EP1996796B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine Download PDF

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EP1996796B1
EP1996796B1 EP07704675.3A EP07704675A EP1996796B1 EP 1996796 B1 EP1996796 B1 EP 1996796B1 EP 07704675 A EP07704675 A EP 07704675A EP 1996796 B1 EP1996796 B1 EP 1996796B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support
turbine engine
plate elements
base frame
support plate
Prior art date
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Active
Application number
EP07704675.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1996796A1 (de
Inventor
Armin Busekros
Olatunde Omisore
Thomas Wilhelm
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.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology 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 Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1996796A1 publication Critical patent/EP1996796A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1996796B1 publication Critical patent/EP1996796B1/de
Active legal-status Critical Current
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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
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for supporting a flow rotating machine, in particular a gas turbine arrangement, in which a rotor unit is rotatably mounted within a stationary outer housing, with at least two in the axial longitudinal extent to the outer housing spaced supports arranged for weight absorption of the flow rotating machine, on the one hand middle or directly hinged to the outer housing and on the other hand, medium or directly supported on a foundation.
  • Powerful gas turbine assemblies have, depending on the performance, a rotor unit typically with lengths of about 10 m, along which a compressor unit, the combustion chamber and at least one turbine stage are arranged.
  • a second combustion chamber and a further, subsequent turbine blading are additionally provided along the rotor unit.
  • Such, mainly integrally manufactured rotor units are completely enclosed by a stationary housing, which is supported for stable storage of the entire gas turbine assembly via a plurality of supports against a foundation.
  • FIGS. 2a and b To illustrate the previously used bearing concept for gas turbine arrangements is on the FIGS. 2a and b referenced, of which FIG. 2a a schematic cross section through a gas turbine arrangement and FIG.
  • FIG. 2b show a perspective overview of a gas turbine arrangement and the supports required for storage.
  • a substantially tubular gas turbine arrangement 1 a foundation 2 vertically uplifting support struts 3, on the one hand firmly connected to the foundation 2 and on the other hand abut against corresponding Abstützkonturen 4 of the housing 5.
  • the publication DE 43 13 527 A1 describes a support for thermal machines, in which mounted between a base plate and the bearing housing in height aligned sliding blocks.
  • the sliding blocks are used to compensate for thermally induced expansion effects and each form pairs of slides, the placement of the individual sliding blocks is fixed and thus provide no possibility for vibration control. It should also be noted that the vibration problem is not discussed in this document, nor can be found to eliminate the vibration problem recognizable approaches.
  • the publication DE 10 13 466 B describes a support of a machine tool group for a thermal power plant, which has only double-jointed pendulum supports as support devices.
  • the invention is based on the object, a device for supporting a flow rotating machine, in particular a gas turbine arrangement in which a rotor unit is rotatably mounted within a stationary outer housing, with at least two in the axial longitudinal extent to the outer housing spaced from each other supports for weight absorption of the flow rotating machine, on the one hand medium - Or articulated directly on the outer casing and on the other hand medium or directly supported on a foundation supporting base frame, such form that decisive influence on the developing vibrational structural resonance behavior of an operating gas turbine arrangement should be taken, the gas turbine arrangement possible is to store vibration.
  • the measures required for this purpose should be able to be carried out structurally simple and, if possible, after installation of the gas turbine arrangement on site quickly and without great assembly-technical effort.
  • claim 10 is a method for the vibration-reduced storage of a flow rotating machine, in particular a gas turbine arrangement.
  • the concept of the invention advantageously further features are the subject of the dependent claims and the description in particular with reference to the embodiment refer.
  • a device for supporting a flow-rotating machine in particular a gas turbine arrangement according to the features of the preamble of claim 1, is characterized in that at least one support provides at least one support surface, which is supported exclusively in partial areas on at least two support plate elements and the at least one support surface of the Support via the support plate elements with the base frame comes into operative connection, that the support surface is flat and oriented horizontally, that the support plate elements are clamped exclusively by the weight of the flow rotary machine between the support surface and the base frame, and that the support plate elements with mechanical relief of the base frame of the Weight of the flow rotary machine loosely rest on the support surface of the base frame and are laterally displaceable to the support surface.
  • the solution according to the invention allows Nachjustier ashamed the storage of a fully assembled on-site gas turbine arrangement, so that only by targeted placement so-called. Abstützplattenetti over which ultimately at least proportionately the weight of the entire gas turbine arrangement acts on a supporting base frame, the gas turbine individually to own Vibration behavior can be effectively influenced.
  • the inherent inherent elasticity inherent in the support in particular in the area of the support surface which is arranged so as to be cantilevered by the support plate elements, is utilized to determine the resonant vibration behavior of the gas turbine assembly in operation to influence specifically.
  • the stiffness or elasticity of the coupling between the support and the base frame can be varied almost continuously and thus the position of the resonance frequencies of the structure and Rotor unit of the gas turbine engine specifically vary.
  • the replacement or adapted to the respective structural resonances positioning of the respective Abstützplattenimplantation relative to the support surface of the support is made in a short time on site with simple technical means, so that vibration delays in commissioning the gas turbine assembly can be avoided or at least limited to a minimum can.
  • This requires only a suitably trained lifting device which is designed for load-bearing of the gas turbine arrangement and which allows a short-term lifting of the gas turbine arrangement in the region of the support, so that the otherwise loose between the foundation and the support present support plate elements in a suitable manner relative to the support surface of the Support can be moved.
  • the support is to be as elastic as possible, two support plate elements are provided which are to be provided in a suitable manner between the support and the base frame. Further details can be found in the further description with reference to the embodiment. Numerical calculations indicate that the rigidity and thus the elasticity behavior of the support can be varied by approximately +/- 30% with the aid of the support concept according to the solution, which makes it possible to shift the structural resonance of the gas turbine arrangement either above or below the operating speed.
  • the storage according to the solution is based on a solution according to the method for vibration-reduced storage of a flow rotating machine, in particular a gas turbine arrangement in which a rotor unit is rotatably mounted within a stationary outer housing, with at least two axially spaced from each other to the outer housing spaced supports for weight absorption of the flow rotating machine, on the one hand medium - Or articulated directly on the outer casing and on the other hand medium or directly supported on a base frame, which is characterized in that at least one support a flat trained and horizontally oriented support surface is provided, which is supported exclusively in partial areas on at least two support plate elements and the a support surface provided on the base frame is arranged vertically opposite one another.
  • At least two support plate elements arranged laterally spaced from each other are introduced such that the weight of the flow rotation machine proportionally completely acts on the base frame via the support plate elements and the current-operated flow rotating machine supports as little vibration as possible, wherein the support plate elements exclusively by the weight force of the flow rotation machine be clamped between the support surface and the base frame and the support plate elements with mechanical relief of the Base frame of the weight of the flow rotating machine loosely rest on the support surface of the base frame and are displaced laterally to the support surface.
  • the method can be used repeatedly in a suitable manner in order to adapt the bearing to the changed vibration behavior.
  • the support plate elements are introduced according to the number and arrangement between the support and support surfaces such that the support surface of the support provides free and with respect to the support surface spaced surface areas that are suitably dimensioned swinging.
  • the storage as elastic as possible form, so only two small dimensioned support plate elements are provided.
  • the device concept according to the invention is used for the vibration-free or vibration-free mounting of a flow rotary machine, in particular a gas turbine arrangement.
  • a flow rotary machine in particular a gas turbine arrangement.
  • all the system components that are at least substantially determining the vibration behavior of the flow rotary machine can also be mounted in the same way with little vibration in the same way. This concerns in particular attachment parts, which within the shortest time to the Flow rotary machine can be mounted or disassembled from this and lead to a significant change in the rigidity of the machine.
  • FIGS. 1a to c All show schematized cross-sectional views through a gas turbine arrangement as it were the figure representation in FIG. 2a , Unlike the reference to FIG. 2a illustrated, known per se, the solution according to the support concept provides a support 3, which is axially on one side to provide an end portion of the gas turbine assembly or alternatively at both axially opposite end portions of the gas turbine assembly.
  • the solution according to the support 3 has a matched to the outer contour of the outer housing 5 of the gas turbine assembly 1 AufEnglishung 7, via which the support 3 is fixedly connected to the outer housing 5.
  • the connection can usually be made via detachable screw connections in order to ensure easy assembly.
  • the semicircular formed in the embodiment 7 AufEnglishung largely comprises the lower half of the outer casing 5 so that the gas turbine assembly is securely supported by the support 3 in both the horizontal and vertical directions.
  • the support 3 also has a flat and horizontally oriented support surface 8, which is arranged opposite a flat and horizontally oriented support surface 9 of a load-receiving base frame 10 as it were. Between the support surface 8 and the support surface 9 so-called.
  • Support plate elements 11 are provided which the support 3 with respect to the base frame 10 by a gap corresponding to the respective thickness of the support plate elements 11, spaced.
  • the Abstützplattenimplantation 11 serve as spacers and preferably even have only a small surface area, so that their degree of coverage relative to the support surface 8 is as low as possible in order to obtain a high degree of adjustability of the inherent elasticity of the support surface 8. It is still necessary to adjust the rigidity or elasticity of the supports 3 to the vibration behavior of each operating gas turbine assembly 1 with simple technical means to gain influence on the structural resonance.
  • the support surface 8 is formed as a flat surface, mounted horizontally and symmetrically to the center axis M, which also represents a center of gravity line through the gas turbine rotating machine formed. Thus, it is always cut from the center of gravity line, so that a safe storage of the gas turbine arrangement is ensured.
  • the vibration behavior of the support surface 8 of the support 3 can be influenced by the number of introduced between the support 3 and the base frame 10 i Abstützplattenmaschinen 11 and their arrangement. See, for example, according to the embodiment in FIG.
  • FIG. 1 a four support plate elements 11, which are each arranged symmetrically to the center axis M and in the lateral edge regions of the opposing support surface 8 and bearing surface 9, we obtain a high rigidity along the support surface 8 of the support 3.
  • lifting means 12 can be integrated within the foundation base frame 10, which can accommodate the load of the gas turbine arrangement in the region of the support 3 for a short time and raise the support surface 8 relative to the base frame 10. Since the support plate elements 11 rest loosely on the support surface 9 of the base frame 10, they can be manually moved smoothly. It is also possible to adjust the respective support height of each individual support plate element individually by placing additional spacer plates on the respective support plate elements. After appropriate arrangement and adjustment of the individual support plate elements 11, preferably integrated in the base frame 10 lifting means 12 are lowered, so that the proportionate weight of the gas turbine assembly, which rests on the support 3, is introduced via the supporting plate 11 into the base frame 10.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenanordnung, in der eine Rotoreinheit innerhalb eines stationären Außengehäuses drehbar gelagert ist, mit wenigstens zwei in axialer Längserstreckung zum Außengehäuse voneinander beabstandet angeordneten Abstützungen zur Gewichtsaufnahme der Strömungsrotationsmaschine, die einerseits mittel- oder unmittelbar am Aussengehäuse angelenkt und sich anderseits mittel- oder unmittelbar auf einem Fundament abstützen.
    • Stand der Technik
  • Leistungsstarke Gasturbinenanordnungen weisen je nach Leistungsvermögen eine Rotoreinheit typischerweise mit Längen von ca. 10 m auf, längs der eine Verdichtereinheit, die Brennkammer sowie wenigstens eine Turbinenstufe angeordnet sind. Im Falle so genannter sequentiell betriebener Gasturbinenanordnungen sind zusätzlich längs der Rotoreinheit eine zweite Brennkammer sowie eine weitere, nachfolgende Turbinenbeschaufelung vorgesehen. Derartige, vornehmlich einstückig gefertigte Rotoreinheiten werden von einem stationären Gehäuse vollständig umschlossen, das zur stabilen Lagerung der gesamten Gasturbinenanordnung über mehrere Abstützungen gegenüber einem Fundament abgestützt wird. Zur Illustration des bislang eingesetzten Lagerkonzeptes für Gasturbinenanordnungen sei auf die Figuren 2a und b verwiesen, von denen Figur 2a einen schematisierten Querschnitt durch eine Gasturbinenanordnung und Figur 2b eine perspektivische Übersicht einer Gasturbinenanordnung sowie die zur Lagerung erforderlichen Abstützungen zeigen. Üblicherweise dienen zur Lagerung einer im Wesentlichen tubusförmig ausgebildeten Gasturbinenanordnung 1, sich über ein Fundament 2 vertikal erhebende Abstützstreben 3, die einerseits fest mit dem Fundament 2 verbunden sind und andererseits an entsprechenden Abstützkonturen 4 des Gehäuses 5 anliegen. Typischerweise dienen mehrere Abstützstreben 3, die axial zur Gasturbinenanordnung 1 beabstandet sind, für eine sichere räumliche Lagerung der Gasturbinenanordnung 1 gegenüber einem die vollständige Gewichtskraft der Gasturbine aufnehmenden Fundaments 2. Aus der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 2b lässt sich ersehen, dass jeweils mehrere Abstützstreben 3, links und rechts zur Maschinenachse A vorgesehen sind, um die Gasturbinenanordnung 1 abzustützen. Es liegt auf der Hand, dass aufgrund der durch die Rotoreinheit 6 in Rotation versetzten großen Massen betriebsbedingte Vibrationen nahezu unvermeidbar sind, die in Form von Strukturresonanzen insbesondere in der Nähe der Nennbetriebsdrehzahl der Gasturbinenanordnung deutlich in Erscheinung treten und je nach Intensität eine Inbetriebnahme der Gasturbinenanordnung zumindest beeinträchtigen bis hin zu unmöglich machen. Hinzukommt, dass die Lagerung einer Gasturbinenanordnung aufgrund thermischer Längenausdehnung einerseits in axialer Erstreckung Ausdehungsgleitflächen vorsehen muss, andererseits jedoch einen stabilen axialen Halt zu gewährleisten hat, zumal in axialer Durchströmungsrichtung durch die innerhalb der Turbinenstufen auftretenden Heißgasexpansionen eine nicht zu vernachlässigende axiale Schubkraft auftritt, der es entgegenzuwirken gilt.
  • Üblicherweise werden die unerwartet auftretenden, d. h. nicht exakt berechenbaren Schwingungen oder Vibrationen bei Inbetriebnahme der Gasturbinenanordnungen mittels montagetechnisch aufwendiger Maßnahmen begegnet, indem sowohl an rotierenden Komponenten der Rotoreinheit als auch am stationären Gasturbinengehäuse zusätzliche Strukturelemente vorgesehen werden, die das Vibrationsverhalten der Gasturbinenanlage, insbesondere bei Erreichen der Betriebsdrehzahl schwingungsmindernd zu beeinflussen vermögen. Eine vorherige theoretisch exakte Berechnung derartiger störender Strukturresonanzen ist einerseits sehr aufwendig, andererseits jedoch nur unbefriedigend genau durchführbar, zumal nach Installation einer Gasturbinenanlage breite Streuungen in der Frequenzlage auftreten, bei der die jeweiligen Strukturresonanz in Erscheinung treten. So kommt es durchaus vor, dass störende Strukturresonanzen bei zum Teil auch baugleichen Gasturbinenanordnungen unterhalb oder oberhalb jeweiliger Betriebsdrehzahlen auftreten. Nicht zuletzt auch aus wirtschaftlichen Gründen gilt es das betriebsbedingte Schwingungsverhalten von Gasturbinenanordnungen in tolerierbare Grenzen zu halten, zumal ein zu sehr ausgeprägtes Schwingungsverhalten die Betriebssicherheit der gesamten Gasturbinenanordnung in Frage stellt und letztlich zu einer kostenintensiven Stilllegung der gesamten Gasturbinenanordnung führt.
  • Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift DE 71 30 642 U bekannt, welche eine Vorrichtung zur Wahrung der Auflagestabilität einer Turbomaschine beschreibt, bei der wenigstens ein Zugbolzen zwischen der Turbomaschine und dem Fundament vorgesehen ist und dafür sorgt, dass die Turbomaschine eine stabile Lagerung erfährt. Beilagstücke werden durch die Zugbolzen zentrisch gefasst und können somit nicht frei beweglich längs der Fundamentoberfläche verschoben werden.
  • Die Druckschrift US 4 850 091 A beschreibt ein Verfahren zum Austauschen einer Komponente einer Strömungsrotationsmaschine. Hierzu sind einzelne Komponenten auf einer gemeinsamen Tischplatte angeordnet, in der entsprechende Ausnehmungen je nach Form und Gestalt der einzelnen Komponenten vorgesehen sind, wobei z.B. die Tragfüsse fest an der Tischplattenkonstruktion angebracht sind. Mithin betrifft diese Druckschrift ein vollkommen anderes technisches Problem, i nämlich einer schnell durchzuführenden Modifikation an einer Maschinenanordnung, bei der die einzelnen separierbaren Maschinenteile auf eigenständig stehenden Tischanordnungen lagern. Es werden weder das auftretende Vibrationsproblem bei Strömungsrotationsmaschinen erörtert, noch entsprechende Lösungsansätze angegeben.
  • Die Druckschrift DE 43 13 527 A1 beschreibt eine Auflage für thermische Maschinen, bei welcher zwischen einer Grundplatte und dem Lagergehäuse in Höhen ausgerichtete Gleitsteine befestigt werden. Die Gleitsteine dienen zur Kompensation thermisch bedingter Ausdehnungseffekte und bilden jeweils Gleitpaare, wobei die Platzierung der einzelnen Gleitsteine fest vorgegeben ist und somit keine Möglichkeit zur Schwingungsbeeinflussung vorsehen. Auch ist festzustellen, dass die Vibrationsproblematik in dieser Druckschrift weder diskutiert wird, noch können zur Behebung der Schwingungsproblematik erkennbare Lösungsansätze entnommen werden.
  • Die Druckschrift DE 10 13 466 B beschreibt eine Abstützung einer Maschinen-Apparategruppe für eine Wärmekraftanlage, die lediglich über Doppelgelenke verfügende Pendelstützen als Abstützvorrichtungen verfügt.
  • Lediglich das Dokument JP 2002 276306 A beschäftigt sich mit der Schwingungsproblematik bei Strömungsrotationsmaschinen, wobei hier zur Schwingungsbeeinflussung Aktuatoren vorgesehen werden.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenanordnung, in der eine Rotoreinheit innerhalb eines stationären Außengehäuses drehbar gelagert ist, mit wenigstens zwei in axialer Längserstreckung zum Außengehäuse voneinander beabstandet angeordneten Abstützungen zur Gewichtsaufnahme der Strömungsrotationsmaschine, die einerseits mittel- oder unmittelbar am Außengehäuse angelenkt und sich andererseits mittel- oder unmittelbar auf einem auf einem Fundament lagernden Grundrahmen abstützen, derart auszubilden, dass entscheidenden Einfluss auf das sich ausbildende schwingungsbedingte Strukturresonanzverhalten einer in Betrieb befindlichen Gasturbinenanordnung genommen werden soll, wobei die Gasturbinenanordnung möglichst schwingungsarm zu lagern ist. Die hierfür erforderlichen Maßnahmen sollen konstruktiv einfach und möglichst nach Montage der Gasturbinenanordnung vor Ort schnell und ohne großen montagetechnischen Aufwand durchgeführt werden können.
  • Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 10 ist ein Verfahren zur schwingungsreduzierten Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenanordnung. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
  • Lösungsgemäß zeichnet sich eine Vorrichtung zur Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenanordnung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass wenigstens eine Abstützung wenigstens eine Abstützfläche vorsieht, die sich ausschließlich in Teilbereichen auf wenigstens zwei Abstützplattenelementen abstützt und dass die wenigstens eine Abstützfläche der Abstützung über die Abstützplattenelemente mit dem Grundrahmen in Wirkverbindung tritt, dass die Abstützfläche eben ausgebildet und horizontal orientiert ist, dass die Abstützplattenelemente ausschliesslich durch die Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine zwischen der Abstützfläche und dem Grundrahmen geklemmt sind, und dass die Abstützplattenelemente bei mechanischer Entlastung des Grundrahmens von der Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine lose auf der Auflagefläche des Grundrahmens aufliegen und lateral zur Auflagefläche verschiebbar sind.
  • Die lösungsgemäße Idee ermöglicht eine Nachjustierbarkeit der Lagerung einer vor Ort vollständig montierten Gasturbinenanordnung, so dass lediglich durch gezieltes Anordnen sog. Abstützplattenelemente, über die letztlich zumindest anteilig die Gewichtskraft der gesamten Gasturbinenanordnung auf einen abstützende Grundrahmen wirkt, das der Gasturbinenanordnung individuell zu eigene Schwingungsverhalten wirksam Einfluss genommen werden kann. Wie die weiteren Ausführungen insbesondere unter Bezugnahme auf das nachstehende Ausführungsbeispiel zeigen werden, wird die der Abstützung insbesondere im Bereich der Abstützfläche, die bedingt durch die Abstützplattenelemente beabstandet gegenüber dem Grundrahmen freitragend angeordnet ist, innewohnende Eigenelastizität genutzt, um das resonante Schwingungsverhalten der in Betrieb befindlichen Gasturbinenanordnung gezielt zu beeinflussen. Je nach Positionierung, Anzahl und Größe der zwischen der Abstützfläche der Abstützung und der Auflagefläche seitens des Grundrahmens vorzusehenden Abstützplattenelemente, lässt sich die Steifigkeit bzw. Elastizität der Kopplung zwischen der Abstützung und dem Grundrahmen nahezu stufenlos variieren und damit die Lage der Resonanzfrequenzen von der Struktur und Rotoreinheit der Gasturbinenanordnung gezielt variieren. Durch entsprechende Platzierung geeignet dimensionierter Abstützplattenelementen können somit evtl. auftretende Strukturresonanzen beim Betrieb der Gasturbinenanlage gleichgültig, ob sie unterhalb oder oberhalb bestimmter Betriebsdrehzahlen auftreten, wirkungsvoll in einen anderen Frequenzbereich verschoben werden.
  • Der Austausch bzw. die auf die jeweiligen Strukturresonanzen angepasste Positionierung der jeweiligen Abstützplattenelemente relativ zur Abstützfläche der Abstützung ist in kurzer Zeit vor Ort mit einfachen technischen Mitteln vorzunehmen, so dass schwingungsbedingte Verzögerungen bei der Inbetriebnahme der Gasturbinenanordnung vermieden werden können oder zumindest auf ein Minimum eingeschränkt werden können. Hierzu bedarf es lediglich einer geeignet ausgebildeten Hubeinrichtung, die zur Lastaufnahme der Gasturbinenanordnung ausgelegt ist und die ein kurzzeitiges Anheben der Gasturbinenanordnung im i Bereich der Abstützung ermöglicht, so dass die ansonsten lose zwischen dem Fundament und der Abstützung vorliegenden Abstützplattenelemente in geeigneter Weise relativ zur Abstützfläche der Abstützung verschoben werden können.
  • Gilt es bspw. für eine möglichst steife Lagerung der Gasturbinenanordnung relativ zum Grundrahmen zu sorgen, so bietet es sich an, mehr als zwei Abstützplattenelemente zwischen der Abstützung und dem Grundrahmen vorzusehen, so dass der Anteil der frei gegenüber dem Grundrahmen beabstandeten Abstützfläche möglichst gering ist. Soll hingegen die Abstützung möglichst elastisch sein, so bieten sich zwei Abstützplattenelemente an, die in geeigneter Weise zwischen der Abstützung und dem Grundrahmen vorzusehen sind. Weitere Einzelheiten können der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel entnommen werden. Numerische Berechnungen deuten darauf hin, dass mit Hilfe des lösungsgemäßen Abstützkonzeptes die Steifigkeit und somit das Elastizitätverhalten der Abstützung um ca. +/- 30% variiert werden kann, wodurch es möglich ist, die Strukturresonanz der Gasturbinenanordnung entweder oberhalb oder unterhalb der Betriebsdrehzahl zu verschieben.
  • Der lösungsgemäßen Lagerung liegt ein lösungsgemäßes Verfahren zur schwingungsreduzierten Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine zugrunde, insbesondere einer Gasturbinenanordnung, in der eine Rotoreinheit innerhalb eines stationären Außengehäuses drehbar gelagert ist, mit wenigstens zwei in axialer Längsersteckung zum Außengehäuse voneinander beabstandet angeordneten Abstützungen zur Gewichtsaufnahme der Strömungsrotationsmaschine, die einerseits mittel- oder unmittelbar am Aussengehäuse angelenkt und sich anderseits mittel- oder unmittelbar auf einem Grundrahmen abstützen, das sich dadurch auszeichnet, dass bei wenigstens einer Abstützung eine eben ausgebildete und horizontal orientierte Abstützfläche vorgesehen wird, die sich ausschliesslich in Teilbereichen auf wenigstens zwei Abstützplattenelemente abstützt und die einer am Grundrahmen vorgesehenen Auflagefläche vertikal gegenüberliegend angeordnet wird. Zwischen der Abstützfläche und der Auflagefläche werden wenigstens zwei lateral voneinander beabstandet angeordnete Abstützplattenelemente derart eingebracht, dass die Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine anteilig vollständig über die Abstützplattenelemente auf den Grundrahmen wirkt und die in Betrieb genommene Strömungsrotationsmaschine möglichst schwingungsarm lagert, wobei die Abstützplattenelemente ausschliesslich durch die Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine zwischen der Abstützfläche und dem Grundrahmen geklemmt werden und die Abstützplattenelemente bei mechanischer Entlastung des Grundrahmens von der Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine lose auf der Auflagefläche des Grundrahmens aufliegen und lateral zur Auflagefläche verschoben werden.
  • Werden an der Strömungsrotationsmaschine nachträglich weitere Anlagenkomponenten hinzugefügt, so kann das Verfahren in geeigneter Weise wiederholt angewandt werden, um die Lagerung an das sich geänderte Schwingungsverhalten anzupassen.
  • Hierzu werden die Abstützplattenelemente nach Anzahl und Anordnung derart zwischen die Abstütz- und Auflageflächen eingebracht, dass die Abstützfläche der Abstützung freie und gegenüber der Auflagefläche beabstandete Flächenbereiche vorsieht, die geeignet dimensioniert schwingend gelagert werden. Zur Erhöhung der Steifigkeit der schwingend gelagerten freien Flächenbereiche der Abstützfläche werden mehr als zwei Abstützplattenelement vorgesehen, gilt es die Lagerung möglichst elastisch auszubilden, so sind lediglich zwei möglichst klein dimensionierte Abstützplattenelemente vorzusehen. Auch ist es möglich anstelle von zwei, drei oder mehr kleinflächig ausgebildeten Abstützplattenelementen flächig geeignet groß dimensionierte Abstützplattenelemente vorzusehen, um für eine gewünschte steifere oder weichere Lagerung der Gasturbinenanordnung zu sorgen.
  • Grundsätzlich dient das lösungsgemäße Vorrichtungskonzept zur schwingungsarmen oder schwingungslosen Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenanordnung, selbstverständlich können mit dem Konzept auch sämtliche mit der Strömungsrotationsmaschine verbundenen, das Schwingungsverhalten der Strömungsrotationsmaschine zumindest wesentlich bestimmende Anlagenkomponenten in gleicher Weise schwingungsarm gelagert werden. Dies betrifft insbesondere Anbauteile, die innerhalb kürzester Zeit an die Strömungsrotationsmaschine montiert oder von dieser demontiert werden können und die zu einer maßgeblichen Änderung der Steifigkeit der Maschine führen.
  • Weitere Einzelheiten sind der weiteren Beschreibung zu entnehmen.
    • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1a, b, c
    schematisierte Querschnittsdarstellungen durch eine Gasturbinenanordnung mit a) Steifverlagerung, b) mittelsteifer Lagerund sowie c) Lagerung mit geringer Steifigkeit und
    Fig. 2a, b
    Querschnitt durch eine an sich bekannte Gasturbinenanordnung sowie perspektivische Ansicht.
    Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
  • Die Figuren 1a bis c zeigen allesamt schematisierte Querschnittsdarstellungen durch eine Gasturbinenanordnung gleichsam der Figurendarstellung in Figur 2a. Im Unterschied zu der unter Bezugnahme auf Figur 2a dargestellten, an sich bekannten Abstützung sieht das lösungsgemäße Abstützkonzept eine Abstützung 3 vor, die axial einseitig an einem Endbereich der Gasturbinenanordnung oder alternativ an beiden sich axial gegenüberliegenden Endbereichen der Gasturbinenanordnung vorzusehen ist.
  • Die lösungsgemäße Abstützung 3 verfügt über eine an die Außenkontur des Außengehäuses 5 der Gasturbinenanordnung 1 gegenkonturiert angepasste Aufnehmung 7, über die die Abstützung 3 fest mit dem Außengehäuse 5 verbunden ist. Die Verbindung kann üblicherweise über lösbare Schraubverbindungen erfolgen, um eine leichte Montierbarkeit zu gewährleisten. Die im Ausführungsbeispiel halbkreisförmig ausgebildete Aufnehmung 7 umfasst weitgehend vollständig die untere Hälfte des Außengehäuses 5, so dass die Gasturbinenanordnung sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung sicher von der Abstützung 3 abgestützt wird. Die Abstützung 3 verfügt ferner über eine eben ausgebildete und horizontal orientierte Abstützfläche 8, die einer gleichsam eben ausgebildeten und horizontal orientierten Auflagefläche 9 eines Last aufnehmendes Grundrahmens 10 gegenüberliegend angeordnet ist. Zwischen der Abstützfläche 8 sowie der Auflagefläche 9 sind sog. Abstützplattenelemente 11 vorgesehen, die die Abstützung 3 gegenüber dem Grundrahmen 10 durch einen Spalt, der der jeweiligen Dicke der Abstützplattenelemente 11 entspricht, beabstandet. Die Abstützplattenelemente 11 dienen als Distanzelemente und verfügen vorzugsweise selbst über nur ein geringes Flächenmaß, so dass ihr Überdeckungsgrad relativ zur Abstützfläche 8 möglichst gering ist, um auf diese Weise ein hohes Maß an Einstellbarkeit der Eigenelastizität der Abstützfläche 8 zu erhalten. Gilt es doch die Steifigkeit bzw. Elastizität der Abstützungen 3 an das Schwingungsverhalten der jeweils in Betrieb befindlichen Gasturbinenanordnung 1 mit einfachen technischen Mitteln anzupassen, um Einfluss auf die Strukturresonanz zu gewinnen.
  • Bei dem lösungsgemäßen Abstützungskonzept wird die Elastizität und das damit verbundene Schwingungsvermögen der frei gegenüber dem Grundrahmen 10 beabstandeten Flächenbereiche der Abstützfläche 8 genutzt. Die Abstützfläche 8 ist als ebene Fläche ausgebildet, horizontal gelagert und symmetrisch zur Mittenachse M, die zugleich einer Schwerpunktslinie durch die Gasturbinenrotationsmaschine darstellt, ausgebildet. Somit wird sie stets von der Schwerpunktslinie geschnitten, so dass eine sichere Lagerung der Gasturbinenanordnung gewährleistet ist. Das Schwingungsverhalten der Abstützfläche 8 der Abstützung 3 ist durch die Anzahl der zwischen der Abstützung 3 und dem Grundrahmen 10 eingebrachten i Abstützplattenelementen 11 sowie deren Anordnung beeinflussbar. Sieht man bspw. gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 a vier Abstützplattenelemente 11 vor, die jeweils symmetrisch zur Mittenachse M angeordnet sind und in den seitlichen Randbereichen der sich gegenüberliegenden Abstützfläche 8 sowie Auflagefläche 9 befinden, so erhält man eine hohe Steifigkeit längs der Abstützfläche 8 der Abstützung 3. Werden hingegen lediglich zwei Abstützplattenelemente 11 gemäß Anordnung in Figur 1b eingesetzt, so vermag sich die Abstützfläche 8 leichter elastisch zu verformen als im Fall gemäß Figur 1a. Den niedrigsten Wert an Flächensteifigkeit erhält man bei einer Anordnung der Abstützplattenelemente 11 gemäß Anordnung in Figur 1 c.
  • In Abhängigkeit des jeweiligen resonanten Schwingungsverhaltens der in Betrieb befindlichen Gasturbinenanordnung kann die Platzierung von unterschiedlich ausgebildeten Abstützplattenelementen 11 zwischen der Abstützfläche 8 sowie der Auflagefläche 9 vorgenommen werden. In vorteilhafter Weise können Hubmittel 12 innerhalb des Fundamentes Grundrahmens 10 integriert werden, die kurzzeitig die Last der Gasturbinenanordnung im Bereich der Abstützung 3 aufzunehmen vermögen und die Abstützfläche 8 gegenüber dem Grundrahmen 10 anzuheben. Da die Abstützplattenelemente 11 lose auf der Auflagefläche 9 des Grundrahmens 10 aufliegen, können diese manuell leichtgängig verschoben werden. Ebenso ist es möglich durch Auflegen von weiteren Distanzplatten auf die jeweiligen Abstützplattenelemente die jeweilige Stützhöhe jedes einzelnen Abstützplattenelementes individuell einzustellen. Nach entsprechender Anordnung und Justierung der einzelnen Abstützplattenelemente 11 werden die vorzugsweise im Grundrahmen 10 integrierten Hubmittel 12 abgesenkt, so dass die anteilige Gewichtskraft der Gasturbinenanordnung, die auf der Abstützung 3 lastet, über die Abstützplattenelemente 11 in den Grundrahmen 10 eingeleitet wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gasturbinenanordnung
    2
    Fundament
    3
    Abstützung
    4
    Abstützkontur
    5
    Außengehäuse
    6
    Rotoreinheit
    7
    Aufnehmung
    8
    Abstützfläche
    9
    Auflagefläche
    10
    Grundrahmen
    11
    Abstützplattenelement
    12
    Hubmittel

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine, insbesondere einer Gasturbinenanordnung, in der eine Rotoreinheit (6) innerhalb eines stationären Aussengehäuses (5) drehbar gelagert ist, mit wenigstens zwei in axialer Längserstreckung zum Aussengehäuse (5) voneinander beabstandet angeordneten Abstützungen (3) zur Gewichtsaufnahme der Strömungsrotationsmaschine (1), die einerseits mittel- oder unmittelbar am Aussengehäuse (5) angelenkt und sich anderseits mittel- oder unmittelbar auf einem Grundrahmen (10) abstützen,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Abstützung (3) wenigstens eine Abstützfläche (8) vorsieht, die sich ausschliesslich in Teilbereichen auf wenigstens zwei Abstützplattenelemente (11) abstützt,
    dass die wenigstens eine Abstützfläche (8) der Abstützung (3) über die Abstützplattenelemente (11) mit dem Grundrahmen (10) in Wirkverbindung tritt, dass die Abstützfläche (8) eben ausgebildet und horizontal orientiert ist,
    dass die Abstützplattenelemente (11) ausschliesslich durch die Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine (1) zwischen der Abstützfläche (8) und dem Grundrahmen (10) geklemmt sind, und
    dass die Abstützplattenelemente (11) bei mechanischer Entlastung des Grundrahmens (10) von der Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine (1) lose auf der Auflagefläche (9) des Grundrahmens (10) aufliegen und lateral zur Auflagefläche (9) verschiebbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Abstützplattenelemente (11) unmittelbar zwischen der Abstützfläche (8) der Abstützung (3) und einer Auflagefläche (9) des Grundrahmens (10) eingebracht sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubvorrichtung (12) vorgesehen ist, die die Strömungsrotationsmaschine (1) samt Abstützung (3) relativ zur Auflagefläche (9) des Grundrahmens (10) anhebt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützplattenelemente (11) einstückig ausgebildet sind oder mehrere einzelne, zu einem Stapel angeordnete Distanzscheiben aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Abstützung (3) die Strömungsrotationsmaschine (1) symmetrisch zur die Rotoreinheit (6) durchsetzenden Rotationsachse abstützt, und dass die Abstützfläche (8) eine Schwerpunktslinie der Strömungsrotationsmaschine (1) senkrecht schneidet.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützfläche (8) symmetrisch zu der einen Schwerpunktslinie ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Abstützung (3) einen zum Aussengehäuse (5) der Strömungsrotationsmaschine (1) gegenkonturrierte Aufnehmung (7) vorsieht, die das Aussengehäuse (5) nahezu hälftig umfasst und über die die Abstützung (3) mit dem Aussengehäuse (5) fest verbunden ist.
  8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur schwingungsarmen oder schwingungslosen Lagerung einer Strömungsrotationsmaschine (1) und/oder von mit der Strömungsrotationsmaschine verbundenen, das Schwingungsverhalten der Strömungsrotationsmaschine (1) mitbestimmenden Anlagenkomponenten.
  9. Verwendung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützplattenelemente (11) hinsichtlich ihrer Lage, Anzahl sowie ihrer Plattendicke in Abhängigkeit des Schwingungsverhaltens der in Betrieb befindlichen Strömungsrotationsmaschine (1) ausgewählt werden und derart relativ zur Abstützfläche (8) der Abstützung (3) angeordnet werden, so dass die Strömungsrotationsmaschine (1) möglichst schwingungsarm lagert.
  10. Verfahren zur schwingungsreduzierten Lagerung einer Strömungsrotationmaschine (1), insbesondere einer Gasturbinenanordnung, in der eine Rotoreinheit (6) innerhalb eines stationären Aussengehäuses (5) drehbar gelagert ist, mit wenigstens zwei in axialer Längserstreckung zum Aussengehäuse (5) voneinander beabstandet angeordneten Abstützungen (3) zur Gewichtsaufnahme der Strömungsrotationsmaschine (1), die einerseits mittel- oder unmittelbar am Aussengehäuse (5) angelenkt und sich anderseits mittel- oder unmittelbar auf einem Grundrahmen (10) abstützen,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer Abstützung (3) eine eben ausgebildete und horizontal orientierte Abstützfläche (8) vorgesehen wird, die sich ausschliesslich in Teilbereichen auf wenigstens zwei Abstützplattenelemente (11) abstützt und die einer am Grundrahmen (10) vorgesehenen Auflagefläche (9) vertikal gegenüberliegend angeordnet wird,
    dass zwischen der Abstützfläche (8) und der Auflagefläche (9) wenigstens zwei lateral voneinander beabstandet angeordnete Abstützplattenelemente (11) derart eingebracht werden, dass die Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine (1) anteilig vollständig über die Abstützplattenelemente (11) auf den Grundrahmen (10) wirkt und die in Betrieb genommene Strömungsrotationsmaschine (1) möglichst schwingungsarm lagert, wobei die Abstützplattenelemente (11) ausschliesslich durch die Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine (1) zwischen der Abstützfläche (8) und dem Grundrahmen (10) geklemmt werden und die Abstützplattenelemente (11) bei mechanischer Entlastung des Grundrahmens (10) von der Gewichtskraft der Strömungsrotationsmaschine (1) lose auf der Auflagefläche (9) des Grundrahmens (10) aufliegen und lateral zur Auflagefläche (9) verschoben werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützplattenelemente (11) nach Anzahl und Anordnung derart zwischen die Abstütz- (8) und Auflageflächen (9) eingebracht werden, dass die Abstützfläche (8) der Abstützung (3) freie und gegenüber der Auflagefläche (9) beabstandete Flächenbereiche vorsieht.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Steifigkeit der freien Flächenbereiche der Abstützfläche (8) mehr als zwei Abstützplattenelemente (11) vorgesehen werden.
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