EP1035301A1 - Axial thrust compensating piston for a turbine shaft - Google Patents
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- 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
- F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
- F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
Definitions
- the shafts of turbomachinery i.e. steam and gas turbines, point during operation a certain axial thrust.
- This axial thrust must go through a appropriate bearing of the shaft can be compensated or recorded
- the shafts are equipped with thrust compensating pistons and thrust bearings.
- the Thrust compensation pistons which are present in each turbine section, are the same Thrust in every load case so that the load on the thrust bearing is within certain limits remains.
- the Compensating piston which is integrated in a part of the machine, usually stands via pipes with the medium that drives the turbine in connection.
- Thrust compensation pistons limit the optimal length of the machine and work also negatively affect wave dynamic properties. So the choice of Diameter of the labyrinths of the blading cannot be chosen arbitrarily small, which leads to further losses.
- Task of Invention is a compensating piston to compensate for the axial thrust Create shaft from a turbine with which it is possible to adjust the length of the shaft the machine between the bearings and the diameter of the labyrinths Blading with regard to increased efficiency of the turbine more flexible shape.
- this is achieved in that the compensating piston in one Housing outside the housing of the at least one turbine is arranged and an inlet and an outlet exist which cover the pressure areas of the Connect the compensating piston to the medium of the at least one turbine that the compensating piston counteracts an axial displacement of the shaft.
- the radial clearances within the compensating piston housing can be very advantageous be kept small if there is a cooler in the inlet and outlet, so that on the pressure surfaces of the compensating piston essentially only the pressure and not the temperature works.
- the inventive arrangement of Compensating piston outside the turbine casing gives a larger one Scope for the optimal design, in particular the length of the shaft and the Radial and axial games of the labyrinths of the blading and one advantageous smaller distance to the bearing of the shaft.
- a compensating piston 4 to compensate for the axial thrust Shaft 1 represented by a turbine 2, which according to the invention is outside the Turbine housing is arranged.
- the turbine 2 is equipped with a live steam line 11 is supplied with steam and the steam released by the turbine 2 is supplied by a Lead 12 diverted away again.
- the compensating piston 4 is in a piston housing 9 arranged. To achieve axial thrust compensation, it is necessary to Pressure areas of the compensating piston 4 through lines 5, 6 with the medium, which operates the turbine 2.
- the line is 5.6 therefore connected to the live steam supply line 11 and the discharge line 12.
- the Supply line 5 is used to remove the steam at a high pressure, and the Derivation 6 for returning the medium to the derivation 12 of the turbine 2 a lower pressure.
- the compensating piston 4 is arranged so that the Pressure difference, which acts on the turbine 2, on the pressure surfaces of the Compensating piston 4 acts axially in a correspondingly opposite direction.
- a cooling element 7 is in the supply line 5, which leads to the compensation piston 4, installed. It is also conceivable that Omit cooling element 7 and the supply line 5 only by natural convection cool. This is possible because the flow rates to the inlet 5 and outlet 6 be kept small.
- the medium of Turbine 2 for example the steam of a steam turbine, to be cooled.
- the steam becomes one Steam turbine lowered to a temperature below the saturation temperature.
- the steam condenses and the compensating piston 4 acts as a liquid labyrinth.
- the leakage losses of the Compensating piston 4 are then kept very low.
- This variant is suitable especially at high pressures of the medium, for example at one High pressure turbine.
- FIG. 2 shows a second embodiment of the inventive Compensating piston 4 shown.
- the compensation piston 4 has in this embodiment according to the pressure levels of the turbines 2 two Partial piston 10. This only happens, for example, and can vary depending on the design the turbine vary.
- a cooling element exists in the feed lines 5 7, which lowers the temperature of the medium. It is conceivable to do this with the to do already described in Figure 1.
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Abstract
Description
Bei der Erfindung handelt es sich einen Ausgleichskolben für den axialen Schubausgleich von einer Welle einer Turbine.In the invention, there is a compensating piston for the axial Thrust compensation from a shaft of a turbine.
Die Wellen von Turbomaschinen, also Dampf- und Gasturbinen, weisen bei Betrieb einen gewissen axialen Schub auf. Dieser axialer Schub muss durch eine entsprechende Lagerung der Welle ausgeglichen bzw. aufgenommen werden. In der klassischen Bauweise von Dampfturbinen mit Reaktionen ab ca. 20 % werden die Wellen mit Schubausgleichskolben und mit Axiallagern ausgestattet. Die Schubausgleichskolben, welche in jeder Teilturbine vorhanden sind, gleichen den Schub bei jedem Lastfall so aus, dass die Belastung des Axiallagers innerhalb bestimmter Grenzen bleibt. Die Verwendung von Schubausgleichskolben bringt aber zahlreiche, konstruktive Nachteile bei dem Bau einer Turbine mit sich. Der Ausgleichskolben, welcher in einem Teil der Maschine integriert ist, steht meistens über Rohrleitungen mit dem Medium, welches die Turbine antreibt, in Verbindung. Er verursacht aber diverse Verluste, da er durch die Einwirkung von Temperatur und Druck notwendigerweise vergrösserte Radialspiele aufweisen muss. Die Schubausgleichskolben beschränken die optimale Länge der Maschine und wirken sich auch negativ auf wellendynamische Eigenschaften aus. So kann die Wahl des Durchmessers der Labyrinthe der Beschauflung nicht beliebig klein gewählt werden, was zu weiteren Verlusten führt. The shafts of turbomachinery, i.e. steam and gas turbines, point during operation a certain axial thrust. This axial thrust must go through a appropriate bearing of the shaft can be compensated or recorded In the classic design of steam turbines with reactions from approx. 20% the shafts are equipped with thrust compensating pistons and thrust bearings. The Thrust compensation pistons, which are present in each turbine section, are the same Thrust in every load case so that the load on the thrust bearing is within certain limits remains. However, the use of thrust compensation pistons brings numerous, constructive disadvantages when building a turbine. The Compensating piston, which is integrated in a part of the machine, usually stands via pipes with the medium that drives the turbine in connection. He causes various losses, since it is caused by the influence of temperature and Pressure must necessarily have increased radial play. The Thrust compensation pistons limit the optimal length of the machine and work also negatively affect wave dynamic properties. So the choice of Diameter of the labyrinths of the blading cannot be chosen arbitrarily small, which leads to further losses.
Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ausgleichskolben zum Ausgleich des axialen Schubes einer Welle von einer Turbine zu schaffen, mit welches es möglich ist, die Länge der Welle der Maschine zwischen den Lagerstellen und den Durchmesser der Labyrinthe der Beschauflung im Hinblick auf einen erhöhten Wirkungsgrad der Turbine flexibler zu gestalten.The aim of the invention is to overcome the disadvantages mentioned above. Task of Invention is a compensating piston to compensate for the axial thrust Create shaft from a turbine with which it is possible to adjust the length of the shaft the machine between the bearings and the diameter of the labyrinths Blading with regard to increased efficiency of the turbine more flexible shape.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Ausgleichskolben in einem Gehäuse ausserhalb des Gehäuses der mindestens einen Turbine angeordnet ist und eine Zu- und eine Ableitung existieren, welche die Druckflächen des Ausgleichskolbens so mit dem Medium der mindestens einen Turbine verbinden, dass der Ausgleichskolben einer axialen Verschiebung der Welle entgegenwirkt.According to the invention this is achieved in that the compensating piston in one Housing outside the housing of the at least one turbine is arranged and an inlet and an outlet exist which cover the pressure areas of the Connect the compensating piston to the medium of the at least one turbine that the compensating piston counteracts an axial displacement of the shaft.
Vorteilhaft können die Radialspiele innerhalb des Ausgleichskolbengehäuses sehr klein gehalten werden, wenn sich in der Zu- und Ableitung ein Kühler befindet, so dass auf die Druckflächen des Ausgleichskolben im wesentlich nur der Druck und nicht die Temperatur wirkt. Die erfindungsgemässe Anordnung des Ausgleichskolbens ausserhalb des Gehäuses der Turbine gibt einen grösseren Spielraum für die optimale Gestaltung insbesondere der Länge der Welle und der Radial- und Axialspiele der Labyrinthe der Beschauflung und einen vorteilhaft kleineren Abstand zum Lager der Welle.The radial clearances within the compensating piston housing can be very advantageous be kept small if there is a cooler in the inlet and outlet, so that on the pressure surfaces of the compensating piston essentially only the pressure and not the temperature works. The inventive arrangement of Compensating piston outside the turbine casing gives a larger one Scope for the optimal design, in particular the length of the shaft and the Radial and axial games of the labyrinths of the blading and one advantageous smaller distance to the bearing of the shaft.
Die weiteren Ausführungsformen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.The further embodiments are subject of the dependent claims.
Es zeigen:
- Fig.1
- ein Schaltschema einer erfindungsgemässen Anordnung eines Schubausgleichskolbens an einem freien Wellenende mit einer Turbine mit einer Druckstufe,
- Fig.2
- ein Schaltschema einer erfindungsgemässen Anordnung von einem Schubausgleichskolben mit zwei Teilkolben und zwei auf der Welle angeordneten Turbinen unterschiedlicher Druckstufen.
- Fig. 1
- 1 shows a circuit diagram of an arrangement according to the invention of a thrust compensation piston on a free shaft end with a turbine with a pressure stage,
- Fig. 2
- a circuit diagram of an arrangement according to the invention of a thrust compensating piston with two partial pistons and two turbines of different pressure levels arranged on the shaft.
Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.Only the elements essential to the invention are shown.
In der Figur 1 wird ein Ausgleichskolben 4 zum Ausgleich des axialen Schubes einer
Welle 1 von einer Turbine 2 dargestellt, welcher erfindungsgemäss ausserhalb des
Turbinengehäuses angeordnet ist. Die Turbine 2 wird mit einer Frischdampfleitung
11 mit Dampf versorgt und der von der Turbine 2 entspannte Dampf wird durch eine
Ableitung 12 wieder weggeleitet. Zwischen der Turbine 2 und dem Ausgleichskolben
4 befindet sich das Axiallager 3. Der Ausgleichskolben 4 ist in einem Kolbengehäuse
9 angeordnet. Um einen axialen Schubausgleich zu erreichen ist es notwendig, die
Druckflächen des Ausgleichskolbens 4 durch Leitungen 5,6 mit dem Medium,
welches die Turbine 2 betreibt, zu verbinden. In der Figur 1 sind die Leitung 5,6
deshalb mit der Frischdampfzuleitung 11 und der Ableitung 12 verbunden. Die
Zuleitung 5 dient zur Entnahme des Dampfes bei einem hohen Druck, und die
Ableitung 6 zur Zurückführung des Mediums zur Ableitung 12 der Turbine 2 bei
einem niedrigeren Druck. Der Ausgleichskolben 4 ist so angeordnet, dass die
Druckdifferenz, welche auf die Turbine 2 wirkt, auf die Druckflächen des
Ausgleichskolbens 4 axial in entsprechend entgegengesetzter Richtung wirkt. Durch
die Anordnung des Ausgleichskolbens 4 ausserhalb des Turbinengehäuses 8 ist es
möglich, den Dampf vor dem Auftreffen auf die Druckflächen des Ausgleichskolbens
4 von der Temperatur her abzusenken und so in wesentlichen nur den Druck auf die
Flächen wirken zu lassen. Zu diesem Zweck ist ein Kühlelement 7 in die Zuleitung 5,
welche zum Ausgleichskolben 4 führt, eingebaut. Es ist auch denkbar, das
Kühlelement 7 wegzulassen und die Zuleitung 5 nur durch natürliche Konvektion zu
kühlen. Dies ist möglich, da die Durchflussmengen zu den Zu- 5 und Ableitungen 6
klein gehalten werden. Für die Ausgestaltung des erfindungsgemässen
Ausgleichskolbens 4 sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, das Medium der
Turbine 2, beispielsweise den Dampf einer Dampfturbine, abzukühlen.In Figure 1, a compensating
Prinzipiell ist es möglich, den Dampf auf eine Temperatur abzusenken, die oberhalb
der Sättigungstemperatur des Dampfes liegt. Damit bleibt der Dampf in der
Gasphase und der Ausgleichskolben 4 in dem Kolbengehäuse 9 wirkt als
Gaslabyrinth. Vorteilhaft sind die Reibungsverluste in dem Ausgleichskolbens 4 dann
sehr gering. Diese Variante eignet sich insbesondere bei niedrigen Drücken und
einer niedrigen Temperatur des Mediums, also beispielsweise bei einer Mitteldruck-
oder Niederdruckturbine.In principle, it is possible to lower the steam to a temperature above that
the saturation temperature of the steam. This keeps the steam in the
Gas phase and the compensating
In einer zweitem Ausführungsform wird beispielsweise der Dampf einer
Dampfturbine auf eine Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur erniedrigt. In
diesem Fall tritt eine Kondensation des Dampfes ein und der Ausgleichskolben 4
wirkt als Flüssigkeitslabyrinth. Vorteilhaft können die Leckageverluste des
Ausgleichskolbens 4 dann sehr gering gehalten werden. Diese Variante eignet sich
insbesondere bei hohen Drücken des Mediums, also beispielsweise bei einer
Hochdruckturbine.In a second embodiment, for example, the steam becomes one
Steam turbine lowered to a temperature below the saturation temperature. In
In this case, the steam condenses and the compensating
Selbstverständlich können in einem Kraftwerk bei mehreren Turbinen 2 diese beiden
prinzipiellen Ausführungsformen auch nebeneinander bei verschiedenen
Ausgleichskolben 4 vorliegen.Of course, in a power plant with
In der Figur 2 wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen
Ausgleichskolbens 4 dargestellt. In der Figur existieren auf der Welle 1 zwei
Turbinen 2 in einem Turbinengehäuse 8, welche bei unterschiedlichen Drücken
arbeiten. Dementsprechend ist es notwendig, bei den Turbinen 2 auch verschiedene
Teilkolben 10 bei dem Ausgleichskolben 4 vorzusehen, die jeweils dem axialen
Schub der entsprechenden Turbinen 2 entgegenwirken. Der Ausgleichkoben 4 hat in
dieser Ausführungsform entsprechend den Druckstufen der Turbinen 2 zwei
Teilkolben 10. Dies geschieht nur beispielsweise und kann je nach Ausführungsart
der Turbine variieren. In den Zuleitungen 5 existiert jeweils wieder ein Kühlelement
7, welches die Temperatur des Mediums herabsetzt. Es ist denkbar, dies mit den
bereits in der Figur 1 beschriebenen Möglichkeiten zu tun. 2 shows a second embodiment of the inventive
Compensating
Durch die Herabsetzung der Temperatur des Mediums wirkt im wesentlichen der
Druck an den Druckflächen des Ausgleichskolbens 4. Dies wirkt sich positiv auf die
Radialspiele des Turbinengehäuses 8 des Ausgleichskolbens 4 aus, verringert somit
die Verluste und verbessert den Durchfluss durch die Labyrinthe des
Ausgleichskolbens. Zudem ist es durch die Auslagerung des Ausgleichskolben 4 nun
möglich, die Gestaltung der Turbine 2 (Lagerabstand zum Axiallager 3, Radialspiele
der Labyrinthe der Beschauflung, Länge der Welle innerhalb der Turbine 2) flexibler
im Hinblick auf einen optimalen Wirkungsgrad zu gestalten.By reducing the temperature of the medium, the effect essentially
Pressure on the pressure surfaces of the compensating
- 11
- Wellewave
- 22nd
- Turbineturbine
- 33rd
- AxiallagerThrust bearing
- 44th
- AusgleichskolbenCompensating piston
- 55
- ZuleitungSupply
- 66
- AbleitungDerivative
- 77
- KühlelementCooling element
- 88th
- TurbinengehäuseTurbine casing
- 99
- KolbengehäusePiston housing
- 1010th
- TeilkolbenPartial piston
- 1111
- FrischdampfzuleitungLive steam supply
- 1212th
- Turbinenableitung der DampfesTurbine discharge of the steam
Claims (5)
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausgleichskolben (4) ausserhalb des Turbinengehäuses (8) der mindestens einen Turbine (2) angeordnet ist.Compensating piston (4) for the axial thrust compensation of a shaft (1) of at least one turbine (2) of a certain pressure level arranged in a turbine housing (8),
characterized in that
the compensating piston (4) is arranged outside the turbine housing (8) of the at least one turbine (2).
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Zu- (5) und eine Ableitung (6) existieren, welche den Ausgleichskolben (4) mit dem Medium der mindestens einen Turbine (2) verbinden.Compensating piston (4) according to claim 1,
characterized in that
there are an inlet (5) and an outlet (6) which connect the compensating piston (4) to the medium of the at least one turbine (2).
dadurch gekennzeichnet, dass
es einen Ausgleichskolben (4) für die Welle (1) von mehrere Turbinen (2) mit unterschiedlichen Druckstufen gibt, der Ausgleichskolben (4) pro Druckstufe der Turbine (2) einen Teilkolben (10) aufweist, und jeder Teilkolben (10) des Ausgleichskobens (4) durch Zu- (5) und Ableitungen (6) mit dem Medium der korrespondierenden Turbine (2) verbunden ist.Compensating piston (4) according to claim 1,
characterized in that
there is an equalizing piston (4) for the shaft (1) of several turbines (2) with different pressure levels, the equalizing piston (4) has one partial piston (10) for each pressure level of the turbine (2), and each partial piston (10) of the equalizing piston (4) is connected to the medium of the corresponding turbine (2) by inlets (5) and outlets (6).
dadurch gekennzeichnet, dass
in den Zuleitungen (5), die zum Ausgleichskolben (4) führen, ein Kühlelement (7) angeordnet ist.Compensating piston according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
A cooling element (7) is arranged in the feed lines (5) leading to the compensating piston (4).
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausgleichskolben (4) an einem Ende der Welle (1) angeordnet ist.Compensating piston according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the compensating piston (4) is arranged at one end of the shaft (1).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP99810204A EP1035301A1 (en) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | Axial thrust compensating piston for a turbine shaft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP99810204A EP1035301A1 (en) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | Axial thrust compensating piston for a turbine shaft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP1035301A1 true EP1035301A1 (en) | 2000-09-13 |
Family
ID=8242718
Family Applications (1)
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EP99810204A Withdrawn EP1035301A1 (en) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | Axial thrust compensating piston for a turbine shaft |
Country Status (1)
Country | Link |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
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17P | Request for examination filed |
Effective date: 20010117 |
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18W | Application withdrawn |
Withdrawal date: 20010130 |