,27 und 29. Der innere Rohrabschnitt 27 ist ein »T« Formstück, wobei der radiale Teil mit dem Niederdruck-Turbinengehäuse verschraubt ist Der axiale Teil des T-Abschnittes 27 kann sich frei bewegen (»schwimmen«) mittels Ausdehnungsverbindungen 31 zwischen den festen Rohrabschnitten 25 und 29, so daß die Siröimiügsinitteiverbindüng zwischen der Qu?rveibindungsrohrleitung und dem Turbinengehäuse nicht belastet wird.

Fig.3 zeigt eine Ausdehnungsverbindung zur Verbindung eines Paars von Rohrabschnitten. Ein Endring 33 ist an jedem Ende eines Rohrabschnittes befestigt, 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 Baigan-

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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 Zwischenringe 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 Fig.3 angegebenen Strömungsrichtung ist ersichtlich, daß sich die am stromaufwärts gelegenen Endring befestigte Endringverkleidung in Richtung stromabwärts erstreckt und in einem freien Ende endigt Die am stromabwärti gelegenen Endring befestigte Endringverkleidung erstreckt sich in Richtung stromaufwärts und endigt ebenfalls in einem freien Ende.

Eine starre zylindrische Mittelringverkleidung 43 ist an dem Mittelring an einem Punkt zwischen den Enden der Mittelringverkleidung befestigt und endigt in einem stromaufwärts und einem stromabwärts gelegenen freien Ende.

Die freien Enden jeder Endringverkleidung enthalten eine radial nach außen weisende umkreisförmige Rippe 45, die eine axial äußere Anschlagbegrenzung definiert Die freien Enden der Mittelringverkleidung enthalten jede eine radial nac>- außen weisende umkreisförmige Rippe 47, die eine axial innen gelegene Anschlagbegrenzung bildet Die axial außen gelegenen Anschlagbegrenzungen sind festgelegt, während sich die axial innen gelegenen Anschlagbegrenzungen zusammen mit dem Mittelring, den Zwischenringen und der Mittelringverkleidung axial verschieben können.

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

Im allgemeinen erzeugt eine relativ«; Bewegung der beiden Ringe 33 axiale Kräfte durch die gesamte Verbindung mit etwa gleicher GröGc, modifiziert durch den Reibungswiderstand zwischen den Verkleidungen und Ringen. Daher werden bei der vollen Ausdehnung die Rippen 45 und 47 gleichzeitig im Kontakt mit den benachbarten Flanschen 51 sein, und bei voller Kompression werden sie gleichzeitig im Kontakt mit dem Flansch 49 sein. Der Bereich für die Ausdehnung und Kompression für jede einzelne Gruppe wl· durch die Anschläge begrenzt und kann nicht uurch ein Kr^fteungleichgewicht überschritten werden, das durch Reibungswiderstand verursacht wird.

Die seitliche Ausbiegung und Verbindung wird beherrscht durch enge radiale Spielräume zwischen den

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mit den Zwischenringen 37 sind, um auf diese Weise eine seitliche Auslenkung zu hemmen, die über eine begrenzte Größe hinausgeht

Eine zylindrische Hülse 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. Sie bildet hierdurch ein Mittel zur Verhinderung des radialen Dampfdurchtrittes zwischen den beiden Enden der Ringverkleidung am

suuiimuiwai u> gcicgci'cii t.iiuc uiiu uciix auuinauiwai ti gelegenen freien Ende der Mittelringverkleidung. Die gleiche Funktion wird am stromabwärts gelegenen Ende durch eine ζ ./ehe zylindrische Hülse 57 ausgeübt, die 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 «n der folgenden Weise beschrieben werden. Jede einzelne Balgcnordnung 39/41 enthält eine Vielzahl und beispielsweise vier Faltungen und liegt damit ohne weiteres innerhalb der konstruktiven

Grenzen für eine einzelne ungestützle Balganordnung, die keinerlei besondere Beherrschung der Auslenkung oder der Verwindung besitzt Dies bedeutet jedoch, daß die gesamte Ausdehnungsverbindung mindestens 16 Faltungen oder Falten enthält.

Die axiaie Ausdehnung und Kontraktion der äußeren Balganordnung wird durch äußere Rippen 45 beherrscht. Die axiaie Ausdehnung und Kontraktion der inneren Balganordnung wird durch innere Rippen 47 beherrscht. Eine ungleichförmige Auslenkung innerhalb der Ausdehnungsverbindung wird durch die schwimmenden Zwischenringe 37, den Mittelring 35 und die Mittelringverkleidung 4ä verhindert, die sich axial bewegen können. Um iirte weitere thermische Ausdeh-

nung 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 verhindert infolge des engen radialen 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichntiflgeü

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Faltenbalg-Ausdehnungseinrichtung zum Verbinden von zwei Rohrabschnitten mit folgenden Merkmalen:

— am Ende jedes Rohrabschnittes ist jeweils ein Endring (33) befestigt

— ein Mittelring (35) ist axial zwischen den Endringen (33) schwimmend angeordnet,

— zwischen dem Mittelring (35) und jedem Endring (33) ist jeweils ein Zwischenring (37) schwimmend angeordnet,

— jeweils ein axial äußerer Faltenbalg (39) verbindet einen Endring (33) mit einem benachbarten Zwischenring (37),

— jeweils ein axial innerer Faltenbalg (41) verbindet einen Zwischenring (37) mit dem Mittelring (35),

dadurch gekennzeichnet, daß

— an jedem Endring (33) eine Endringverkleidur.g (42) befe^igt ist, deren freies Ende auf d-i Mittehing (35) gerichtet ist und in einer rad>_u nach außen weisenden Umfangsrippe (45) endet,

— an dem Mittelring (35) eine Mittelringverldeidung (43) befestigt ist, deren beide freien Enden in jeweils einer radial nach außen weisenden Umfangsrippe (47) enden, und

— an jedem Zwischenring (37) ein mittlerer Flansch (49) und endseitige Flansche (51) ausgebildet sind, die sich radial nach innen erstrecken derart, daß sie die Umfangsrippen (45, 47) in radialer Richtung überlappen und axial innere bzw. äaßere _-*nschläge für die Dehnungsbewegungeri der "^;altenbälge (39,41) bilden.

2. Faltenbalg-Ausdehnungseinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß zur Verhinderung eines Dampfdurchtrittes in radialer Richtung zwischen der Mittelringverkleidung (43) und den Endringverkleidungen (42) ein erster Zylinder (55), der an dem freien Ende der stromaufwärtigen Endringverkleidung (42) befestigt ist und sicn stromabwärts über das stromaufwältige freie Ende der Mittelringverkleidung (43) hinaus erstreckt, und ein zweiter Zylinder (57), der am stromabwärtigen freien Ende der Mittelringverkleidung (43) befestigt ist und sich stromabwärts über das freie Ende der stromabwärtigen Endverkleidung (42) hinaus erstreckt vorgesehen sind, wobei zwischen den Umfangsrippen (45,47) und den radial benachbarten Zwischenringen (37) nur ein geringer radialer Spielraum vorhanden ist