EP0914543B1 - Turbinenanlage mit schubelement sowie schubelement - Google Patents

Turbinenanlage mit schubelement sowie schubelement Download PDF

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EP0914543B1
EP0914543B1 EP97935458A EP97935458A EP0914543B1 EP 0914543 B1 EP0914543 B1 EP 0914543B1 EP 97935458 A EP97935458 A EP 97935458A EP 97935458 A EP97935458 A EP 97935458A EP 0914543 B1 EP0914543 B1 EP 0914543B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
axial
expansion
component
expansion component
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97935458A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0914543A1 (de
Inventor
Heinrich Oeynhausen
Axel Remberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0914543A1 publication Critical patent/EP0914543A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0914543B1 publication Critical patent/EP0914543B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/28—Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings

Definitions

  • the invention relates to a turbine system, in particular one Steam turbine plant with at least two partial turbines, the each a turbine runner extending along a major axis has, the turbine rotor rigid with each other are connected.
  • Each turbine section has one of the guide vanes receiving inner housing, at least one of the inner housing is displaceable in the axial direction. For one axial displacement of this inner housing is a thermal expanding thrust element provided.
  • the invention relates still a thrust element in itself.
  • DE 35 22 916 A1 describes a turbo set with at least one an outer housing and an inner housing coaxial therewith Low pressure turbine part and with at least one coaxial and arranged upstream of the low-pressure turbine section High-pressure and / or medium-pressure partial turbine described.
  • the Shafts of the sub-turbines are rigidly mutually into a shaft train coupled. Is upstream of the low pressure turbine an axial bearing for the shaft train, which a Defined reference plane, of which the axial shaft expansion and -shift takes its exit.
  • the inner case is by means of thrust-transmitting coupling rods to the axially movable supported end of an axially adjacent sub-turbine housing or connected to a turbine bearing housing.
  • the Coupling rods are by means of a wall of the outer housing also sealing elements which enable limited transverse movement led out heat-mobile and vacuum-tight.
  • a turbine bearing upstream of the low-pressure partial turbine defines a second reference plane, of which the axial Expansion and displacement of that supported on this turbine bearing Turbine housing and the coupled to it Part turbine housing take their exit. This is done an axial displacement of the shaft train and the turbine section on practically the same axial elongation and in in the same direction, with neighboring running and The guide vane rings only have minimal axial play.
  • the thrust transmission by means of the coupling rods is in the Area of thrust-transmitting turbine bearings.
  • the coupling rods structurally combined with a horizontally heat-moveable claw bearing of the inner casing of the low pressure turbine.
  • the claw arms of the inner housing extend parallel to the shaft Direction and lie with slidable wings and guide surfaces on the supports of the associated bearing housing on.
  • the coupling rods are in the area of the turbine bearings non-positively coupled with the claw arms, in particular is a membrane seal for a vacuum-tight bushing with an outer ring flange on an end face of the The outer casing of the low-pressure turbine section and with an inner one Ring flange on a turbine bearing housing section is vacuum-tight connected.
  • the arrangement of the sealing elements between Seats on the outer housing end wall and on the bearing housing that is, only a small relative displacement between parts, conditioned that the larger heat displacements of the inner casing are decoupled from the sealing elements.
  • DE-AS 1 216 322 describes a steam or gas turbine with several coaxially arranged one behind the other Partial turbines, the shafts of which are rigidly coupled and at least one of whose housings is axially displaceable and coupled with a stationary turbine section or bearing block is.
  • the turbine low pressure housings each exist from an outer and an inner housing. It takes place a clutch of the inner casing of the low pressure turbine with an adjacent turbine section or bearing block through a linkage that runs through the wall of the outer case is steam-tight and heat-moveable.
  • the linkage can be a single rod in the outer casing wall thanks to an axially and radially flexible bellows is sealed.
  • the linkage can continue to consist of three axially lined up, hinged rods exist, the middle in a sleeve of the outer housing wall is axially movable with a sliding fit.
  • Through one Linkage should be an axial displacement of the housing, due to the axial play between the rotor and the housings is kept as constant as possible.
  • To the size of the Changing the axial play is a change in the length of the boom possible by changing its temperature. This Temperature change is caused by an additional heat load the boom using steam or liquid carried out.
  • the expansion tubes are via respective compensators with the corresponding External casings of the low-pressure partial turbines connected, see above that the absolute expansion of the system from inner casings and Coupling rods are taken up by the compensators got to.
  • To maintain a constant between the stretching of the Turbine rotor and the system of inner housing and coupling rod to ensure is in a predetermined manner Add steam to the expansion tubes. This steam must either em steam process taken or made available separately become.
  • There is also a need for regulation and one Monitoring system which, depending on the operating state of the Steam turbines use the expansion tubes to compensate for the axial play required steam is supplied.
  • the object of the invention is to provide a turbine system, in the simple way, especially without expensive Control and monitoring systems, an axial play between Runner and inner housing below a predeterminable value remains.
  • Another object of the invention is to provide a Corresponding thrust element to reduce the axial play between the turbine rotor and the inner casing of a turbine system specify.
  • a thermal expanding thrust element which is a first Strain component and a second stretch component that are connected to one another via a coupling component.
  • This Coupling component effects on mechanical and / or hydraulic Way an axial displacement of the second expansion component, which is greater than an axial displacement and / or axial thermal expansion of the first expansion component.
  • the coupling element is preferably a mechanical lever.
  • This lever is rotatable about a fixed point, the first Expansion component and the second expansion component on a respective one Connection point also rotatably connected to the lever are.
  • the distance of the second junction from the fixed point is greater than the distance between the first connection point from the fixed point.
  • a postponement of the first Junction caused by thermal expansion and / or a displacement of the first expansion component thus a rotation of the mechanical lever around its fixed point. Since the lever arm of the second expansion component, i.e. the Distance between second connection point and fixed point, is larger than the lever arm of the first expansion component the mechanical lever an axial displacement of the second expansion component, which is rectified and larger than the axial displacement of the first joint.
  • a coupling component that is based on mechanical and / or hydraulic Way a reinforcement of the axial displacement in the same direction and / or axial expansion of the first expansion component causes, is constructively simple to implement, does not require any complicated monitoring and control device and none Steam supply via additional lines. With a such coupling component is thus low in construction and operational effort a reduction in the axial play between Guide blades and blades of a turbine plant achieved, which increases the efficiency of the turbine system can be.
  • the thrust element is preferably together with a support of a bearing supporting the inner housing through a seal of an outer housing surrounding the inner housing.
  • the seal preferably has an axial Direction of the expandable bellows.
  • an axial expansion joint comprising the Thrust element with displacement amplifier (lever), an inner housing or several inner housings and, if necessary, push elements without displacement amplifier (coupling rods), and the interconnected turbine rotors have a common one axial fixed point.
  • This axial fixed point is at one Expansion joint consisting of the outer casing of a medium-pressure turbine and inner casing of two or more low-pressure partial turbines preferably one in the axial direction in front of all Part turbines arranged, the storage of the outer housing the turbine bearing serving the medium-pressure partial turbine.
  • the on a push element to reduce different axial stretch between two independently along a main axis of expandable components, especially turbine rotors and inner casing of a turbine plant, directed Task is achieved by a thrust element with a first expansion component, a second expansion component and a coupling component solved.
  • the coupling component is preferably a um a fixed point rotatable mechanical lever at which the first Expansion component and the second expansion component on the same Side of the lever can be rotated at a respective connection point are connected.
  • the second link is from that Fixed point further apart than the first connection point. This results from the leverage in the event of displacement the first junction a displacement gain the second connection point, which is thus in the axial direction is moved further than the first connection point.
  • the Thrust element can also be a hydraulic displacement amplifier have, for example formed by yourself hydraulic channel tapering along the main axis, at the The first expansion component and the second end each Connect the expansion component.
  • a postponement of the first Expansion component in the direction of the tapering of the hydraulic channel causes a displacement of an incompressible arranged therein Hydraulic fluids in the tapered part. Because of the constant volume thus penetrates the hydraulic fluid further into the tapered part than through the first Expansion component was displaced. This creates one Displacement gain through the incompressible hydraulic fluid.
  • the first figure 1 shows a steam turbine system 1 with one behind the other High-pressure sub-turbine arranged along a main axis 4 23, medium-pressure turbine section 2 and three essentially identical Low-pressure turbines 3a, 3b, 3c shown.
  • the Low-pressure partial turbines 3a, 3b, 3c are fluidically through a steam supply 24 to the medium-pressure turbine 2 connected.
  • the medium-pressure turbine section 2 has an outer casing 22 on.
  • Each low-pressure turbine part 3a, 3b, 3c has a respective inner housing 8a, 8b, 8c and the inner housing 8a, 8b, 8c surrounding outer housing 14. Any inner case 8a, 8b, 8c carries the guide vanes 6 for low-pressure steam application.
  • each inner case 8a, 8b, 8c is a respective one extending along the main axis 4 Turbine rotor 5 arranged, the low-pressure blades 27 wears.
  • the medium-pressure turbine section 2 has Inner housing 7 on. Between the medium pressure turbine section 2 and the first low-pressure turbine part 3a and between the is adjacent low-pressure partial turbines 3a, 3b, 3c one bearing 15 each. This camp 15 serves both the storage of the turbine rotor 5 and the respective inner housing 8a, 8b, 8c. Between the high pressure turbine section 23 and the medium-pressure turbine section 2 is also a bearing 15a to support the turbine runner of these sub-turbines 2, 23 intended.
  • a respective one Coupling rod 9a connects the medium-pressure turbine section 2 with the first low-pressure turbine part 3a and each other adjacent inner casing 8a, 8b, 8c of the low-pressure turbine parts 3a, 3b, 3c with each other.
  • the outer housing 22, the inner housing 8a, 8b, 8c and the coupling rods connecting them 9a, 21 form an expansion joint, which is at exposure to hot steam axially towards the Main axis 4 expands.
  • This stretch bond formed in this way has a fixed point 20, which is on the bearing 15a between the high pressure turbine 23 and medium-pressure turbine part 2 is located.
  • the Magnitude of thermal expansion calculated from this fixed point 20 along the major axis 4 is through the stretch line 25 shown.
  • a corresponding strain line 26 of the rigid interconnected turbine rotor 5 of the medium-pressure sub-turbine 2 and the low-pressure turbine section 3a, 3b, 3c also shown.
  • Thrust element 9 With an increase in displacement an inner casing 8a, 8b, 8c of a low-pressure turbine part 3a, 3b, 3c, such a difference in elongation can be clearly seen can be reduced by a predeterminable value.
  • On such thrust element 9 is a replacement for a coupling rod 9a between the medium-pressure turbine section 2 and the first Low-pressure turbine part 3a and between each adjacent Low-pressure turbines 3a, 3b, 3c can be arranged.
  • Preferably it is between the last two low pressure turbines 8b, 8c arranged.
  • the thrust element 9 has one rod-shaped first expansion component 10a and one likewise essentially rod-shaped expansion component 10b on.
  • expansion components 10a, 10b are via a coupling component 11 hinged together.
  • the coupling component 3 is a mechanical lever that is rotatable about a fixed point 12.
  • connection point 13a, 13b is each of the expansion components 10a, 10b through not shown pins rotatable with the expansion component 11 slidably connected in the direction of the main axis 4.
  • the connection point 13a is closer to the fixed point 12 as the junction 13b.
  • the connection point 13a lies between the connection point 13b and the fixed point 12, so that a displacement of the connection point 13a in the direction of the main axis 4 a larger displacement of the Connection point 13b in the direction of the main axis 4 conditionally.
  • the expansion components 10a, 10b penetrate a respective bearing 15 and are together with a respective support area 28b, 28c through the respective outer housing 14 of the corresponding one Low-pressure turbine 3b, 3c out.
  • This implementation takes place gastight by means of a respective seal 16, the seal 16 one in the direction of the main axis 4th has expandable sealing bellows 18.
  • On the support 28a lies the inner housing 8b, in which the expansion component 10a is firmly screwed in. Accordingly lies on the support 28b, the inner housing 8c, and the expansion component 10b into a corresponding claw 17 of this inner housing 8c screwed tight.
  • connection points 13a, 13b to the fixed point 12 is a corresponding displacement gain through the coupling component 11 adjustable by a predeterminable value.
  • the coupling component 11 thus realizes simple construction and largely maintenance-free way a displacement gain without a complex regulation, review and pipe system, as is the case with a displacement gain necessary by increasing the temperature due to steam would.
  • the invention is characterized by a thrust element in one Turbine system with several partial turbines, through which mechanical and / or hydraulic way a displacement gain is achieved.
  • the thrust element a coupling component that represents a mechanical lever, on the articulated two push rods with different but lying on the same side in relation to a fixed point Has lever arms.
  • One generated in the axial direction Displacement amplification of the displacement of an inner housing a partial turbine allows the axial play to be reduced between the blades of a turbine rotor and the Guide vanes of the inner casing.
  • the use of essentially identical inner housings also Increase the efficiency of the entire turbine system.
  • the turbine system is a steam turbine system with a high-pressure sub-turbine, a medium-pressure sub-turbine and two or more, in particular three, low-pressure partial turbines.
  • a push element is suitable also to reduce the axial play in a gas turbine system with several sub-turbines.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenanlage, insbesondere eine Dampfturbinenanlage mit zumindest zwei Teilturbinen, deren jede einen sich entlang einer Hauptachse erstreckenden Turbinenläufer aufweist, wobei die Turbinenläufer starr miteinander verbunden sind. Jede Teilturbine hat ein die Leitschaufeln aufnehmendes Innengehäuse, wobei zumindest eines der Innengehäuse in axialer Richtung verschieblich ist. Für eine axiale Verschiebung dieses Innengehäuses ist ein sich thermisch ausdehnendes Schubelement vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schubelement an sich.
In der DE 35 22 916 Al ist ein Turbosatz mit wenigstens einer ein Außengehäuse und ein dazu koaxiales Innengehäuse aufweisenden Niederdruck-Teilturbine und mit wenigstens einer koaxial und stromauf zur Niederdruck-Teilturbine angeordneten Hochdruck- und/oder Mitteldruck-Teilturbine beschrieben. Die Wellen der Teilturbinen sind starr mieeinander zu einem Wellenstrang gekuppelt. Stromauf der Niederdruck-Teilturbine ist ein Axiallager für den Wellenstrang vorgelagert, welches eine Referenzebene definiert, von der die axiale Wellendehnung und -verschiebung ihren Ausgang nimmt. Das Innengehäuse ist mittels schubübertragender Kupplungsstangen an das axial-beweglich gelagerte Ende eines axial benachbarten Teilturbinen-Gehäuse oder an ein Turbinenlagergehäuse angeschlossen. Die Kupplungsstangen sind durch eine Wand des Außengehäuses mittels auch eine begrenzte Querbewegung ermöglichenden Dichtungselementen wärmebeweglich und vakuumdicht hinausgeführt. Ein der Niederdruck-Teilturbine vorgelagertes Turbinenlager definiert eine zweite Referenzebene, von welcher die axiale Dehnung und Verschiebung des auf diesem Turbinenlager aufgelagerten Teilturbinen-Gehäuses und des daran angekoppelten Teilturbinen-Gehäuses ihren Ausgang nehmen. Hierdurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Wellenstrangs und der Teilturbinengehäuse auf praktisch gleicher axialer Dehnung und in gleicher Richtung, wobei zwischen einander benachbarten Laufund Leitschaufelkränzen nur minimale Axialspiele entstehen. Die Schubübertragung mittels der Kupplungsstangen ist in den Bereich schubübertragender Turbinenlager gelegt. Zudem ist eine vakuumdichte Durchführung der Kupplungsstangen baulich vereinigt mit einer horizontal wärmebeweglichen Pratzenlagerung des Innengehäuses der Niederdruck-Teilturbine. Die Pratzenarme des Innengehäuses erstrecken sich in wellenachsparalleler Richtung und liegen mit gleitfähigen Trag- und Führungsflächen an den Auflagern des zugehörigen Lagergehäuses auf. Die Kupplungsstangen sind in dem Bereich der Turbinenlager mit den Pratzenarmen kraftschlüssig gekuppelt, insbesondere ist eine Membrandichtung für eine vakuumdichte Durchführung mit einem äußeren Ringflansch an einer Stirnfläche des Außengehäuses der Niederdruck-Teilturbine und mit einem inneren Ringflansch an einer Turbinenlagergehäuse-Partie vakuumdicht angeschlossen. Die Anordnung der Dichtungselemente zwischen Sitzflächen an der Außengehäuse-Stirnwand und am Lagergehäuse, also zwischen Teilen nur geringer Relativverschiebung, bedingt, daß die größeren Wärmeverschiebungen der Innengehäuse von den Dichtungselementen entkoppelt sind.
In der DE-AS 1 216 322 ist eine Dampf- oder Gasturbine beschrieben mit mehreren, koaxial hintereinander angeordneten Teilturbinen, deren Wellen miteinander starr verkuppelt und von deren Gehäusen mindestens eines axial verschiebbar und mit einem ortsfesten Teilturbinengehäuse oder Lagerbock gekuppelt ist. Die Niederdruckgehäuse der Turbine bestehen jeweils aus einem Außen- und einem Innengehäuse. Es erfolgt eine Kupplung des Innengehäuses der Niederdruckturbine mit einem benachbarten Teilturbinengehäuse bzw. einem Lagerbock durch ein Gestänge, das durch die Wand des Außengehäuses dampfdicht und wärmebeweglich hindurchgeführt ist. Das Gestänge kann eine einzige Stange sein, die in der Außengehäusewand durch einen axial und radial nachgiebigen Faltenbalg abgedichtet ist. Das Gestänge kann weiterhin aus drei axial aneinander gereihten, gelenkig miteinander verbundenen Stangen bestehen, deren mittlere in einer Büchse der Außengehäusewand mit Gleitpassung axial beweglich ist. Durch ein solches Gestänge soll eine Axialverschiebung der Gehäuse erfolgen, durch die das Axialspiel zwischen dem Läufer und den Gehäusen möglichst konstant gehalten ist. Um die Größe des Axialspiels zu ändern, ist eine Änderung der Länge des Gestänges durch eine Änderung seiner Temperatur möglich. Diese Änderung der Temperatur wird durch eine zusätzliche Wärmebelastung des Gestänges mittels Dampf oder einer Flüssigkeit durchgeführt.
Eine solche Änderung der Größe des Axialspiels, bei der durch ein Rohr heißer Dampf geführt wird, ist in der GB-PS 1,145,612 beschrieben. Ein axial ausdehnbares Rohr ist an jeder seiner Stirnseiten mit einer Stange verbunden, die jeweils wiederum an dem Innengehäuse einer Niederdruck-Teilturbine befestigt ist. Eine axiale Verschiebung der Innengehäuse gegenüber einem Turbinenläufer setzt sich aus der jeweiligen Dehnung der Innengehäuse, der Dehnung der Kupplungsstangen sowie der Dehnung der Dehnungsrohre zusammen. Die thermische Dehnung der untereinander gekuppelten Innengehäuse wird ausgehend von einem Fixpunkt, der an dem Außengehäuse der am weitesten stromauf liegenden Niederdruck-Teilturbine angeordnet ist, definiert. Dieser Ausgangspunkt der thermischen Dehnungen der Innengehäuse unterscheidet sich von dem Ausgangspunkt der thermischen Dehnungen des Läufers, welcher in einem weiter stromauf liegenden Lager definiert ist. Die Dehnungsrohre sind über jeweilige Kompensatoren mit den entsprechenden Außengehäusen der Niederdruck-TEilturbinen verbunden, so daß die absolute Dehnung des Systems aus Innengehäusen und Kupplungsstangen von den Kompensatoren aufgenommen werden muß. Um eine weitgehende Konstanz zwischen der Dehnung des Turbinenläufers und dem System aus Innengehäusen und Kupplungsstange zu gewährleisten, ist in einer vorgegebenen Weise Dampf den Dehnungsrohren zuzuführen. Dieser Dampf muß entweder em Dampfprozeß entnommen oder separat zur Verfügung gestellt werden. Auch bedarf es eines Regelungs- und eines Überwachungssystems, durch das je nach Betriebszustand der Dampfturbinen den Dehnungsrohren der zum Ausgleich des Axialspiels erforderliche Dampf zugeleitet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbinenanlage anzugeben, bei der auf einfache Art und Weise, insbesondere ohne aufwendige Regelungs- und Überwachungssysteme, ein Axialspiel zwischen Läufer und Innengehäuse unter einem vorgebbaren Wert bleibt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein ensprechendes Schubelement zur Verringerung des Axialspiels zwischen Turbinenläufer und Innengehäuse einer Turbinenanlage anzugeben.
Die auf eine Turbinenanlage gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an einem in axialer Richtung verschieblichen Innengehäuse für eine axiale Verschiebung ein sich thermisch ausdehnendes Schubelement vorgesehen ist, welches eine erste Dehnkomponente und eine zweite Dehnkomponente aufweist, die über eine Koppelkomponente miteinander verbunden sind. Diese Koppelkomponente bewirkt auf mechanische und/oder hydraulische Art und Weise eine axiale Verschiebung der zweiten Dehnkomponente, die größer als eine axiale Verschiebung und/oder axiale thermische Ausdehnung der ersten Dehnkomponente ist.
Vorzugsweise ist das Koppelelement ein mechanischer Hebel. Dieser Hebel ist um einen Fixpunkt drehbar, wobei die erste Dehnkomponente und die zweite Dehnkomponente an einer jeweiligen Verbindungsstelle ebenfalls drehbar mit dem Hebel verbunden sind. Der Abstand der zweiten Verbindungsstelle von dem Fixpunkt ist größer als der Abstand der ersten Verbindungsstelle von dem Fixpunkt. Eine Verschiebung der ersten Verbindungsstelle hervorgerufen durch eine thermische Dehnung und/oder eine Verschiebung der ersten Dehnkomponente bewirkt somit eine Drehung des mechanischen Hebels um seinen Fixpunkt. Da der Hebelarm der zweiten Dehnkomponente, d.h. der Abstand zwischen zweiter Verbindungsstelle und Fixpunkt, größer als der Hebelarm der ersten Dehnkomponente ist, bewirkt der mechanische Hebel eine axiale Verschiebung der zweiten Dehnkomponente, die gleichgerichtet und größer ist als die axiale Verschiebung der ersten Verbindungsstelle.
Hierdurch wird insbesondere bei einer Anordnung von drei Niederdruck-Teilturbinen, die für große Leistung bei niedrigen Kühlwassertemperaturen in einer Dampfturbinenanlage verwendet werden, die Relativdehnung des dritten Niederdruck-Innengehäuses gegenüber dem Turbinenläufer, so gering gehalten, daß zwischen den stationären Leitschaufeln und den rotierenden Laufschaufeln selbst bei Vollast der Dampfturbinenanlage das Axialspiel unter einem vorgebbaren Wert bleibt. Durch die Wahl der entsprechenden gleichgerichteten Hebelarme ist das Axialspiel auf einen Wert einstellbar, der im wesentlichen dem Axialspiel der anderen Niederdruck-Teilturbinen entspricht. Somit können sämtliche Niederdruck-Teilturbinen baugleich ausgeführt werden.
Selbstverständlich ist es möglich, sämtliche in axialer Richtung nacheinander angeordneten Niederdruck-Teilturbinen über ein Schubelement mit dem beschriebenen einfachen Gelenkmechanismus zu verbinden. Durch eine geeignete Wahl der Hebelarme und damit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis lassen sich für jede der Niederdruck-Teilturbinen axiale Bewegungen erzeugen, die die Relativdehnung zum Turbinenläufer um einen vorgebbaren Wert verringern. Insbesondere können die Relativdehnungen jeweils konstant eingestellt werden. Es ist ebenfalls möglich, einzelne Niederdruck-Teilturbinen über starre Schubelemente ohne einen mechanischen oder hydraulischen Verschiebungsverstärker miteinander zu verbinden.
Eine Koppelkomponente, die auf mechanische und/oder hydraulische Art und Weise eine gleichsinnige Verstärkung der Axialverschiebung und/oder Axialdehnung der ersten Dehnkomponente bewirkt, ist konstruktiv einfach realisierbar, bedarf keiner komplizierten Überwachungs- und Regelungseinrichtung und keiner Zuführung von Dampf über zusätzliche Leitungen. Mit einer solchen Koppelkomponente ist somit mit geringem baulichen und betrieblichen Aufwand eine Verringerung des Axialspiels zwischen Leitschaufeln und Laufschaufeln einer Turbinenanlage erreicht, wodurch der Wirkungsgrad der Turbinenanlage gesteigert werden kann.
Vorzugsweise ist das Schubelement gemeinsam mit einem Auflager eines das Innengehäuse tragenden Lagers durch eine Dichtung eines das Innengehäuse umgebenden Außengehäuses hindurchgeführt. Die Dichtung weist vorzugsweise einen in axialer Richtung ausdehnbaren Dichtungsbalg auf. Mit der gemeinsamen Durchführung ist eine Reduzierung der Durchführungen des Außengehäuses und damit eine bauliche Vereinfachung gegeben.
Vorzugsweise haben ein axialer Dehnungsverbund, umfassend das Schubelement mit Verschiebungsverstärker (Hebel), ein Innengehäuse oder mehrere Innengehäuse und gegebenenfalls Schubelemente ohne Verschiebungsverstärker (Kupplungsstangen), und die untereinander verbundenen Turbinenläufer einen gemeinsamen axialen Festpunkt. Dieser axiale Festpunkt ist bei einem Dehnungsverbund bestehend aus Außengehäuse einer Mitteldruck-Teilturbine und Innengehäuse zweier oder mehr Niederdruck-Teilturbinen vorzugsweise ein in axialer Richtung vor sämtlichen Teilturbinen angeordnetes, der Lagerung des Außengehäuses der Mitteldruck-Teilturbine dienendes Turbinenlager.
Die auf ein Schubelement zur Verringerung unterschiedlicher axialer Dehnung zwischen zwei unabhängig voneinander entlang einer Hauptachse ausdehnbarer Komponenten, insbesondere Turbinenläufer und Innengehäuse einer Turbinenanlage, gerichtete Aufgabe wird durch ein Schubelement mit einer ersten Dehnkomponente, einer zweiten Dehnkomponente und einer Koppelkomponente gelöst. Die Koppelkomponente ist vorzugsweise ein um einen Fixpunkt drehbarer mechanischer Hebel, an dem die erste Dehnkomponente und die zweite Dehnkomponente auf derselben Seite des Hebels an einer jeweiligen Verbindungsstelle drehbar verbunden sind. Die zweite Verbindungsstelle ist von dem Fixpunkt weiter beabstandet als die erste Verbindungsstelle. Hierdurch entsteht infolge der Hebelwirkung bei Verschiebung der ersten Verbindungsstelle eine Verschiebungsverstärkung der zweiten Verbindungsstelle, die somit in axialer Richtung weiter verschoben wird als die erste Verbindungsstelle. Das Schubelement kann auch einen hydraulischen Verschiebungsverstärker aufweisen, beispielsweise gebildet durch einen sich entlang der Hauptachse verjüngenden Hydraulikkanal, an dessen Enden sich jeweils die erste Dehnkomponente sowie die zweite Dehnkomponente anschließen. Eine Verschiebung der ersten Dehnkomponente in Richtung der Verjüngung des Hydraulikkanals bedingt eine Verdrängung eines darin angeordnet inkompressiblen Hydraulikfluides in den sich verjüngenden Teil. Aufgrund der Volumenkonstanz dringt somit das Hydraulikfluid weiter in den sich verjüngenden Teil ein als es durch die erste Dehnkomponente verdrängt wurde. Hierdurch entsteht eine Verschiebungsverstärkung durch das inkompressible Hydraulikfluid.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird eine Turbinenanlage mit einem Schubelement näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1
einen Längsschnitt durch eine Dampfturbinenanlage,
FIG 2
einen Längsschnitt durch ein Lager zwischen zwei Niederdruck-Teilturbinen mit einem Schubelement und
FIG 3
eine Draufsicht des Schubelementes gemäß FIG 2.
In FIG 1 ist eine Dampfturbinenanlage 1 mit hintereinander entlang einer Hauptachse 4 angeordneter Hochdruck-Teilturbine 23, Mitteldruck-Teilturbine 2 und drei im wesentlichen baugleicher Niederdruck-Teilturbinen 3a, 3b, 3c dargestellt. Die Niederdruck-Teilturbinen 3a, 3b, 3c sind strömungstechnisch durch eine Dampfzuführung 24 mit der Mitteldruck-Teilturbine 2 verbunden. Die Mitteldruck-Teilturbine 2 weist ein Außengehäuse 22 auf. Jede Niederdruck-Teilturbine 3a, 3b, 3c weist ein jeweiliges Innengehäuse 8a, 8b, 8c und ein das Innengehäuse 8a, 8b, 8c umgebendes Außengehäuse 14 auf. Jedes Innengehäuse 8a, 8b, 8c trägt die Leitschaufeln 6 für eine Niederdruck-Dampfbeaufschlagung. In jedem Innengehäuse 8a, 8b, 8c ist ein jeweiliger sich entlang der Hauptachse 4 erstreckender Turbinenläufer 5 angeordnet, der die Niederdruck-Laufschaufeln 27 trägt. Die Mitteldruck-Teilturbine 2 weist ein Innengehäuse 7 auf. Zwischen der Mitteldruck-Teilturbine 2 und der ersten Niederdruck-Teilturbine 3a und zwischen den jeweils benachbarten Niederdruck-Teilturbinen 3a, 3b, 3c ist jeweils ein Lager 15 angeordnet. Dieses Lager 15 dient sowohl der Lagerung der Turbinenläufer 5 als auch der jeweiligen Innengehäuse 8a, 8b, 8c. Zwischen der Hochdruck-Teilturbine 23 und der Mitteldruck-Teilturbine 2 ist ebenfalls ein Lager 15a zur Lagerung der Turbinenläufer dieser Teilturbinen 2, 23 vorgesehen. Im Bereich der Auflagerung der Innengehäuse 8a, 8b, 8c der jeweiligen Lager 15 ist jeweils parallel zur Hauptachse 4 eine Kupplungsstange 9a geführt. Eine jeweilige Kupplungsstange 9a verbindet die Mitteldruck-Teilturbine 2 mit der ersten Niederdruck-Teilturbine 3a und die einander benachbarten Innengehäuse 8a, 8b, 8c der Niederdruck-Teilturbinen 3a, 3b, 3c untereinander. Das Außengehäuse 22, die Innengehäuse 8a, 8b, 8c sowie die diese verbindende Kupplungsstangen 9a, 21 bilden einen Dehnungsverbund, welcher sich bei einer Beaufschlagung mit heißem Dampf axial in Richtung der Hauptachse 4 ausdehnt. Dieser so gebildete Dehnungsverbund hat einen Festpunkt 20, der an dem Lager 15a zwischen Hochdruck-Teilturbine 23 und Mitteldruck-Teilturbine 2 liegt. Die Größe der thermischen Ausdehnung gerechnet von diesem Festpunkt 20 entlang der Hauptachse 4 ist durch die Dehnungslinie 25 dargestellt. Eine entsprechende Dehnungslinie 26 der starr miteinander verbundenen Turbinenläufer 5 der Mitteldruck-Teilturbine 2 und der Niederdruck-Teilturbinen 3a, 3b, 3c ist ebenfalls dargestellt. Durch eine Verbindung der Niederdruck-Teilturbinen 3a, 3b, 3c zu einem Dehnungsverbund in Kombination mit dem Außengehäuse 22 der Mitteldruck-Teilturbine 2 werden die einzelnen Wärmedehnungen genutzt, um die Innegehäuse 8a, 8b, 8c in Richtung eines nicht dargestellten Generators entlang der Hauptachse 4 zu verschieben. Entlang der Hauptachse 4 werden somit sämtliche Wärmedehnungen der Innengehäuse 8a, 8b, 8c aufsummiert, wodurch die Relativdehnung zu den starr miteinander verbundenen Turbinenläufern 5 verringert wird. Ein Vergleich zwischen den Dehnungslinien 25 und 26 zeigt, daß über die gesamte Länge der Turbinenanlage 1 trotzdem ein Dehnungsunterschied zwischen den Turbinenläufern 5 und dem Innengehäuse 8c der letzten Niederdruck-Teilturbine 3c vorliegt. Dieser Dehnungsunterschied bedingt ein unterschiedliches axiales Spiel zwischen den Leitschaufeln 6 sowie den Lauf schaufeln 27 jeder Niederdruck-Teilturbine 3a, 3b, 3c.
Durch Verwendung eines in den Figuren 2 und 3 näher dargestellten Schubelementes 9 mit einer Verstärkung der Verschiebung eines Innengehäuses 8a, 8b, 8c einer Niederdruck-Teilturbine 3a, 3b, 3c kann ein solcher Dehnungsunterschied deutlich um einen vorbestimmbaren Wert verringert werden. Ein solches Schubelement 9 ist als Ersatz für eine Kupplungsstange 9a zwischen der Mitteldruck-Teilturbine 2 und der ersten Niederdruck-Teilturbine 3a sowie zwischen jeweils benachbarten Niederdruck-Teilturbinen 3a, 3b, 3c anordenbar. Vorzugsweise ist es zwischen den beiden letzten Niederdruck-Teilturbinen 8b, 8c angeordnet. Das Schubelement 9 weist eine im wesentlichen stangenförmige erste Dehnkomponente 10a und eine ebenfalls im wesentlichen stangenförmige Dehnkomponente 10b auf. Diese Dehnkomponenten 10a, 10b sind über eine Koppelkomponente 11 miteinander gelenkig verbunden. Die Koppelkomponente ist, wie FIG 3 entnehmbar, ein mechanischer Hebel, der um einen Fixpunkt 12 drehbar ist. An einer jeweiligen Verbindungsstelle 13a, 13b ist jede der Dehnkomponenten 10a, 10b durch nicht näher dargestellte Stifte drehbar mit der Dehnkomponente 11 in Richtung der Hauptachse 4 verschiebbar verbunden. Die Verbindungsstelle 13a liegt dem Fixpunkt 12 näher als die Verbindungsstelle 13b. Die Verbindungsstelle 13a liegt dabei zwischen der Verbindungsstelle 13b und dem Fixpunkt 12, so daß eine Verschiebung der Verbindungsstelle 13a in Richtung der Hauptachse 4 eine größere Verschiebung der Verbindungsstelle 13b in Richtung der Hauptachse 4 bedingt. Die Dehnkomponenten 10a, 10b durchdringen ein jeweiliges Lager 15 und sind zusammen mit einem jeweiligen Auflagerbereich 28b, 28c durch das jeweilige Außengehäuse 14 der entsprechenden Niederdruck-Teilturbine 3b, 3c geführt. Diese Durchführung erfolgt mittels einer jeweiligen Dichtung 16 gasdicht, wobei die Dichtung 16 einen in Richtung der Hauptachse 4 dehnbaren Dichtungsbalg 18 aufweist. Auf dem Auflager 28a liegt das Innengehäuse 8b auf, in das die Dehnkomponente 10a fest eingeschraubt ist. Entsprechend liegt auf dem Auflager 28b das Innengehäuse 8c auf, und die Dehnkomponente 10b ist in eine entsprechende Tragpratze 17 dieses Innengehäuses 8c fest eingeschraubt.
Je nach Lage der Verbindungsstellen 13a, 13b zu dem Fixpunkt 12 ist durch die Koppelkomponente 11 eine entsprechende Verschiebungsverstärkung um einen vorgebbaren Wert einstellbar. Die Koppelkomponente 11 realisiert somit auf konstruktiv einfache und weitgehend wartungsfreie Art und Weise eine Verschiebungsverstärkung ohne ein aufwendige Regelungs-, Überprüfungs- und Leitungssystem, wie es bei einer Verschiebungsverstärkung mittels dampfbedingter Temperaturerhöhung notwendig wäre.
Die Erfindung zeichnet sich durch ein Schubelement in einer Turbinenanlage mit mehreren Teilturbinen aus, durch das auf mechanischem und/oder hydraulischem Wege eine Verschiebungsverstärkung erzielt wird. Vorzugsweise hat das Schubelement eine Koppelkomponente, die einen mechanischen Hebel darstellt, an den gelenkig zwei Schubstangen mit unterschiedlichem, aber auf gleicher Seite in Bezug zu einem Fixpunkt liegenden Hebelarmen aufweist. Eine in axialer Richtung erzeugte Verschiebungsverstärkung der Verschiebung eines Innengehäuses einer Teilturbine erlaubt die Verringerung des Axialspiels zwischen den Laufschaufeln eines Turbinenläufers und den Leitschaufeln des Innengehäuses. Dies bedingt neben einer Verwendung im wesentlichen baugleicher Innengehäuse auch die Erhöhung des Wirkungsgrades der gesamten Turbinenanlage. Vorzugsweise ist die Turbinenanlage eine Dampfturbinenanlage mit einer Hochdruck-Teilturbine, einer Mitteldruck-Teilturbine und zwei oder mehr, insbesondere drei, Niederdruck-Teilturbinen. Selbstverständlich eignet sich ein solches Schubelement auch zur Verringerung des axialen Spiels bei einer Gasturbinenanlage mit mehreren Teilturbinen.

Claims (7)

  1. Turbinenanlage (1), insbesondere Dampfturbinenanlage, mit zumindest zwei Teilturbinen (2,3a,3b,3c), deren jede einen sich entlang einer Hauptachse (4) erstreckenden Turbinenläufer (5), welche Turbinenläufer (5) starr miteinander verbunden sind, und ein die Leitschaufeln (6) aufnehmendes Innengehäuse (8a,8b,8c) aufweist,
    wobei zumindest eines der Innengehäuse (8a,8b,8c) in axialer Richtung verschieblich ist und für eine axiale Verschiebung dieses Innengehäuses (8a,8b,8c) ein sich thermisch ausdehnendes Schubelement (9) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Schubelement (9) eine erste Dehnkomponente (10a) und eine zweite Dehnkomponente (10b) aufweist, die über eine Koppelkomponente (11) miteinander verbunden sind, wobei die Koppelkomponente (11) mechanisch und/oder hydraulisch eine axiale Verschiebung der zweiten Dehnkomponente (10b) größer als eine thermische Dehnung und/oder axiale Verschiebung der ersten Dehnkomponente (10a) bewirkt.
  2. Turbinenanlage (1) nach Anspruch 1, wobei das Koppelelement (11) ein um einen Fixpunkt (12) drehbarer mechanischer Hebel ist, mit dem die erste Dehnkomponente (10a) und die zweite Dehnkomponente (10b) an einer jeweiligen Verbindungsstelle (13a,13b) drehbar verbunden sind, und die zweite Verbindungsstelle (13b) von dem Fixpunkt (12) weiter beabstandet ist als die erste Verbindungsstelle (13a).
  3. Turbinenanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine mit dem Schubelement (9) verbundene Teilturbine (3a,3b,3c) ein das Innengehäuse (8a,8b,8c) umgebendes Außengehäuse (14) aufweist, wobei das Schubelement (9) sowie ein Auflager (28a,28b) eines das Innengehäuse (8a,8b) tragenden Lagers (15) gemeinsam durch eine Dichtung (16) geführt sind.
  4. Turbinenanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein das Schubelement (9) umfassender axialer Dehnungsverbund und die untereinander verbundenen Turbinenläufer (5) einen gemeinsamen axialen Festpunkt (20) aufweisen.
  5. Turbinenanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Mitteldruck-Teildampfturbine (2) und zumindest zwei Niederdruck-Teildampfturbinen (3a,3b), die entlang der Hauptachse (4) angeordnet sind, wobei die Innengehäuse (8a,8b) der Niederdruck-Teildampfturbinen (3a,3b) mit dem Schubelement (9) verbunden sind.
  6. Turbinenanlage (1) nach Anspruch 5, bei der die Mitteldruck-Teildampfturbine (2) ein Außengehäuse (22) hat, das über eine Schubverbindung (21) mit dem Innengehäuse (8a) der in axialer Richtung nachgeordneten Niederdruck-Teildampfturbine (3a) verbunden ist, und ein mit dem Außengehäuse (22) verbundenes Lager (15a) den axialen Festpunkt (20) für eine axiale thermische Ausdehnung bildet.
  7. Schubelement (9) zur Verringerung unterschiedlicher axialer Dehnungen zwischen zwei unabhängig voneinander entlang einer Hauptachse (4) ausdehnbarer Komponenten, insbesondere Turbinenläufer (5) und Innengehäusen (7,8a,8b,8c) einer Turbinenanlage, mit einer ersten Dehnkomponente (10a), einer zweiten Dehnkomponente (10b) und einem Koppelelement (11), wobei das Koppelelement (11) ein um einen Fixpunkt (12) drehbarer mechanischer Hebel ist, mit dem die erste Dehnkomponente (10a) und die zweite Dehnkomponente (10b) an einer jeweiligen Verbindungsstelle (13a,13b) drehbar verbunden sind, und die zweite Verbindungsstelle (13b) von dem Fixpunkt (12) weiter beabstandet ist als die erste Verbindungsstelle (13a).
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