DE2532456C2

DE2532456C2 - Gehäuseabstützung für im Betrieb sich dehnende, horizontalachsige Gehäuse

Info

Publication number: DE2532456C2
Application number: DE2532456A
Authority: DE
Inventors: Jean Eggmann; Max Baden Hartmann
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1985-02-21
Also published as: GB1549682A; FR2316530A1; SE7607569L; CH592268A5; US4050660A; DE7523106U; JPS526812A; FR2316530B1; SE415906B; DE2532456A1; CA1045391A

Description

Die Erfindung betrifft cine Gehäuseabstüi/ung für im Betrieb sich dehnende, horizontalachsige Gehäuse, insbesondere für eine als Verdichter und Turbine bestehende Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-AS 22 30 606).

Die Maschinengehäusc, die sich im Betrieb infolge der Wärme dehnen, müssen auf dein Fundament so befestigt werden, daß sich das Fundament und das Gehäuse gegenseitig nicht belasten. Besonders Gehäuse von Turbomaschinen erreichen im Betrieb ziemlich große Temperaturen und werden möglichst nahe oder genau auf der horizontalen Trennebenc abgestützt, um Vertikalverlagerungen der Maschinenachsc durch Wärmedehnungen zu verhindern.

Eine Gehäuseabstützung der eingangs genannten Art ist bekannt aus DE-AS 22 30 606. Dort werden vertikale Kräfte über Pendelstützen in eine Tragkonstruktion abgeleitet. Die Pendelstützen sind hierzu an ihren beiden Enden in Pfannen angeordnet, wobei die unteren Enden frei pendelnd aufgelagert sind. An der tiefsten Stelle des abzustützenden Teils ist eine Zapfenlochverbindung zur horizontalen Festlegung des Bauteils vorgesehen. Hierzu greift ein an der Tragkonstruktion angeordneter Zapfen in einen am Bauteil befestigten Ring ein. Dies ermöglicht eine vertikale Bewegung. Handell es sich bei dem abzustützenden Bnliteil beispielsweise um eine Turbomaschine, so hat die angeführte Konstruktion den Nachteil, daß die /.apfcnloehvcrbindung zwangsläufig Spiel aufweisen muß. um verschieden große Wärmedehnungen aufzunehmen. Bei unterschiedlichem Neigungswinkel der Zapfen- und Ringachsen kann es dabei leicht zu unerwünschten Veiklentmunnen kommen. F.ine derartige Lösung ist demnach für eine Abstützung beider Enden eines sich dehnenden Gehäuses nicht möglich.

Eine andere bekannte Gehäuseabstützung (US-PS 35 56 672) besteht im wesentlichen aus zwei Blechen, die

jeweils an einem Gehäuseende in einer radialen Ebene angeordnet sind und die vertikalen Kräfte aufnehmen sowie aus einer Axialfixierung, die unterhalb des Gehäuses /wischen den beiden Blechen angeordnet ist. Die Axialfixierung klemmt das Gehäuse in der einmal einge-

in stellten Lage fest und verhindert somit abwärts gerichtete wärmebedingte Gchäusedehnungcn in radialer Richtung. Dies hat zur Folge, daß Welle und Gehäuse desaxiert werden können. Darüber hinaus sind die senkrecht zur Maschinenachsc angeordneten Bleche an den Gehruseenden nicht drehelaslisch und lassen somit eine Torsion des Gehäuses nicht zu.

Bei einer weiteren Gehäuseabstützung (US-PS 33 69 783) besteht die Abstützung aus einerseits Blechen, die am einen Ende des Gehäuses in einer radialen Ebene angeordnet sind und andererseits aus Blechen, die am anderen Gehäuseende beidseitig davon angeordnet sind. Diese letzten Bleche sind geschlitzt, um Axialdehnungen des Gehäuses nicht zu behindern. Diese An der Gohäuscabstützung kennt weder eine axiale Fixic-

2^r> rung noch läßt sie eine Torsion des Gehäuses zu.

Eine weitere Abstützung, die nicht für sich dehnende Gehäuse, sondern für ein kombiniertes Axial-Radiallager bestimmt ist (US-PS 25 24 693), besteht aus einer konischen, geschlitzten Platte, welche an einem Liigcr-

jo ende angeordnet ist und die Axialfixierung des Lagers bestimmt, sowie aus einer elastischen Platte, welche in der Lagermitte senkrecht zur Lageraehsc angeordnet ist und die vertikalen Kräfte aufnimmt. Die Achsen beider Platten schneiden sich mit der Lagerachsc in einem

γ-, gemeinsamen Punkt, so daß bei Drehbewegungen Winkclfchlcr ausgeglichen werden.

Es ist Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung, eine Gehäuseabstülzung der eingangs genannten Art zu schaffen, die das Gehäuse in gewünsehtcr Lage hält und die auf sie wirkende Kräfic und Momente aufnimmt. Die durch Wärmedehnungen auftretenden Verschiebungen sollen ausschließlich durch elastische Verformungen aufgenommen werden, um das Auftreten schwer kontrollierbarer Reibkriiftc zu ver-

4^r, meiden. Die Abstützung soll gleichzeitig den Ausgleich entgegengesetzter Momente der Turbine und des Verdichters im Zylinder zulassen, so daß nur das Resimomeni über die Abstützung auf das Fundament übertragen wird. Die Verbindungen der Abstützungen mit der

¹H) Maschine sollen möglichst kleine Verformungen des Gehäuses hervorrufen.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß diese Gehäuseabstützung die gewünschte Lage des im Betrieb sich dehnenden Gehäuses gul sichert, weil

T, alle Abstützungselcmcntc gclcnklos und dadurch spielfrei sind und alle durch Wärmedehnungen auftretenden Verschiebungen durch elastische Verformungen aufgenommen werden können. Die Anordnung des abstützenden Bleches oder Blechpaketes in einer radialen

W) Ebene des Gehäuses erlaubt die Aufnahme der Drehverformung.

Ls empfiehl! sich, die elastischen l'endelsirn/cn durch wenigstens zwei nebeneinander sichende, flache Stabe auszubilden. Die Pendelstiiizen sind in einzelne Stabe

b^r> aufgeteilt, damit die Differenzdehnung /wischen dem mit dem oberen Teil der Pendelstütze verbundenen (iehäusclcil und dem l'undamcni ohne große Kräfte und Spannungen aufgenommen werden kann, !'einer isi es

zweckmäßig, wenn die oberen Teile der elastischen Pendclsiüi/en unterhalb der horizontalen Trennebene des Gehäuses tangential an diesem Gehäuse befestigt sind. Diese Anordnung ermöglicht eine freie Manipulation mit dem oberen Gehäuseteil und verhindert Höhenverschiebungen der Gehüuseaehse, weil sich der obere Teil der Pendelstütze während der Wärniedehnung in Richtung des Gehäuseradius bewegt. Der Vorteil der Anordnung gemäß Anspruch 2 besteht darin, di>ß die Scherbüchse als Wärmeisolalion dienl, was man weiter Uurch eine geeignete Wahl des Materials steigern kann, und daß der Hebelarm klein wird.

Der Vorteil der Anordnung nach Anspruch 3 liegt darin, daß sich die Drehclastizität erhöht und das Blech oder Blechpaket eine genügende Drehung des auf ihm abgestützten Gehäuseteil zulaßt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbcispicle der l£riindung vereinfacht dargestellt. Es zeigt

!-"ig. 1 ein schematisch veranschaulichtes Gehäuse mil der Gehäu.seabslül/.ung,

l-'ig. 2 eine Gehäuseabslützung im linken Teil der

Fig. 1.

Fig. 3 eine Gehauseabstützung im rechten Teil der Fig. 1,

Fig.4 einen Längsschnitt durch ein Abstützungselemeni,

Fig.5 eine Vorderansicht des Absiützungsclements gemäß Fig.4.

F i g. b einen Längsschnitt durch ein zweites Abslützungsclement,

Fig.7 eine Vorderansicht eines dritten Absiülzungselemcntcs,

F i g. 8 einen vertikalen Querschnitt durch das dritte Abstüt/.ungsclemcnt gemäß F i g. 7,

Fig.9 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform des dritten Absüt/.ungselcmcntcs,

F i g. 10 einen vertikalen Querschnitt durch das drille Abstülzungsclement gemäß I·' i g. 9 und

I·' i g. 11 einen Querschnitt durch ein viertes Abstüty.ungselenienl.

Gemäß Fi g. 1 ist ein Ansaugstutzen mil I bezeichnet, ein Verdichiergchäusc mil 2. ein Turbinengehäuse mil 3. ein Abgasdiffusor mit 4, Fundamente der Slüt/.elemente mil 5. eine elastische, vierteilige Pendelstütze mil 6, eine Fcdcrabstüi/.ung mit 7, eine mehrschichtige Membrane mil 8, ein Blechpaket mit 9, ein Flansch des Verdichtergehäuses 2 mit 10, Schrauben zur Befestigung der Pendelstütze β mil 11, ein Fundamentbalken des Blechpaketes 9 mit 12 und eine horizontale Trennebene des Gehäuses 2,3 mil 13. Kin Zapfen in F i g. 2 ist durch die Zahl 14 gekennzeichnet. Nach F i g. 4 sind Verjüngungen der elastischen Pendelstütze 6 mit der Bezugsziffer 15 benannt, untere Teile der elastischen Pendelstütze 6 mit der Bezugs/Ziffer 16 und obere Teile derselben mil der Bezugsziffer 17. Eine Scherbüchse ist durch die Zahl 18 gekennzeichnet. Gemäß Fig. 6 isl eine Mutter der Federabstiitzung 7 mil der Bezugsziffcr 19 benannt, ein Zapfen mil der Bezugsziffcr 20, eine Ausnehmung im Turbinengehäuse 3 mit der Bezugsziffer 21, ein einstellbarer Anschlag mit der Bczugsziffer 22, eine Ausnehmung im Fundament 5 mit der Ikv.ugsziffer 23, eine Bohrung zur Messung des Federweges mit der Bcztigsziffer 23'. eine Slcllmuttcr mit der Be/.ugs/.iffer 24 und Tellerfedern mit der Be/.ugsziffer 25. In I i g. 7 bedeutet ilie Ziffer 9' Schlitze im Blechpaket 9. Schrauben zur Befestigung des Blechpakeles 9 sind durch die Zahl 26 gekennzeichnet. Gemäß F i g. 4 sind Ausschnitte im Blechpaket 9 mit der Beziigsziffcr 9" benannt. Platten mit der Bezugsziffer 28 und nur in Fig. 10 sichtbare Pendelblcche mit der Bezugsziffer 27. In F i g. 11 ist ein Flansch durch die Zahl 29 gekennzeichnet und ein Befestigungsring durch die Zahl 30.

In F i g. 1 ist schematisch eine Gasturbine dargestellt. Das Turbinengehäuse 3 ist mit zwei vierteiligen elastischen Pendelslüt/en 6 und vier Federabsiüizungen 7 abgestützt. In der gezeichneten Ansicht ist nur cine Federabstüizung 7 sichtbar, die zweite ist hinter dieser

tu angeordnet und zwei weitere Federabstützungen 7 stehen hinter der Pendelstütze 6. Diese Anordnung ist in F i g. 2 gut sichtbar. Den Fixpunkt bildet die mehrschichtige Membrane 8. die mittels des Zapfens 14 mit dem unteren Teil des Turbinengehäuses 3 verbunden ist. Das

r> Vcrdichtergehäuse 2 ist mit dem Blechpaket 9 abgestützt, das im oberen Teil mit dem Flansch 10 und im unleren Teil mit dem Fundamcntbalken 12 verbunden ist. Die Ausführungsform des Blechpaketes 9 ist gemäß Fig.3 im oberen Teil segmentartig. Das Blechpaket 9 fixiert gemeinsam mit den Pcndelstützen 6 die horizontale Lage der Maschinenachse. Die Membrane 8 und das Blechpaket 9 am Eintritt des Verdichtergehäuses 2 verhindern eine unsymmetrische Biegung der Pendelstützen 6. Das Blechpaket 9 nimmt auch eine Torsion des Gehäuses auf. Das Blechpaket 9 ist so ausgeführt, daß es um die Maschinenachse drehelastisch ist und eine Drehung des Flansches 10, an dem es befestigt ist, zuläßt. Es setzt somit der Drehung des Verdichtergehäuses 2 nur geringen Widerstand entgegen, so daß das Verdichtermoment gegen das Turbinenmoment wirkt. Nach außen wirkt über die Pendelstützen 6 noch ein Restmoment, bestehend aus dem Hauptanteil, dem Differenzmoment Turbine gegen Verdichter, und einem kleineren Anteil des durch die elastische Verformung des Blechpaketes 9

i^r> bei der Drehung des Verdichtergehäuses 2 auftretenden Momentes. Die Federabstützungen 7 tragen einen großen Teil des Maschincngcwichtes, das sonst allein von den Pendclslüizen 6 aufgenommen werden müßte.
Fig.4 und 5 zeigen eine Ausführungsform der Pen-

4(i delstützc 6. Die Verjüngungen 15 sind in Biegerichtung und unmittelbar neben den Einspannstellen ausgeführt und reduzieren die Spannungen bei der Biegung. Die notwendige Steifigkeit der Pcndclstülzcn 6 in Längsrichtung wird durch diese Verjüngungen 15 nur wenig vermindert. Der untere Teil 16 der Pendelstütze 6 ist mit dem Fundament 5 fest verbunden, z. B. verschweißt. Der obere Teil 17 ist mit dem Turbinengehäuse 3 über die Scherbüchse 18 unterhalb der horizontalen Trennebene 13 mit den Schrauben 11 verbunden. Die Zentrierung der Scherbüchsen 18 isl so gewählt, daß durch das Temperaturgefällc vom Turbinengehäuse 3 zur Pendelstütze 6 kein Spiel entstehen kann. Die Scherbüchse 18 greift mit ihrem inneren Durchmesser über einen zapfenartigen Teil des Turbinengehäuses 3 und an der Pendelstütze 6 sitzt sie mit ihrem äußeren Durchmesser in einer Bohrung. Die Schrauben 11 klemmen die Scherbüchsen 18 zwischen den oberen Teil 17 der Pendelstütze 6 und das Turbinengehäuse 3 ein. Die Schraubenkraft ist so ausgelegt, daß die Anpreßkrafi auch beim maximal auf-

wi tretenden Moment ein Abheben der Scherbüchse 18 verhindert. Wenn man für die Scherbüchse 18 ein Material mit niedriger Wärmeleitung und/oder einen kleinen Querschnitt wählt, so erreicht man eine verminderte Aiifheizung der Pendelstütze 6. Um die Bearbeitung der

ti^r> nötigen Verbindungsstellen zu erleichtern, wird die Scherbüchse 18 am Turbinengehäuse 3 horizontalachsig gelegt und die Winkelabweichung durch entsprechende Neigung der Aufnahmebohrung in der Pendelstütze 6

erreicht. Die vertikale Aufteilung der Pendelstütze 6 ermöglicht die Befestigung der Pendelstütze 6 am warmen Teil des Turbinengehäuses 3.

Gemäß F i g. 6 ist die Federabstützung 7 oben mit der Mutter 19 versehen, mit der die Federwegbegrenzung ^r> eingestellt wird. Mit der Stellmutter 24 stellt man die Federvorspannung ein. Beide Muttern 19, 24 können z. B. mit weiteren, nicht dargestellten Muttern gesichert werden. Die Mutter 19 trägt einen Zapfen 20, der das Turbinengehäuse 3 in der Ausnehmung 21 abstützt. Der einstellbare Anschlag 22 in der Ausnehmung 23 im Fundament 5 begrenzt den Federweg so, daß beim Abdekken der Maschine die Tellerfedern 25 die Trennebene 13 nicht nach oben verformen. Durch die Bohrung 23' kann der Federweg gemessen werden. \ *·

F i g. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform des ßlcchpaketes 9. Die Fläche des Blcchpaketes 9 steht senkrecht zu der Maschinenachse. Das Blechpaket 9 ist in dieser Ausführungsform mit Schrauben 26 bzw. über nicht dargestellte Scherbüchsen mit dem unteren 90°-Sektor des vertikalen Flansches 10 des Verdichtergehäuses 2 verbunden. Im unteren Teil ist das Blechpaket 9 am horizontalen, quer zur Maschinenachse liegenden Fundamentbalken 12 befestigt. Die Drehelastizitäl ist durch die radialen Schlitze 9' erreicht. Die Schlitze 9' sind unmittelbar außerhalb der Befestigung am Flansch 10 ausgeführt. Die Länge und Anzahl der Schlitze 9' wird so bestimml, daß die Verformungsbeanspruchung und Kräfte möglichst klein sind. Fig.9 und 10 zeigen eine andere Ausführungsform des Blechpaketes 9, bei jo der die Funktionen der Aufnahme der Axialdehnung und der Drehung auf zwei getrennte Elemente aufgeteilt wird. Das Blechpaket 9. das auch als ein einzelnes Blech ausgeführt werden kann, mit radialen Ausschnitten 9", zwischen denen relativ dünne Stege Übrigblei- π ben, nimmt die Drehverformung auf und die axiale Dehnung wird von zwei auf beiden Seiten des Blechpaketes 9 angeordneten Pendelblechen 27 aufgenommen. Da das Blechpaket 9 aufgenommen. Da das Blechpaket 9 keine Biegeverformung aufnehmen muß, kann die Dikke so gewählt werden, daß der Querschnitt der Stege zwischen den Ausschnitten 9" die nötige Knicksicherheit erhält. Die Pendelbleche 27 übertragen die Abstützkräfte nur durch Zug. Deshalb muß bei ihnen keine Knicksicherheit berücksichtigt werden und der Quer- 4^r> schnitt der Pendelbleche 27 kann verhältnismäßig klein sein. Die Abstützung der Pcndelbleche 27 auf den Fundamentbalken 12 besorgen zwei Platten 28 bzw. zwei dicke Bleche, die außerhalb der beiden Pendelblcchc 27 angeordnet sind. Diese Platten 28 sind nur auf Druck ^r>o beanspruL-lii.

In Fig. 11 ist die mehrschichtige Membrane 8 veranschaulicht, die mit nicht dargestellten Schrauben mit dem zylinderförmigen Fundament 5 verbunden ist. Die Membrane 8 ist mit einer zentralen Bohrung versehen und greift mit ihrem inneren Durchmesser über den Zwischenflansch 29, mit dem sie mit nicht dargestellten Schrauben über den Befestigungsring 30 verbunden isL Die Verbindung des Zwischenflansches 29 mit dem Turbinengehäuse 3 erfolgt mittels des Zapfens 14. Die t>o Membran hält das Turbinengehäuse 3 in allen Richtungen der horizontalen Ebene fest, erlaubt jedoch eine vertikale Verschiebung des betreffenden Ciehäuseicils gegenüber der Grundplatte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gehäuseabstützung für im Betrieb sich dehnende, horizontalachsige Gehäuse, insbesondere für eine aus Verdichter und Turbine bestehende Turbomaschine, mit zwei elastischen, gelenklosen Pcndelstützen, einen zwischen den Pendelstützen angeordneten Zapfen zur Aufnahme einer vertikalen Bewegung, wobei die Pendelstützen und der Zapfen an dem einen Ende des Gehäuses angeordnet sind, d a durch gekennzeichnet, daß der Zapfen (14) mit einer mehrschichtigen Membran (8) verbunden ist, die in einem zylinderförmigen Fundamentteil {Sa) angeordnet ist, und am anderen Ende des Gehäuses (2,3) ein in radialer Ebene des Gehäuses (2,3) angeordnetes und Torsion und/oder axiale Dehnung des Gehäuses (2, 3) zulassendes Blech oder Blechpaket (9) vorgesehen ist.

2. Gehäuseabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus wenigstens zwei nebeneinander stehenden flachen Stäben bestehenden Pendelstützen (6) unterhalb der horizontalen Trennebene (13) des Gehäuses (2, 3) und tangential über Scherbüchsen (18) an ihrem oberen Teil (17) an diesem Gehäuse (2,3) befestigt sind.

3. Gehäuseabstützung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in radialer Ebene des Gehäuses (2, 3) angeordnete und Torsion und/ oder axiale Dehnung des Gehäuses (2,3) zulassende Blech oder Blechpaket (9) mit radialen Schlitzen (9') oder Ausschnitten (9") verschen ist.