EP4189217A1

EP4189217A1 - Hydraulisches axiallager für eine gasturbineneinheit zur schaufelspalteinstellung

Info

Publication number: EP4189217A1
Application number: EP21777237.5A
Authority: EP
Inventors: Michael Kursch; Till SPIELMANN; Johann STACH
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2023-06-07
Also published as: DE102020212567A1; WO2022073711A1; US20230332507A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager (3), eine Gasturbineneinheit (10) mit einem solchen Lager sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Gasturbineneinheit. Das Lager (3) weist einen ringförmigen Lagerkörper (21) auf, an dessen axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten zwei Axiallager (22, 23) vorgesehen sind, die jeweils eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten, in axialer Richtung (A) vorstehenden und bewegbaren, eine Lagerfläche (25) aufweisenden Lagerelementen (26) umfassen, wobei sich die Lagerelemente (26) jedes Axiallagers (22, 23) axial auswärts in zwei Stufen hydraulisch um vorbestimmte Bewegungsmaße (X1, X2) verschieben lassen. Ferner betrifft die Erfindung eine stationäre Gasturbine (1) sowie ein Verfahren zum Erhöhen der Effizienz der Gasturbineneinheit (10).

Description

Beschreibung

HYDRAULISCHES AXIALLAGER FÜR EINE GASTURBINENEINHEIT ZUR SCHAUFELSPALTEINSTELLUNG

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Lager mit einem ringförmigen Lagerkörper, an dessen axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten zwei Axiallager vorgesehen sind, die j eweils eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten, in axialer Richtung vorstehenden, eine Lagerfläche aufweisenden Lagerelementen umfassen . Ferner betri f ft die Erfindung eine Gasturbineneinheit mit einem Stator, einem in dem Stator auf genommenen, um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor und mehreren Stufen von am Rotor gehaltenen Laufschaufeln und am Stator gehaltenen Leitschauf ein, wobei zur Rotorlagerung zumindest ein Lager der vorgenannten Art vorgesehen ist . Zudem betri f ft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Ef fi zienz einer Gasturbineneinheit mit einem Stator, einem in dem Stator auf genommenen, um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor und mehreren Stufen von am Rotor gehaltenen Lauf schaufeln und am Stator gehaltenen Leitschauf ein .

Gasturbineneinheiten umfassen bekanntlich einen Stator, einen in dem Stator auf genommenen, um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor und mehrere Stufen von am Rotor gehaltenen Laufschaufeln und am Stator gehaltenen Leitschauf ein, die während des Betriebs der Gasturbineneinheit von einem Arbeitsmedium in einer Strömungsrichtung passiert werden, wodurch das Arbeitsmedium nach und nach entspannt und der Rotor drehend angetrieben wird . Für eine ef fi ziente Arbeitsweise einer Gasturbineneinheit ist es von großer Bedeutung, dass die Spaltmaße radialer Spalte zwischen den freien Enden der Laufschaufeln und dem Stator möglichst gering sind, um Strömungsverluste zu vermeiden . In diesem Zusammenhang besteht das Problem, dass die Spaltmaße dieser Spalte nicht konstant sind, sondern, wenn die Gasturbineneinheit aus dem Stillstand angefahren wird, nach und nach bis zum Erreichen eines stationären Betriebs zustands zunehmen . Zur Lösung dieses Problems ist es anmelderseitig bekannt , den Rotor nach Erreichen des stationären Betriebs zustands entgegen der Strömungsrichtung des Arbeitsmediums relativ zum Stator zu verschieben, um während des stationären Betriebs zustands ein möglichst geringes Spaltmaß einstellen und in diesem Zustand Verluste vermeiden zu können . In diesem Zusammenhang sind so genannte HCO-Sys- teme ( Hydraulic Clearance Optimi zation) bekannt , mit denen sich der Rotor zwischen zwei durch axiale Anschläge definierten Positionen relativ zum Stator hydraulisch bewegen lässt . Eine Positionierung des Rotors zwischen diesen beiden Anschlägen ist allerdings nicht möglich . Auch ist ein Bewegen des Rotors über einen der Anschläge hinaus nicht vorgesehen . Entsprechend wird ein HCO-System einmalig bei Erreichen des stationären Betriebs zustands zur Verschiebung des Rotors aktiviert . Dieser Betriebs zustand stellt sich allerdings erst nach mehreren Stunden ein, weshalb die Gasturbineneinheit bis dahin nur bedingt ef fi zient arbeiten kann . Eine frühere Aktivierung des HCO-Systems ist ebenfalls nicht möglich, da abgewartet werden muss , bis sich das maximale Spaltmaß , für dessen Kompensierung das HCO-System ausgelegt ist , einstellt . Eine frühere Aktivierung des HCO-Systems würde dazu führen, dass die Lauf schaufeln mit dem Stator kollidieren .

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ef fi zienz einer Gasturbineneinheit weiter zu verbessern .

Zur Lösung dieser Aufgabe schaf ft die vorliegende Erfindung ein Lager mit einem ringförmigen Lagerkörper, an dessen axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten zwei Axiallager vorgesehen sind, die j eweils eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten, in axialer Richtung vorstehenden und bewegbaren, eine Lagerfläche aufweisenden Lagerelementen umfassen, wobei j edem Axiallager ein erster Satz von Hydraulikeinheiten mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit einem einheitlichen Druck beaufschlagbaren Hydraulikeinheiten zugeordnet ist , deren Kolben derart auf die Lagerelemente des entsprechenden Axiallagers wirken, dass die Lager- elemente um ein vorbestimmtes einheitliches erstes Bewegungsmaß in axialer Richtung auswärts bewegt werden, und wobei j edem Axiallager zumindest ein zweiter Satz von Hydraulikeinheiten mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit einem einheitlichen Druck beaufschlagbaren Hydraulikeinheiten zugeordnet ist , deren Kolben derart auf die Lagerelemente des zugeordneten Axiallagers wirken, dass die Lagerelemente zusätzlich um ein vorbestimmtes einheitliches zweites Bewegungsmaß in axialer Richtung auswärts bewegt werden, wobei j eder Satz von Hydraulikeinheiten separat betätigbar ist .

Ein solches zwischen zwei Wellenabsätzen eines Rotors positioniertes Lager ermöglicht ein zwei- oder mehrstufiges Vor- und Zurückbewegen des Rotors in axialer Richtung . Entsprechend kann der Rotor einer Gasturbineneinheit zwischen dem Anfahren der Gasturbineneinheit und dem Erreichen des stationären Betriebs zustands zumindest einmal in eine Zwischenposition bewegt werden, in der radiale Spaltmaße zwischen den Lauf schaufeln und dem Rotor verringert werden, wodurch die Ef fi zienz der Gasturbineneinheit bereits deutlich erhöht wird . Aus dieser Zwischenposition kann der Rotor bei Erreichen des stationären Betriebs zustands dann weiter in axialer Richtung bewegt werden, um für diesen stationären Betriebs zustand das optimale Spaltmaß einzustellen . Gleiches gilt natürlich in umgekehrter Reihenfolge beim Abfahren der Gasturbineneinheit .

Die Hydraulikeinheiten des einem Axiallager zugeordneten ersten Satzes von Hydraulikeinheiten und die Hydraulikeinheiten des demselben Axiallager zugeordneten zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten sind in Umfangsrichtung bevorzugt abwechselnd zueinander angeordnet , so dass die Hydraulikeinheiten j edes Satzes umfänglich möglichst gleichmäßig auf die Lagerelemente und damit auf den Rotor einwirken können . I st ein weiterer Satz von Hydraulikeinheiten vorgesehen, so werden die Hydraulikeinheiten der einzelnen Sätze in Umfangsrichtung bevorzugt derart angeordnet , dass auch diese ein regelmäßig wiederkehrendes Muster bilden . Bevorzugt ist j edem Satz von Hydraulikeinheiten ein separates Ölversorgungssystem zugeordnet , das Ölkanäle aufweist , welche die Kolben mit einer Hydraulikölquelle verbinden .

Vorteilhaft sind die Kolben der Hydraulikeinheiten des einem Axiallager zugeordneten ersten Satzes von Hydraulikeinheiten und die Kolben der Hydraulikeinheiten des demselben Axiallager zugeordneten zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten j eweils in einer Vertiefung des Lagerkörpers aufgenommen und über eine von außen in die Vertiefung eingesetzte und am Lagerkörper befestigte Buchse fixiert , wobei der Lagerkörper und die Buchsen in axialer Richtung Anschläge bilden, welche das vorbestimmte erste Bewegungsmaß und das vorbestimmte zweite Bewegungsmaß definieren . Beispielsweise bewegen die um 1mm aus fahrbaren Kolben der Hydraulikeinheiten des ersten Satzes die Lagerelemente um 1mm . Die Kolben der Hydraulikzylinder des anderen Satzes , die j eweils um 3mm ausgefahren werden können, bewegen die auf derselben Stirnseite des Lagers positionierten Lagerelemente anschließend um weitere 2mm .

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Kolben der Hydraulikeinheiten beider einem Axiallager zugeordneten Sätze von Hydraulikeinheiten j eweils in einer Vertiefung des Lagerkörpers aufgenommen, wobei die Kolben der Hydraulikeinheiten des diesem Axiallager zugeordneten ersten Satzes von Hydraulikeinheiten an ihrem freien Ende an einem am Lagerkörper auf genommenen, um das zweite vorbestimmte Bewegungsmaß axial bewegbaren Kolbenring anliegen, und wobei die Kolben der Hydraulikeinheiten des diesem Axiallager zugeordneten zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten an ihrem freien Ende j eweils an einem durch eine zugeordnete axiale Durchgangsöf fnung des Kolbenrings geführten zylindrischen Druckelement anliegen, das , wenn die Hydraulikeinheiten des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten mit Druck beaufschlagt werden, ausgehend von einer nicht axial auswärts von dem Kolbenring vorstehenden Position in eine um das vorbestimmte erste Bewegungsmaß axial auswärts von dem Kolbenring vorstehende Position bewegt wird .

Bevorzugt ist der Kolbenring an dem Lagerkörper zwischen zwei Anschlägen axial vor und zurück bewegbar aufgenommen, wobei der Kolbenring einen Anschlag für die Kolben der Hydraulikeinheiten des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten bildet . Auf diese Weise wird ein einfacher Aufbau erzielt .

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Lager am Innenumfang ein Radiallager auf , wodurch insgesamt ein Axial-Radial-Lager gebildet wird .

Ferner schaf ft die vorliegende Erfindung eine Gasturbineneinheit mit einem Stator, einem in dem Stator auf genommenen, um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor und mehreren Stufen von am Rotor gehaltenen Lauf schaufeln und am Stator gehaltenen Leitschauf ein, dadurch gekennzeichnet , dass zur Rotorlagerung zumindest ein erfindungsgemäßes Lager vorgesehen ist .

Darüber hinaus schaf ft die vorliegende Erfindung eine stationäre Gasturbine mit einer erfindungsgemäßen Gasturbineneinheit .

Zudem schaf ft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erhöhen der Ef fi zienz einer Gasturbineneinheit mit einem Stator, einem in dem Stator auf genommenen, um eine Rotationsachse über Lager drehgelagerten Rotor und mehreren Stufen von am Rotor gehaltenen Lauf schaufeln und am Stator gehaltenen Leitschaufeln, insbesondere einer Gasturbineneinheit einer stationären Gasturbine , bei dem der Rotor axial in Strömungsrichtung eines die Gasturbineneinheit strömenden Arbeitsmediums in zumindest zwei Stufen j eweils um ein vorbestimmtes Bewegungsmaß hydraulisch bewegbar ist , und bei dem der Rotor axial entgegen der Strömungsrichtung in zumindest zwei Stufen j eweils um ein vorbestimmtes Bewegungsmaß hydraulisch bewegbar ist , insbesondere unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Lagers . Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Rahmen eines Anfahrens der Gasturbineneinheit die Lagerelemente eines auf einer Stirnseite eines Lagers angeordneten Axiallagers um ein vorbestimmtes einheitliches erstes Bewegungsmaß in axialer Richtung derart bewegt , dass der Rotor entgegen der Strömungsrichtung eines die Gasturbineneinheit durchströmenden Arbeitsmediums um das vorbestimmte erste Bewegungsmaß relativ zum Stator bewegt wird, und bei Erreichen eines vorbestimmten Betriebs zustands werden die Lagerelemente desselben Axiallagers um ein vorbestimmtes einheitliches zweites Bewegungsmaß in axialer Richtung derart bewegt , dass der Rotor um das vorbestimmte zweite Bewegungsmaß entgegen der Strömungsrichtung weiter relativ zum Stator bewegt wird .

Bevorzugt werden im Rahmen eines Abfahrens der Gasturbineneinheit Lagerelemente eines an der gegenüberliegenden Stirnseite desselben Lagers angeordneten Axiallagers um ein vorbestimmtes einheitliches zweites Bewegungsmaß in axialer Richtung derart bewegt , dass der Rotor um das vorbestimmte zweite Bewegungsmaß in Strömungsrichtung relativ zum Stator bewegt wird, und bei Erreichen eines vorbestimmten Betriebs zustands auf der gleichen Stirnseite desselben Axiallagers angeordnete Lagerelemente um ein vorbestimmtes einheitliches erstes Bewegungsmaß in axialer Richtung derart weiter bewegt werden, dass der Rotor um das vorbestimmte erste Bewegungsmaß in Strömungsrichtung weiter relativ zum Stator bewegt wird .

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich . Darin ist

Figur 1 eine Längsschnittansicht einer stationären Gasturbine gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung; Figur 2 eine vergrößerte Ansicht des in Figur 1 mit der Bezugs zi f fer I I bezeichneten Ausschnitts , der ein Lager gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung zeigt ;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht des in Figur 2 gezeigten Lagers ;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht des in Figur 3 gezeigten Lagers , bei dem ein Lagerelemente tragender Elemententräger entfernt wurde ;

Figur 5 eine Stirnseitenansicht der in Figur 4 dargestellten Anordnung;

Figur 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Figur 5 ;

Figur 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VI I-VI I in Figur 5 ;

Figur 8 eine perspektivische Schnittansicht der in Figur 7 gezeigten Anordnung;

Figur 9 eine Stirnansicht der in Figur 4 dargestellten Anordnung von der anderen Seite , wobei auch hier ein Lagerelemente aufnehmender Elemententräger entfernt ist ;

Figur 10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in Figur 9 ;

Figur 11 eine perspektivische Schnittansicht der in Figur 10 dargestellten Anordnung;

Figur 12 eine Schnittansicht entlang der Linie XI I-XI I in

Figur 9 ; Figur 13 eine Stirnansicht der in Figur 4 dargestellten Anordnung, die exemplarisch die Positionierung von Ölkanälen eines Ölversorgungssystems zeigt ; und

Figur 14 eine Schnittansicht der in Figur 13 gezeigten Anordnung .

Gleiche Bezugs zi f fern bezeichnen nachfolgend gleiche oder gleichartige Bauteile .

Figur 1 zeigt eine stationäre Gasturbine 1 mit einem um eine Rotationsachse 2 über Lager 3 und 4 drehgelagerten Rotor 5 , entlang dessen aufeinanderfolgend ein Ansauggehäuse 6 , ein Verdichter 7 , eine torusartige Ringbrennkammer 8 mit mehreren rotationssymmetrisch zueinander angeordneten Brennern 9 , eine Gasturbineneinheit 10 und ein Abgasgehäuse 11 positioniert sind . Der Verdichter 7 umfasst einen ringförmig ausgebildeten Verdichterkanal 12 mit darin kaskadisch aufeinanderfolgenden Verdichterstufen aus Lauf schaufel- und Leitschauf elkränzen . Der Verdichterkanal 12 mündet über einen Verdichterausgangsdi f fusor 13 in einem Plenum 14 . Darin ist die Ringbrennkammer 8 mit ihrem Verbrennungsraum 15 vorgesehen, der mit einem ringförmigen Heißgaskanal 16 der Turbineneinheit 10 kommuniziert . In der Turbineneinheit 10 sind vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 17 angeordnet , die j eweils aus einem Kranz von am Rotor gehaltenen Lauf schaufeln 18 und an dem den Rotor 5 umgebenden Stator 19 gehaltenen Leitschauf ein gebildet sind . Mit dem Rotor 5 ist ein vorliegend nicht näher dargestellter Generator oder eine nicht näher dargestellte Ar- beitsmaschine gekoppelt .

Während des Betriebs der stationären Gasturbine 1 saugt der Verdichter 7 durch das Ansauggehäuse 6 Umgebungsluft an, die im Verdichter 7 verdichtet wird . Die verdichtete Luft wird durch den Verdichterausgangsdi f fusor 13 in das Plenum 14 geführt , von wo aus es in die Brenner 9 einströmt . Uber die Brenner 9 gelangt auch Brennstof f in den Verbrennungsraum 15 . Dort wird der Brennstof f unter Zugabe der verdichteten Luft zu einem Heißgas verbrannt , welches das Arbeitsmedium der Gasturbineneinheit 10 bildet . Das Heißgas strömt anschließend in den Heißgaskanal 16 , wo es sich arbeitsleistend an den Turbinenschaufeln der Turbineneinheit 10 entspannt . Die währenddessen freigesetzte Energie wird im Rotor 5 aufgenommen und einerseits zum Antrieb des Verdichters 7 und andererseits zum Antrieb des Generators bzw . der Arbeitsmaschine genutzt .

Wie es eingangs bereits erläutert wurde , ist es für eine effi ziente Arbeitsweise der stationären Gasturbine 1 bzw . ihrer Gasturbineneinheit 10 von großer Bedeutung, dass die Spaltmaße radialer Spalte zwischen den freien Enden der Laufschaufeln 18 und dem Stator 19 möglichst gering sind, um Strömungsverluste zu vermeiden . Da die Spaltmaße im Rahmen eines Anfahrens der stationären Gasturbine 1 bis zum Erreichen eines stationären Betriebs zustands nach und nach größer werden, ist es wünschenswert , diese Vergrößerung der Spaltmaße durch eine Relativbewegung zwischen Rotor 5 und Stator 19 zu kompensieren . Diese Relativbewegung wird vorliegend durch das verdichterseitige Lager 3 realisiert , das an der Außenseite fest mit dem Stator 19 verbunden und in den Figuren 2 bis 13 dargestellt ist .

Das Lager 3 umfasst einen ringförmigen Lagerkörper 21 , der vorliegend aus einer unteren und einer oberen Lagerkörperschale zusammengesetzt ist . An den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Lagerkörpers 21 sind zwei Axiallager 22 , 23 vorgesehen . Ein Radiallager 24 ist am Innenumfang des Lagers 3 positioniert . Jedes der beiden Axiallager 22 und 23 umfasst eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten, in axialer Richtung A vorstehenden, eine Lagerfläche 25 aufweisende Lagerelemente 26 , die j eweils an einem axial vor und zurück bewegbaren Elemententräger 27 angeordnet sind .

Das in Figur 2 nach links weisende Axiallager 22 des Lagers 3 , das vorliegend die so genannte Hauptspur bildet und in den Figuren 5 bis 8 genauer dargestellt ist , umfasst zwei Sätze von Hydraulikeinheiten, die unabhängig voneinander über sepa- rate Ölversorgungssysteme gespeist werden . Die Hydraulikeinheiten 28 des ersten Satzes und die Hydraulikeinheiten 29 des zweiten Satzes weisen grundsätzlich den gleichen Aufbau auf . Sie umfassen j eweils einen Kolben 30 , der in einer sich in axialer Richtung A erstreckenden Vertiefung 31 des Lagerkörpers 21 aufgenommen und über eine von außen in die Vertiefung 31 eingesetzte und am Lagerkörper 21 vorliegend durch Befestigungsschrauben 32 befestigte Buchse 33 fixiert ist . Der Lagerkörper 21 und die j eweils zugehörige Buchse 33 bilden in axialer Richtung A j eweils Anschläge 34 und 35 , zwischen denen der Kolben 30 um ein vorbestimmtes Bewegungsmaß in axialer Richtung A vor und zurück bewegbar ist . Die Führung des Kolbens 33 innerhalb der Buchse 33 erfolgt über Führungsringe 36 . Die Abdichtung der Buchse 33 gegenüber dem Lagerkörper 21 und des Kolbens 33 gegenüber der Buchse 33 erfolgt über Dichtungsringe 37 . Der wesentliche Unterschied zwischen den Hydraulikeinheiten 28 des ersten Satzes und den Hydraulikeinheiten 29 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten besteht darin, dass das vorbestimmte Bewegungsmaß X, um das die Kolben 30 in axialer Richtung A vor- und zurückbewegt werden können, voneinander verschieden ist . Vorliegend ist das vorbestimmte erste Bewegungsmaß XI , um das die Kolben 30 der Hydraulikeinheiten 28 des ersten Satzes im ausgefahrenen Zustand axial auswärts über die zugehörigen Buchsen 33 vorstehen, kleiner als ein vorbestimmtes zweites Bewegungsmaß X2 , um das die Kolben 30 der Hydraulikeinheiten 29 des zweiten Satzes im ausgefahrenen Zustand axial auswärts über die zugehörigen Buchsen 33 vorstehen, wobei die freien Enden sämtlicher Buchsen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur axialen Richtung A positioniert sind . So beträgt vorliegend das vorbestimmte erste Bewegungsmaß XI 1mm und ein drittes vorbestimmtes Bewegungsmaß X3 3mm, so dass , wenn die Kolben 30 aller Hydraulikeinheiten 28 und 29 ausgefahren sind, die Kolben 30 oder Hydraulikzylinder 28 um das vorbestimmte Bewegungsmaß X2 = 2mm von den Kolben 30 der Hydraulikzylinder vorstehen . Wie es in Figur 5 am besten zu erkennen ist , sind die Hydraulikeinheiten 28 des ersten Satzes von Hydraulikeinheiten und die Hydraulikeinheiten 29 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten in Umfangsrichtung abwechselnd zueinander angeordnet . Figur 13 zeigt , dass die die Hydraulikeinheiten 28 des ersten Satzes mit Hydrauliköl versorgenden Ölkanälen 38 j eweils miteinander verbunden sind, wodurch sämtliche Hydraulikeinheiten 28 des ersten Satzes zeitgleich mit einem einheitlichen Druck beaufschlagt werden können . Analog sind sämtliche Ölkanäle 39 , welche die Hydraulikeinheiten 29 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten mit Hydrauliköl versorgen, miteinander verbunden, so dass auch die Hydraulikeinheiten 29 zeitgleich mit einem einheitlichen Druck beaufschlagt werden können . Die beiden Sätze von Hydraulikeinheiten sind indes nicht über Ölkanäle miteinander verbunden .

Das in Figur 2 nach rechts weisende Axiallager 23 des Lagers 3 , das vorliegend die so genannte Nebenspur bildet und in den Figuren 9 bis 12 genauer dargestellt ist , umfasst ebenfalls zwei Sätze von Hydraulikeinheiten, die unabhängig voneinander über separate Ölversorgungssysteme gespeist werden und deren Hydraulikeinheiten 40 , 41 in Umfangsrichtung wieder im Wechsel angeordnet sind, wie es in Figur 9 gezeigt ist . Die Kolben 30 der Hydraulikeinheiten 40 und 41 beider Sätze sind j eweils in sich in axialer Richtung A erstreckenden Vertiefungen 31 des Lagerkörpers 21 aufgenommen, über Führungsringe 36 geführt und über Dichtungsringe 37 abgedichtet . Die Kolben der Hydraulikeinheiten 40 des ersten Satzes von Hydraulikeinheiten liegen an ihrem freien Ende an einem Kolbenring 42 an, der an dem Lagerkörper 21 zwischen zwei Anschlägen 34 und 35 axial vor und zurück bewegbar aufgenommen ist , die das vorbestimmtes zweites Bewegungsmaß X2 des Kolbenrings 42 definieren, das 2mm beträgt . Die Kolben 30 der Hydraulikeinheiten 41 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten sind an ihrem freien Ende j eweils mit einem durch eine zugeordnete axiale Durchgangsöf fnung 43 des Kolbenrings 42 geführten zylindrischen Druckelement 44 verbunden, das , wenn die Hydraulikeinheiten 41 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten mit Druck beaufschlagt werden, über die Kolben 30 ausgehend von einer nicht axial auswärts von dem Kolbenring 42 vorstehenden Position in eine um das vorbestimmte erste Bewegungsmaß XI axial auswärts von dem Kolbenring 42 vorstehende Position bewegt wird, wobei das erste Bewegungsmaß XI auch hier 1mm beträgt . Letztere Position wird dabei durch den Kolbenring 42 bestimmt , der für die Kolben 30 der Hydraulikeinheiten 41 des zweiten Satzes als Anschlag dient . Die die Hydraulikeinheiten 40 des ersten Satzes mit Hydrauliköl versorgenden Ölkanälen sind, auch wenn dies vorliegend nicht gezeigt ist , j eweils miteinander verbunden, wodurch sämtliche Hydraulikeinheiten

40 des ersten Satzes zeitgleich mit einem einheitlichen Druck beaufschlagt werden können . Analog sind sämtliche Ölkanäle , welche die Hydraulikeinheiten 41 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten mit Hydrauliköl versorgen, miteinander verbunden, so dass auch die Hydraulikeinheiten 41 zeitgleich mit einem einheitlichen Druck beaufschlagt werden können . Die beiden Sätze von Hydraulikeinheiten sind indes nicht über Ölkanäle miteinander verbunden

Im montierten Zustand ist das Lager 3 zwischen zwei Rotorabsätzen 45 und 46 positioniert , siehe Figur 2 . Beim Anfahren der stationären Gasturbine sind die Hydraulikeinheiten 40 und

41 des rechten Axiallagers 23 mit Hydraulikdruck beaufschlagt , während die Hydraulikeinheiten 28 und 29 des linken Axiallagers 22 drucklos sind . Entsprechend befinden sich sowohl der Kolbenring 42 als auch die Druckelemente 44 im voll ausgefahrenen Zustand, so dass die Druckelemente 44 über den zugeordneten Elemententräger 27 und die an diesem gehaltenen Lagerelemente Druck auf den Rotorabsatz 46 ausüben . Entsprechend ist der Rotor 5 in seiner äußerst rechten Stellung positioniert . Nach Erreichen eines ersten Betriebs zustands , der sich beispielsweise nach der Häl fte derj enigen Zeit einstellt , die zum Erreichen eines stationären Betriebs zustands benötigt wird, werden die Hydraulikeinheiten 41 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten des rechten Axiallagers 23 drucklos gesetzt und die Hydraulikeinheiten 28 des ersten Satzes von Hydraulikeinheiten des linken Axiallagers 22 mit Druck beaufschlagt . Die Kolben 30 der Hydraulikeinheiten 28 drücken entsprechend über den zugeordneten Elemententräger 27 und die daran gehaltenen Lagerelemente 26 gegen den Rotorab- satz 45 , so dass der Rotor 5 relativ zum Stator 19 um das vorbestimmte erste Bewegungsmaß XI nach links entgegen der Strömungsrichtung des die Gasturbineneinheit 10 durchströmenden Arbeitsmediums gedrückt wird . Auf diese Weise werden die Spaltmaße der radialen Spalte zwischen den Lauf schaufeln 18 der Gasturbineneinheit 10 und dem Stator 19 , die sich seit dem Start der Gasturbineneinheit 10 vergrößert haben, wieder reduziert . Bei Erreichen des stationären Betriebs zustands werden die Hydraulikeinheiten 40 des ersten Satzes von Hydraulikeinheiten des rechten Axiallagers 23 drucklos gesetzt und die Hydraulikeinheiten 29 des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten des linken Axiallagers 22 mit Druck beaufschlagt . Die Kolben 30 der Hydraulikeinheiten 29 drücken entsprechend über den zugeordneten Elemententräger 27 und die daran gehaltenen Lagerelemente 26 gegen den Rotorabsatz 45 , so dass der Rotor 5 relativ zum Stator 19 um das vorbestimmte zweite Bewegungsmaß X2 nach links gedrückt wird . Auf diese Weise werden die Spaltmaße , die sich seit Erreichen des ersten Betriebs zustands bis zum Erreichen des stationären Betriebs zustands nochmals vergrößert haben, erneut reduziert . Insgesamt wird auf diese Weise eine sehr ef fi ziente Betriebsweise der Gasturbineneinheit 10 sichergestellt . Wird die Gasturbineneinheit 10 wieder abgefahren, wird der Stator in analoger Weise zuerst um das vorbestimmte Maß X2 und dann um das vorbestimmte Maß XI in Strömungsrichtung des die Gasturbineneinheit durchströmenden Arbeitsmediums bewegt . Auch hier wird eine sehr ef fi ziente Betriebsweise erzielt .

Es sollte klar sein, dass sich die vorbestimmten Bewegungsmaße XI und X2 grundsätzlich beliebig wählen lassen . Auch sollte klar sein, dass die Betriebs zustände , bei deren Erreichen der Rotor 5 relativ zum Stator 19 bewegt wird, frei wählbar sind . Die vorbestimmten Bewegungsmaße XI und X2 sind lediglich auf die sich in den Betriebs zuständen ergebenden Spaltmaße abzustimmen .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche

1. Lager (3) mit einem ringförmigen Lagerkörper (21) , an dessen axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten zwei Axiallager (22, 23) vorgesehen sind, die jeweils eine Mehrzahl von über den Umfang verteilt angeordneten, in axialer Richtung (A) vorstehenden und bewegbaren, eine Lagerfläche (25) aufweisenden Lagerelementen (26) umfassen, wobei jedem Axiallager (22, 23) ein erster Satz von Hydraulikeinheiten mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit einem einheitlichen Druck beaufschlagbaren Hydraulikeinheiten (28; 41) zugeordnet ist, deren Kolben (30) derart auf die Lagerelemente (26) des entsprechenden Axiallagers (22, 23) wirken, dass die Lagerelemente (26) um ein vorbestimmtes einheitliches erstes Bewegungsmaß (XI) in axialer Richtung (A) auswärts bewegt werden, und wobei jedem Axiallager (22, 23) zumindest ein zweiter Satz von Hydraulikeinheiten mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten, mit einem einheitlichen Druck beaufschlagbaren Hydraulikeinheiten (29; 40) zugeordnet ist, deren Kolben (30) derart auf die Lagerelemente (26) des zugeordneten Axiallagers (22, 23) wirken, dass die Lagerelemente (26) zusätzlich um ein vorbestimmtes einheitliches zweites Bewegungsmaß (X2) in axialer Richtung (A) auswärts bewegt werden, wobei jeder Satz von Hydraulikeinheiten separat betätigbar ist.

2. Lager (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikeinheiten (28) des einem Axiallager (22) zugeordneten ersten Satzes von Hydraulikeinheiten und die Hydraulikeinheiten (29) des demselben Axiallager (22) zugeordneten zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten in Umfangsrichtung abwechselnd zueinander angeordnet sind.

3. Lager (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Satz von Hydraulikeinheiten ein separates Ölversorgungssystem zugeordnet ist, das Öl- kanäle (38; 39) aufweist, welche die Kolben (30) mit einer

Hydraulikölquelle verbinden.

4. Lager (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (30) der Hydraulikeinheiten (28) des einem Axiallager (22) zugeordneten ersten Satzes von Hydraulikeinheiten und die Kolben (30) der Hydraulikeinheiten (29) des demselben Axiallager (22) zugeordneten zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten jeweils in einer Vertiefung (31) des Lagerkörpers (21) aufgenommen und über eine von außen in die Vertiefung (21) eingesetzte und am Lagerkörper (21) befestigte Buchse (33) fixiert sind, wobei der Lagerkörper (21) und die Buchsen (23) in axialer Richtung (A) Anschläge (34, 35) bilden, welche das vorbestimmte erste Bewegungsmaß (XI) und das vorbestimmte zweite Bewegungsmaß (X2) definieren.

5. Lager (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (30) der Hydraulikeinheiten (40, 41) beider einem Axiallager (23) zugeordneten Sätze von Hydraulikeinheiten jeweils in einer Vertiefung (31) des Lagerkörpers (21) aufgenommen sind, dass die Kolben (30) der Hydraulikeinheiten (40) des diesem Axiallager (23) zugeordneten ersten Satzes von Hydraulikeinheiten an ihrem freien Ende an einem am Lagerkörper (21) aufgenommenen, um das zweite vorbestimmte Bewegungsmaß (X2) axial bewegbaren Kolbenring (42) anliegen, und dass die Kolben (30) der Hydraulikeinheiten (41) des diesem Axiallager (23) zugeordneten zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten an ihrem freien Ende jeweils mit einem durch eine zugeordnete axiale Durchgangsöffnung (43) des Kolbenrings (42) geführten zylindrischen Druckelement (44) verbunden sind, das, wenn die Hydraulikeinheiten (41) des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten mit Druck beaufschlagt werden, ausgehend von einer nicht axial auswärts von dem Kolbenring (42) vorstehenden Position in eine um das vorbestimmte erste Bewe- 17 gungsmaß (XI) axial auswärts von dem Kolbenring (42) vorstehende Position bewegt wird.

6. Lager (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenring (42) an dem Lagerkörper (21) zwischen zwei Anschlägen (34, 35) axial vor und zurück bewegbar aufgenommen ist, und dass der Kolbenring (42) einen Anschlag für die Kolben (30) der Hydraulikeinheiten (41) des zweiten Satzes von Hydraulikeinheiten bildet.

7. Lager (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses am Innenumfang ein Radiallager (24) aufweist.

8. Gasturbineneinheit (10) mit einem Stator (19) , einem in dem Stator (19) auf genommenen, um eine Rotationsachse (2) drehgelagerten Rotor (5) und mehreren Stufen von am Rotor (5) gehaltenen Lauf schaufeln (18) und am Stator (19) gehaltenen Leitschauf ein (20) , dadurch gekennzeichnet, dass zur Rotorlagerung zumindest ein Lager (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.

9. Stationäre Gasturbine (1) mit einer Gasturbineneinheit (10) nach Anspruch 8.

10. Verfahren zum Erhöhen der Effizienz einer Gasturbineneinheit (10) mit einem Stator (19) , einem in dem Stator (19) auf genommenen, um eine Rotationsachse (2) über Lager (3, 4) drehgelagerten Rotor (5) und mehreren Stufen von am Rotor (5) gehaltenen Lauf schaufeln ( 18 ) und am Stator (19) gehaltenen Leitschauf ein (20) , insbesondere einer Gasturbineneinheit (10) einer stationären Gasturbine ( 1 ) , bei dem der Rotor (5) axial in Strömungsrichtung eines die Gasturbineneinheit (10) durchströmenden Arbeitsmediums in zu- 18 mindest zwei Stufen jeweils um ein vorbestimmtes Bewegungsmaß (X2, XI) hydraulisch bewegbar ist, und bei dem der Rotor (5) axial entgegen der Strömungsrichtung in zumindest zwei Stufen (XI, X2) hydraulisch bewegbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem im Rahmen eines Anfahrens der Gasturbineneinheit (10) Lagerelemente (26) eines auf einer Stirnseite eines Lagers (3) angeordneten Axiallagers (22) um ein vorbestimmtes einheitliches erstes Bewegungsmaß (XI) in axialer Richtung (A) derart gegen den Rotor (5) bewegt werden, dass der Rotor (5) entgegen der Strömungsrichtung um das vorbestimmte erste Bewegungsmaß (XI) relativ zum Stator (19) bewegt wird, und bei Erreichen eines vorbestimmten Betriebszustands Lagerelemente desselben Axiallagers (22) um ein vorbestimmtes einheitliches zweites Bewegungsmaß (X2) in axialer Richtung (A) derart gegen den Rotor (5) bewegt werden, dass der Rotor (5) um das vorbestimmte zweite Bewegungsmaß (X2) entgegen der Strömungsrichtung weiter relativ zum Stator (19) bewegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem im Rahmen eines Abfahrens der Gasturbineneinheit (10) Lagerelemente (26) eines an der gegenüberliegenden Stirnseite desselben Lagers (3) angeordneten Axiallagers (23) um ein vorbestimmtes einheitliches zweites Bewegungsmaß (X2) in axialer Richtung (A) derart bewegt werden, dass der Rotor (5) um das vorbestimmte zweite Bewegungsmaß (X2) in Strömungsrichtung relativ zum Stator (19) bewegt wird, und bei Erreichen eines vorbestimmten Betriebszustands Lagerelemente (26) desselben Axiallagers um ein vorbestimmtes einheitliches erstes Bewegungsmaß (XI) in axialer Richtung (A) derart weiter bewegt werden, dass der Rotor (5) um das vorbestimmte erste Bewegungsmaß (XI) in Strömungsrichtung weiter relativ zum Stator (19) bewegt wird.