DE3522917A1 - Lageranordnung fuer turbomaschinen, insbesondere dampfturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung für Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen, welch letztere mehrere koaxial hintereinander angeordnete Teilturbinen aufweisen, deren Wellen miteinander starr zu einem Wellenstrang gekuppelt sind, so wie im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 näher definiert.

Das darin angebene Lagerungsprinzip der Gehäuse oder Gehäuseteile von Teilturbinen ist für ein Innengehäuse dargestellt in der Zeitschrift VGB Kraftwerkstechnik 59, Heft 2 vom Febr. 1979, und zwar in Bild 9 auf S. 117; es ist auf ähnliche Weise erläutert in dem Jahrband VGB-Kongreß "Kraftwerke 1982" auf S. 243 in Bild 14 in Verbindung mit dem zugehörigen Text. Die Anwendung des Lagerungsprinzips auf den ganzen Wellenstrang eines mehrgehäusigen Turbosatzes ist näher erläutert in VGB Kraftwerkstechnik 1953, Heft 12, Dez. 1973, S. 817 bis 826, insb. auf den Seiten 820 mit Bild 11. Dort wird eine Turbinenlager-Anordnung zugrunde gelegt, bei welcher die Lagergehäuse, dort als Lagerböcke bezeichnet, feststehen, so daß gegenüber diesen feststehenden Referenzflächen der Lagergehäuse bzw. sonstiger Fundamentteile die Teilturbinengehäuse mit ihren Stütz- und Führungsflächen sowie ihren Führungsflächen für die axiale Mittenführung axial- und radial-zentrisch-wärmebeweglich gleiten können, wobei naturgemäß die Axialbewegung in einer achsnormalen Bezugsebene, die als axialer Fixpunkt dient, entfällt. Ein besonderes Problem bei der gattungsgemäßen Lageranordnung besteht nun darin, trotz feststehender Lagergehäuse oder sonstiger Fundament-Referenzflächen, eine präzise axial- und radial-zentrisch-wärmebewegliche Gleitbewegung der Gehäuse mit ihren Tragpratzen oder sonstigen Führungsflächen zu gewährleisten, eine von außen gut zugängliche Justierbarkeit für die Auflagerung und den Führungseingriff in x-, y- und z-Richtung zu ermöglichen und die Lagerung variabel zu gestalten, d.h., die Lageranordnung soll ohne große Änderungen so ausgestaltet sein, daß mit ihr wahlweise eine axiale Gleitmöglichkeit oder ein axialer Fixpunkt verwirklicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung für Turbomaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit welcher es im Sinne der aufgezeigten Problemstellung ermöglicht ist,
- bei fest installierten Lagergehäusen oder sonstigen Fundament-Referenzflächen eine justierbare axial- und radial- zentrisch-wärmebewegliche Lagerung der Teilturbinengehäuse mit ihren Tragpratzen und Führungsflächen an den zugehörigen Auf- und Anlageflächen der Lagergehäuse bei hinreichend großen Gleitflächen zu gewährleisten;
- wahlweise axial gleitende oder axial feste Lagerstellen ausbilden zu können, und
- die Justier- und Gleitbeilagen in die zugehörigen Aufnahmeräume der Lageranordnung von außen leicht erreichbar einfügen und ggf. auswechseln zu können, um so die Lageranordnung besonders montage- und wartungsfreundlich zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß eine robuste Lageranordnung mit großen Gleitflächen geschaffen wurde, bei der das Ankuppeln der Teilturbinen-Gehäuse an die Lagergehäuse auf bequeme Weise ermöglicht ist, und die Teilturbinen-Gehäuse können mit ihren Tragpratzen von oben auf die Tragflansche der Lagergehäuse abgesenkt werden, wobei die genaue Höhenausrichtung durch Einfügen der Justier- und Gleitbeilagen von der Seite her, d. h. gut zugänglich, erfolgt. Entsprechend einfach gestaltet sich das Ausrichten in Achsrichtung und die Ausbildung eines axialen Fixpunktes durch Einfügung entsprechender Justier-Gleitbeilagen, wonach dann die Riegel zur Absicherung der Tragpratzen gegen Abhebekräfte und -momente an der Deckfläche der Tragflansche montiert werden. Außer der guten Zugänglichkeit zu den Justier- und Gleitbeilagen (Einstellelemente) ist hervorzuheben das vorteilhafte Einleiten der Kräfte auf großen Krafteinleitungsquerschnitten und die Möglichkeit der Anbringung von Meßmarken, wie anhand von Anspruch 12 näher erläutert. Harmonisch fügt sich in das Auflager- und Einstellsystem die Mittenführung ein, wie sie im Anspruch 11 näher erläutert ist.

Unter der Voraussetzung, daß die Deckfläche der Tragflansche die horizontale Achsebene für die Auflagerung definieren, ist die Anpassung der Tragpratzenlagerung an diese Referenzebene auf einfache Weise möglich, wobei die einmal erfolgte Höheneinstellung der Tragpratzen durch die Riegel und besondere Einstellmittel an diesen Riegeln in Form von Gleitsteinen unter Ermöglichung eines Gleitspiels abgesichert wird, wie in den Ansprüchen 2 und 3 näher erläutert.

Die Riegel werden gemäß Anspruch 10 durch kräftige, verdrehgesicherte Ankerschrauben gegen den Tragflansch gehalten und sichern so ihrerseits die Tragpratzen gegen Abheben. Die Ausbildung der Lageranordnung als wahlweise axialer Fixpunkt oder axialer Gleitsitz sowie weitere Variationsmöglichkeiten der Lageranordnung durch Ausbildung als Einzel- oder aber als Doppellager sind in den Ansprüchen 4 bis 9 behandelt.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Lageranordnung nach der Erfindung dargestellt sind, diese noch näher erläutert. Darin zeigt in zum Teil vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 im Aufriß in Gesamtansicht mit eingezeichnetem Koordinatenkreuz und

Fig. 2 im Grundriß in Teilansicht auf die eine, auf der einen Seite der Wellenachse gelegene Hälfte einen Turbosatz, von dem nur die Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine und die zugehörigen erfindungsgemäß ausgebildeten Lager gezeigt sind;

Fig. 3 das Gehäuselager zwischen Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine im Aufriß (Einzelheit III aus Fig. 1), wobei zur Übersicht wieder ein kleines Koordinatenkreuz eingezeichnet ist;

Fig. 4 das Gehäuselager der Hochdruck-Teilturbine im Aufriß (Einzelheit IV aus Fig. 1);

Fig. 5 das Gehäuselager der Mitteldruck-Teilturbine an ihrem Niederdruck-seitigen Ende im Aufriß (Einzelheit V aus Fig. 1);

Fig. 6 eine vergrößerte Detaildarstellung der Lageranordnung nach Fig. 3, im Schnitt nach der Linie VI-VI aus Fig. 7;

Fig. 7 den Teilschnitt gemäß LInie VII-VII aus Fig. 6;

Fig. 8 den Schnitt nach Linie VIII-VIII aus Fig. 6;

Fig. 9 den Schnitt nach Linie IX-IX aus Fig. 8;

Fig. 10 die Einzelheit X aus Fig. 2 vergrößert und ergänzt durch die zweite Grundriß-Hälfte des Turbinenlagers zwischen Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine in teilweise aufgedeckter Darstellung des Lagers, wobei Teile des Axiallagers der Turbinenwelle und die Lagerelemente der Gehäuse-Mittenzentrierung ersichtlich sind, und

Fig. 11 das Lager nach Fig. 10 im Aufriß-Schnitt, verkleinert.

Aus Fig. 1 und Fig. 2 sind die äußeren Gehäusekonturen einer Hochdruck-Teilturbine HD und einer koaxial dazu in Richtung der Wellenachse x angeordneten Mitteldruck-Teilturbine MD erkennbar.

Der in Fig. 1 und 2 im Ausschnitt dargestellte Turbosatz weist bei seinen Turbinenlagern L 1, L 2 und L 3 zwei verschiedene Ausführungen der Lageranordnung nach der Erfindung auf. Dargestellt sind die koaxial zueinander angeordneten Gehäuse G 1 und G 2 einer Hochdruck-Teilturbine HD und einer Mitteldruck-Teilturbine MD. An das rechte Ende letzterer schließt sich das Turbinenlager L 3 an, auf dieses folgt bzw. folgen koaxial eine oder mehrere nicht dargestellte Niederdruck-Teilturbinen, deren Darstellung für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist, wenn auch grundsätzlich die Niederdruck-Teilturbinen mit ihren Innen- und/oder Außengehäusen mit erfindungsgemäßen Lagern der Typen L 1, L 2 oder L 3 ausgerüstet sein könnten.

Die Turbinenwellen, die Wellenkupplungen und die Wellenlager sind in Fig. 1 und 2 nicht im einzelnen dargestellt, auch nicht die ankommenden undabgehenden Dampfleitungen (es sind lediglich Anschlußstutzen gezeigt) und die Beschaufelung im Inneren der Teilturbinen HD, MD.

Die aus Fig. 1 und 2 nicht ersichtlichen koaxialen Wellen der Teilturbinen sind zu einem Wellenstrang starr miteinander gekuppelt, welcher - abgesehen von der Detaildarstellung nach Fig. 10 und 11 - lediglich durch die strichpunktierte Wellenachslinie x angedeutet ist. Koaxial zu den Gehäusen G 1 und G 2 der Teilturbinen HD, MD und koaxial zum Wellenstrang x sind die Turbinenlager L 1 am äußeren Ende der Teilturbine HD, L 2 zwischen den beiden Teilturbinen HD und MD sowie L 3 am äußeren Ende der Teilturbine MD auf Fundamentriegeln FR 1, FR 2 und FR 3 eines nicht näher dargestellten Turbinen-Fundamentes aufgelagert und befestigt. Solche Fundamentriegel werden im allgemeinen durch die zwischen Aussparungen stehenbleibenenden Stege einer horizontalen, aus Stahl oder Spannbeton bestehenden Tischplatte gebildet, durch deren Aussparungen die Teilturbinen mit ihren unteren Gehäusehälften ragen, wobei die den gesamten Turbosatz tragende Tischplatte über Fundamentstützen sich auf einer auf dem Gebäudefundament ruhenden Sohlplatte abstützt, wie es z. B. Bild 1 und Bild 3 des Aufsatzes "Verformungsverhalten von Turbinenfundamenten" (Zeitschrift VGB Kraftwerkstechnik 59, Heft 10 vom Okt. 1979, S. 819 bis 833) zeigen. Die oberen Tragflächen der Fundamentriegel liegen auf dem gestrichelt angedeuteten Niveau n; auf diese werden die generell mit 1 bezeichneten Lagergehäuse der Turbinenlager L 1, L 2 und L 3 mit ihren Bodenplatten 1.0 mittels nicht näher dargestellter Abdrückschrauben in diesen Bodenplatten 1.0 höhenjustiert und in Achsrichtung x ausgerichtet aufgesetzt, nach dem Ausrichten mittels Ankerschrauben 1.1 (die nur beim mittleren Turbinenlager L 2 etwas näher dargestellt sind) gegen Abheben gesichert und mittels Ortbeton 1.2 vergossen, wobei der Ortbeton 1.2 die Spalte zwischen der Bodenplatte 1.0 und einer nach unten gerichteten Rippe 1.3 an der Bodenplatte einerseits sowie der Oberkante n der Fundamentriegel-Tragflächen bzw. einer die Rippe 1.3 aufnehmenden Rechteckaussparung 1.4 andererseits ausfüllt. Bei den Fundamentriegeln FR 1 bis FR 3 kann es sich allgemein um Fundament-Konsolen handeln, die also nicht notwendigerweise an einer Fundament-Tischplatte angeordnet sein müssen; wesentlich ist nur, daß ausgerichtete horizontale Niveaus n zur Auflagerung der Lagergehäuse 1 gegeben sind.

Die Hochdruck-Teilturbine HD weist ein Topfgehäuse G 1 auf, an dem vier Tragpratzen angewachsen sind. Von diesen sind lediglich zwei, nämlich P 11 und P 13, aus Fig. 1 und 2 ersichtlich; die anderen beiden (nicht dargestellten) Tragpratzen P 12 und P 14 sind spiegelsymmetrisch bezüglich der Wellenachse x der Tragpratze P 11 bzw. der Tragpratze P 13 gegenüberliegend angeordnet zu denken. Die Tragpratze P 14 ist im übrigen aus Fig. 10 ersichtlich. Das Gehäuse G 1 der Hochdruck-Teilturbine HD weist außerdem zwei angeformte oder angeschweißte, einander gleichachsig gegenüberliegende Einströmstutzen auf, von denen in Fig. 1 und 2 der eine EST 1 erkennbar ist, ferner einen nach unten weisenden Abströmstutzen AST 1 am abströmseitigen Ende.

Die Mitteldruck-Teilturbine MD weist ein Gehäuse G 2 auf, welches in der horizontalen Achsebene x-z geteilt ist in einen oberen Gehäuseteil G 21 und in einen unteren Gehäuseteil G 22, die beide mit ihren Gehäuseflanschen g 21 und g 22 in der horizontalen Achsebene x-z dampfdicht zusammengespannt sind (die Flanschschrauben sind zur Vereinfachung nicht dargestellt). An den Flansch g 21 der oberen Gehäusehälfte G 21 sind sinngemäß zur Hochdruck-Teilturbine HD vier Tragpratzen, welche symmetrisch zur vertikalen Achsebene x-y liegen, angeformt, von denen in Fig. 1 und 2 die Tragpratzen P 21 und P 23 ersichtlich sind; von den anderen beiden, den dargestellten gegenüberliegenden Tragpratzen P 22 und P 24 ist aus Fig. 10 die Tragpratze P 22erkennbar. Dem Gehäuseober- und -unterteil G 21, G 22 der Mitteldruck-Teilturbine MD sind je ein nach oben bzw. unten gerichteter Einströmstutzen EST 2 zugeordnet; es handelt sich um eine zweiflutige Mitteldruck-Teilturbine mit Mitteneinströmung (auch einflutige Bauart ist möglich), wobei in Achsrichtung benachbart zu den beiden Einströmstutzen EST 2 je zwei Anzapfdampfstutzen AZ vorgesehen sind. Außerdem weist das Gehäuse-Unterteil G 22 zwei einander gleichachsig gegenüberstehende und in die achsquere Richtung orientierte Abströmstutzen AST 2 auf.

Mit der Lageranordnung nach Fig. 1 und 2 ist das bei Turbomaschinen bekannte Lagerungsprinzip verwirklicht, die Gehäuse G 1, G 2 der Teilturbinen HD, MD an ihren Gehäuse-Enden mittels der Tragpratzen P 11 bis P 14 bzw. P 21 bis P 24 symmetrisch zu beiden Seiten der Welle x in horizontalen Achsebenen x-z auf den Lagergehäusen 1 (oder sonstigen Fundamentteilen) axial- und radial-zentrisch-wärmebeweglich sowie in x-, y- und z-Richtung justierbar zu lagern. Zu dieser wärmebeweglichen Lagerung mit Justiermöglichkeit gehört auch die axiale Mittenzentrierung oder Mittenführung in der vertikalen Achsebene x-y. Dabei verlaufen die Stütz- und Führungsflächen p _xz an den Tragpratzen, die allgemein mit P bezeichnet sind, in horizontalen Achsebenen (x-z), die Stütz- und Führungsflächen m _xy für die axiale Mittenführung verlaufen an Gehäuse-Gabeln oder -Spornen, wie weiter unten noch erläutert, in planparallel zur vertikalen Achsebene x-y gerichteten Vertikalebenen, und die Stütz- und Führungsflächen an den Tragpratzen P zur Festlegung axialer Fixpunkte der Gehäuse-Wärmedehnung verlaufen in achsnormalen Ebenen y-z und sind generell mit p _yz bezeichnet und bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 beim mittleren Turbinenlager L 2 vorgesehen. Die beiden achsnormalen Ebenen, welche durch die Mitte der axial fixierten Tragpratzen P 13, P 14, bzw. P 21, P 22 gehen, sind in Fig. 1 und Fig. 2 mit (y-z)₁ bzw. (y-z)₂ bezeichnet. Aus Vorstehendem ergibt sich, daß zur Definition der Stütz- und Führungs- bzw. Gleitebenen mit kartesischen Koordinaten gearbeitet wird - vergleiche die Koordinatenkreuze in Fig. 1 und 3 -, wobei x die Wellenachsrichtung bezeichnet, z allgemein die horizontale achsquere Richtung und y allgemein die senkrecht zur x-z-Ebene verlaufende vertikale Koordinate ist. Die Lagergehäuse 1 der Turbinenlager L 1 bis L 3 sind, soweit die Gehäuselagerungsfunktion betroffen ist, im Prinzip gleichartig aufgebaut; sie weisen alle eine Boden- oder Ankerplatte 1.0 auf, die auf dem jeweiligen Fundamentriegel FR aufruht und daran verankert ist. Ferner weisen die Lagergehäuse 1 alle eine Deckplatte 1.5 auf mit in achsquerer Richtung über die Spannbreite der einander gegegenüberliegenden Tragflanschen P 11-P 12, P 13-P 14 usw. hinaus sich erstreckenden, allgemein mit 2 bezeichneten Tragflanschen, die im einzelnen, wenn sie in Richtung +x orientiert sind bzw. sich in diese Richtung erstrecken, mit 2+ bezeichnet sind - wenn sie sich in die entgegengesetzte Richtung -x erstrecken - mit 2-, bezeichnet sind. Die Lagergehäuse 1 sind in geschweißter Stahlkonstruktion ausgeführt, und ihre entsprechend kräftig ausgebildeten Boden- bzw. Ankerplatten 1.0 und Deckplatten 1.5 sind mittels Stirnwänden 1.6 und Seitenwänden 1.7 zueinander in Höhenrichtung y beabstandet und zu einer festen Kastenkonstruktion verbunden, wobei die Ankerplatte 1.0 in Achsrichtung orientierte Überstände bzw. Flansche zur Verankerung der Ankerschrauben 1.1 aufweist, welch letztere an entsprechenden (nicht dargestellten) Widerlagerplatten, welche die Fundamentriegel in Aussparungen durchdringen, verankert sind.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei zunächst auf das Turbinenlager L 2 (Fig. 3) und auf die Einzeldarstellung nach den Fig. 6 bis 9 eingegangen. Aus Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 6 erkennt man zunächst, daß die Tragpratzen P der Teilturbinen-Gehäuse G 1, G 2 jeweils mit einem axial nach außen vorspringenden, stufenförmigen Ansatz 3 und einem dazu axial einwärts benachbarten stufenförmig nach oben abgesetzten Rücksprung 4 versehen sind. Dieser Rücksprung 4 weist eine horizontale Bodenfläche 4.1 auf, welche als Stütz- und Führungsfläche p _xz für die Tragpratze P bzw. das zugehörige Turbinengehäuse dient. Unter "axial einwärts benachbart" wird verstanden, daß der Rücksprung 4 in bezug auf den Ansatz 3 in Richtung auf das Turbineninnere axial benachbart ist.

Das zugehörige Lagergehäuse 1 untergreift entsprechend der Lage der Tragpratzen P zu beiden Seiten der Welle x mit den schon erwähnten Tragflanschen 2, im besonderen 2- und 2+, die Tragpratzen P. Hierzu sind die Tragflanschen 2 jeweils mit einer Vertiefung 5 zur Aufnahme des stufenförmigen Ansatzes 3 und mit einer daran axial angrenzenden stufenförmigen Randerhebung 6 zum Eingriff in den Rücksprung 4 der Tragpratze P versehen.

Der wechselseitige Eingriff des stufenförmigen Ansatzes 3 in die Vertiefung 5 und der Randerhebung 6 in den Rücksprung 4 ist spielbehaftet unter Bildung von allgemein mit 7 bezeichneten seitlich zugänglichen Spalträumen ausgeführt. Diese Spalträume 7 werden, abgesehen von unvermeidlichen Toleranzen, durch einander planparallel gegenüberstehende Begrenzungsflächen begrenzt, weil Ansatz 3 und Rücksprung 4 einerseits bzw. Vertiefung 5 und Randerhebung 6 andererseits rechteckige Querschnitte aufweisen.

Zum Zwecke der gleitfähigen Höhenpositionierung sind in den Spaltraum 7.1 zwischen der Dachfläche 6.1 der Randerhebung 6 und der Bodenfläche 4.1 des Rücksprunges 4 Justier- und Gleitbeilagen 8 eingefügt und in ihrer Lage abgesichert bzw. sind bei der Montage des Turbosatzes in diesen Spalt 7.1 einfügbar und in ihrer eingefügten Lage absicherbar. Diese Justier- und Gleitbeilagen 8 sind insbesondere so bemessen, daß die Bodenfläche 4.1 der Tragpratze P genau auf das Niveau der horizontalen Achsebene x-z (identisch mit der horizontalen Teilfuge des Turbinengehäuses G 2) ausgerichtet sind. Die Justier- und Gleitbeilagen bestehen im einzelnen aus mehreren Lagen, wie es Fig. 8 näher zeigt, und zwar aus einer Gleitmetall-Lage 8.1, aus darunter befindlichen, der genauen Höhenjustierung dienenden Beilagscheiben 8.2 aus Stahlblech und aus einer unteren Lage in Form eines Stahlschuhes 8.3, welcher mit seitlichen winkeligen Ansätzen 8.31, 8.32 die Seitenflächen der Gleitmetall-Beilage 8.1 und der Beilagscheibe 8.2 übergreift und so gegen Verrutschen in achsquerer Richtung sichert (ein Verrutschen in Achsrichtung x kann nicht eintreten, weil im Lager L 2 axiale Fixpunkte ausgebildet sind).

Die Tragpratzen P - und dies gilt für alle Tragpratzen P, also auch diejenigen der Turbinenlager L 1 und L 3, - sind in ihrer eingestellten Höhenposition gemäß Fig. 6 gegen Abhebekräfte und -momente durch Riegel 9 gesichert, welche an der Deckfläche 2.1 der Tragflansche 2 lösbar befestigt sind und mit hinsichtlich ihrer Anlageflächen 9.1 höhenjustierbaren Riegelansätzen 9.2 die stufenförmigen Ansätze 3 der Tragpratzen P, und zwar deren Deckfläche 3.1, übergreifen.

Wie bereits erläutert, liegen zweckmäßigerweise die Bodenfläche 4.1 des Rücksprunges 4 und außerdem die Deckfläche 3.1 des axialen Ansatzes 3 der Tragpratze P in der gleichen Horizontalebene x-z und sind mittels der Justier- und Gleitbeilagen 8 auf das Niveau der horizontalen Achsebene x-z der Turbomaschine einjustierbar. Damit diese einjustierte Lage der Tragpratzen unter Aufrechterhaltung eines geringfügigen Gleitspiels auf definierte Weise festgelegt werden kann, sind in den Spaltraum 7.2 zwischen der Unterseite des jeweiligen Riegelansatzes 9.2 und der Deckfläche 3.1 des axialen Ansatzes 3 den Spalt 7.2 überbrückende, lagengesicherte Gleitsteine 10 eingefügt bzw. bei der Montage einfügbar. Zweckmäßigerweise sind zur Lagensicherung dieser Gleitsteine 10 die Riegelansätze 9.2 durchdringende Fixierschrauben 11 von oben in ein Gewindesackloch 10.1 der Gleitsteine eingeschraubt und in der eingeschraubten Lage verdrehgesichert, siehe Verdrehsicherung 11.1 am Kopf der Schraube 11. Die Schrauben 11 durchdringen die Riegel in entsprechenden Bohrungen 11.2; sie sind aus dem rechten Teil der Fig. 7 von oben erkennbar und dem jeweiligen Riegelansatz 9.2 mit entsprechenden Gleitsteinen 10 paarweise zugeordnet.

Die die Tragpratzen P gegen Abheben sichernden Riegel 9 sind selbst kräftig in einer Stärke von 20 bis 30 mm ausgeführt und durch entsprechend kräftige Ankerschrauben 12, die in Gewindesacklöcher 2.2 des Tragflansches 2 eingeschraubt sind, gegen den Tragflansch 2 gehalten. Es handelt sich dabei um Dehnschrauben mit kräftig ausgebildeten Köpfen 12.1 und einem Gewinde 12.2 an ihrem unteren Ende, z. B. von der Größe M52; entsprechend 52 mm. Die Riegel 9 werden damit unter Vorspannung der Dehnschrauben 12 gegen die Deckfläche 2.1 gehalten und können sich bei Schwingungen während des Betriebes nicht lockern.

Wie bereits anhand der Fig. 1 und 2 angedeutet, dient das mittlere Turbinenlager L 2 zur Festlegung eines axialen Fixpunktes der Wärmedehnung bzw. zur Festlegung entsprechender, durch die Fixpunkte gehender Fixpunkt-Ebenen (y-z)₁ und (y-z)₂. Hierzu sind in die beiden Spalträume 7.3 a und 7.3 b, welche zwischen den in Richtung +x und -x weisenden Flanken 6.2, 6.3 der Randerhebung 6 des Tragflansches 2 einerseits und den diesen gegenüberliegenden Seitenflächen 4.2 des Rücksprunges 4 der Tragpratze P andererseits gebildet sind, Gleit- und Justierbeilagen in Form von Paßfedern 13 bzw. 13 a, 13 b eingefügt und in ihrer Lage abgesichert bzw. während der Montage einfügbar und absicherbar. Die Schnittdarstellung in Fig. 9 zeigt die Lage der Paßfedern 13 a, 13 b, welche mit äußeren winkeligen Ansätzen 13.1 die Randerhebung 6 des Tragflansches 2 umgreifen und in ihrer dargestellten, eingefügten Lage durch eine Abdeckplatte 14 abgesichert sind, wobei die Befestigungsschrauben 15 dieser Abdeckplatte 14, die von der Seite her in entsprechende Gewindesacklöcher der Randerhebung 6 eingeschraubt sind, in ihrer festgeschraubten Lage mittels einer Verdrehsicherung 16 fixiert sind. Letztere ist entsprechend der Verdrehsicherung 11.1 für die Schrauben 11 als Verdrehsicherungsblech mit hochbiegbaren Lappen ausgeführt. Durch die Abdeckplatte 14 ist zugleich der Schuh 8.3 der Justier- und Gleitbeilagen-Anordnung 8 in seitlicher Richtung z lagengesichert, wie es Fig. 8 im einzelnen zeigt. Die Seitenflächen 4.2 entsprechen den allgemein mit P _yz bezeichneten Stütz- und Führungsflächen aus Fig. 2.

Durch die festen Randerhebungen 6 der Tragflansche 2 in Verbindung mit den eingefügten Paßfedern 13 a, 13 b sind damit in Richtung x feste Anschläge für die Seitenflächen 4.2 des Tragpratzen-Rücksprunges 4 gegeben, deren achsnormale Referenzebenen strichpunktiert in Fig. 6 noch einmal herausgezeichnet sind und jeweils zusammengefaßt als die in Fig. 2 eingezeichneten Referenzebenen (y-z)₁ bzw. (y-z)₂ bezeichnet sind. Dadurch sind die axialen Fixpunkte der Gehäusedehnung für das Gehäuse G 1 der Hochdruck-Teilturbine HD und das Gehäuse G 2 der Mitteldruck-Teilturbine MD gebildet, deren Gehäusedehnungen in Richtung -x bzw. +x von diesen Fixpunkten ihren Ausgang nehmen. Durch das Turbinenlager L 2 ist damit ein Doppellager gebildet, mit vier jeweils paarweise und beidseits der Wellenmitte, d. h. beidseits der vertikalen Achsebene x-y, auf je einem Doppelflansch 2- bzw. 2+ des Lagergehäuses 2 aufgelagerten Tragpratzen P 13-P 14 und P 21-P 22 (vgl. Fig. 10), von denen das auf dem einen axialen Ende der zwei Doppelflansche aufliegende Paar P 13-P 14 zum Gehäuse der Hochdruck-Teilturbine HD und das auf dem anderen axialen Ende der zwei Doppelflansche aufliegende Paar P 21-P 22 der Tragpratzen P zum Gehäuse G 2 der axial benachbarten Mitteldruck-Teilturbine MD gehört.

In Übereinstimmung mit der Definition des axialen Fixpunktes der Gehäusedehnung zwischen zwei einander benachbarten Teilturbinen im allgemeinen und zwischen den (wie dargestellt) Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbinen HD, MD im besonderen ist es vorteilhaft, auch die Definition des axialen Wellenfixpunktes dem Turbinenlager L 2 zuzuordnen, wie es Fig. 10 in Verbindung mit Fig. 11 näher zeigen. Fig. 10, 11 zeigen den als kräftigen, axial geteilten Ring ausgeführten Lagerkörper 18 des Wellenlagers L 21, der an seinen beiden Stirnflächen die beiden Kränze 19 a, 19 b der Axiallager-Klötze aufnimmt, welche gegen entsprechende Wellenbundflächen 17 a, 17 b der Welle 17 anliegen und so den axialen Wellenfixpunkt, bzw. genau genommen zwei achsnormale Fixpunktebenen, definieren. Am Innenumfang des Lagerkörpers 18, welcher mit dem Lagergehäuse 1 mittels des Lagerbügels 180 (Fig. 10A) fest verbunden ist, befinden sich die Gleitflächen 20 für das Radial- bzw. Traglager der Welle 17, welche insbesondere einen auswechselbaren Einsatz mit Weißmetall-Gußkörper aufweisen. Die an den Gleitflächen 20 anliegenden Flächen der Welleneinschnürung sind mit 17.1 bezeichnet. Axial benachbart zu dem Axial-Radial-Lager befindet sich eine Wellenkupplung 21; Wellenlager L 21 und Kupplung 21 sind durch eine halbzylindrische Haube 22 abgedeckt.

Fig. 10 zeigt, daß in Richtung -x zum Wellenlager L 21 am Lagergehäuse 1 ein sogenannter Axialmeßgeber 22 befestigt ist, der mit seinen beiden Meßaufnehmern 22.1, 22.2 den beiden Stirnflächen eines Wellenbundes 17.2 mit engem Spalt gegenübersteht. Es handelt sich insbesondere um induktive Meßaufnehmer, welche der Kontrolle der axialen Wellenposition dienen.

Aus Fig. 10 besonders deutlich erkennbar ist auch die axiale Mittenführung der Teilturbinen-Gehäuse in der vertikalen Achsebene x-y. In Richtung dieser Ebene x-y axial vorspringend sind rechteckige Führungssporne 23 (in Richtung -x vorspringend) und 24 (in Richtung +x vorspringend) an dem der jeweiligen Teilturbine-Stirnseite zugewandten Ende der Lagergehäuse-Ankerplatte 1.0 unterhalb der Turbinenwelle 17 angeordnet, welche unter Belassung flanken- und stirnseitiger Spalte 25.1 bzw. 25.2 in die Rechteckaussparung 26.0 von Führungsgabeln 26 der jeweiligen Turbinenstirnseite fassen. Die beiden Gabelschenkel sind mit 26 a und 26 b bezeichnet, in die flankenseitigen Spalte 25.1 sind lagengesicherte, der Ausrichtung in Wellenachsrichtung x dienende Paßstücke 27 eingefügt. Damit läßt sich eine genaue Justierung der Teilturbinengehäuse an den Lagergehäusen in Richtung x und eine genaue axiale Mittenführung während des Betriebes, wenn sich die Gehäuse axial dehnen, erreichen, wobei sich zwischen den Paßstücken 27 und den Innenflanken der Gabelschenkel 26 a, 26 b die Stütz- und Führungsflächen m _xy (vergleiche Fig. 2 ergeben.

Fig. 10 in Verbindung mit Fig. 7 zeigt noch eine vorteilhafte Meßanordnung, wobei an einem axial vorspringenden Ansatz 3 der Tragpratzen P Meßmarken bzw. Zeiger 28 befestigt sind, denen im Randbereich des Tragflansches 2 befestigte Skalen 29 zum Ablesen der Gehäusedehnung in Richtung +z bzw. -z zugeordnet sind. Man kann damit also die freie radial-zentrisch-wärmebewegliche Gleitbewegung der Tragpratzen an den Teilturbinen-Gehäusen während des Betriebes kontrollieren und - weil diese Meßanordnung 28,29 allen vier Tragpratzen des Turbinenlagers L 2 zugeordnet sind - auch feststellen, ob eine in bezug auf die Wellenachse x symmetrische Wärmebewegung vorliegt.

Im Gegensatz zum Turbinenlager L 2 nach Fig. 3 ist das Turbinenlager L 1 nach Fig. 4 als Einfachlager ausgeführt mit zwei beidseits der Wellenmitte x einzeln auf je einem Tragflansch 2 des Lagergehäuses 1 aufgelagerten Tragpratzen P 11 und (nicht ersichtlich) P 12. Dieses Gehäuselager unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 3 dadurch, daß die Paßfedern 13 a, 13 b zur Definition der axialen Fixpunkte hier fehlen, so daß also die Tragpratzen P hier in Richtung -x, ausgehend von der Fixpunkt-Referenzebene (y-z)₁, sich ungehindert wärmebeweglich-gleitend bewegen können.

Sinngemäß das Gleiche trifft zu für das in Fig. 5 dargestellte Turbinenlager L 3 (auch hier ist, da nicht erfindungswesentlich, das Wellenlager nicht mit dargestellt). D. h., der Rücksprung 4 der Tragpratze dient nicht zur Aufnahme von Paßfedern; die jeweilige Tragpratze P 23 und (nicht ersichtlich) P 24 kann auf den Justier- und Gleitbeilagen 8 in Richtung x, ausgehend von der achsnormalen Referenzebene (y-z)₂, ungehindert wärmebeweglich-gleitend sich ausdehen, wobei ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 4 diese Bewegung durch die axiale Mittenführung 23, 26, 27, geführt ist.

Aus Fig. 1, 2 und insbesondere aus Fig. 5 ist noch erkennbar, daß die Wärmebewegung des Gehäuses G 2 der Mitteldruck-Teilturbine MD über justierbare Kupplungsstangen 30, welche das Lagergehäuse des Lagers L 3 in Kanälen 31 dampfdicht durchdringen, übertragbar ist auf die Innengehäuse der nicht näher dargestellten Niederdruck-Teilturbinen, deren Außengehäuse demnach unabhängig von den Fundamentriegeln FR bzw. unabhängig von der Tischplatte direkt über ihre Abdampfstutzen auf den Dampfkondensatoren abgestützt werden können, so daß insoweit die Tischplatte gewichtsentlastet ist. Die Kupplungsstangen 30 sind in Ansätze 32 des Abdampfstutzens AST 2 eingeschraubt, und diese Schraubverbindung sowie am anderen Ende die Durchführungsstelle durch das Lagergehäuse sind durch einen Wellrohr-Kompensator 33 abgedichtet. Der Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß ausgehend von den axialen Fixpunkten-Referenzebenen des Turbinenlagers L 12 sich die Mitteldruck-Teilturbine MD in Richtung +x und daran anschließend sich die Innengehäuse der Niederdruck-Teilturbinen in die gleiche Richtung dehnen, was in bezug auf die axiale Wellendehnung, die vom gleichen Turbinenlager L 2 ausgehend in Richtung +x erfolgt, sehr kleine axiale Schaufelspiele ergibt.
12 Patentansprüche
11 Figuren

Claims (17)

1. Lageranordnung für Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen, welch letztere mehrere koaxial hintereinander angeordnete Teilturbinen (HD; MD) aufweisen, deren Wellen miteinander starr zu einem Wellenstrang (x) gekuppelt sind
wobei zwischen den Teilturbinen und an den Enden des Wellenstranges die Lagergehäuse (1) der zugehörigen Turbinenlager (L 1, L 2, L 3), umfassend Turbinenwellen- und Turbinengehäuselager, auf Fundament-Konsolen (FR) angeordnet sind,
wobei die Gehäuse (G 1, G 2) der Teilturbinen (HD, MD) an ihren Gehäuse-Enden mittels Tragpratzen (P) symmetrisch zu beiden Seiten der Welle in horizontalen Achsebenen und mittels axialer Mittenführungen in vertikalen Achsebenen auf bzw. an den Lagergehäusen (1) oder sonstigen Fundamententeilen axial- und radial-zentrisch-wärmebeweglich sowie in x-, y- und z-Richtung justierbar gelagert sind,
wobei die Stütz- und Führungsflächen (p _xz , p _yz ) an den Tragpratzen (P) und die Führungsflächen (m _xy ) der axialen Mittenführung in horizontalen Achsebenen (x-z) bzw. in planparallel zur vertikalen Achsebene (x-y) gerichteten Vertikalebenen bzw. - zur Festlegung axialer Fixpunkte der Gehäuse-Wärmedehnung - in achsnormalen Ebenen (y-z) verlaufen,
und wobei (x) die Wellenachsrichtung, (z) die horizontale achsquere Richtung und (y) die senkrecht zur x-z-Ebene verlaufende vertikale Koordinate bedeuten, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Tragpratzen (P, P 11 . . . P 14; P 21 . . .P 24) der Teilturbinen- Gehäuse (G 1, G 2) jeweils mit einem axial nach außen vorspringenden, stufenförmigen Ansatz (3) und einem dazu axial einwärts benachbarten, unter BIldung einer als Stütz- und Führungsfläche dienenden horizontalen Bodenfläche (4.1) stufenförmig nach oben abgesetzten Rücksprung (4) versehen sind.

- daß das zugehörige Lagergehäuse (1) entsprechend der Lage der Tragpratzen (P) zu beiden Seiten der Welle (17) mit Tragflanschen (2, 2+, 2-) die Tragpratzen (P) untergreift und die Tragflanschen (2, 2+, 2-) hierzu jeweils mit einer Vertiefung (5) zur Aufnahme des stufenförmigen Ansatzes (3) und mit einer daran axial angrenzenden stufenförmigen Randerhebung (6) zum Eingriff in den Rücksprung (4) der Tragpratze (P) versehen sind,

- daß der wechselseitige Eingriff des stufenförmigen Ansatzes (3) in die Vertiefung (5) und der Randerhebung (6) in den Rücksprung (4) spielbehaftet unter Bildung von seitlich zugänglichen Spalträumen (7, 7.1, 7.3) ist,

- daß zum Zwecke der gleitfähigen Höhenpositionierung in den Spaltraum (7.1) zwischen Dachfläche (6.1) der Randerhebung (6) und Bodenfläche (4.1) des Rücksprungs (4) Justier- und Gleitbeilagen (8) einfügbar und in iherer Lage absicherbar sind

- und daß die Tragpratzen (P) in ihrer eingestellten Höhenposition gegen Abhebekräfte und -momente durch Riegel (9) gesichert sind, welche an der Deckfläche (2.1) der Tragfläche (2, 2+, 2-) lösbar befestigt und mit hinsichtlich ihrer Anlageflächen (9.1) höhenjustierbaren Riegelansätzen (9.2) die stufenförmigen Ansätze (3) der Tragpratzen (P) übergreifen.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (4.1) des Rücksprunges (4) und die Deckfläche (3.1) des axialen Ansatzes (3) der Tragpratze (P) in der gleichen Horizontalebene (x-z) liegen und mittels der Justier- und Gleitbeilagen (8) auf das Niveau der horizontalen Achsebene der Turbomaschine einjustierbar sind
und daß in den Spaltraum zwischen der Unterseite des jeweiligen Riegelansatzes (9.2) und der Deckfläche (3.1) des axialen Ansatzes (3) den Spalt (7.2) überbrückende, lagengesicherte Gleitsteine (10) eingefügt sind.

3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagensicherung der Gleitsteine (10) die Riegelansätze (9.2) durchdringende Fixierschrauben (11) von oben in ein Gewindesackloch (10.1) der Gleitsteine (10) eingeschraubt und verdrehgesichert sind.

4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung eines axialen Fixpunktes der Wärmedehnung im Bereich des Gehäuseendes einer Teilturbine in Spalträume (7.3 a, 7.3 b), die zwischen den in Richtung (+x) und(-x) weisenden Flanken (6.2, 6.3) der Randerhebung (6) des Tragflansches (2) einerseits und den diesen gegenüberliegenden Seitenflächen (4.2) des Rücksprunges (4) der Tragprazte (P) andererseits gebildet sind, Gleit- und Justierbeilagen in Form von Paßfedern (13 a, 13 b) der Seite her einfügbar und in ihrer Lage absicherbar sind.

5. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Einfachlager mit zwei beidseits der Wellenmitte einzeln auf je einem Tragflansch (2+ bzw. 2-) des Lagergehäuses (1) aufgelagerten Tragpratzen (P; P 11, P 12, P 23, P 24).

6. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfachlager am äußeren Ende einer Teilturbine (HD bzw. MD) angeordnet und zur Ermöglichung einer axialen Gleitbewegung des Gehäuseendes ohne Paßfedern (13 a, 13 b) in den Axialspalträumen ausgeführt ist.

7. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Doppellager (L 2) mit 4 jeweils paarweise und beidseits der Wellenmitte auf je einem Doppelflansch (2) des Lagergehäuses (1) aufgelagerten Tragpratzen (P 13, P 14, P 21, P 22), von denen das auf dem einen axialen Ende der zwei Doppelflansche aufliegende Paar die Tragpratzen zum Gehäuse der einen Teilturbine und das auf dem anderen axialen Ende der zwei Doppelflansche aufliegende Paar der Tragpratzen zum Gehäuse der axial benachbarten Teilturbine gehört.

8. Lageranordnungen nach Anspruch 7 sowie 4, dadruch gekennzeichnet, daß das Doppellager (L 2) zur Festlegung der axialen Fixpunkte der Wärmedehnung der beiden auf ihm aufgelagerten Teilturbinen-Gehäuse (G 1, G 2) und zur Aufnahme eines den axialen Wellenfixpunkt definierenden Drucklagers (18, 19 a, 19 b) dient.

9. Lageranordnung nach Anspruch 8, mit Hochdruck-, Mitteldruck- und wenigstens einer Niederdruck-Teilturbine einer zugehörigen Dampfturbine, dadurch gekennzeichnet, daß das den axialen Fixpunkt der Wärmedehnung definierende Doppellager (L 2) zwischen Hochdruck- (HD) und Mitteldruck-Teilturbine (MD) angeordnet ist.

10. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Tragpratzen (P) gegen Abheben sichernden Riegel (9) durch kräftige Ankerschrauben (12) gegen den Tragflansch (2, 2+, 2-) gehalten sind.

11. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gehäuse-Mittenführung der Teilturbinen in der vertikalen Achsebene (x-y) axial vorspringende rechteckige Führungssporne (23, 24) an dem der Teilturbinen-Stirnseite zugewandten Ende einer Lagergehäuse-Grundplatte (1.0) unterhalb der Turbinenwelle (17) angeordnet sind, welche unter Belassung flanken- und stirnseitiger Spalte (25.1, 25.2) in die Rechteckaussparung (26.0) von Führungsgabeln (26) an der Turbinenstirnseite fassen, wobei die flankenseitigen Spalte durch lagengesicherte, der Ausrichtung in Wellenachsrichtung dienende Paßstücke (27) aufgefüllt sind.

12. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am axial vorpsringenden Ansatz (3) der Tragpratzen (P) Meßmarken oder Zeiger (28) befestigt sind, denen eine im Randbereich des Tragflansches befestigte Skalen (29) zum Ablesen der Gehäusedehnung in der Richtung (z) zugeordnet sind.