EP1342885A1 - Thermische Turbomaschine, insbesondere Axialdurchströmte Gasturbine - Google Patents

Thermische Turbomaschine, insbesondere Axialdurchströmte Gasturbine Download PDF

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EP1342885A1
EP1342885A1 EP03405106A EP03405106A EP1342885A1 EP 1342885 A1 EP1342885 A1 EP 1342885A1 EP 03405106 A EP03405106 A EP 03405106A EP 03405106 A EP03405106 A EP 03405106A EP 1342885 A1 EP1342885 A1 EP 1342885A1
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EP
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bearing
spring
inner part
exhaust gas
gas turbine
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Kamil Matyscak
Pierre Meylan
Michael Müller
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Alstom Technology AG
Alstom Schweiz AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F01D25/162Bearing supports
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243Flange connections; Bolting arrangements

Definitions

  • the present invention relates to the field of technology of thermal turbomachinery. It relates in particular to a thermal turbomachine according to the preamble of claim 1.
  • the storage of an axially flowed gas turbine is described and shown in the publication mentioned at the beginning.
  • This gas turbine follows whose outlet-side blades on an exhaust gas housing, the boundary walls consist essentially of a hub-side, annular inner part and an annular outer part concentrically surrounding the annular inner part.
  • the boundary walls delimit and form a diffuser.
  • the outlet-side bearing of the rotor of the gas turbine is arranged in the cavity of the inner part and comprises a bearing housed in a bearing housing.
  • the bearing housing can be positioned by adjusting elements arranged on the inner part of the exhaust gas housing and is supported on the foundation of the machine by at least one spring support arrangement.
  • the spring support arrangement comprises a bar which is led out of the hot diffuser area to the foundation.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is to provide a spring-loaded screw connection within the bearing, which (due to the contact pressure of the screw springs) restores a rigid connection to the bearing star.
  • a first embodiment of the turbomachine according to the invention which is particularly preferred because of its simplicity, is characterized in that the bearing saddle part of a bearing star arranged in the inner part of the exhaust gas housing is separable in a horizontal parting plane, and that the spring-loaded screw connection is arranged in the parting plane.
  • the spring-loaded screw connection comprises screw springs, which are designed in total for a force of the same order of magnitude as the spring support.
  • connection points of the bearing star with the inner part of the exhaust gas housing are arranged symmetrically to the center of the bearing.
  • FIG. 2 of EP-A1-0 491 966 the single figure shows a preferred exemplary embodiment of a turbomachine according to the invention in a cross section through the inner part of the exhaust gas housing.
  • FIG. 1 of EP-A1-0 491 966 the cross-section through the outlet-side mounting of a gas turbine 10 according to a preferred exemplary embodiment of the invention is shown in a section restricted to the inner part.
  • the position of the inner part 11 of the exhaust gas housing within the gas turbine 10 can basically be found in FIG. 1 of EP-A1-0 491 966.
  • the outlet-side bearing 15 for the rotor 16 of the gas turbine 10 is arranged in the interior 13 of the inner part 11.
  • the bearing 15 is supported by a horizontally lying bearing saddle 14, which is part of a bearing star 17, 18 that can be separated along a parting plane (contact surfaces 26, 27).
  • the bearing saddle 14 is connected to the other elements of the bearing star 17, 18 by a spring-loaded screw connection 19, 20, 21, 22, which comprises corresponding screw bolts and screw springs 21, 22.
  • the spring-loaded screw connection 19, .., 22 is preferably provided in the horizontal parting plane.
  • the bolts go with sufficient clearance through through holes 23, 24 which are provided on both sides of the bearing saddle 14.
  • the bearing saddle 14 is supported against the machine foundation by a spring support 25 which extends downward from the inner part 11 and is described and shown in EP-A1-0 491 966. Outside of the inner part 11, the spring support 25 is surrounded by a support formwork ("strut formwork") 12.
  • the spring-loaded screw connection 19, .., 22 within the bearing star 17, 18 restores the rigidity of the bearing support which is impaired by the spring support 25.
  • the bearing saddle 14 normally lies movably on the contact surfaces 26, 27 of the bearing star 17, 18, since the latter is exposed to greater thermal expansions. In a springless solution, the entire dead weight of rotor 16 and bearing saddle 14 would be transferred via the contact surfaces 26, 27 of the support. According to older experience, this weight load causes a sufficient rigidity of the support, which is now partially or completely canceled by the spring support (25).
  • the spring-loaded screw connection 19, .., 22 now replaces the (missing) weight load on the contact surfaces 26, 27 without impairing the effect of relieving the bearing star structure from the permanent load.
  • the screw springs 21, 22 are preferably designed in total for a force which is of the same order of magnitude as that of the spring support 25.
  • connection points of the bearing star 17, 18 to the inner part 11 of the exhaust gas housing are preferably arranged symmetrically to the position center 28 of the bearing 15.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Eine thermische Turbomaschine, insbesondere axialdurchströmte Gasturbine (10), umfasst einen Rotor (16), welcher austrittsseitig in einem Lager (15) gelagert ist, welches innerhalb eines ringförmigen Innenteils (11) eines Abgasgehäuses auf einem Lagersattel (14) angeordnet ist, der mittels einer Federstütze (25) an einem Fundament der Maschine abgestützt ist. Bei einer solchen Turbomaschine wird die Steifigkeit der Lagerabstützung dadurch verbessert bzw. wiederhergestellt, dass der Lagersattel (14) mittels einer federbelasteten Verschraubung (19,..,22) am Innenteil (11) des Abgasgehäuses befestigt ist. <IMAGE>

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Technik von thermischen Turbomaschinen. Sie betrifft insbesondere eine thermische Turbomaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Maschine und insbesondere deren austrittsseitige Rotorlagerung sind aus der Druckschrift EP-A1-0 491 966 bekannt, deren gesamter Inhalt ausdrücklich Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • In der eingangs genannten Druckschrift wird die Lagerung einer axialdurchströmten Gasturbine beschrieben und gezeigt. Bei dieser Gasturbine schliesst sich an deren austrittsseitige Laufschaufeln ein Abgasgehäuse an, dessen Begrenzungswände im wesentlichen aus einem nabenseitigen, ringförmigen Innenteil und einem das ringförmige Innenteil konzentrisch umgebenden, ringförmigen Aussenteil bestehen. Die Begrenzungswände begrenzen und bilden einen Diffusor. Im Hohlraum des Innenteils ist die austrittsseitige Lagerung des Rotors der Gasturbine angeordnet, die ein in einem Lagergehäuse untergebrachtes Lager umfasst. Um die Abstützung der austrittsseitigen Lagerung von den Einflüssen aus Wärmebeanspruchung und Wärmedehnung des Gehäuses und der Diffusorwandungen unabhängig zu machen, ist das Lagergehäuse durch am Innenteil des Abgasgehäuses angeordnete Verstellelemente positionierbar und über mindestens eine Federstützenanordnung am Fundament der Maschine abgestützt. Die Federstützenanordnung umfasst einen Balken, der aus dem heissen Diffusorbereich zum Fundament hin herausgeführt ist.
  • Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung, dass die vertikale Abstützung der austrittsseitigen Lagerung für eine Turbomaschinenlagerung viel zu elastisch wird.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Turbomaschine mit einer abgasseitigen Lagerabstützung zu schaffen, welche eine gegenüber der bekannten Lagerung wesentlich erhöhte Steifigkeit aufweist, ohne die durch die Federabstützung erreichten Vorteile aufzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, innerhalb der Lagerung eine federbelastete Verschraubung vorzusehen, welche (durch den Anpressdruck der Verschraubungsfedern) eine steife Verbindung mit dem Lagerstern wiederherstellt.
  • Eine erste wegen ihrer Einfachheit besonders bevorzugte Ausgestaltung der Turbomaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagersattel in einer horizontalen Trennebene abtrennbarer Teil eines im Innenteil des Abgasgehäuses angeordneten Lagersterns ist, und dass die federbelastete Verschraubung in der Trennebene angeordnet ist.
  • Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich für die erfindungsgemässe Lagerung, wenn die federbelastete Verschraubung Verschraubungsfedern umfasst, welche in der Summe für eine Kraft in gleicher Grössenordnung wie die Federstütze ausgelegt sind.
  • Um Momentenbelastungen bei einem Unwuchtstörfall sicher zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Verbindungsstellen des Lagersterns mit dem Innenteil des Abgasgehäuses symmetrisch zur Lagermitte des Lagers angeordnet sind.
  • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt in Anlehnung an die Fig. 2 der EP-A1-0 491 966 in einem Querschnitt durch den Innenteil des Abgasgehäuses ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Turbomaschine nach der Erfindung.
  • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In der Figur ist in einem auf den Innenteil beschränkten Ausschnitt der Querschnitt durch die austrittseitige Lagerung einer Gasturbine 10 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Position des Innenteils 11 des Abgasgehäuses innerhalb der Gasturbine 10 kann grundsätzlich der Fig. 1 der EP-A1-0 491 966 entnommen werden.
  • Im Innenraum 13 des Innenteils 11 ist das austrittsseitige Lager 15 für den Rotor 16 der Gasturbine 10 angeordnet. Das Lager 15 wird von einem horizontal liegenden Lagersattel 14 getragen, der entlang einer Trennebene (Kontaktflächen 26, 27) abtrennbarer Teil eines Lagersterns 17, 18 ist. Der Lagersattel 14 ist mit den übrigen Elementen des Lagersterns 17, 18 durch eine federbelastete Verschraubung 19, 20, 21, 22 verbunden, die entsprechende Schraubbolzen und Verschraubungsfedern 21, 22 umfasst. Die federbelastete Verschraubung 19,..,22 ist vorzugsweise in der horizontalen Trennebene vorgesehen. Die Schraubbolzen gehen dabei mit ausreichendem Spiel durch Durchgangsbohrungen 23, 24, die auf beiden Seiten des Lagersattels 14 vorgesehen sind. Gleichzeitig ist der Lagersattel 14 durch eine nach unten aus dem Innenteil 11 herausgeführte Federstütze 25, wie sie in der EP-A1-0 491 966 beschrieben und gezeigt ist, gegen das Maschinenfundament abgestützt. Ausserhalb des Innenteils 11 ist die Federstütze 25 von einer Stützenverschalung ("Strutverschalung") 12 umgeben.
  • Durch die federbelastete Verschraubung 19,..,22 innerhalb des Lagersterns 17, 18 wird die durch die Federstütze 25 beeinträchtigte Steifigkeit der Lagerabstützung wiederhergestellt. Normalerweise liegt der Lagersattel 14 beweglich auf den Kontaktflächen 26, 27 des Lagersterns 17, 18 auf, da letzterer grösseren Wärmedehnungen ausgesetzt ist. Über die Kontaktflächen 26, 27 der Auflage würde bei einer federstützenlosen Lösung das ganze Eigengewicht von Rotor 16 und Lagersattel 14 übertragen. Diese Gewichtsbelastung bewirkt nach der älteren Erfahrung eine genügende Steifigkeit der Auflage, welche nun durch die Federstütze (25) teils oder ganz aufgehoben wird. Bei einer Lösung mit Federstütze gemäss der Erfindung ersetzt nun die federbelastete Verschraubung 19,..,22 die (fehlende) Gewichtsbelastung auf den Kontaktflächen 26, 27, ohne die Wirkung der Entlastung der Lagersternstruktur von der Dauerbelastung zu beeinträchtigen. Die Verschraubungsfedern 21, 22 werden dabei vorzugsweise in der Summe für eine Kraft ausgelegt, die in der gleichen Grössenordnung wie die der Federstütze 25 liegt.
  • Um Momentenbelastungen bei einem Unwuchtsstörfall zu vermeiden, ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Verbindungsstellen des Lagersterns 17, 18 zum Innenteil 11 des Abgasgehäuses vorzugsweise symmetrisch zur Lagemitte 28 des Lagers 15 angeordnet sind.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
  • 10
    Gasturbine
    11
    Innenteil (Abgasgehäuse)
    12
    Stützenverschalung
    13
    Innenraum
    14
    Lagersattel
    15
    Lager
    16
    Rotor
    17,18
    Lagerstern
    19, 20
    Verschraubung
    21,22
    Verschraubungsfeder
    23,24
    Durchgangsbohrung
    25
    Federstütze
    26,27
    Kontaktfläche (Trennebene)
    28
    Lagermitte

Claims (4)

  1. Thermische Turbomaschine, insbesondere axialdurchströmte Gasturbine (10), umfassend einen Rotor (16), welcher austrittsseitig in einem Lager (15) gelagert ist, welches innerhalb eines ringförmigen Innenteils (11) eines Abgasgehäuses auf einem Lagersattel (14) angeordnet ist, der mittels einer Federstütze (25) an einem Fundament der Maschine abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagersattel (14) mittels einer federbelasteten Verschraubung (19,..,22) am Innenteil (11) des Abgasgehäuses befestigt ist.
  2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagersattel (14) in einer horizontalen Trennebene (26, 27) abtrennbarer Teil eines im Innenteil (11) des Abgasgehäuses angeordneten Lagersterns (17, 18) ist, und dass die federbelastete Verschraubung (19,..,22) in der Trennebene (26, 27) angeordnet ist.
  3. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die federbelastete Verschraubung (19,..,22) Verschraubungsfedern (21, 22) umfasst, welche in der Summe für eine Kraft in gleicher Grössenordnung wie die Federstütze (25) ausgelegt sind.
  4. Turbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen des Lagersterns (17, 18) mit dem Innenteil (11) des Abgasgehäuses symmetrisch zur Lagermitte (28) des Lagers (15) angeordnet sind.
EP03405106A 2002-03-07 2003-02-20 Thermische Turbomaschine, insbesondere Axialdurchströmte Gasturbine Expired - Lifetime EP1342885B1 (de)

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DE10210174 2002-03-07

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