DE2625903A1

DE2625903A1 - Einstufige getriebeturbinen

Info

Publication number: DE2625903A1
Application number: DE19762625903
Authority: DE
Inventors: Peter Hirsch; Gerd Ing Grad Ostermann; Erich Dipl Ing Schliermann; Erwin Stiegler
Original assignee: AEG Kanis Turbinenfabrik GmbH
Current assignee: Alstom Power Turbinen GmbH
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1977-12-15
Also published as: BR7703235A; US4189813A

Description

AEG-KANIS TURBINENPABRIK GMBH 85 Nürnberg 2, Prankenstr. 70-80

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Einstufige Getriebeturbinen

Die Erfindung betrifft einstufige Getriebeturbinen mit einem in Curtisbauweise ausgeführten und im Getriebegehäuse fliegend gelagerten Laufrad,

Es besteht die Aufgabe, solche aus einer Turbine und einem jeweils zugehörigen Getriebe bestehenden Getriebekombinationen durch Reduzierung für einen jeweiligen Auslegungsfall hinsichtlich Leistung und Abtriebsdrehzahl einzusetzender Bauteile und Baugruppen, wie Turbinenlaufräder, Schaufeln, Düsen, Turbinen- und Getriebegehäuse sowie Ritzel, Ritzelwellen, Lager und Wellendichtungen des Getriebes den Konstruktionsund Fertigungsaufwand und damit die Gesamtherstellungskosten wesentlich zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung der eingangs.genannten einstufigen Getriebeturbinen erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

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Eine besonders günstige Ausführungsform weist dabei die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 3 auf. Sehr vorteilhaft ist auch eine Ausbildung der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 5· Weitere zweckmäßige und günstige Maßnahmen gehen aus den übrigen Patentansprüchen hervor. Durch die erfindungsgemäßgen Maßnahmen kann man eine so weitgehende Standardisierung der Bauteile und Baugruppen erreichen, daß die Möglichkeit einer weitgehend auftragsungebundenen und rationellen, kleinen Serienfertigung und einer entsprechenden Lagerhaiterung geschaffen wird. Trotzdem ist es möglich, die einschlägigen Vorschriften internationaler Klassifikationsgesellschaften, z.B. Lloyds-Register einzuhalten. Der Dampfteil der Turbinehbaureihe ist im wesentlichen gekennzeichnet durch den mittleren Beaufschlagungsdurchmesser des Turbinenlaufrades, wodurch dann die jeweils die betreffende Turbinengröße kennzeichnende, maximale Auslegungsleistung gegeben ist. Jeder sich durch den Beaufschlagungsdurchmesser ergebenden Laufradgröße ist eine bestimmte maximale Auslegungsumfangsgeschwindigkeit U₁ zugeordnet, dabei sind die Drehzahlen der Turbinenlaufräder entsprechend den Beaufschlagungsdurchmessern derart gestuft, daß sich etwa gleich Umfangsgeschwindigkeiten für alle Laufräder ergeben und somit bei Verwendung jeweils der gleichen Beschaufelungen für alle Beaufschlagungsdurchmesser der Turbinenlaufräder etwa die gleiche maximale Schnellaufzahl

—- und zwar etwa mit dem optimalen Wert ergibt. Die An-

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passung an die Dampfparameter und die Durchsatzmenge entsprechend der gegebenen Auslegungsleistung erfolgt durch die Dimensionierung der Frischdampfdüsen. Zur Verwendung kommen Gleichdruckräder der Gurtisbauart in 1-bis 3-stufiger Ausführung .

Praktisch wird so vorgegangen, daß die Beschaufelungen für bestimmte, gestufte Schnellaufzahlen u/c , die kleiner als oder gleich der optimalen sind, standardisiert sind, um den Leistungsbereich auch bei extrem großen Stufengefällen zu überdecken, da ja auch noch allen möglichen Abtriebsdrehzahlen des Getriebes mit möglichst wenig Getriebevarianten entsprochen werden soll. Die Schaufelprofile der ersten Stufe sind für alle Turbinenlaufräder, Jweils in der 1-, 2- oder 3- stufigen Curtisradausführung gleich.

Die Turbinenlaufräder sind mit der Ritzelwelle des Getriebes durch mechanische Verbindungseinrichtungen lösbar gekuppelt. Die Anschlußmaße zur Befestigung der Ritzelwellen an den Laufrädern sind standardisiert, so daß jedes Turbinenlaufrad mit jeder Ritzelwelle kombinierbar ist. Die Verbindung von Turbinen- und Getriebegehäuse erfolgt über Verbindungspratzen, deren Anschlußmaße ebenfalls bei allen Turbinen- und Getriebegehäusen einheitlich sind. Um den geforderten Leistungsbereich zu überdecken, sind getriebeseitig in den' Teilkreisdurchmessern nach einer Normreihe gestufte Ritzel vorgesehen,

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wobei die Durchmesservergrößerung der Ritzelwellen etwa den Stufen der Teilkreisdurchmesser entspricht. Es wird zusätzlich für alle Ritzel eine Einheitsverzahnung verwendet, so daß Werkzeugeingriff- und Schrägungswinkel, Modul, Profilverschiebung und Bezugsprofil immer die gleichen sind. Es werden nun aber nicht alle Ritzel mit allen Turbinen bzw. Turbinenlaufrädern kombiniert, sondern es werden den entsprechenden Leistungsgrößen entsprechend, den größten Turbinenleistungen die größten Ritzeldurchmesser und den kleinsten Turbinenleistungen die kleinsten Ritzeldurchmesser zugeordnet, wobei Überschneidungen in den Zuordnungen auftreten können, aber jeweils das größte einer Turbinenmodellgröße zugeordnete Ritzel für die maximale Turbinenauslegungsleistung vorgesehen ist. Den Ritzeln ist jeweils eine etwa gleich große Zahl von Getrieberädern zugeordnet, wobei die Verzahnungsgeometrie derart gewählt wurde, daß die Kombinationen der Ritzel mit jeweils einem Getrieberad immer einen bestimmten unveränderlichen Getriebeachsabstand ergeben. Auf diese Art und Weise ergibt sich eine ganz beschränkte, nämlich der Zahl der Getrieberäder pro Ritzel entsprechende Zahl der Getriebegehäuse. Durch die dargestellten Stufungen der Turbinenleistungen und Drehzahlen sowie Ritzeldurchmesser und Achsabstände ergeben sich für jeden Leistungsbereich Stufungen der Abtriebsdrehzahlen in dem erforderlichen Bereich. Bei der Auswahl der geeigneten Turbinen- Getriebe-Kombination im gegebenen Auslegungsfall wird man nun im allgemeinen so vor-

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gehen, daß sich entsprechend der geforderten Abtriebsdrehzahl eine möglichst geringe Abweichung von der maximalen Turbinenauslegungsdrehzahl· ergibt, dementsprechend wird man je nach dem für den Leistungsbereich infrage kommenden Ritzel, d.h. genauer Ritzeldurchmesser, den günstigsten Achsabstand und damit das diesem Achsabstand entsprechende Getriebegehäuse wählen.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem ausschließlich 2-stufige (.Cp-) Curtisräder verwendet werden.

Es werden vorzugsweise je ca. 2000 PS Leistungssteigerung ein Turbinenlaufraddurchmesser und dementsprechend ein diesen jeweils zugeordnetes Turbinengehäuse vorgesehen, also z.B. bis zu den etwa erforderlichen ca. 6500 PS des maximalen Leistungsbereichs jeweils 3 Größen. Getfiebeseitig kommen dazu je Laufrad- oder Turbinengröße 3 Ritzel, insgesamt aber nur 5 bis 6, die im Durchmesser, d.h. auch in der übertragbaren Leistung, gestuft sind, etwa nach der Normzahlreihe R 10. Somit hat die folgende mit der ihr vorangehenden Turbinen- d.h. Laufradgröße z.B. 2 Ritzeldurchmesserstufen gemeinsam, allerdings, wie erwähnt, bei anderen Turbinendrehzahlen, Zu jedem Ritzel gehören 6 Getrieberäder mit derartigen Durchmessern, daß sich für alle Ritzel immer die gleichen Achsabstände, u.z. je 6 ergeben. Somit ist es möglich, durch Vereinheitlichung der zur Aufnahme von Lagern und Wellen-

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dichtungen bestimmten Ausdrehungen, aller die gegenseitige Zuordnung von auf der Ritzelwelle oder um diose hei-ura on geordneten Bauteilen wie Dichtungen und Lngerschalen, und deren sowie die Lage der Ritzelwelle zum Gehäuse bestimmenden, axialen Festmaße bei allen Ritzelwellen und Getriebegehäusen mit insgesamt 6 Getriebegehäusen auszukommen.

Damit diese mit allen Turbinengehäusen kombinierbar sind, werden auch die Anschlußmaße der Verbindungspratzen vom Getriebegehäuse zum Turbinengehäuse vereinheitlicht.

Insgesamt ergeben sich auf diese Weise beim Ausführungsbeispiel 54- Stufen der Abtriebsdrehzahlen des Getriebes, Je 18 eines durch die Laufradgröße bestimmten Turbinengehäuses. Natürlich sind auch die zugehörigen Leistungsbex*eiche aufgrund der Laufraddurchmesser verschieden. Die Schaufelprofile wurden außer für etwa die optimale noch für 2 Abstufungen der Schnellaufzahl u/c standardisiert, um bei großen und sehr großen Stufengefällen, die Festigkeitsgrenzen des Materials der rotierenden Teile einhalten zu können. Aus den gleichen Gründen sind auch ,je Laufraddurchmesserstufe 2 Schaufelbreiten vorgesehen worden, u.z. für die größeren Durchmesserstufen.

Dadurch ist es möglich, Jeder im berücksichtigten Leistungsbereich von 350 bis etwa 6500 PS und Drehzahlbereich von cn.

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1000 bis ca. 3250 U/τηΙη liegenden Leistung und Drehzahl, auch kombiniert, genau zu entsprechen.

Für die jeweils maximalen Leistungen sind die Radiallager ausgelegt. Weitere Leistungsbegrenzungen der einzelnen Getriebe ergeben sich durch die bekannten Einflüsse auf die Zahnflanken-, Zahnflußbelastung- und Ritzeldurchbiegungssicherheit sowie die Toilkreisgenchw.iridirrkeit.

Zur Lagerung der mit den Ritzeln kämmenden Getrieberäder dienen Radwellen mit zwei den Leistungen entsprechend gestuften Durchmessern und zugehörigen kombinierten Trag- und Druck-Lagern. Die Axiallagerdurchmesser der Ritzelwellen sind den unterschiedlichen Belastungen entsprechend gestuft.

Turbinenseitig ist noch eine Variationsmöglichkeit bei den Frischdampfstutζen und Abdampfteilen vorgesehen, um die Durchgangsquerschnitte für die verschiedenen Frischdampf- und Gegendrücke sowie die Durchsatzmengen in entsprechendem Verhältnis zu haben. Je Laufraddurchmesserstufe sind es zwei Frischdampfstutζen, gestuft nach Nennweite und zugehörigem Nenndruck, wobei die höhere Nennweitenstufe zur niedrigeren Nenndruckstufe, hier 64 atü, gehört. Im Fall der Abdampfteile sind ebenfalls je 2 Nennweiten vorhanden.

Die Turbinengehäuse selbst weisen auch je Laufraddurchmes3er-

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stufe z.B. auch bis zu nötigen Ausdrehungen, etwa zur Aufnahme der Düoenrjnge und Labyrinthstopfbuchsen, eine große Einheitlichkeit auf.

Weitere Maßnahmen zur Standardisierung sind die Ausbildung von Turbine und Getriebe sowohl für Horizontal- als auch für Vertikalaufstellung ohne die Gefahr der Bildung eines Wassersacks bei der Turbine und die ölzuführung durch ein parallel zur Ritzelwelle eingegossenes Zuführungsrohr, welches von jedem Lagerstuhl und der ölbrause für die Getrieberäder aus angebohrt wird.

Ferner ist das dem Ritzel zugeordente Axiallager austauschbar, ohne den Getriebegehäusedeckel abheben zu müssen. Gleichzeitig kann es zentral durch den starren Aufnahmeflansch mit Frischöl versorgt werden. Für das Anfahren unter vollem Gegendruck oder zur Aufnahme größerer Axialkräfte ist noch eine Druckölentlastung des Axiallagers vorgesehen. Durch die Tandemanordnung von ölpumpe und Regler,beide angetrieben mit demselben Vorgelege über die Radwelle, wurde ein Nebenantrieb an der Ritzelwelle für den Regler eingespart.

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Claims

AEG-KANIG TURBINENFABRIK GEBH 85 Nürnberg 2, Frankenstraße 70-80

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Patentansprüche

.}Verfahren zur Herstellung von einstufigen Getriebeturbinen mit einen in Curtisbauweise ausgeführten und ίτ. Getriebegehäuse fliegend gelagerten Laufrad, dadurch gekennzeichnet, daß nach den Durchmessern der Laufräder in der r.axirna I en Auslegungfi] eistung gestufte Turbinen mit zum Lauf raddur<-hncssor ur.gekehrt proportionalen, der maximalen Leistunihinsichtiich der Schnellaufzahl u/c optimal entsprechenden Auslegungsdrehzahlen und mit jedem Laufraddurchmesser zugeordnet einheitlicher Turbinengehäusegröße und einheitlicher Beschaufelung sowie nach dem Achsabstand gestufte Getriebegehäuse, denen jeweils die mit nach einer Normzahlenreihe gestuften Durchmessern versehenen gleichen Ritzel zugeordnet sind, und entsprechend den Parametern des Arbeitsaediums getriebeseitig bei Auswahl des der Leistung und des dem nach Leistung und Abtriebsdrehzahl vorliegenden Leistungsdrehzahlverhältnis entsprechenden Ritz°ls die geforderte Abtriebsdrehzahl durch das dem nötigen Untersetzungsverhältnis mit seinem Achsabstand entsprechende Getriebegehäuse

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und turbinensoitig die geforderte Leistung und Antriebsdrehzahl entsprechend der geforderten Abtriebsdrehzahl durch οine Anpassung der Düsen und ggf. der Schaufelbreite berücksichtigt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen mindestens in ihrem Öffnungsverhältnis F . / "(t.h)- und gsf. der Erweiterung an die mindestens erf order-

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liehe Reaktion angepaßt sind.

J5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Laufraddurchmesserstufe von etwa der optimalen stufenweise verringerte Schnellauf zahlen, u/c vorgesehen sind.

4-. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch, gekennzeichnet, daß zwei Abstufungen um jeweils etwa 20 % des optimalen Wertes der Schnellaufzahl u/c vorgesehen sind.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß bis auf Schaufelprofile im Grenzbereich am Anfang und Ende des angebotenen Lexstungsberexches allen Laufraddurchmesserstufen jeweils die gleichen Schaufelprofile der ersten Stufe des Curtisrades zugeordnet sind.

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6. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bin 5, dadurch go-

?o_ Lei :?t^n-;:;::·t".L'^rvvri^! kennzeichnet, daß je ca. 2000 ^j e ein 'i/urbirier-^enaijujo bzw. zugeordneter Laufraddurjlmesser vorc-enehen sind und jedes Turbinengehäuse mit
3 .Ritzeln bzw. Eitzelwellen aufeinanderfolgender Durclrr.eEsei'stufen kombinierbar ist, wobei dem 'Turbinengehäuse der größten maximalen Auslegur.göieistung auch die größten Durchmesr: erstuf en und den ■Turbinengehäuse der kleinsten maximalen Ausle^angsieistung die kleinsten Durchmesserstufen der Kitzel zugeordnet sind.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Durchmesserstufen und maximale Auslegungsdrehzahlen der Turbinenlaufräder derart vorgesehen sind, daß sich für alle Laufräder eine konstante maximale Auslegungs-Schneliaufzahl u/c ergibt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß den Eanpfparametern durch je Turbinenlaufraddurchmesserstufe vorgesehene zwei Nenndurchrn.ess erstuf en mit jeweils zugeordneten Nenndruck der Frisch-

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dampfzuführungs-/Abdampfgehäusestutzen entsprochen ist.

9. Getriebeturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle zur Aufnahme von Lagern und Vellendichtungen bestimmten Ausdrehungen in allen Ge-

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triebegehäusen jeweils gleich sind.

1C- Getriebeturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dalurch gekennzeichnet, daß alle axialen, die gegenseitige Zuordnung von auf der Ritzeiwelle oder um diese herum angeordneten Bauteilen und deren sowie die Lage der Sitzelwelle zum Gehäuse bestismenden Festmaße bei allen Pitzoiweilen jeweils gleich sind.

11. Getriebeturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußmaße der Verbindungspratzen vom Getriebegehäuse zun Turbinengehäuse immer die gleichen sind.

12. Getriebeturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ölzuführung durch ein parallel zur Ritzelwelle eingegossenes Rohr erfolgt, welches von jedem Lagerstuhl und der Ölbrause aus angebohrt ist.

13· Getriebeturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse für horizontale und vertikale Anordnung in gleicher Weise vorgesehen sind und alle Bauteile entsprechend ausgelegt sind.

W, Getriebeturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Tandemantrieb von

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Ölpumpe und Regler über ein Vorgelege über die R-idwelle.

15. ^J3etriebeturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 1·^, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Ritzel zugeordnete Axiallager austauschbar ist, ohne aen. Getriebe:;eh?^j'usedeckel abheben zu müssen.

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