EP1710399B1 - Verschiebesystem, Turbinenpaar, Turbinenanordnung und Verfahren zur Weitergabe einer Positionsänderung zwischen zwei Turbinen - Google Patents

Verschiebesystem, Turbinenpaar, Turbinenanordnung und Verfahren zur Weitergabe einer Positionsänderung zwischen zwei Turbinen Download PDF

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EP1710399B1
EP1710399B1 EP20050007415 EP05007415A EP1710399B1 EP 1710399 B1 EP1710399 B1 EP 1710399B1 EP 20050007415 EP20050007415 EP 20050007415 EP 05007415 A EP05007415 A EP 05007415A EP 1710399 B1 EP1710399 B1 EP 1710399B1
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EP
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turbine
turbines
displacement system
hydraulic
pair
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Siemens AG
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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
    • 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
    • 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
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    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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 invention relates to a displacement system for the arrangement between two positionally variable turbines, to pass on a position change of one of the turbines to the other turbine with a pushing means, wherein the pushing means is formed in the form of a hydraulic power transmission means.
  • the invention further relates to a pair of turbines with two positionally variable turbines and a displacement system and a turbine arrangement with at least one pair of turbines.
  • DE 196 29 933 C1 discloses a turbine system with at least two sub-turbines, wherein at least one inner housing is designed to be displaceable in the axial direction, wherein a thermally expanding thrust element is provided for an axial displacement.
  • a turbine is subjected to thermal strains and compressions, especially in the transient mode of operation, and in particular during startup and shutdown, which has an effect, in particular, in the housing area and on the shaft common to the two turbines or on shafts coupled to one another.
  • thermally induced changes in position other processes, which are not explained here, can lead to a change in the position of a housing or a shaft of a turbine. Consequently, it is at a Turbine of a turbine pair or a turbine assembly usually not about a stationary stationary in their position arrangement but rather a turbine is positionally variable.
  • a position change of a shaft by a first turbine should be taken into account by displacing the housing of a second turbine of a turbine pair or a turbine arrangement coupled to the first turbine. This is necessary, inter alia, in order, for example, to keep an axial gap in the blading of the second and / or the first turbine as small as possible.
  • Such a necessary change in position between two positionally variable turbines can be accommodated by a displacement system which transmits the position change of one of the turbines to the other turbine.
  • the displacement system provides a fixed mechanical connection between the first and the second turbine in the form of a so-called push rod, which in relation to FIG. 1 the detailed description is described in more detail.
  • the distance between two push rods is usually dictated by the geometry of the lower pressure turbine and the technical solution for mounting the push rods to the higher pressure turbine can result in significant design and expense overhead.
  • the increasing transverse forces with increasing proportions can also lead to a deflection of the mechanical pushing means. This adversely affects the dimensional accuracy of a transmission of a change in position and thus important for the safe operation of a turbine assembly dimensional accuracy of Axialspaltausdehnung in the blading.
  • the invention whose object is to provide a device and a method for passing a position change between two turbines, in which a change in position of a position variable first turbine and a positionally variable second turbine even with very different geometries of the turbine with high dimensional accuracy , in particular with respect to the axial gap in the blading, gogebbar.
  • the object is achieved by the invention with a displacement system of the type mentioned in claim 1.
  • the hydraulic power transmission means is both in the case of a tendency for the relative position increase emanating from the first turbine and in the case of a tendency emanating from the first turbine Relative Position Reduction designed exclusively for thrust action. This has the advantage that unfavorable suction pressures are avoided in the hydraulic power transmission means.
  • the invention has recognized in the context of the new concept that a transmission of a translational motion between two turbines is disadvantageous for a given dimensional accuracy above a certain size ratio as a result of very different geometries of the two turbines by mechanical means.
  • the invention is based on the consideration that in the context of the new concept, a pushing means should be used in which high forces are avoided and / or dimensional inaccuracies are in any case reduced in principle.
  • the pushing means is formed in the form of a hydraulic power transmission means.
  • the hydraulic power transmission means is designed for a passive mode of operation.
  • active components e.g. Hydraulic pumps, transducers or control loops can be largely avoided, so that the displacement system can be realized inexpensively and with relatively little design effort.
  • the hydraulic power transmission means is designed relatively position-changing. While a mechanical push rod transmits a change in position always in a ratio of 1: 1 from a first turbine to a second turbine, it is advantageously possible within the scope of the invention to change the position of one of the turbines to the other turbine with a ratio different from 1: 1 pass.
  • a change in position of a housing could advantageously be adapted to a length expansion or compression of a shaft and used in particular for reducing the axial gap in a turbine operating at lower pressure. It is also possible with transient operating behavior to pass on a change in position for the case of a warm-up / start-up operation in contrast to a cold-start / shut-down procedure.
  • At least two thrust systems are provided, each with a thrust means in the form of a hydraulic power transmission means between two positionally variable turbines.
  • the hydraulic power transmission means is preferably in the form of a first two-sided hydraulic and a second two-sided hydraulic formed, with opposite hydraulic sides are hydraulically coupled.
  • two hydraulic lines are provided in particular for each hydraulic system.
  • the two-sided hydraulic on a two-sided cylinder and a two-sided piston are provided in particular.
  • the invention also leads to a turbine pair with two position variable turbines and a displacement system of the type discussed above between the two turbines, wherein according to the invention a first turbine in the form of a high-pressure and / or medium-pressure turbine is formed and a second turbine in the form of a Low-pressure turbine is formed.
  • the high-pressure and / or medium-pressure turbine may thus be either a high-pressure turbine or a medium-pressure turbine or a combined high-pressure medium-pressure turbine, which is also referred to as a K turbine.
  • a low-pressure turbine is also called an N-turbine. It has been recognized that the above-mentioned problems occur especially in a high-pressure and / or medium-pressure turbine in combination with a low-pressure turbine and can advantageously be overcome by the new concept.
  • the displacement system is arranged to act directly between an outer casing of the high-pressure and / or medium-pressure turbine and the inner casing of the low-pressure turbine.
  • a mechanical connection of the displacement system to the two turbines of the turbine pair or a turbine arrangement is preferably carried out by the displacement system between a first and a second respectively arranged on one of the turbines support arm is arranged.
  • the object is also achieved by a turbine arrangement with at least one turbine pair described above in the form of a high-pressure medium-pressure low-pressure turbine arrangement.
  • this is an arrangement of combined sub-turbines, preferably a CN arrangement, i. an arrangement in which the high-pressure and the medium-pressure turbine is formed by a combined K-segment turbine in a double-flow design and the low-pressure turbine is formed by a two-flow low-pressure turbine section.
  • the turbine arrangement has a total turbocharging capacity of between 100 megawatts and 2000 megawatts, in particular a total turbocharging capacity of between 100 megawatts and 1100 megawatts.
  • the latter performance variables mainly concern turbines for fossil power plants.
  • the displacement system is particularly advantageous for the arrangement between two position variable turbines, but it could also be advantageous for the arrangement between two other positionally variable power plant components, for example, to the arrangement between two position variable compressors or between a position variable compressor and a variable position turbine, alike Steam, gas or combined cycle power plants are possible.
  • FIG. 1 shows in a perspective view of the typical structure of a coupling region between an M-section turbine 1 and a low-pressure turbine part 3 in the context of an HMN turbine assembly 10, wherein only the coupling region between the M and the N-part turbine is shown.
  • the overall turboset formed by the HMN assembly 10 drives a common shaft 5, which can move due to thermally induced changes in position of the M-turbine part 1 to a significant extent. Therefore, usually also affecting the outer casing 7 of the K-part turbine position change is transmitted via a mechanical pushing means 9 to the inner casing 11 of the low-pressure turbine section 3. In this way, the axial clearance between the blading 13 of the low pressure turbine part 3 and the inner casing 11 of the low pressure turbine part 3 is reduced.
  • the mechanical pushing means is arranged between a first arm 15 on the outer housing 7 of the M-section turbine 1 and a second support arm 17 on the inner housing 11 of the low-pressure part turbine 3.
  • the mechanical thrust means is formed in the form of a mechanical push rod 19, which is stabilized by a support 21 and acts through a compensator 23 on the inner casing 11 of the low pressure turbine part 3.
  • the transmission of induced by thermal expansion and compression changes in position due to the rigid connection by the push rod 19 is always in the ratio 1: 1.
  • the distance between two thrust systems 19, which are arranged on different sides of the shaft 5, may be so great that the transverse forces that occur can not be advantageously taken up constructively or can lead to a deflection of the push rod 19, which in turn contributes to a dimensional inaccuracy the passing of the change in position between the outer casing 7 of the M-part turbine 1 and the inner casing 11 of the low pressure turbine section 3 leads.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a turbine pair 20, wherein the components of substantially the same type and / or function with the same reference numerals as in FIG. 1 Mistake are.
  • the turbine pair 20 may be provided in particular within the scope of a KN turbine arrangement.
  • the turbine pair 20 has a partial turbine in the form of an M-part turbine 1, which is shown schematically with its outer housing 7.
  • an N-part turbine 3 is shown schematically with its outer housing 25 and inner housing 11.
  • the M-section turbine 1 and the N-section turbine 3 drive the same shaft 5 as part of the entire turbine set. Because of related FIG. 1 explained problem is between the turbines 1 and 3, a displacement system 31 with a thrust means in the form of a hydraulic power transmission means 33 is arranged.
  • the displacement system 31 is arranged to act directly between the outer housing 7 of the K sub-turbine and the inner housing 11 of the low-pressure turbine part 25.
  • the displacement system 31 initially has two thrust systems 31A and 31B on each side of the shaft 5.
  • a thrust means in the form of a hydraulic power transmission means 33 is respectively formed.
  • the thrust means is disposed in a respective thrust system 31A, 31B between a first support arm 35A, 35B and a second support arm 37A, 37B.
  • the first support arm 35A, 35B is arranged on the outer housing 7 of the K sub-turbine 1
  • the second support arm 37A, 37B is arranged on the inner housing 11 of the low-pressure part turbine 3.
  • the second support arm 37A, 37B may be similar to a FIG. 1 shown manner - namely by means of a compensator 23 - are guided through the outer housing 25 through the inner housing 11.
  • a compensator 23 is in the turbine pair 20 of the FIG. 2 not shown in detail.
  • the low-pressure turbine section has an inflow area of more than 12 m 2 . It has been shown that in low-pressure turbine parts of this magnitude mechanical thrust means such as in FIG. 1 represented mechanical pushing means 19 advantageous by that in FIG. 2 Displacement system 31A, 31B shown can be replaced.
  • a hydraulic of the hydraulic power transmission means 33 in the present case is a two-sided hydraulic system with a two-sided cylinder 39 and a two-sided piston 41.
  • opposite hydraulic sides 43 and 45 are hydraulically coupled. That is, the opposite hydraulic sides 43 are pressurized via a hydraulic line shown in dashed lines and the opposite sides 45 are pressurized via a hydraulic line shown in solid line.
  • the hydraulic power transmission means 33 is designed exclusively for thrust action, both in the case of a tendency for relative position enlargement emanating from the K turbine 1 and in the case of a tendency for the relative position reduction emanating from the K sub turbine.
  • a hydraulic power transmission means 33 in each case two two-sided hydraulic systems.
  • a piston 41 of a hydraulic system is non-positively connected with a support arm 37A, 37B to the inner housing 11 of the low-pressure part turbine 25.
  • Another piston 41 of the other hydraulic system of the hydraulic power transmission means 33 is connected non-positively to a support arm 35A, 35B to the outer housing 7 of the M-part turbine 1.
  • the hydraulic line shown in solid line is pressurized and the inner housing 11 of the low-pressure turbine part 3 is pushed to the right.
  • the illustrated cylinder 39 and piston 41 of the hydraulic system 33 are shown to be the same size and thus in the hydraulic system 33 schematically shown here is such that there is a 1: 1 ratio in the passing of the position change, the hydraulic system be set equally by different cylinder diameters and / or different piston diameter to a variable transmission ratio, which is advantageous for the respective design of the turbine set.
  • a change in position in two turbines 1, 3 coupled to each other is so far via a push rod system according to FIG. 1 passed so that a relative position between the two turbines is substantially maintained.
  • a mechanical pushing means is sometimes exposed to great forces and, as a result of deflections, no longer proves to be sufficiently dimensionally accurate.
  • the new concept provides a displacement system 31 for disposition between two positionally variable turbines to relay a position change of one of the turbines 1, 3 to the other turbine with a thrust means, according to the invention the thrust means being in the form of a hydraulic power transmission means.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verschiebesystem zur Anordnung zwischen zwei positionsveränderlichen Turbinen, um eine Positionsänderung einer der Turbinen an die andere Turbine mit einem Schubmittel weiterzugeben, wobei das Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Turbinenpaar mit zwei positionsveränderlichen Turbinen und einem Verschiebesystem sowie eine Turbinenanordnung mit wenigstens einem Turbinenpaar.
  • In der DE 196 29 933 C1 wird eine Turbinenanlage mit mindestens zwei Teilturbinen offenbart, wobei zumindest ein Innengehäuse in axialer Richtung verschieblich ausgebildet ist, wobei für eine axiale Verschiebung ein sich thermisch ausdehnendes Schubelement vorgesehen ist.
  • In der US 2004/0057826 A1 wird eine Turbinenanlage mit über Schubelemente verschiebbare Gehäuse offenbart.
  • In der US 5,051,061 wird eine Turbinenanlage offenbart, wobei zur Beibehaltung eines Axialspiels die Innengehäuse bewegbar ausgebildet sind.
  • Eine Turbine ist insbesondere bei transienter Betriebsweise - und hier insbesondere beim Anfahren und Herunterfahren - thermischen Dehnungen und Stauchungen unterworfen, die sich insbesondere im Gehäusebereich und auf die den beiden Turbinen gemeinsame Welle oder auf aneinander gekoppelte Wellen auswirkt. Neben thermisch induzierten Positionsänderungen können auch andere, hier nicht näher erläuterte Vorgänge zu einer Änderung der Position eines Gehäuses oder einer Welle einer Turbine führen. Demzufolge handelt es sich bei einer Turbine eines Turbinenpaars oder einer Turbinenanordnung in der Regel nicht um eine stationär in ihrer Position verharrende Anordnung sondern vielmehr ist eine Turbine positionsveränderlich.
  • Dies hat zur Folge, dass eine durch eine erste Turbine, insbesondere thermisch induzierte, Positionsänderung einer Welle durch ein Verschieben des Gehäuses einer zweiten an die erste Turbine gekoppelten Turbine eines Turbinenpaares oder einer Turbinenanordnung Rechnung getragen werden sollte. Dies ist unter anderem notwendig, um beispielsweise einen Axialspalt in der Beschaufelung der zweiten und/oder der ersten, Turbine möglichst gering zu halten.
  • Einer solchermaßen notwendigen Positionsänderung zwischen zwei positionsveränderlichen Turbinen kann durch ein Verschiebesystem Rechnung getragen werden, das die Positionsänderung einer der Turbinen an die andere Turbine weitergibt. Das Verschiebesystem sieht dazu bislang eine feste mechanische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Turbine in Form einer so genannten Schubstange vor, die in Bezug auf FIG 1 der Detailbeschreibung näher beschrieben ist.
  • Dieses auf einem mechanischen Schubmittel beruhende Konzept erweist sich im Rahmen moderner Turbinenpaare bzw. Turbinenanordnungen als problematisch. Dazu sind die Größenverhältnisse der für unterschiedliche Druckstufen ausgelegten Turbinen einer Turbinenanordnung oder eines Turbinenpaares zu berücksichtigen. Eine erste bei einem höheren Druck arbeitende Turbine ist üblicherweise im Vergleich zu einer zweiten bei einem niedrigeren Druck arbeitenden Turbine um einiges kleiner und dennoch sind die erste und die zweite Turbine relativ eng hintereinander angeordnet. Mit zunehmenden Größenverhältnissen einer zweiten Turbine für niedrigere Drücke im Verhältnis zu einer ersten Turbine bei höheren Drücken führt dies zu einer Geometrie, die für die Anbringung von Schubstangen unvorteilhaft sein kann. So kann der Abstand zwischen den Schubstangen mit zunehmenden Größenverhältnissen bzw. ein Öffnungswinkel zwischen mechanischen Traversen so groß sein, dass technisch unvorteilhaft hohe Transversalkräfte auftreten können. Der Abstand zwischen zwei Schubstangen ist in der Regel durch die Geometrie der bei niedrigerem Druck arbeitenden Turbine vorgegeben und die technische Lösung zur Anbringung der Schubstangen bei der bei höherem Druck arbeitenden Turbine kann zu erheblichem konstruktiven und kostenmäßigen Mehraufwand führen. Die mit zunehmenden Größenverhältnissen größer werdenden Transversalkräfte können zudem zu einer Durchbiegung der mechanischen Schubmittel führen. Dies beeinflusst nachteiligerweise die Maßgenauigkeit einer Weitergabe einer Positionsänderung und die damit für den sicheren Betrieb einer Turbinenanordnung wichtige Maßgenauigkeit einer Axialspaltausdehnung in der Beschaufelung.
  • Wünschenswert wäre es, eine Weitergabe einer Positionsänderung, insbesondere eine translatorische Bewegung, zwischen zwei positionsveränderlichen Turbinen selbst bei relativ großen Größenverhältnissen der Turbinen mit hoher Maßgenauigkeit zu erreichen.
  • An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Weitergabe einer Positionsänderung zwischen zwei Turbinen anzugeben, bei dem eine Positionsänderung einer positionsveränderlichen ersten Turbine auch einer positionsveränderlichen zweiten Turbine selbst bei stark unterschiedlichen Geometrien der Turbinen mit hoher Maßgenauigkeit, insbesondere bezüglich des Axialspalts in der Beschaufelung, weitergebbar ist.
  • Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einem Verschiebesystem der eingangs genannten Art gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Bei dem Verschiebesystem ist das hydraulische Kraftübertragungsmittel sowohl im Falle einer von der ersten Turbine ausgehenden Tendenz zur Relativpositionsvergrößerung als auch im Falle einer von der ersten Turbine ausgehenden Tendenz zur Relativpositionsverringerung ausschließlich auf Schubwirkung ausgelegt. Dies hat den Vorteil, dass unvorteilhafte Saugdrücke bei dem hydraulischen Kraftübertragungsmittel vermieden sind.
  • Die Erfindung hat im Rahmen des neuen Konzepts erkannt, dass eine Übertragung einer translatorischen Bewegung zwischen zwei Turbinen bei vorgegebener Maßgenauigkeit ab einem gewissen Größenverhältnis in Folge von stark unterschiedlichen Geometrien der beiden Turbinen auf mechanischem Wege unvorteilhaft ist. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass im Rahmen des neuen Konzepts ein Schubmittel Verwendung finden sollte, bei dem hohe Kräfte vermieden sind und/oder Maßungenauigkeiten jedenfalls prinzipiell reduziert sind. Diese Überlegung führt dazu, dass in Abkehr von bisher bewährten, auf einem mechanischen Schubmittel beruhenden Konzepten das Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels gebildet ist.
  • Dies hat vor allem den Vorteil, dass beim Einsatz eines Schubmittels in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels selbst im Falle großer Größenverhältnisse und stark unterschiedlicher Geometrien zweier Turbinen eine Positionsänderung einer positionsveränderlichen ersten Turbine und/oder einer positionsveränderlichen zweiten Turbine mit hohen Kräften und hoher Maßgenauigkeit weitergegeben werden kann. Gleichzeitig lässt sich ein hydraulisches Kraftübertragungsmittel so anordnen, dass hohe Drehmomente trotz großen Abstands der Schubmittel weitestgehend vermieden sind. Auf diese Weise lässt sich insbesondere ein Axialspiel, vor allem bei einer bei niedrigerem Druck arbeitenden Turbine, reduzieren. Denn ein hydraulisches Kraftübertragungsmittel gibt eine Positionsänderung mit höherer Maßgenauigkeit weiter als ein mechanisches Schubmittel, das mit vergleichsweise langen Hebelarmen auskommen muss. Die Reduzierung eines Axialspiels, insbesondere bei der bei niedrigerem Druck arbeitenden Turbine, wirkt sich positiv auf den Bauraum und den Wirkungsgrad des Gesamtturbosatzes aus.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, ein Verschiebesystem im Rahmen des oben erläuterten Konzepts zu realisieren.
  • In besonders bevorzugter Weise wird das hydraulische Kraftübertragungsmittel auf eine passive Funktionsweise ausgelegt. Die hat den Vorteil, dass aktive Komponenten, wie z.B. Hydraulikpumpen, Messwertgeber oder Regelkreise weitestgehend vermieden werden können, so dass das Verschiebesystem kostengünstig und mit vergleichsweise geringem konstruktivem Aufwand realisiert werden kann.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist das hydraulische Kraftübertragungsmittel relativpositionsverändernd ausgelegt. Während nämlich eine mechanische Schubstange eine Positionsänderung immer im Verhältnis 1:1 von einer ersten Turbine auf eine zweite Turbine überträgt, ist es im Rahmen der Weiterbildung vorteilhaft möglich, eine Positionsänderung einer der Turbinen an die andere Turbine auch mit einer von 1:1 unterschiedlichen Übersetzung weiterzugeben. Prinzipiell könnte dadurch eine Positionsänderung eines Gehäuses vorteilhaft auf eine Längendehnung oder -stauchung einer Welle angepasst werden und insbesondere zur Reduzierung des Axialspalts bei einer bei niedrigerem Druck arbeitenden Turbine genutzt werden. Es ist auch möglich bei transientem Betriebsverhalten eine Weitergabe einer Positionsveränderung für den Fall eines Aufwärmvorgangs/Anfahrvorgangs im Unterschied zu einem Erkaltungsvorgang/Abschaltvorgang zu gestalten.
  • Vorzugsweise sind mindestens zwei Schubsysteme mit je einem Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels zwischen zwei positionsveränderlichen Turbinen vorgesehen.
  • Bei der Realisierung dieser Weiterbildung ist das hydraulisch Kraftübertragungsmittel vorzugsweise in Form einer ersten zweiseitige Hydraulik und einer zweiten zweiseitigen Hydraulik gebildet, wobei sich gegenüberliegende Hydraulikseiten hydraulisch gekoppelt sind. Dazu sind insbesondere bei jeder Hydraulik zwei Hydraulikleitungen vorgesehen. Insbesondere weist die zweiseitige Hydraulik einen zweiseitigen Zylinder und einen zweiseitigen Kolben auf. Eine Detailbeschreibung einer besonders bevorzugten Ausführungsform im Rahmen dieser Weiterbildung ist in Bezug auf die FIG 2 der Detailbeschreibung gegeben.
  • Betreffend die Vorrichtung führt die Erfindung auch auf ein Turbinenpaar mit zwei positionsveränderlichen Turbinen und einem Verschiebesystem der oben erläuterten Art zwischen den zwei Turbinen, bei dem erfindungsgemäß eine erste Turbine in Form einer Hochdruck- und/oder Mitteldruckturbine gebildet ist und eine zweite Turbine in Form einer Niederdruckturbine gebildet ist. Bei der Hochdruck- und/oder Mitteldruckturbine kann es sich somit entweder um eine Hochdruckturbine oder um eine Mitteldruckturbine handeln oder um eine kombinierte Hochdruck-Mitteldruckturbine, die auch als eine K-Turbine bezeichnet wird. Eine Niederdruckturbine wird auch als N-Turbine bezeichnet. Es wurde nämlich erkannt, dass die oben erläuterten Probleme insbesondere bei einer Hochdruck- und/oder Mitteldruckturbine in Kombination mit einer Niederdruckturbine auftreten und vorteilhaft durch das neue Konzept überwunden werden können.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Verschiebesystem unmittelbar zwischen einem Außengehäuse der Hochdruck- und/oder Mitteldruckturbine und dem Innengehäuse der Niederdruckturbine wirkend angeordnet. Im Rahmen einer Weiterbildung wurde erkannt, dass die oben genannten Probleme besonders gravierend mit zunehmender Anströmfläche der Niederdruckturbine auftreten. Es hat sich gezeigt, dass im Rahmen dieser Weiterbildung das neue Konzept besonders vorteilhaft Probleme behebt, die auftreten wenn die axiale Anströmfläche der Niederdruckturbine oberhalb von etwa 12 m2 liegt.
  • Eine mechanische Anbindung des Verschiebesystems an die zwei Turbinen des Turbinenpaars oder einer Turbinenanordnung erfolgt vorzugsweise indem das Verschiebesystem zwischen einem ersten und einem zweiten jeweils an einer der Turbinen angeordneten Tragarm angeordnet ist.
  • Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe auch gelöst durch eine Turbinenanordung mit wenigstens einem oben beschriebenen Turbinenpaar in Form einer Hochdruck-Mitteldruck-Niederdruckturbinenanordnung. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Anordnung von kombinierten Teilturbinen, vorzugsweise um eine KN-Anordnung, d.h. um eine Anordnung, bei der die Hochdruck- und die Mitteldruckturbine durch eine kombinierte K-Teilturbine in zweiflutiger Bauweise gebildet wird und die Niederdruckturbine durch eine zweiflutige Niederdruckteilturbine gebildet wird.
  • Vorzugsweise weist die Turbinenanordnung eine Gesamtturbosatzleistung zwischen 100 Megawatt und 2000 Megawatt auf, insbesondere eine Gesamtturbosatzleistung zwischen 100 Megawatt und 1100 Megawatt. Die letzteren Leistungsgrößen betreffen vor allem Turbinen für fossile Kraftwerke.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschreiben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
  • Während sich die Erfindung als besonders nützlich für die Anwendung betreffend eine Weitergabe einer Positionsänderung zwischen einer K-Teilturbine und einer Niederdruckturbine oder einer M-Teilturbine und einer Niederdruckturbine oder zwischen zwei Niederdruckturbinen erweist und in diesem Sinne zu verstehen ist und während die Erfindung im folgenden detailliert anhand von Beispielen betreffend eine K-Teilturbine und eine M-Teilturbine in Bezug auf eine Niederdruckturbine beschrieben ist, so sollte dennoch klar sein, dass das hier beschriebene Konzept, wie beansprucht, ebenfalls möglich im Rahmen von anderen Anwendungen ist, welche andere Turbinen oder Anlagen als die genannten Teilturbinen betreffen. Insbesondere eignet sich das Verschiebesystem zwar besonders vorteilhaft zur Anordnung zwischen zwei positionsveränderlichen Turbinen, es könnte darüber hinaus jedoch auch vorteilhaft zur Anordnung zwischen zwei anderen positionsveränderlichen Kraftwerkskomponenten sein, beispielsweise zur Anordnung zwischen zwei positionsveränderlichen Verdichtern oder zwischen einem positionsveränderlichen Verdichter und einer positionsveränderlichen Turbine, wobei gleichermaßen Dampf-, Gas- oder GuD-Kraftwerksanlagen möglich sind.
  • Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
    • FIG 1
    eine perspektivische Darstellung eines Turbinenpaares mit zwei positionsveränderlichen Turbinen in Form einer M-Teilturbine einerseits und einer Niederdruckturbine andererseits, wobei das Außengehäuse der M-Teilturbine mit dem Innengehäuse der Niederdruckturbine gemäß dem Stand der Technik über eine mechanische Schubstange verbunden ist, um eine Positionsänderung der M-Teilturbine an die Niederdruckturbine weiterzugeben;
    FIG 2
    eine schematische Darstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Verschiebesystems, bei dem das Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels gebildet ist und das zwischen dem Außengehäuse einer M-Teilturbine und dem Innengehäuse einer N-Teilturbine angeordnet ist, um eine Positionsänderung einer der Turbinen an die andere Turbine weiterzugeben.
  • FIG 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den typischen Aufbau eines Kopplungsbereichs zwischen einer M-Teilturbine 1 und einer Niederdruck-Teilturbine 3 im Rahmen einer HMN-Turbinenanordnung 10, wobei lediglich der Kopplungsbereich zwischen der M- und der N-Teilturbine dargestellt ist. Der von der HMN-Anordnung 10 gebildete Gesamtturbosatz treibt eine gemeinsame Welle 5 an, die sich aufgrund thermisch induzierter Positionsänderungen der M-Teilturbine 1 im maßgeblichen Maße verschieben kann. Deshalb wird üblicherweise die sich ebenfalls auf das Außengehäuse 7 der K-Teilturbine auswirkende Positionsänderung über ein mechanisches Schubmittel 9 an das Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 3 weitergegeben. Auf diese Weise wird das Axialspiel zwischen der Beschaufelung 13 der Niederdruckteilturbine 3 und dem Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 3 reduziert. Das mechanische Schubmittel ist zwischen einem ersten Arm 15 am Außengehäuse 7 der M-Teilturbine 1 und einem zweiten Tragarm 17 am Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 3 angeordnet. Das mechanische Schubmittel ist in Form einer mechanischen Schubstange 19 gebildet, die durch eine Auflage 21 stabilisiert und durch einen Kompensator 23 hindurch auf das Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 3 wirkt. Hierbei erfolgt die Übertragung der durch thermische Dehnungen und Stauchungen induzierten Positionsänderungen aufgrund der starren Verbindung durch die Schubstange 19 immer im Verhältnis 1:1. Der Abstand zwischen zwei Schubsystemen 19, die auf unterschiedlichen Seiten der Welle 5 angeordnet sind, ist unter Umständen so groß, dass die auftretenden Transversalkräfte konstruktiv nicht mehr vorteilhaft aufgenommen werden können oder zu einer Durchbiegung der Schubstange 19 führen können, was wiederum zu einer Maßungenauigkeit bei der Weitergabe der Positionsänderung zwischen dem Außengehäuse 7 der M-Teilturbine 1 und dem Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 3 führt.
  • FIG 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Turbinenpaar 20, bei dem Komponenten von im Wesentlichen gleicher Art und/oder Funktion mit den gleichen Bezugszeichen wie in FIG 1 versehen sind. Das Turbinenpaar 20 kann insbesondere im Rahmen einer KN-Turbinenanordnung vorgesehen sein. Das Turbinenpaar 20 weist eine Teilturbine in Form einer M-Teilturbine 1 auf, die mit ihrem Außengehäuse 7 schematisch dargestellt ist. Ebenso ist eine N-Teilturbine 3 mit ihrem Außengehäuse 25 und Innengehäuse 11 schematisch dargestellt. Die M-Teilturbine 1 und die N-Teilturbine 3 treiben im Rahmen des gesamten Turbosatzes die gleiche Welle 5 an. Aufgrund der im Zusammenhang mit FIG 1 erläuterten Problematik ist zwischen den Turbinen 1 und 3 ein Verschiebesystem 31 mit einem Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels 33 angeordnet. Das Verschiebesystem 31 ist dabei unmittelbar zwischen dem Außengehäuse 7 der K-Teilturbine und dem Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 25 wirkend angeordnet. Das Verschiebesystem 31 weist dazu zunächst zwei Schubsysteme 31A und 31B auf jeder Seite der Welle 5 auf. In jedem Schubsystem 31A, 31B ist jeweils ein Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels 33 gebildet. Das Schubmittel ist jeweils in einem Schubsystem 31A, 31B zwischen einem ersten Tragarm 35A, 35B und einem zweiten Tragarm 37A, 37B angeordnet. Der erste Tragarm 35A, 35B ist dazu am Außengehäuse 7 der K-Teilturbine 1 angeordnet, der zweite Tragarm 37A, 37B ist dazu am Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 3 angeordnet. Der zweite Tragarm 37A, 37B kann dabei auf eine ähnliche wie in FIG 1 dargestellte Weise - nämlich mittels eines Kompensators 23 - durch das Außengehäuse 25 hindurch zum Innengehäuse 11 geführt werden. Ein Kompensator 23 ist bei dem Turbinenpaar 20 der FIG 2 nicht näher dargestellt.
  • Vorliegend weist die Niederdruckteilturbine eine Anströmfläche von oberhalb von 12 m2 auf. Es hat sich gezeigt, dass bei Niederdruckteilturbinen in dieser Größenordnung mechanische Schubmittel wie das in FIG 1 dargestellte mechanische Schubmittel 19 vorteilhaft durch dass in FIG 2 dargestellte Verschiebesystem 31A, 31B ersetzt werden können.
  • Bei einer Hydraulik des hydraulischen Kraftübertragungsmittels 33 handelt es sich vorliegend um eine zweiseitige Hydraulik mit einem zweiseitigen Zylinder 39 und einem zweiseitigen Kolben 41. Dabei sind sich jeweils gegenüber liegende Hydraulikseiten 43 bzw. 45 hydraulisch gekoppelt. D.h. die gegenüber liegenden Hydraulikseiten 43 sind über eine gestrichelt dargestellte Hydraulikleitung unter Druck gesetzt und die sich gegenüber liegenden Seiten 45 sind über eine durchgezogen dargestellte Hydraulikleitung unter Druck gesetzt. Dies führt dazu, dass das hydraulische Kraftübertragungsmittel 33 sowohl im Falle einer von der K-Turbine 1 ausgehenden Tendenz zur Relativpositionsvergrößerung als auch im Falle einer von der K-Teilturbine ausgehenden Tendenz zur Relativpositionsverringerung ausschließlich auf Schubwirkung ausgelegt ist.
  • Dazu weist ein hydraulisches Kraftübertragungsmittel 33 wie bereits erwähnt jeweils zwei zweiseitige Hydrauliken auf. Ein Kolben 41 einer Hydraulik ist dabei mit einem Tragarm 37A, 37B zum Innengehäuse 11 der Niederdruckteilturbine 25 kraftschlüssig verbunden. Ein weiterer Kolben 41 der anderen Hydraulik des hydraulischen Kraftübertragungsmittels 33 ist dabei an einem Tragarm 35A, 35B zum Außengehäuse 7 der M-Teilturbine 1 kraftschlüssig verbunden. Bei einer Dehnung der M-Teilturbine 1 (oder auch einer K-Teilturbine oder N-Teilturbine 3) wird die durchgezogen dargestellte Hydraulikleitung unter Druck gesetzt und das Innengehäuse 11 der Niederdruck-teilturbine 3 wird nach rechts geschoben. Dies ist z.B. der Fall beim Anfahren des Turbinenpaares 20 im Rahmen eines Turbosatzes, bei dem sich die M-Teilturbine 1 (oder eine K-Teilturbine oder N-Teilturbine 3) besonders deutlich erwärmt und ausdehnt. Beim Herunterfahren verkürzt sich das Außengehäuse 7 der M-Teilturbine 1 (oder einer K-Teilturbine oder N-Teilturbine 1) und die gestrichelt dargestellte Hydraulikleitung wird unter Druck gesetzt, wodurch das Innengehäuse 11 der N-Teilturbine 3 nach links verschoben wird. Auf diese Weise wird also, unabhängig davon, ob es sich bei einer Tendenz zur Relativpositionsvergrößerung oder -verringerung bei der ersten Turbine 1 handelt, das Hydrauliksystem 33 ausschließlich auf Schubwirkung beansprucht, so dass vorteilhaft ein Saugdruck im Hydrauliksystem 33 vermieden ist. Dadurch kann die zum Verschieben erforderliche Kraft sicher übertragen werden und es wird vor allem auch die Maßgenauigkeit des Verschiebesystems 31 erhöht, so dass sich dies vorteilhaft auf eine Reduzierung des Axialspiels bei der N-Teilturbine 3 auswirkt.
  • Obwohl vorliegend die dargestellten Zylinder 39 und Kolben 41 des Hydrauliksystems 33 gleich groß dargestellt sind und es sich somit bei dem hier schematisch dargestellten Hydrauliksystem 33 um ein solches handelt, bei dem eine 1:1-Übersetzung bei der Weitergabe der Positionsänderung vorliegt, kann das Hydrauliksystem gleichermaßen durch unterschiedliche Zylinderdurchmesser und/oder unterschiedliche Kolbendurchmesser auf ein variables Übersetzungsverhältnis eingestellt werden, das für die jeweilige Auslegung des Turbinensatzes vorteilhaft ist.
  • Eine Positionsänderung bei zwei aneinander gekoppelten Turbinen 1, 3 wird bisher über ein Schubstangensystem gemäß FIG 1 so weitergegeben, dass eine Relativposition zwischen den zwei Turbinen im Wesentlichen erhalten bleibt. Bei stark unterschiedlichen Turbinengrößen ist ein derartiges mechanisches Schubmittel jedoch zum Teil zu großen Kräften ausgesetzt und erweist sich in Folge von Durchbiegungen nicht mehr als ausreichend maßgenau. Das neue Konzept sieht ein Verschiebesystem 31 zur Anordnung zwischen zwei positionsveränderlichen Turbinen vor, um eine Positionsänderung einer der Turbinen 1, 3 an die andere Turbine weiterzugeben, mit einem Schubmittel, wobei erfindungsgemäß das Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels gebildet ist. Dies führt auf ein Turbinenpaar 20, bei dem eine erste Turbine in Form einer Hochdruckturbine 1 gebildet ist und eine zweite Turbine in Form einer Niederdruckturbine 3 gebildet ist, sowie ein Verfahren zur Weitergabe einer Positionsänderung zwischen zwei Turbinen 1, 3.

Claims (12)

  1. Verschiebesystem (31) zur Anordnung zwischen zwei positionsveränderlichen Turbinen (1, 3), um eine Positionsänderung einer der Turbinen an die andere Turbine weiterzugeben mit einem Schubmittel,
    wobei das Schubmittel in Form eines hydraulischen Kraftübertragungsmittels (33) gebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das hydraulische Kraftübertragungsmittel (33) sowohl im Falle einer von der ersten Turbine ausgehenden Tendenz zur Relativpositionsvergrößerung als auch im Falle einer von der ersten Turbine ausgehenden Tendenz zur Relativpositionsverringerung ausschließlich auf Schubwirkung ausgelegt ist.
  2. Verschiebesystem (31) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das hydraulische Kraftübertragungsmittel (33) auf eine passive Funktionsweise ausgelegt ist.
  3. Verschiebesystem (31) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das hydraulische Kraftübertragungsmittel (33) relativpositionsverändernd ausgelegt ist.
  4. Verschiebesystem (31) nach Anspruch 1 oder 3,
    gekennzeichnet durch
    mindestens zwei Schubsysteme (31A, 31B) mit je einem hydraulischen Kraftübertragungsmittel (33).
  5. Verschiebesystem (31) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das hydraulische Kraftübertragungsmittel (33) in Form einer ersten zweiseitigen Hydraulik und einer zweiten zweiseitigen Hydraulik gebildet ist, wobei sich gegenüberliegende Hydraulikseiten (43, 45) hydraulisch gekoppelt sind.
  6. Verschiebesystem (31) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das die zweiseitige Hydraulik einen zweiseitigen Zylinder (39) und einen zweiseitigen Kolben (41) aufweist.
  7. Turbinenpaar (20) mit zwei positionsveränderlichen Turbinen und einem Verschiebesystem (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zwischen den zwei Turbinen,
    wobei eine erste Turbine in Form einer Hochdruck- und/oder Mitteldruckturbine (1) gebildet ist, und eine zweite Turbine in Form einer Niederdruckturbine (3) gebildet ist.
  8. Turbinenpaar (20) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verschiebesystem (31) unmittelbar zwischen einem Außengehäuse (7) der Hochdruck- und/oder Mitteldruckturbine (1) und dem Innengehäuse (11) der Niederdruckturbine (3) wirkend angeordnet ist.
  9. Turbinenpaar (20) nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die axiale Anströmfläche der Niederdruckturbine (3) oberhalb von 12m2 liegt.
  10. Turbinenpaar (20) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verschiebesystem (31) zwischen einem ersten und zweiten jeweils an einer der Turbinen (1, 3) angeordneten Tragarm (35A, 35B, 37A, 37B) angeordnet ist.
  11. Turbinenanordnung mit wenigstens einem Turbinenpaar (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 in Form einer Hochdruck-Mitteldruck-Niederdruckturbinenanordnung.
  12. Turbinenanordnung nach Anspruch 11,
    gekennzeichnet durch
    eine Gesamtturbosatz-Leistung zwischen 100MW und 2000MW, insbesondere eine Gesamtturbosatz-Leistung zwischen 100MW und 1100MW.
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