DE3413725A1

DE3413725A1 - Anordnung zur begrenzung von schublasten bei dampfturbinenwellen

Info

Publication number: DE3413725A1
Application number: DE19843413725
Authority: DE
Inventors: James K. Wellsville N.Y. Leonard
Original assignee: McGraw Edison Co
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1984-04-12
Publication date: 1984-10-18
Anticipated expiration: 2004-04-13
Also published as: FR2544380B1; US4557664A; IT1176021B; IT8420501A0; MX158910A; BR8401707A; JPS59206604A; CA1327376C; FR2544380A1; DE3413725C2

Description

- RAU-&

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. DR. MANFRED RAU DIPL.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

VNR 1O6984 Nürnberg, 11.o4.1984

S/St

McGraw-Edison Company, 17ol Golf Road Rolling Meadows,

ILL 60008/USA

Anordnung zur Begrenzung von Schublasten bei Dampfturbinenwellen

Die Erfindung richtet sich auf eine überhängende Dampfturbine und insbesondere auf eine Anordnung und eine Vorrichtung zur Reduktion der axialen Wellenbewegung bzw. der axialen Belastung bei solchen Turbinen.

Turbinen werden Schubbelastungen unterworfen, und zwar sowohl in radialer als auch in axialer Richtung. Die Lager solcher Maschinen müssen diese Belastungen aufnehmen, wobei durch übermäßige Belastungen Verluste und Abnutzung bedingt sind. Dementsprechend sind Einrichtungen zur Begrenzung der Wellenbelastungen erforderlich. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Begrenzung der axialen Schublast bei überhängenden Dampfturbinen.

Aufgrund ihrer Konstruktion weist eine überhängende Turbine eine axiale Schubbelastung auf, welche im allgemeinen gleich ist dem Produkt aus 1. Fläche der Wellenprotuberanz (d.h. des überhängenden Endes) und 2. des Differentialdrucks relativ zur Umgebung, welcher an dieser Fläche anliegt. Erfin-

D-8500 NÜRNBERG 91 POSTFACH 91 04 80 LANGE ZEILE 30 TELEFON 09Π /371 47 TELEX 06/239« POSTSCHECK NBG. 1843 52-857

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dungsgemäß soll diesen Problemen dadurch entgegengewirkt werden, daß ein abgedichteter Ausgleichskolben an dem überhängenden Wellenende verwendet wird, welcher mit Umgebungsdruck belüftet werden kann, um den Schub auszugleichen, welcher aber auch mit einem Steuerdruck beaufschlagt werden kann, um jeder anderen unausgeglichenen verbleibenden Kraft längs der Turbine entgegenzuwirken .

Herkömmliche Verfahren zur Lösung dieses Problems umfaßten Schublager. Die Verwendung von Schublagern für solche Anwendungsfälle wird beschrieben in den US-PSen 4 3o4 522, 4 241 958, 4 oo5 572, 3 941 437, 3 817 568, 3 7o2 719 und 2 877 945. Schublager arbeiten jedoch dann am besten, wenn die Belastung relativ konstant ist oder sich langsam über die Zeit ändert.

Im Falle von Gasturbinen sind positive Drucke dazu herangezogen worden, um die Druckdifferenz über die Rotorwelle auszugleichen. Ein Versuch unter Verwendung von Abluft oder Abgas wird in den US-PSen 3 565 543 und 4 152 o92 beschrieben. Gemäß einem weiteren Versuch sind Labyrinthdichtungen verwendet worden, um Leckagen von dem Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich zu vermeiden und die Schubbelastung auf den Lagern zu stabilisieren. Beispiele hierfür sind die US-PSen 3 129 922 und 3 o43 56o. Labyrinthdichtungen wurden auch auf der Abstromseite eines Rotors verwendet, um Kühlluft in eine Kammer oder einen Bereich stromabwärts von den Rotorschaufeln einzublasen (vgl. z.B. US-PSen 3 527 o53 und 3 989 41o). Bei überhängenden Dampfturbinen, wie in der US-PS 2 795 371, sind derartige Techniken jedoch nicht bis hin zu einem befriedigenden industriellen Standard perfektioniert worden.

Auch bei der Verwendung derartiger Druckausgleichsmaßnahmen zur Minimierung der axialen Schubänderungen unterliegen Schublager einem Verschleiß und müssen ersetzt werden. Bei manchen

überhängenden Turbinen sind die Schub- und Drehlager in einem Lagergehäuse untergebracht, welches unmittelbar stromaufwärts von sowohl dem Rotor als auch einer zugehörigen Wellendichtungsanordnung vorgesehen ist. Durch diese Anordnung wird die Rotorstabilität erhöht. Bei manchen kompakten Konstruktionen sind die Schublager und die Drehlager in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, welches so konstruiert sein muß, daß es die Entfernung der Rotorwelle durch das Turbinengehäuse ermöglicht. Dies ist außerordentlich schwierig und bedeutet eine zeitaufwendige Aufgabe. Dementsprechend muß sich jede Lösung des Problems veränderlicher Schubbelastung an der praktischen Notwendigkeit orientieren, sowohl die Welle zu entfernen und die Lager zu ersetzen, und zwar jeweils unter schwierigen Zugangsbedingungen.

Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Minimierung der Änderung in den Schubkräften längs der Welle einer überhängenden Dampfturbine zu schaffen.

Weiterhin soll eine Dichtungsanordnung zur Verminderung des stromabwärtigen Schubs auf die Rotorwelle bei einer überhängenden Turbine geschaffen werden, wobei ein Teil der Welle außerhalb der Dichtungsausnehmung angeordnet ist und in Strömungsverbindung mit dem stromabwärtigen Ende oder der Auslaßseite (Kondensator Seite) des Turbinenrotors steht, wobei ein anderer Teil der Welle innerhalb der Dichtungsausnehmung angeordnet ist und in Strömungsverbindung mit einem Bereich relativ konstanten (nahezu atmosphärischen) Drucks steht, welcher durch einen Druckmechanismus wie z.B. einem Stopfbuchsensystem aufrechterhalten wird. In einer Ausführungsform umfaßt die Dichtungsanordnung ein erstes Dichtungsteil, welches fest mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, und ein zweites Dichtungsteil, welches an dem überhängenden Ende der Turbinenrotorwelle befestigt ist. Das erste Dichtungsteil ist innerhalb der erwähnten Auslaßausnehrnung angeordnet und steht in Strömungsverbindung

mit einer Quelle relativ konstanten Drucks (d.h. einem Stopfbuchsensystem). Das erste Dichtungsteil weist ein offenes Ende auf, welches zum überhängenden Ende der Rotorwelle hin angeordnet ist. Das zweite Dichtungsteil ist an der Rotorwelle befestigt und steht in dichtender Anlage an dem ersten Dichtungsteil. Die Dichtungsanordnung bildet dabei einen Bereich unmittelbar stromabwärts von dem überhängenden Ende der Welle, welcher im wesentlichen auf atmosphärischem Druck gehalten wird. Auf diese Weise wird die auf das freie Ende der Welle durch die atmosphärische Umgebung ausgeübte Kraft ausgeglichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten und zweiten Dichtungsteile eine Labyrinthdichtung, die überhängende Turbine weist einen Auslaßdiffusor am stromabwärtigen Ende des Rotors auf und das erste Dichtungsteil umfaßt einen Dichtungsring, welcher fest an dem Auslaßdiffusor befestigt ist.

Weiterhin soll erfindungsgemäß eine Dichtungsanordnung geschaffen werden, welche sich leicht austauschen läßt oder benutzt werden kann in Verbindung mit einem Ventilationsdichtungsring, der an der Rotorwelle ohnehin befestigt ist. Bei solchen Turbinen umfaßt die Rotorwelle Einrichtungen zur lösbaren Befestigung von Ventilationsdichtungsringen an denselben. Dementsprechend ist das zweite Dichtteil mit Einrichtungen versehen, welche komplementär zu den vorerwähnten Befestigungseinrichtungen sind und zur Befestigung des zweiten Dichtungsteils statt des Ventilationsdichtungsrings an der Rotorwelle dienen.

Ein weiterer Gegenstand gemäß der Erfindung liegt in der Schaffung einer Lageranordnung für die Welle einer überhängenden Turbine, wobei zwei Drehlager die Welle lagern und zwei einander gegenüberliegende Schublager die axiale Wellenbewegung begrenzen, wobei weiterhin Einrichtungen zur Befestigung eines der

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Schublager an einem der Drehlager derart vorgesehen sind, daß die Welle leicht durch das Turbinengehäuse entfernt werden kann. Vorzugsweise sind die Lager horizontal geteilt ebenso wie das Lagergehäuse, welches die Lager aufnimmt, so daß die Schublager und Drehlager leicht ohne Entfernung der Welle ausgetauscht werden können.

Weiterhin soll erfindungsgemäß eine Lageranordnung für eine überhängende Turbine geschaffen werden, bei welcher zwei Drehlager und zwei Schublager eine Welle lagern und Einrichtungen vorgesehen sind, um eines der Schublager an einem entfernbaren Ring zu befestigen, welcher vom Lagergehäuse getragen wird. Bei dieser Ausführungsform wird ein geteilter Adapterring durch das Lagergehäuse statt durch eines der Drehlager wie bei der vorstehenden Ausführungsform getragen. Vorzugsweise ist das Gehäuse für die Lageranordnung horizontal geteilt, der Adapterring ebenfalls horizontal geteilt und sowohl die Drehlager als auch die Schublager horizontal geteilt, um die schnelle Montage und Demontage der Lager ohne Entfernung der Welle zu ermöglichen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer überhängenden Turbine unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 einen Schnitt der in Fig. 1 dargestellten Turbine längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab zur Darstellung der Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung;

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Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Lageranordnung ; und

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der Lageranordnung.

Vor einer Beschreibung der erfindungsgemäßen Details wird nachfolgend eine überhängende Dampfturbine beschrieben, so daß die erfindungsgemäßen Aspekte deutlicher heraustreten.

Fig. 1 zeigt eine überhängende Dampfturbine mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Minimierung der axialen Wellenbewegung. Die Turbine umfaßt ein Turbinengehäuse Io, ein horizontal geteiltes Lagergehäuse 12 und ein Transmissionsgehäuse 14. Das Turbinengehäuse Io umfaßt einen Dampfeinlaß 16, welcher mit einer Druckdampfquelle verbindbar ist, ein Regelventilgehäuse 18, einen ringförmigen Dampfkasten 2o, ein Rotorgehäuse und ein kombiniertes Diffusor- und Auslaßgehäuse 24. Der Druckdampf tritt am Einlaß Io in Richtung des Pfeiles 26 ein und passiert das Regelventil, um in den Dampfkasten 2o zu gelangen. Von dem Dampfkasten 2o passiert der Hochdruckdampf durch die Rotorblätter innerhalb des Rotorgehäuses 22 und überträgt auf diese Drehbewegung. Der Abdampf tritt durch einen Diffusor (vgl. Fig. 2) innerhalb des Auslaßgehäuses 24 und eine Auslaßöffnung bzw. Ausnehmung 28 zu einem Kondensator aus (welcher der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist), und zwar in Richtung des Pfeiles 3o. Die Richtung des Pfeils 3o definiert die '·Stromaufwärts-Richtung" der Turbine. Der "Stromabwärts-Bereich" liegt auf den Kondensator hin. Gehäusedurchlässe und Stopfbuchsenauslässe 25 sind ebenfalls vorgesesehen. Eine

.Jb.

Rotorwelle 31 (vgl. Fig. 2) erstreckt sich durch das Lagergehäuse 12 in das Transmissionsgehäuse 14, in welchem ein geeignetes Reduktionsgetriebe und weitere Last aufnehmende Elemente enthalten sind.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt das Lagergehäuse 12 ein horizontal geteiltes Gehäuse, welches durch zwei mit Flanschen versehene Gehäusehälften 32 und 34 gebildet wird. Diese sind längs ihrer aneinanderliegenden Seiten über Bolzen 36 verbunden. Das Lagergehäuse 12 enthält geteilte Drehlager, so daß die Lager ohne Entfernung der Rotorwelle 31 (siehe Fig. 2) ausgetauscht werden können. Ein Zugang zu den Lagern wird dadurch erhalten, daß das obere Gehäuseteil 32 von dem unteren Gehäuseteil 34 abgenommen wird und die beiden Hälften des zu wechselnden Lagers getrennt werden, neue Lagereinlagen anstelle der verschlissenen Lagereinlagen eingesetzt werden, die Lager wieder zusammengebaut und dann die beiden Gehäusehälften 32 und 34 montiert werden.

In Fig. 2 ist eine überhängende Turbine 33 dargestellt. Die Anordnung ist innerhalb des Turbinengehäuses Io im Bereich des ringförmigen Dampfkastens 2o angeordnet. Druckdampf innerhalb des Dampfkastens 2o passiert durch die Ringöffnungen 35 und (feste Schaufeln) und über eine Mehrzahl von Rotorschaufeln 38V und 4oV auf die beiden Rotoren 38 und 4o (rotierende Schaufeln) in Richtung der Pfeile 42. Der Abdampf passiert durch einen Ringdiffusor 44 und tritt dann durch die Auslaßöffnung 28 auf.

Es ist bekannt, daß beim Durchströmen einer überhängenden Turbine eine Kraft aufgrund einer sich einstellenden Druckdifferenz entsteht, welche längs der Rotorwelle anliegt (d.h. der Druck der Atmosphäre auf das freie Ende der Welle). Hier ist nun eine Dichtungsanordnung 46 zur Verminderung der Druck-

differenz über die Enden der Rotorwelle vorgesehen (d.h. P gegenüber P_{K d}). Die Dichtungsanordnung 46 wird verwendet zur Ausbildung eines Bereiches 48 unmittelbar stromabwärts von dem Ende 5o der Rotorwelle 31, welches relativ nahe im Bereich atmosphärischen Drucks gehalten wird. Auf diese Weise wird durch eine Reduktion des Drucks am Mittelabschnitt oder Ende 5o der Welle 31 der stromaufwärts gerichtete axiale Schub gegen die Rotorwelle relativ zu dem vermindert, welcher anliegt, wenn eine Welle in der Ausnehmung 48 voll dem Abdampf ausgesetzt ist.

Stromaufwärts der Rotoren 38 und 4o aber noch innerhalb des Rotorgehäuses 22 ist eine Dichtungsanordnung 52 vorgesehen, welche eine Mehrzahl geteilter Ringdichtungen umfaßt, welche dichtend an dem Abschnitt 54 der Rotorwelle 31 anliegen, welche unmittelbar vor bzw. stromaufwärts in dem Turbinengehäuse Io liegen. Die Rotorwelle 31 erstreckt sich in das Lagergehäuse 12 durch einen Öldamm 56, der dort vorgesehen ist. Ein Abschnitt 58 mit vermindertem Durchmesser der Rotorwelle 31 ist verbunden mit einem vergrößerten Abschnitt 6o der Rotorwelle, so daß hierdurch eine Ringschulter 62 gebildet wird. Noch weiter stromaufwärts ist der Abschnitt 6o der Rotorwelle 31 mit vergrößertem Durchmesser mit einem Abschnitt 64 von wiederum vermindertem Durchmesser verbunden, so daß eine weitere ringartige Schulter 66 ausgebildet wird. Die Rotorwelle 31 greift dann in eine Kupplung 68 ein, welche ihrerseits mit einer Welle (die nicht dargestellt ist) im Transmissionsgehäuse (siehe Fig. 1) in Verbindung steht.

In Fig. 4 und 5 ist dargestellt, daß gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung zwei Drehlageranordnungen 7o und 72 innerhalb des Lagergehäuses 12 vorgesehen sind, welche die Rotorwelle 31 an jeder Seite des Abschnitts 6o mit vergrößertem Durch-

, /ft '

messer der Welle lagern. Diese Drehlageranordnungen 7o und 72 sind horizontal geteilt, um das Entfernen und Ersetzen der Lagerelemente ohne das Erfordernis des Entfernens der Rotorwelle 31 aus dem· Lagergehäuse 12 zu ermöglichen. Zwei Schublageranordnungen 74 und 76 tragen zur Minimierung der resultierenden axialen Bewegung der Rotorwelle 31 bei. Der Druckabfall über die Turbinenrotoren 38 und 4o und der ungleiche Druck über den Enden der Welle resultieren in einer verbleibenden Kraft auf die Welle 31 in Richtung stromabwärts. Die Schublageranordnungen 74 und 76 sind jeweils im Bereich der Schultern 62 und 66 an jedem Ende des vergrößerten Wellenabschnitts 6o angeordnet. Wie nachfolgend im einzelnen erläutert wird, kann nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Schubaufnahmeanordnung 74 durch einen horizontal geteilten Adapterring 76 getragen' werden, welcher an dem unteren Gehäuseteil 34 (siehe Fig. 2 und 4) befestigt ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Schublageranordnung 74 direkt an der anlegenden Drehlageranordnung 7o befestigt (vgl. Fig. 5).

Nach der vorstehenden Beschreibung der Grundkomponenten wird die Dichtungsanordnung 46 nachfolgend im Detail beschrieben. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besteht die Anordnung 46 aus einer zweiteiligen Labyrinthdichtung umfassend: ein zylindrisches erstes Dichtungsteil 78, welches an dem Auslaßdiffusor 44 mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen 8o lösbar befestigt ist und ein zweites Dichtungsteil 82, welches Zahnelemente 84 umfaßt und welches lösbar an dem überhängenden Ende der Rotorwelle 31 mittels eines Dichtungsbefestigungsrings 86 angebracht ist. Der Dichtungsbefestigungsring 86 ist lösbar mit der Rotorwelle 31 mit Hilfe von Befestigungseinrichtungen oder Bolzen 88 verbunden, welche dazu verwendet werden, die Rotoren 38 und 4o auf der Rotorwelle festzulegen. Das zweite Dichtungs-

teil 82 wiederum ist lösbar an dem Dichtungsbefestigungsring 86 mit Hilfe von Gewindebefestigungseinrichtungen 9o befestigt, wovon der Übersichtlichkeit halber nur eine dargestellt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Dichtungsanordnung 46 geeignet, nachträglich an eine Dampfturbine angepaßt zu werden, welche einen vorher bestehenden Ventilationsdichtring aufweist, welcher am überhängenden Ende der Rotorwelle 31 mit Hilfe der Rotorbefestigungseinrichtungen bzw. Bolzen 88 angebracht ist. Mit anderen Worten ist der Abschnitt 92 des zweiten Dichtungsteiles 82, wie teilweise durch die unterbrochene Linie 94 dargestellt, vorzugsweise identisch mit einem bereits vorhandenen Ventilationsdichtring. Erfindungsgemäß wird der normalerweise an dem Dichtungsbefestigungsring 86 mit Hilfe von Befestigungseinrichtungen 9o angebrachte Ventilationsdichtungsring vom Rotor 4o getrennt und das zweite Dichtungsteil 82 wird an seiner Stelle auf dem Rotor befestigt.

An dem Diffusor 44 ist ein taschenförmiger Bereich 48 unmittelbar hinter dem mittleren Abschnitt 5o der Rotorwelle 31 ausgebildet. Der Bolzenkreis an dem Dichtungsbefestigungsring 86 für die Befestigungseinrichtungen 9o liegt an einem peripheren Abschnitt der Rotorwelle 31 (d.h. in radialem Abstand vom zentralen Abschnitt 5o der Rotorwelle). Dementsprechend weist das zweite Dichtungsteil 82 einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf und ähnelt etwas einem Hut mit einem nach innen von einem Randbereich vorstehendem Bereich, wobei sich dieser Bereich in das zweite Dichtungsteil 82 und die Tasche 48 am stromabwärtigen Ende des Diffusors 44 erstreckt.

Die Tasche 48, welche am Diffusor 44 ausgebildet ist, und die Dichtungsanordnung 46 stehen in Strömungsverbindung mit einer Stopfbuchsenauslaßleitung 96. Beim Fehlen der Dichtungsanordnung 46 würde der mittlere Abschnitt 5o des Rotors 4o

im wesentlichen den Druck des Kondensator-Einlasses aufweisen. Dieser Druck kann sehr starkem Unterdruck (leicht lastbeaufschlagte Turbine) oder leichtem Überdruck (schwerlastbeaufschlagte Turbine) entsprechen. In jedem Fall ist der Druck geringer als derjenige der umgebenden Atmosphäre. Die Dichtungsanordnung 46 als solche stellt sicher, daß der Druck am überhängenden Ende der Rotorwelle 31 verhältnismäßig hoch im Vergleich zu einem starken Unterdruck ist und im wesentlichen dem der umgebenden Atmosphäre entspricht. Dementsprechend wird die Druckdifferenz über die Achse der Rotorwelle 31 reduziert und der stromabwärts gerichtete Schub (vgl. Pfeil 97), welcher durch eine solche Druckdifferenz erzeugt wird, wird dabei vermindert, wenn die Dichtungsanordnung 46 an ihrem Platz ist. Darüber hinaus wird so die Schubkraft auf die zugehörige Schublageranordnung 74 und der Verschleiß der Schublagereinlagen dieser Anordnung vermindert.

In Fig. 4 ist die Ausführungsform der Lageranordnung 74, welche in Fig. 2 dargestellt ist, im einzelnen dargestellt. Eine Schublageranordnung 74 umfaßt ein Grundteil 98, welches durch das untere Lagergehäuse 34 mit Hilfe geeigneter Befestigungseinrichtungen oder der Zwischenringe getragen wird. An dem Basisteil 98 ist eine Mehrzahl von Drehlagereinlagen Io4 angeordnet, welche gegen den Abschnitt 58 der Rotorwelle 31 lastaufnehmend anliegen. Dementsprechend weist das andere Drehlager 72 eine Basis Io6 auf, welche durch das untere Lagergehäuseteil 34 getragen wird, welches wiederum eine Mehrzahl von auswechselbaren Drehlagereinlagen Io8 aufweist. Diese Lagereinlagen Io8 sind einstellbar lastaufnehmend im Bereich des Abschnitts 64 der Rotorwelle 31 befestigt.

Die Schublageranordnung 76 an der stromaufwärtigen Schulter 66 des vergrößterten Wellenabschnitts 6o umfaßt einen horizontal geteilten Basisring Ho, welcher an dem unteren Lagerge-

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gehäuse 34 befestigt ist. Eine Vielzahl von Schublagereinlagen 112 ist wiederum an dem Basisring Ho befestigt. Die Einlagen 112 sind so konstruiert, daß sie um eine radiale Achse der Rotorwelle 31 gekippt sind und Last aufnehmend an der Schulter 66 der Welle gehalten sind.

Die andere Schublageranordnung 74 wiedersteht einer axialen Bewegung der Rotorwelle in stromabwärtiger Richtung. Anders als die Anordnung 76 umfaßt sie eine horizontal geteilte Basis 119, welche an einem horizontal geteilten Adapterring 114 befestigt ist. Der Adapterring 114 ist radial im Abstand von dem Rotorwellenabschnitt 58 angeordnet, welcher durch das anliegende Drehlager 7o gelagert wird. Er ist in einer Nut 117 angebracht, welche durch die untere Hälfte des geteilten Lagergehäuses 12 gebildet wird. Wie die andere Schublageranordnung 76 ist eine Mehrzahl von Schublagereinlagen 116 an der Basis 119 Last aufnehmend an der Schulter 62 der Rotorwelle 31 angeordnet.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer stromabwärtigen Schublageranordnung 74' dargestellt, welche anstelle der in Fig. 4 dargestellten Anordnung 74 eingesetzt werden kann. Die Basis 119' ist, statt sie mit dem Adapterring 114 zu verbinden, direkt an der Basis 98 der Drehlageranordnung 7o' befestigt. Wie die Lageranordnung 7o weist die Lageranordnung 7o' eine Mehrzahl von Drehlagereinlagen 122 an ihrer Basis 98 lastaufnehmend gegenüber Abschnitt 58 der Rotorwelle 31 auf. Diese Schublageranordnung 74' weist auch Lagereinlagen 124 auf, welche durch die Basis 119' getragen werden. Die Basis 119 ist mit der Basis 98 der ürehlageranordnung 7o' mit Hilfe eines Kupplungsrings 126 verbunden.

Gemäß einem wesentlichen erfindungsgemäßen Aspekt sind alle Lageranordnungen 7o, 72, 74, 76 ebenso wie das Lagergehäuse 12 horizontal geteilt, um eine Entnahme der Lageranordnungen

zum Austausch der jeweiligen Lagereinlagen ohne das Erfordernis des Entfernens der Rotorwelle 31 zu ermöglichen.

Bei einem Prototyp mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wurde eine überhängende Dampfturbine mit 3o cm Wälzkreisdurchmesser und einer Nominalgeschwindigkeit von 2o.ooo U/min. Diese Turbine leistete bis zu 3ooo PS bei einer Abtriebsgeschwindigkeit von 5oo bis I8.000 U/min über eine epizyklische Getriebetx'ansmission oder Dei einer Geschwindigkeit von 2o.ooo U/min bei direktem Antrieb. Der Eingangsdampf wies einen Druck von 7oo PSIG und eine Temperatur von 75o°F auf. Der rückwärtige Druck lag zwischen 3oo PSIG bis zu Kondensationsdruck. Die Vorwärtsschubaufnahme in einem Versuch konnte eine Schubbelastung von looo Lbs ohne Überhitzung aufnehmen. Versuche zeigten auch, daß die Rotorbauteile in ca. 2 Std. gewechselt werden konnten. Dies ist eine ganz wesentliche Verbesserung. Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß die Erfindung mit zahlreichen Abwandlungen realisiert werden kann. Z.B. kann statt der Verwendung eines Adapterrings zur Befestigung eines der Schublager auch zur Befestigung beider Schublager ein Adapterring verwendet werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß die Zahl von Einzelteilen minimiert wird und die Ersatzteillagerhaltung wird vereinfacht. Gemäß einer weiteren Abwandlung könnte der Dichtungsbereich der Dichtungsanordnung einem gesteuerten Druck unterworfen werden, um alle anderen Schubbelastungen der Turbine oder von deren Bauteile zu kompensieren.

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Claims

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PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. OR. MANFRED RAU DIPL.-PHYS. DR. HERBERT SCHNECK ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAi

VNR Io6984 Nürnberg, 11.o4.1984

S/St

McGraw-Edison Company, 17ol Golf Road Rolling Meadows,

ILL 60008/USA

Ansprüche

/. Überhängede Dampfturbine mit einem Rotor (38, 4o), einer Rotorwelle (31), einem Rotorgehäuse (22) mit einer Auslaßausnehmung (28) in Verbindung mit dem stromabwärtigen Ende der Rotorwelle und Einrichtungen zur Erzeugung eines stromabwärtigen Bereiches innerhalb dieses Gehäuses mit relativ konstantem, niedrigem Druck, und einer Dichtungsanordnung (46) zur Reduktion der Druckdifferenz über den Enden der Rotorwelle, gekennzeichnet durch ein erstes Dichtungsteil (78), welches von dem Gehäuse innerhalb der Ausnehmung getragen wird und in Strömungsverbindung mit dem stromabwärtigen Niederdruckbereich steht, und ein zweites Dichtungsteil (82), welches von der Rotorwelle getragen wird und dem ersten Dichtungsteil dichtend unter Ausbildung einer Druckbarriere zwischen dem stromabwärtigen Niederdruckbereich und der Auslaßausnehmung anliegt, wobei die Druckdifferenz über den Enden der Rotorwelle geringer ist als bei einer überhängenden Turbine, bei welcher das stromabwärtige Ende des Rotors und die Rotorwelle voll mit der Ausnehmung verbunden sind.

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2. Überhängende Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Dichtungsteile eine Labyrinthdichtung umfassen, deren eines Ende in Strömungsverbindung mit der Auslaßausnehmung steht und deren anderes Ende in Strömungsverbindung mit dem Niederdruckbereich steht.
3. Überhängende Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Auslaßdiffusor (44) aufweist, der fest zwischen dem Rotor (4o) und der Auslaßausnehmung (28) angeordnet ist, wobei dieser Diffusor und die Ausnehmung eine ringförmige Auslaßleitung und eine Taschenöffnung (48) ausbilden, welche in Strömungsverbindung mit dem Niederdruckbereich stehen und welche am stromabwärtigen Ende der Rotorwelle angeordnet ist.
4. Überhängende Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dichtungsteil umfaßt: einen ersten Dichtungsring innerhalb der Diffusortasche und Einrichtungen (8o) zur lösbaren Befestigung des Dichtungsrings an dem Auslaßdiffusor.
5. Überhängende Dampfturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite Dichtungsteil von der Peripherie des stromabwärtigen Endes der Rotorwelle nach innen in den ersten Dichtungsring erstreckt und Befestigungseinrichtungen (86, 9o) an der Peripherie der Rotorwelle zur lösbaren Befestigung des zweiten Dichtungsteils an der Welle vorgesehen sind.
6. Überhängende Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle Befestigungseinrichtungen (86, 88) am stromabwärtigen Ende der Rotorwelle zur Befestigung eines Ventilationsdichtsrings daran aufweist, und daß das zweite Dichtungsteil komplementär zu den Befestigungseinrichtungen ausgebildet und geeignet ist, anstelle des Ventilationsdichtungsrings mit Hilfe der Befestigungseinrichtungen an dem Rotor befestigt zu werden.
7. Überhängende Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein horizontal geteiltes Lagergehäuse (12), welches relativ zum Rotorgehäuse befestigt ist und eine Lagerausnehmung für einen den Schaft umschließenden Abschnitt aufweist, wobei ein Drehlager (7o, 72) von diesem Gehäuse der Welle gegenüber Last aufnehmend getragen wird, und wobei das Drehlager zwei horizontal geteilte Drehlagerhälften aufweist und ein Paar von Schublagern (74, 76) in dem Gehäuse axial Last aufnehmend gegenüber der Welle angeordnet ist,und schließlich Einrichtungen (114, llo) zur lösbaren Befestigung eines dieser Schublager an dem Lagergehäuse vorgesehen sind.
8. Überhängende Dampfturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schublager (74) zwischen dem überhängenden Ende der Rotorwelle und dem anderen Schublager (76) angeordnet
9. Überhängende Dampfturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schublager (74) durch das Drehlager getragen wird.
10. Überhängende Dampfturbine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen horizontal geteilten Adapterring (114), welcher an dem Gehäuse lösbar befestigt ist, und durch Einrichtungen (119) zur Befestigung des Schublagers an dem Adapterring, wobei das andere Schublager (76) an dem Gehäuse befestigt ist.