EP2601414B1 - Zentrierende befestigung eines verdichtergehäusedeckels - Google Patents

Zentrierende befestigung eines verdichtergehäusedeckels Download PDF

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EP2601414B1
EP2601414B1 EP11766926.7A EP11766926A EP2601414B1 EP 2601414 B1 EP2601414 B1 EP 2601414B1 EP 11766926 A EP11766926 A EP 11766926A EP 2601414 B1 EP2601414 B1 EP 2601414B1
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EP
European Patent Office
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cover
cov
casing
cas
longitudinal axis
Prior art date
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EP11766926.7A
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EP2601414A1 (de
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Dieter Nass
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2601414A1 publication Critical patent/EP2601414A1/de
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Publication of EP2601414B1 publication Critical patent/EP2601414B1/de
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    • 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
    • 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
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/083—Sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
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    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F05D2230/642—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation

Definitions

  • the invention relates to a housing with a longitudinal axis extending along a rotor of a turbomachine, in particular turbocompressor housing, comprising at least one jacket part extending along the longitudinal axis and at least one frontal lid, wherein the housing has a horizontal parting line parallel to the longitudinal axis, which cover at least one Part of its axial extent is surrounded by the casing part, wherein the lid relative to the casing part has a radial clearance and wherein at least two separate guide elements of the lid are provided on the casing part at two different circumferential positions with respect to the longitudinal axis, wherein the guide elements are each formed such that they at least unidirectionally block a movement of the lid in the circumferential direction, wherein a centering centering is provided on the housing, which has two contact surfaces, which bear against contact surfaces of the lid, w obei the contact surfaces and contact surfaces are formed such that on both sides or only on both sides a horizontal movement of the lid is blocked perpendicular to the longitudinal axis
  • Such housings are used independently in connection with virtually any turbomachine, whether it is an axial flow or a radial flow turbomachine.
  • turbomachinery and turbo compressing machines the pressures and temperatures of the process fluid are of crucial importance to the design and sizing, particularly of the housing.
  • a natural weak point of the housing are the locations that allow access to the interior of the housing so, for example, parting joints or different closable opening options, such as frontal lid.
  • Another weakness of the housing and the overall construction is often due to bushings of the rotor through the housing, which must be sealed by means of a shaft seal.
  • the shaft seals are often areas that have a radial clearance that is as small as possible with respect to the shaft, so that an expected leakage of the process fluid is low.
  • the radial play can not be reduced arbitrarily, since the thermal loading of the housing and the other machine components, especially in unsteady operation is not the same on all machine components and therefore thermal relative expansion - even by different materials - occur, which can lead to a reduction in game.
  • radial play needs from rotor dynamics and necessary manufacturing tolerances have to be considered. Only when the sum of the radial play needs plus a safety impact precipitate in the construction, the reliability of the machine is actually guaranteed.
  • the US 4,822,240 shows a pot housing whose lid carries bearing and seal.
  • the FR 593 316 A and GB 1010300 A each reveal the Auflagerung an inner housing in an outer housing.
  • the US 3427000 A shows an assembly of an inner housing and a Leitschaufelani, wherein the gap between the inner housing and the Leitschaufelani is closed by means of an annular partition.
  • the invention has therefore taken on the task, the housing of the type mentioned in such a way that the radial play demand is reduced without compromising the availability or safety of the operation of the machine.
  • a housing of the type defined which additionally has the features of the characterizing part of claim 1.
  • the cover Conventional fastenings of a cover on the jacket element provide a support of the lid by means of screws in the radial direction. It is also expedient in the context according to the invention for the cover to have at least one radially projecting shoulder, preferably extending in the circumferential direction, which is supported from the inside on a shoulder of the housing, which also extends preferably in the circumferential direction, radially inwardly projecting in the region of the opening, in the case of an overpressure in the housing, the cover is pressed against the jacket element of the housing for fixed abutment, with the two radial shoulders coming into contact with one another.
  • the plant by means of the radial paragraphs, as for example in the EP 1 933 038 A1 solves the problem of the cover attachment to the shell part against the action of the internal pressure, for example in a compressor.
  • the problem of centering the cover in the radial direction remains completely unaffected.
  • the lid is a carrier of shaft seals and a radial bearing for a rotor, which is passed through an opening of the lid.
  • the cover here form as a carrier of all components relevant to radial play, has the great advantage that the tolerance chain with respect to these radial play relevant components is very shortened, so that there is an already reduced radial play demand.
  • the lid relative to the housing a Centering learns.
  • the cover can not be aligned with the jacket element by means of a centering fit in the region of the overlapping axial extent, since at this point a relatively small clearance is to be provided to ensure reliable thermal expansion, in particular during transient operation but also under steady-state operating conditions .
  • the invention makes possible a relative movement of regions of the cover relative to the jacket part, in particular due to thermal relative expansion, and, on the other hand, a centering of the cover to the jacket part of the housing in other areas.
  • the lid is centered in the area to the shell portion of the housing, which defines the intersection of the longitudinal axis with the lid.
  • the two guide elements are arranged so that they support the weight of the lid. Such support is also very useful in the context of assembly, because no provisional supports must be provided for such a lid.
  • the lid has formations which support the weight of the lid in recesses on the parting line of the housing. These recesses are expediently designed so that the formations on the cover restrict bidirectional vertical movement.
  • a centering centering is provided on the housing, which has two contact surfaces, which bear against contact surfaces of the cover, wherein the contact surfaces and contact surfaces are formed such that only on both sides a horizontal movement of the cover COV is blocked perpendicular to the longitudinal axis AX. Otherwise, the mobility is not limited by the centering itself.
  • Centering centering along a vertical line through the longitudinal axis should bidirectionally block mobility perpendicular to the longitudinal axis in a horizontal direction.
  • the two guides have only one contact surface on the lid and the centering has two contact surfaces to the lid.
  • a preferred field of application of the invention are covers with an outside diameter of 1000 mm or more.
  • the guide elements are designed in such a way that, during operation, the radial clearance results essentially concentrically to the longitudinal axis. In this way, rotor dynamic considerations can dominate the design of the radial play. Under the operation in this case is the interpretive nominal operation to understand and not a transient state, for example during startup or shutdown of the machine. Particularly useful is an arrangement of the two guide elements along a horizontal, which extends through the longitudinal axis.
  • the invention is particularly useful with large lids (diameter over 1000mm), especially when the lid has a circumferentially extending first contact surface which sealingly cooperates with a second abutment surface on the skirt portion, preferably fasteners for securing the lid to the skirt portion and the cover are provided, wherein a surface normal of the second contact surface points inside the housing and a surface normal of the first contact surface is directed opposite, so that an overpressure in the interior of the housing presses the two contact surfaces against each other.
  • the two guide elements which are arranged along a horizontal line through the longitudinal axis, may preferably be guide elements which block at least unidirectionally mobility in the vertical, in particular support the lid against gravity.
  • two horizontal supports are provided on the casing part, on which the lid is supported against the action of gravity and in addition to the casing part expediently a guide is provided which blocks a movement of the lid in the horizontal direction perpendicular to the longitudinal axis of the casing part.
  • the two guide elements which are designed as horizontal supports define a plane together with the longitudinal axis of the machine part.
  • the third guide which blocks a horizontal movement perpendicular to the longitudinal axis of the casing part on both sides, has contact surfaces lying on corresponding contact surfaces of the lid, which are preferably not further than 20 mm from a common vertical plane through the longitudinal axis of the casing part.
  • the cover is a carrier of at least one shaft seal, which seals a circumferential gap between the rotor and the lid at the opening.
  • the cover may be suitable carrier of a radial bearing for supporting the rotor.
  • the shaft seal comprises a dry gas seal.
  • the lid is advantageously equipped with a heater which heats the dry gas seal to a suitable operating temperature in the case of very cold process gases. For example, in a boil-off-gas application, a compression takes place at -160 ° C, so that the dry gas seal must be heated by means of the integrated heater in the lid to a suitable operating temperature of about -100 ° C.
  • the housing has a parting line parallel to the longitudinal axis, in particular a horizontal parting line.
  • FIG. 1 shows a turbomachine TM, namely a turbo compressor TCO with a housing CAS according to the invention, or a turbocompressor housing.
  • the housing CAS extends along a longitudinal axis AX and has a horizontal parting line TF, which is held together by means of partial joint screws TFS.
  • the housing CAS can be subdivided into a shell part SH and a cover COV.
  • the shell part SH is provided with the horizontal parting line TF.
  • the cover COV is undivided, has a substantially planar extension perpendicular to the longitudinal axis AX with a substantially round outer contour.
  • the cover has an opening OP in the region around a longitudinal axis of the shell part SH, through which a rotor R which extends along the longitudinal axis AX is led out of the housing CAS.
  • the lid COV carries a shaft seal SSL and a radial bearing BE.
  • the shaft seal SSL includes in axial Starting from the inside of the machine, a labyrinth seal LS and a dry gas seal DGS, a carbon ring seal KRS.
  • the turbocompressor TCO is intended for the compression of boil-off gas, which is associated with temperatures in the range of -160 ° C of the process gas.
  • a heater HEA is integrated in the cover COV, which adjoins the dry gas seal DGS.
  • the heater HEA is operated with oil OL as a heat exchange medium.
  • the cover COV comprises a base element BE and a ring element RE, which is screwed from the outside to the housing CAS the cover COV enclosing means of first screws SC1.
  • the ring element RE has a circumferentially extending formation PRO, which extends in a circumferentially extending groove GR during assembly ( FIG. 3 . FIG. 4 ).
  • the ring element RE is adapted to the outer contour of the cover COV on the outwardly facing side and screwed by means of second screws SC2 fixed to the cover COV.
  • the two guides GE each form a horizontal support SUPH, which support the cover COV in the region of the horizontal parting line TF against a weight G.
  • the centering CCE is a horizontal centering ZEH and blocks a movement of the cover COV perpendicular to the longitudinal axis AX of the shell portion SH in the horizontal direction.
  • the horizontal supports SUPH prevent movement of the cover COV only one-sidedly in the vertical direction against the weight G.
  • the centering CCE blocks a horizontal movement perpendicular to the steering axis AX on both sides; it has two abutment surfaces CS, which bear against contact surfaces CS of the ring element RE belonging to the cover COV.
  • the center guide CCE which can also be referred to as a horizontally acting centering element, is formed with the contact surfaces SC and the contact surfaces CS of the ring element RE in pairs so that the contact surfaces SH are not further than 10 mm from a vertical plane through the longitudinal axis AX.
  • the horizontal supports SUPH define a horizontal plane together with the longitudinal axis AX.
  • the cover COV has over the shell part SH on a radial clearance RCL.
  • the cover COV has a circumferentially extending first contact surface SFCOV, which cooperates sealingly with a second contact surface SFCAS on the shell part SH, wherein a surface normal of the second contact surface SFCAS points inside the housing CAS and a surface normal of the first contact surface SFCOV is directed opposite , so that an overpressure inside the housing CAS presses the two contact surfaces SFCAS, SFCOV against each other.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit einer sich entlang eines Rotors erstreckenden Längsachse einer Turbomaschine, insbesondere Turboverdichtergehäuse, umfassend mindestens ein sich entlang der Längsachse erstreckendes Mantelteil und mindestens einen stirnseitigen Deckel, wobei das Gehäuse eine horizontale Teilfuge parallel zur Längsachse hat, welcher Deckel zumindest mit einem Teil seiner axialen Erstreckung von dem Mantelteil umgeben ist, wobei der Deckel gegenüber dem Mantelteil ein radiales Spiel aufweist und wobei mindestens zwei separate Führungselemente des Deckels an dem Mantelteil vorgesehen sind an zwei unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Längsachse, wobei die Führungselemente jeweils derart ausgebildet sind, dass sie mindestens unidirektional eine Bewegung des Deckels jeweils in Umfangsrichtung blockieren, wobei eine Mittenzentrierung an dem Gehäuse vorgesehen ist, welche zwei Anlageflächen aufweist, die an Kontaktflächen des Deckels anliegen, wobei die Anlageflächen und Kontaktflächen derart ausgebildet sind, dass beidseitig oder nur beidseitig eine horizontale Bewegung des Deckels senkrecht zur Längsachse blockiert ist.
  • Derartige Gehäuse finden Anwendung in Zusammenhang mit nahezu jeder Turbomaschine unabhängig, ob es sich um eine axial durchströmte oder eine radial durchströmte Turbomaschine handelt. Sowohl bei entspannenden Turbomaschinen als auch bei verdichtenden Turbomaschinen sind die Drücke und Temperaturen des Prozessfluids von entscheidender Bedeutung für die Konstruktion und die Dimensionierung, insbesondere des Gehäuses. Ein naturgemäßer Schwachpunkt des Gehäuses sind die Stellen, die einen Zugang zu dem inneren des Gehäuses ermöglichen also beispielsweise Teilfugen oder anders verschließbare Öffnungsmöglichkeiten, beispielsweise stirnseitige Deckel. Ein weiterer Schwachpunkt der Gehäuse und der Gesamtkonstruktion ist häufig aufgrund von Durchführungen des Rotors durch das Gehäuse gegeben, die mittels einer Wellendichtung abgedichtet werden müssen. Bei den Wellendichtungen handelt es sich häufig um Bereiche, die gegenüber der Welle ein möglichst zu minimierenden Radialspiel aufweisen, damit eine zu erwartende Leckage des Prozessfluids gering ausfällt. Die Radialspiele lassen sich jedoch nicht beliebig verkleinern, da die thermische Beaufschlagung des Gehäuses und der übrigen Maschinenkomponenten, insbesondere bei instationärem Betrieb nicht an allen Maschinenbauteilen gleich ist und daher thermische Relativdehnungen - auch durch unterschiedliche Werkstoffe - auftreten, die zu einer Spielverringerung führen können. Zusätzlich sind Radialspielbedürfnisse aus der Rotordynamik und notwendigen Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen. Erst wenn die Summe der Radialspielbedürfnisse zuzüglich eines Sicherheitsaufschlages Niederschlag in der Konstruktion finden, ist die Betriebssicherheit der Maschine tatsächlich gewährleistet.
  • Aus der DE3100039A1 ist eine Ausrichtung eines Deckels in einer Umfangsrichtung einer Längsachse bekannt.
  • Die US 4,822,240 zeigt ein Topfgehäuse dessen Deckel Lager und Dichtung trägt.
  • Die FR 593 316 A und GB 1010300 A offenbaren jeweils die Auflagerung eines Innengehäuses in einem Außengehäuse.
  • Die US 3427000 A zeigt eine Anordnung aus einem Innengehäuse und einem Leitschaufelträger, wobei der Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Leitschaufelträger mittels einer ringförmigen Zwischenwand verschlossen ist.
  • Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, das Gehäuse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Radialspielbedarf verringert wird, ohne Abstriche in der Verfügbarkeit oder der Sicherheit des Betriebes der Maschine zu machen.
  • Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Gehäuse der eingangs definierten Art vorgeschlagen, welches zusätzlich die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist.
  • Herkömmliche Befestigungen eines Deckels an dem Mantelelement sehen eine Halterung des Deckels mittels Schrauben in radialer Richtung vor. Auch im erfindungsgemäßen Sinne ist es hierbei zweckmäßig, wenn der Deckel mindestens einen sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckenden radial hervorstehenden Absatz aufweist, der sich von innen an einem sich ebenfalls vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckenden radial nach innen vorspringenden Absatz des Gehäuses im Bereich der Öffnung derart abstützt, dass bei einem Überdruck in dem Gehäuse der Deckel zur festen Anlage an dem Mantelelement des Gehäuses angepresst wird, wobei die beiden radialen Absätze aneinander zur Anlage kommen. Die Anlage mittels der radialen Absätze, wie es beispielsweise in der EP 1 933 038 A1 dargestellt ist, löst das Problem der Deckelbefestigung an dem Mantelteil gegen die Wirkung des Innendrucks beispielsweise bei einem Verdichter. Gänzlich unberührt bleibt jedoch das Problem einer Zentrierung des Deckels in radialer Richtung. Dieses ist besonders schwerwiegend, weil hier der Deckel Träger von Wellendichtungen und einem Radiallager für einen Rotor ist, der durch eine Öffnung des Deckels hindurchgeführt ist. Den Deckel hier als Träger aller radialspielrelevanten Komponenten auszubilden, hat den großartigen Vorteil, dass die Toleranzkette bezüglich dieser radialspielrelevanten Bauteile sehr verkürzt ist, so dass sich ein schon verringerter Radialspielbedarf ergibt. Eine derartige Anordnung ist besonders empfindlich hinsichtlich radialer Fehlausrichtungen des Deckels, so dass hier eine Anwendung der Erfindung besonders zweckmäßig ist. Die Erfindung besteht darin, dass der Deckel relativ zu dem Gehäuse eine Zentrierung erfährt. Wie bereits eingangs erläutert, kann der Deckel zu dem Mantelelement nicht mittels einer zentrierenden Passung im Bereich der überlappenden Axialerstreckung ausgerichtet werden, da an dieser Stelle ein verhältnismäßig kleines Spiel bereitzustellen ist um eine thermische Relativdehnung insbesondere während des instationären Betriebes aber auch unter stationären Betriebsbedingungen sicher zustellen. Die Erfindung ermöglicht einerseits eine Relativbewegung von Bereichen des Deckels gegenüber dem Mantelteil insbesondere in Folge von thermischer Relativdehnung und andererseits eine Zentrierung des Deckels zu dem Mantelteil des Gehäuses in anderen Bereichen. Vorzugsweise ist der Deckel in dem Bereich zu dem Mantelteil des Gehäuses zentriert, der den Schnittpunkt der Längsachse mit dem Deckel definiert.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die zwei Führungselemente so angeordnet sind, dass sie die Gewichtskraft des Deckels abstützen. Eine derartige Abstützung ist auch im Rahmen der Montage sehr nützlich, weil für einen derartigen Deckel keine provisorischen Abstützungen bereitgestellt werden müssen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Deckel Ausformungen aufweist, die die Gewichtskraft des Deckels in Ausnehmungen an der Teilfuge des Gehäuses abstützen. Diese Ausnehmungen sind zweckmäßig so gestaltet, dass die Ausformungen an dem Deckel eine vertikale Bewegung bidirektional einschränken.
  • Auf diese Weise können beispielsweise durch Reibungskräfte verursachte Kräfte an dem Deckel den Deckel weder vertikal abwärts noch vertikal aufwärts bewegen.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn eine Mittenzentrierung an dem Gehäuse vorgesehen ist, welche zwei Anlageflächen aufweist, die an Kontaktflächen des Deckels anliegen, wobei die Anlageflächen und Kontaktflächen derart ausgebildet sind, dass nur beidseitig eine horizontale Bewegung des Deckels COV senkrecht zur Längsachse AX blockiert ist. Ansonsten ist die Beweglichkeit durch die Mittenzentrierung selbst nicht eingeschränkt.
  • Die Mittenzentrierung, die entlang einer Vertikalen durch die Längsachse angeordnet ist, sollte bidirektional die Beweglichkeit senkrecht zur Längsachse in einer horizontalen Richtung blockieren. Bevorzugt haben die beiden Führungen nur eine Anlagefläche an dem Deckel und die Mittenzentrierung weist zwei Anlageflächen zu dem Deckel auf.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsfeld der Erfindung sind Deckel mit einem Außendurchmesser von 1000mm oder mehr. Besonders zweckmäßig sind die Führungselemente derart ausgebildet, dass sich im Betrieb das radiale Spiel im Wesentlichen konzentrisch zur Längsachse ergibt. Auf diese Weise können rotordynamische Erwägungen die Auslegung des Radialspiels dominieren. Unter dem Betrieb ist hierbei der auslegungsgemäße Nennbetrieb zu verstehen und nicht ein transienter Zustand beispielsweise während des Hochfahrens oder Abfahrens der Maschine. Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung der zwei Führungselemente entlang einer Horizontalen, die sich durch die Längsachse erstreckt.
  • Die Erfindung ist besonders zweckmäßig bei großen Deckeln (Durchmesser über 1000mm), insbesondere, wenn der Deckel eine sich in Umfangsrichtung erstreckende erste Anlagefläche aufweist, welche mit einer zweiten Anlagefläche an dem Mantelteil dichtend zusammenwirkt, wobei bevorzugt Befestigungselemente zur Befestigung es Deckels an dem Mantelteil und dem Deckel vorgesehen sind, wobei eine Flächennormale der zweiten Anlagefläche ins Innere des Gehäuses weist und eine Flächennormale der ersten Anlagefläche entgegengesetzt gerichtet ist, so dass ein Überdruck im Inneren des Gehäuses die beiden Anlageflächen gegeneinander drückt.
  • Bei den beiden Führungselemente, die entlang einer Horizontalen durch die Längsachse angeordnet sind, kann es sich bevorzugt um Führungselemente handeln, die zumindest unidirektional eine Beweglichkeit in der Vertikalen blockieren, insbesondere den Deckel gegen die Schwerkraft abstützen.
  • Zweckmäßig sind an dem Mantelteil zwei horizontale Auflager vorgesehen, an denen der Deckel gegen die Einwirkung der Gravitation abgestützt ist und zusätzlich ist an dem Mantelteil zweckmäßig eine Führung vorgesehen, die eine Bewegung des Deckels in horizontaler Richtung senkrecht zur Längachse des Mantelteils blockiert. Die zwei Führungselemente, die als horizontale Auflager ausgebildet sind definieren gemeinsam mit der Längsachse des Maschinenteils eine Ebene. Die dritte Führung, die eine horizontale Bewegung senkrecht zur Längsachse des Mantelteils beidseitig blockiert, weist an korrespondierenden Kontaktflächen des Deckels anliegende Anlageflächen auf, die bevorzugt nicht weiter als 20mm von einer gemeinsamen vertikalen Ebene durch die Längsachse des Mantelteils entfernt sind.
  • Wie bereits oben ausgeführt, ist der Deckel Träger mindestens einer Wellendichtung, welche einen Umfangsspalt zwischen dem Rotor und dem Deckel an der Öffnung abdichtet. Zusätzlich kann der Deckel zweckmäßig Träger eines Radiallagers zur Lagerung des Rotors sein. Besonders bevorzugt umfasst die Wellendichtung eine Trockengasdichtung. Insbesondere im Falle, dass die Wellendichtung eine Trockengasdichtung umfasst, ist der Deckel vorteilhaft mit einer Heizung ausgerüstet, welche im Falle besonders kalter Prozessgase die Trockengasdichtung auf eine geeignete Betriebstemperatur beheizt. Beispielsweise bei einer Boil-Off-Gas-Anwendung findet eine Verdichtung bei -160°C statt, so dass die Trockengasdichtung mittels der in den Deckel integrierten Heizung auf eine geeignete Betriebstemperatur von etwa -100°C geheizt werden muss.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Teilfuge parallel zur Längsachse hat, insbesondere eine horizontale Teilfuge.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Neben dem Ausführungsbeispiel ergeben sich insbesondere aus beliebiger Kombination der Unteransprüche mit dem Hauptanspruch für den Fachmann weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch einen Teil eines Turboverdichters, der wesentliche Teile eines erfindungsgemäßen Gehäuses zeigt,
    Figur 2
    eine Ansicht auf den Turboverdichter ausgewiesen in Figur 1 mittels II,
    Figur 3
    eine Detailansicht aus der Figur 1 in der Montage,
    Figur 4
    eine Detailansicht aus der Figur 1 im Betrieb.
  • Figur 1 zeigt eine Turbomaschine TM, nämlich einen Turboverdichter TCO mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse CAS, bzw. einem Turboverdichtergehäuse. Das Gehäuse CAS erstreckt sich entlang einer Längsachse AX und weist eine horizontale Teilfuge TF auf, welche mittels Teilfugenschrauben TFS zusammengehalten wird. Das Gehäuse CAS lässt sich unterteilen in einen Mantelteil SH und einen Deckel COV. Der Mantelteil SH ist mit der horizontalen Teilfuge TF versehen. Der Deckel COV ist ungeteilt ausgebildet, weist eine im Wesentlichen ebene Erstreckung senkrecht zur Längsachse AX auf mit einer im Wesentlichen runden Außenkontur. Im Wesentlichen konzentrisch zur runden Außenkontur weist der Deckel im Bereich um eine Längsachse des Mantelteils SH ein Öffnung OP auf, durch welche ein Rotor R, der sich entlang der Längsachse AX erstreckt, aus dem Gehäuse CAS herausgeführt ist. Der Deckel COV trägt eine Wellendichtung SSL und ein radiales Lager BE. Die Wellendichtung SSL umfasst in axialer Reihenfolge vom Inneren der Maschine ausgehend, eine Labyrinthdichtung LS und eine Trockengasdichtung DGS, eine Kohleringdichtung KRS. Der Turboverdichter TCO ist zur Verdichtung von Boil-Off-Gas vorgesehen, was mit Temperaturen im Bereich von -160°C des Prozessgases einhergeht. Um für die Trockengasdichtung eine geeignete Betriebstemperatur von > -100°C bereit zu stellen, ist in dem Deckel COV eine Heizung HEA integriert, die an die Trockengasdichtung DGS angrenzt. Die Heizung HEA wird mit Öl OL als Wärmetauschermedium betrieben.
  • Wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, umfasst der Deckel COV ein Grundelement BE und ein Ringelement RE, welches von außen an das Gehäuse CAS den Deckel COV einfassend angeschraubt wird mittels erster Schrauben SC1. Das Ringelement RE weist einen sich in Umfangsrichtung erstreckende Ausformung PRO auf, die sich in einer in Umfangsrichtung erstreckenden Nut GR bei der Montage (Figur 3, Figur 4) einfügt. Das Ringelement RE ist an die Außenkontur des Deckels COV auf der nach außen weisenden Seite angepasst und mittels zweiter Schrauben SC2 fest mit dem Deckel COV verschraubt. Im Betrieb weist die Verschraubung des Ringelementes RE mittels der Schraube SC1 an dem Mantelteil SH des Gehäuses CAS mittels der Schraube SC1 ebenso ein Radialspiel auf, wie der Formschluss gebildet durch die Ausformung PRO und die Nut GR. Eine radiale Ausrichtung des Deckels COV gegenüber dem Mantelteil SH erfolgt mittels zweier Führungen GE und einer Mittenzentrierung CCE. Die zwei Führungen GE bilden jeweils eine horizontale Auflage SUPH, die den Deckel COV im Bereich der horizontalen Teilfuge TF gegen eine Gewichtskraft G abstützen. Die Mittenzentrierung CCE ist eine horizontale Zentrierung ZEH und blockiert eine Bewegung des Deckels COV senkrecht zur Längsachse AX des Mantelteilteils SH in horizontale Richtung. Die horizontalen Auflagen SUPH verhindern eine Bewegung des Deckels COV nur einseitig in vertikaler Richtung gegen die Gewichtskraft G.
  • Die Mittenzentrierung CCE blockiert eine horizontale Bewegung senkrecht zur Lenksachse AX beidseitig; es weist zwei Anlageflächen CS auf, die an Kontaktflächen CS des zum Deckel COV gehörigen Ringelements RE anliegen. Die Mittenführung CCE die auch als horizontal wirkendes Zentrierelement bezeichnet werden kann, ist mit den Anlageflächen SC und den Kontaktflächen CS des Ringelementes RE jeweils paarweise so ausgebildet, dass die Anlageflächen SH nicht weiter als 10mm von einer vertikalen Ebene durch die Längsachse AX entfernt sind. Weiterhin definieren die horizontalen Auflagen SUPH gemeinsam mit der Längsachse AX eine horizontale Ebene. Diese geometrischen Zusammenhänge sind in Figur 2 dargestellt.
  • Der Deckel COV weist gegenüber dem Mantelteil SH ein radiales Spiel RCL auf.
  • Der Deckel COV weist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende erste Anlagefläche SFCOV auf, welche mit einer zweiten Anlagefläche SFCAS an dem Mantelteil SH dichtend zusammenwirkt, wobei eine Flächennormale der zweiten Anlagefläche SFCAS ins Innere des Gehäuses CAS weist und eine Flächennormale der ersten Anlagefläche SFCOV entgegengesetzt gerichtet ist, so dass ein Überdruck im Inneren des Gehäuses CAS die beiden Anlageflächen SFCAS,SFCOV gegeneinander drückt.

Claims (9)

  1. Gehäuse (CAS) mit einer sich entlang eines Rotors (R) erstreckenden Längsachse (AX) einer Turbomaschine (TM), insbesondere Turboverdichtergehäuse, umfassend mindestens ein sich entlang der Längsachse (AX) erstreckendes Mantelteil (SH) und mindestens einen stirnseitigen Deckel (COV),
    wobei das Gehäuse eine horizontale Teilfuge parallel zur Längsachse hat, welcher Deckel (COV) zumindest mit einem Teil seiner axialen Erstreckung von dem Mantelteil (SH) umgeben ist,
    wobei der Deckel (COV) gegenüber dem Mantelteil (SH) ein radiales Spiel (RCL) aufweist und
    wobei mindestens zwei separate Führungselemente (GE) des Deckels (COV) an dem Mantelteil (SH) vorgesehen sind an zwei unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Längsachse (AX),
    wobei die Führungselemente (GE) jeweils derart ausgebildet sind, dass sie mindestens unidirektional eine Bewegung des Deckels (COV) jeweils in Umfangsrichtung blockieren,
    wobei eine Mittenzentrierung (CCE) an dem Gehäuse vorgesehen ist, welche zwei Anlageflächen (SC) aufweist, die an Kontaktflächen (CS) des Deckels (COV) anliegen, wobei die Anlageflächen (SC) und Kontaktflächen (CS) derart ausgebildet sind, dass beidseitig oder nur beidseitig eine horizontale Bewegung des Deckels (COV) senkrecht zur Längsachse (AX) blockiert ist,
    wobei der Deckel (COV) eine Öffnung (OP) aufweist, durch welche der Rotor (R) hindurchführbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Deckel (COV) mindestens eine Wellendichtung (SSL), mittels welcher ein Umfangsspalt (SG) zwischen dem Rotor (R) und der Öffnung (OP) des Deckels (COV) abdichtbar ist, umfasst.
  2. Gehäuse (CAS) nach mindestens Anspruch 1, wobei die Führungselemente (GE) so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie die Gewichtskraft des Deckels (COV) abstützen.
  3. Gehäuse (CAS) nach mindestens einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    wobei die Führungselemente (GE) derart angeordnet sind, dass sich im Betrieb das Spiel (RCL) im Wesentlichen konzentrisch zur Längsachse (AX) ergibt.
  4. Gehäuse (CAS) nach mindestens dem vorhergehenden Patentanspruch 2,
    wobei zwei Führungselemente (GE) entlang einer Horizontalen durch die Längsachse (AX) angeordnet sind und die Mittenzentrierung (CCE) entlang einer Vertikalen durch die Längsachse angeordnet ist.
  5. Gehäuse (CAS) nach mindestens einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    wobei der Deckel (COV) ein Radiallager (RB) umfasst.
  6. Gehäuse (CAS) nach mindestens dem vorhergehenden Patentanspruch 1,
    wobei die von dem Deckel (COV) umfasste Wellendichtung (SSL) eine Trockengasdichtung (DGS) umfasst.
  7. Gehäuse (CAS) nach Anspruch 1 oder 6,
    wobei der Deckel (COV) eine Heizung (HEA) zur Beheizung der Wellendichtung (SSL) oder der Trockengasdichtung (DGS) umfasst.
  8. Gehäuse (CAS) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die beiden Führungselemente (GE) nur einseitig eine freie vertikale Bewegung des Deckels (COV) blockieren und das Mittenführungselement (CCE) nur beidseitig eine horizontale freie Bewegung senkrecht zur Längsachse (AX) des Deckels (COV) blockiert.
  9. Gehäuse (CAS) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Deckel (COV) eine sich in Umfangsrichtung erstreckende erste Anlagefläche (SFCOV) aufweist, welche mit einer zweiten Anlagefläche (SFCAS) an dem Mantelteil (SH) dichtend zusammenwirkt, wobei eine Flächennormale der zweiten Anlagefläche (SFCAS) ins Innere des Gehäuses (CAS) weist und eine Flächennormale der ersten Anlagefläche (SFCOV) entgegengesetzt gerichtet ist, so dass ein Überdruck im Inneren des Gehäuses (CAS) die beiden Anlageflächen (SFCAS,SFCOV) gegeneinander drückt.
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