DE3216626C2

DE3216626C2 - Auf einer Grundplatte aufgestellte Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE3216626C2
Application number: DE3216626A
Authority: DE
Inventors: Costantino Florenz/Firenze Vinciguerra
Original assignee: Nuovo Pignone SpA
Current assignee: Nuovo Pignone SpA
Priority date: 1981-05-04
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1985-10-17
Also published as: JPS57186025A; SE8202791L; GB2097865B; US4487014A; IT8121493A0; SE446410B; DE3216626A1; CA1178895A; FR2505932A1; IT1138763B; FR2505932B1; GB2097865A; CH653098A5

Abstract

Gasturbinen-Krafteinheit, in welcher die Anordnungen und Ausbildung der Teile derart ist, daß Platz und Gewicht gespart werden, indem eine kompakte und in sich geschlossene Anordnung geschaffen wird. Ein Einlaßgehäuse stützt das vordere Ende eines Gasgenerators ab, dessen rückwärtiges Ende fest mit einer Kraftturbine verbunden ist, wobei dessen Statorgehäuse mit einem rückwärtigen Konus verflanscht ist, der thermisch isoliert und vollständig in das Abgasgehäuse eingesetzt ist, das einen vertikalen Auslaß aufweist, wobei das Turbinenabgas in das Gehäuse durch eine ringförmige konische Leitvorrichtung geleitet wird. Zusätzlich sind der Turbinenrotor und damit die Turbinenwelle auslegerartig durch eine unabhängige Konstruktion abgestützt, deren Last vollständig auf die Maschinenbasis und außerhalb des Abgasgehäuses an einer der Turbine entfernt liegenden Stelle übertragen wird.

Description

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkonu, (6) an seiner Außenseite isoliert ist

4. Gasturbinenanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die beiden an der Vorderseite des Abgasgehäuses (7) angeordneten Zapfen (19) an einer Axialverschiebung in ihren Büchsen (17) gehindert sind.

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2. Gasturbinenanlage nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliergehäuse (39)

— auf seiner Außenseite thermisch isoliert ist,

— je zwei horizontale Finger (40) an jeder Längsseite aufweist, welche über ein Isoliermaterial auf entsprechenden Stützflächen des Abgasgehäuses (7) aufliegen,

— je einen Keil (41) an den gegenüberliegenden

Die Erfindung betrifft eine auf einer Grundplatte aufgeteilte Gasturbinenanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Gasturbinenanlage ist aus der DE-OS 25 18 919 bekannt Um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, werden bei dieser Bauweise Stützrippen, mittels denen die Rotorwelle am Statorgehäuse abgestützt wird, durch eine .tuslegerartige Abstützung ersetzt die vom Statorgehäuse unabhängig ist Wenn aber während des Betriebs die unabhängigen Abstützungen für das Statorgehäuse und den Rotor unterschiedliche Temperaturen annehmen und sich damit unterschiedlich ausdehnen, besteht die Gefahr, daß die Achsen von Rotor und Stator nicht mehr fluchten. Um dem Rechnung zu tragen, müssen relativ große Spalte zwischen den einzelnen Bauteilen vorgesehen werden, wodurch der Wirkungsgrad wiederum beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbinenanlage der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß die unterschiedliche thermische Expansion der Abstützung und damit die Versetzung der Achsen von Rotor und Stator vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Durch diese Bauweise haben die voneinander unabhängigen Abstützungen für Rotor und Stator im wesentlichen immer die gleiche Temperatur, so daß sie der gleichen thermischen Expansion unterworfen sind. Dadurch können die Spalte zwischen den einzelnen Bauteilen kleingehalten werden, wodurch sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades ergibt. Zudem ergeben sich durch diese Bauweise eine Verringerung der Gesamtabmessungen und eine Vereinfachung des Aufbaus.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gasturbinenanlage,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Nutzleistungsturbine,

Fig.3 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig.2,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Isoliergehäuses,

Fig.5 die einzelnen Teile des Isoliergehäuses nach F i g. 4, und

F i g. 6 eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene

Ansicht eines in F i g. 1 mit B bezeichneten Lagers für eine Pendelstütze.

Mit 1 ist eine Grundplatte bezeichnet, die am vorderen Ende ein Einlaßgehäuse 2 trägt, an dem die vordere Stirnseite eines Gasgenerators 3 abgestützt ist dessen rückwärtige Stirnseiten mit einer Nutzleistungsturbine

4 starr verbunden ist Das Statorgehäuse 5 der Nutzleistungsturbine 4 ist mit einem rückwärtigen Stützkonus 6 verflanscht der an der Außenseite isoliert und vollständig in ein Abgasgehäuse 7 mit vertikalem Auslaß eingesetzt ist in weichen die Abgase von der Nutzleistungsturbine durch eine konische, ringförmige Leitvorrichtung 8 abgeleitet werden (F i g. 2).

Zwischen dem Stützkonus 6 und dem Abgasgehäuse 7 ist ein Spalt vorgesehen, der durch ein flexibles Spiraldichtungselement 9 abgedichtet ist. Der Rotor 10 und damit die Welle 11 der Nutzleistungsturbine 4 ist durch einen unabhängigen Aufbau 12 auslegerartig abgestützt durch den die Last auf die Grundplatte 1 außerhalb des Abgasgehäuses 7 an dem von der Nutzleistungsturbine 4 entfernt liegenden Ende übertragen wird.

Das Abgasgehäuse 7 mit vertikaler Achse, das aus Kohlenstoffstahl hergestellt und an seiner Vorder- und Rückseite durch zwei dicke geschmiedete Ringe 13 bzw. 14 verstärkt ist ist an beiden Seiten durch vier starke flexible Pendelstützen abgestützt und zwar zwei, 15, an der Vorderseite und zwei, 16, an der Rückseite, die an ihrer Unterseite mit der Grundplatte verflanscht sind, und deren jede eine am oberen Ende befestigte Büchse 17 trägt in welcher ein Zapfen 19 über eine Isolierbüchse 18 eingesetzt ist Diese vier Zapfen sind mit Flanschen 20 verschweißt die an den dicken Verstärkungsringen 13 und 14 des Abgasgehäuses 7 an Stellen verschraubt sind, die in einer horizontalen Ebene liegen, die durch die Maschinenachse 21 geht (siehe F i g. 2), derart, daß die Zapfen 19 parallel zur Maschinenachse 21 liegen.

Die den vorderen Pendelstützen 15 (F i g. 6) zugeordneten beiden Zapfen 19 sind an einer axialen Verschiebung entlang der entsprechenden festliegenden Büchsen 17 durch zwei innere Umfangsschultervorsprünge 22 und 23 an der festliegenden Büchse 17 gehindert zwischen welchen die Isolierbüchse 18 drehbar und gegen die entsprechenden Zapfen fest in Form einer Translationshewegur.g, durch eine au? den Zapfen aufgeschraubte Anschlagringmutter 24 gehalten ist.

F i g. 6 zeigt ferner drei Asbest-Tetrafluorat-Ringe 25, welche zum Dämpfen von Vibrationen dienen und durch die Wirkung einer Feder 26 gegen eine Druckscheibe 27 an ihrem Platz gehalten werden, welche diese gegen den Schultervorsprung 22 anpreßt.

Das Abgasgehäuse 7 ist auch durch vier Federstützen 28 (siehe F i g. 1) abgestützt, welche gegen den Boden an ihren beiden Seiten wirken (in der Fig. sind nur zwei zu sehen, die anderen zwei sind auf der gegenüberliegenden Seite), und die damit auch das Statorgehäuse 5 abstützen. Zu diesem Zweck ist der an dem Statorgehäuse

5 angeflanschte rückwärtige Stützkonus 6 an seinem freien Umfang mit einem geschmiedeten Ring 28' versehen, an welchem an Stellen, die in seiner horizontalen Mittelebene liegen, zwei horizontal gegenüberliegend vorspringede Finger 29 angeschraubt sind, die in zwei entsprechende Ausnehmungen 30 eingesetzt und in diesen abgestützt sind, welche in den Flanschen 20 vorgesehen sind, mittels welchen die den beiden vorderen Pendelstützen 15 des Ah.rasgehäuses 7 zugeordneten Zapfen 19 abgeschweißt sind. Anschlagblöcke 31 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß die Finger den entsprechenden Hohlräumen herausgezogen werden. An der vorderen Stirnseite des geschmiedeten Ringes 28' des Stützkonus 6 ist an der vertikalen Mittelachse des Ringes ein Block 32 angeschraubt der mit zwei vertikalen gegenüberliegenden Fingern 33 und 34 versehen ist (siehe F i g. 1 und 3), die in eine vertikale Ausnehmung 35 eingesetzt sind, die in einer an der Grundplatte 1 befestigten Platte 36 vorgesehen ist bzw. in eine vertikale Ausnehmung 37 eingesetzt sind, die in einem Block 38 vorgesehen ist der am Boden des an der Vorderseite des Abgasgehäuses 7 befestigten dicken geschmiedeten Verstärkungsringes 13 befestigt ist wobei die beiden vertikalen Ausnehmungen 35 und 37 in einer vertikalen Ebene fluchten, die die Maschinenachse 21 einschließt. Auf diese Weise sind das Abgasgehäuse 7 und der Stützkonus 6 und damit das Statorgehäuse 5 zusammen auf der Grundplatte zentriert

Es werden die Schübe und Momente, die durch den Gasgenerator und die Turbine erzeugt werden, aufgenommen, und zwar durch die beiden Vrizontalen Finger auf die Zapfen und damit auf die beiden vorderen Pendelstützen für das Abgasgehäuse übertragen, welches auf diese Weise als Abstützung für das Statorgehäuse der Turbine wirkt während die anderen vertikalen Finge- im Zusammenwirken mit den vertikalen Ausnehmungen eine perfekte seitliche Zentrierung auf der Grundplatte sowohl des Abgasgehäuses als auch des Konus und damit des Statorgehäuses der Turbine sicherstellen, werden sie gleichzeitig eine thermische Expansion ermöglichen.

Es ergibt sich ein festes Abgasgehäuse, das mit einer relativ niedrigen Temperatur von 100 bis 150⁰C arbeitet d.h. ein im wesentlichen kaltes Abgasgehäuse. Es ermöglicht eine sehr hohe Belastung, und insbesondere können der Abgasgeräuschdämpfer und die Schienen für die beiden über Kopf laufenden Krane, die für die Demontage und die Wartung der Turbine und des Kompressors erforderlich sind, direkt ohne Zwischenlage von Expansionskompensatoren und Hilfskonstruktionen abgestützt werden, was zu erheblichen Vereinfachungen nicht nur konstruktiver Art, sondern auch in bezug auf die Gesamthöhe führt. Zusätzlich kann es auch in seinem Inneren die Turbine durch direkte Abstützung des rückwärtigen Stützkonus des Statorgehäuses aufnehmen, wodurch sich eine erhebliche Verminderung der gesamten Axiallänge der Anlage ergibt. Es wird dadurch leicht, einen geringen Temperaturanstieg von 20—70⁰C zu erreichen, der erforderlich ist, um die Abgasgehäuseabstützungen, die auch die Abstützungen für das Statorgehäuse bilden, auf der Temperatur von 80°C zu halten, die erforderlich ist, um eine Koaxialität zwischen dem Rotor und asm Stator der Turbine sicherzus:elltii. Endlich wird durch das kalte Abgasgehäuse die erforderliche Ventilationsluftströmungsmenge wesentlich vermindert, wodurch der Wirkungsgrad infolge der geringeren für die Ventilatoren erforderlichen Energie erhöht wird, und zusätzlich kann die Brandgefahr infolge Austritt von öl, welches auf die Oberfläche des Abgasgehäuses gelangt vermindert werden.

In dem Abgasgehäuse 7 ist ein Isoliergehäuse 39 eingesetzt, um die heißen Abgase aus der Leitvorrichtung 8 zu führen, während das Abgasgehäuse kalt gehalten wird. Das Gehäuse 39 ist aus dünnen korrosionsbeständigen Stahlplatten zusammengesetzt 39i bis 39₇ (siehe F i g. 5), die so zusammengeschweißt sind, daß sie ein einziges Stück bilden (siehe F i g. 4), welches leicht an der Außenseite isoliert werden kann. Es ist auch mit vier

horizontalen Fingern 40 versehen, zwei an jeder Seite des Gehäuses, welche über ein Isoliermaterial auf entsprechenden Auflageflächen aufliegen, die am Abgasgehäuse an Stellen vorgesehen sind, die in einer horizontalen, die Maschinenachse 21 enthaltenden Ebene liegen und in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Zwei vertikale Keile 41 (siehe insbesondere F i g. 2), einer an jeder Seite des Gehäuses, sind in entsprechende vertikale Führungen 42 eingesetzt, die an dem Abgasgehäuse 7 an Stellen vorgesehen sind, die in der durch die Maschinenachse 21 gehenden vertikalen Ebene liegen, und zusätzlich ist das Gehäuse 39 in dem Abgasgehäuse 7 mit einem Satz von korrosionsbeständigen Stahlfedern 43 eingepreßt gehalten, die zwischen den vorderen Auslaßflanschen 44 des Isoliergehäuses 39 und dem Bügel 45 des Abgasgehäuses 7 wirken (siehe F i g. 2).

Auf diese Weise wird das Isoliergehäuse in dem Ab-2r2S£fshäü^ce -»^ntriArt crAhnltpn u/ährpnH ex. wenn dies durch den Betrieb erforderlich ist, frei expandieren kann. Das Gehäuse ist also als ein Stück aus dünnen korrosionsbeständigen Stahlplatten von etwa 2 mm Dicke aufgebaut, die im wesentlichen als zylindrische oder konische Flächen geformt sind, um eine einfache und insbesondere robuste Konstruktion zu ermöglichen, die ohne die Notwendigkeit von Versteifungen irgendeiner Art ausgeführt sein kann, wobei das Gehäuse wirkungsvoll an seiner Außenseite isoliert werden kann, da es eine glatte Außenfläche aufweist, die außerordentlich einfach zu isolieren ist. Diese Isolierung wird noch einfacher durch die Tatsache, daß das Gehäuse durch einfache Wirkung des Satzes von Federn leicht in das Abgasgehäuse eingesetzt und aus diesem herausgezogen werden kann. In anderen Worten, wenn die Isolierung angebracht ist, wird das Isoliergehäuse von der oberen öffnung des Abgasgehäuses abgesenkt und in dem Abgasgehäuse durch die Federn festgelegt. Zusätzlich beseitigt das System zur Aufhängung des lisoliergehäuses innerhalb des Abgasgehäuses praktisch alle thermischen Brücken, da diese mechanischen Kontakte, die normalerweise zum größten Wärmeverlust und zu einem geringen Wirkungsgrad bei normaler Isolation führen, nur sehr gering werden und nur durch den Satz von Federn gebildet werden, die jedoch, da sie aus korrosionsbeständigem Stahl bestehen, schlechte Wärmeleiter sind.

Es besteht daher eine wirkungsvolle Sperre gegen den Durchgang von Wärme vom isoliergehäuse zum Abgasgehäuse, das auf diese Weise bei einer Temperatur von 100—150⁰C kalt gehalten werden kann. Das Ergebnis davor ist, daß das Abgasgehäuse als Lastauflage für die direkte Abstützung nicht nur des Abgasgeräuschdämpfers und der Träger, die als Führungen für die über Kopf laufenden Krane wirken, und die zum Auseinander- und Zusammenbau der Turbine und dem von ihr angetriebenen Kompressor erforderlich sind, verwendet werden kann sondern auch für das Statorgehäuse der Turbine.

Das Lufteinlaßgehäuse 2 und das Abgasgehäuse 7 bilden die beiden lastaufnehmenden Auflager, die direkt die Ansaug- und Abgasgeräuschdämpfer (in den Zeichnungen nicht dargestellt) und die Träger 46 abstützen, die als Führungen für über Kopf laufende Krane 47 dienen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

10 Patentansprüche:

1. Auf einer Grundplatte aufgestellte Gasturbinenanlage mit

— einem Gasgenerator, der an seinem vorderen, lufteinlaßseitigen Ende auf einer Grundplatte abgestützt ist,

— einer freien Nutzleistungsturbine, deren Stator mit dem hinteren Ende des Gasgenerators fest verbunden ist und mit einem rückwärtigen Stützkonus versehen ist, und deren Rotor stromabseitig in einem mit der Grundplatte verbundenen Lagerbock fliegend gelagert ist, j

— einem der Nutzleistungsturbine nachgeordneten ringförmigen Axial/Radial-Abgasdiffusor, und

— einem den Abgasdiffusor umgebenden Abgasgehiiuse mit vertikalem Auslaß, das mit dem Stützkonus der Nüizieiätungsturbinc verbunden ist, das sich seinerseits auf der Grundplatte über zwei in Axialrichtung der Maschine steife Pendelstützen abstützt, die in der durch die Maschinenachse gehenden horizontalen Ebene an der Vorderseite des Abgasgehäuses beidseitig angreifen, und das gegenüber der Grundplatte an einer seitlichen Bewegung gehindert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

— sich das Abgasgehäuse (7) wie an seiner Vorderseite auch an seiner Rückseite über zwei Pendelstütze (16) auf der Grundplatte (1) abstützt, wobei jede Pendelstütze (15, 16) an ihrem oberer Ende mit einer Büchse (17) versehen ist, in welche unter Zwischenlage einer !soüerbüchse (18) ein am Abgasgehäuse (7) befestigter, parallel zur Maschinenachse (21) angeordneter Zapfen (19) eingreift.

— das Abgasgehäuse (7) in seinem Inneren ein dünnwandiges Isoliergehäuse (39) aufnimmt, das gegenüber dem Abgasgehäuse (7) thermisch isoliert ist,

— der Stützkonus (6) an seinem Ende größeren Durchmessers in der durch die Maschinenachse (21) gehenden horizontalen Ebene zwei entgegengesetzt nach außen gerichtete Finger (29) aufweist, die an der Vorderseite des Abgasgehäuses (7) im Befestigungsbereich der Zapfen (19) in entsprechenden Ausnehmungen (30) gehalten sind, und zur seitlichen Zentrierung an seinem Ende größeren Durchmessers in der durch die Maschinenachse (21) gehenden vertikalen Ebene einen nach unten gerichteten Finger (34) aufweist, der in einer entsprechenden Ausnehmung (37) am Abgasgehäuse (7) gehalten ist.

Stirnseiten aufweist, welcher in entsprechende vertikale Führungen (42) am Abgasgehäuse (7) in der durch die Maschinenachse gehenden vertikalen Ebene eingreift,

- und im Abgasgehäuse (7) durch Stahlfedern (43) eingespannt ist