SE509392C2 - Anordning för en rotormaskin - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 - gående delar. 509 392 partier dels orkar bära rotorn och hålla denna i en centrerad position i rotormaskinen utan att de under- kastas någon nämnvärd deformation, dels genom sin de- formation kan uppta de genom temperaturskillnader och därtill associerade värmeutvidgningsfenomen erhållna geometriska förändringarna hos i rotormaskinen in- Det är naturligtvis viktigt att rotorn hålls centrerad även vid sådana deformationer av nämnda partier på grund av temperaturskillnader. Så- dana elastiskt deformerbara partier har enligt tidi- gare teknik exempelvis utgjorts av elastiskt defor- merbara, koniskt och ringformat utformade kroppar, anordnade mellan och förbundna med det lagerhus i vilket rotordelen är lagrad och statorn. Emellertid uppkommer ibland krafter mellan rotordel och stator- del som betydligt överstiger de normala krafterna och som därvid även de måste upptas av nämnda elastiskt deformerbara partier. Ett sådant fall år exempelvis då skovelförlust, dvs att ett rotorblad lossnar under drift, inträffar hos rotormaskiner av turbintyp, var- igenom höga krafter uppstår mellan statordel och rotordel. För att det elastiskt defor- merbara partierna skall vara i stånd att uppta även exceptionellt dessa krafter fordras en betydande överdimensionering av dessa i förhållande till den dimension som, med givna material och geometrisk utformning, fordras för enbart upptagande av rotorns tyngdkraft. överdimensionering leder bland annat till en sämre En sådan förmåga hos partierna att genom elastisk deformation uppta de krafter raturinducerade dimensionsförändringarna genom att de därigenom erbjuder ett större motstånd mot en sådan deformation och således inte medger att statorn och som förorsakas av de tempe- rotorn expanderar olika mycket. 10 15 20 25 30 35 _ vas medelst ett nædium, 509 592 Under inga omständigheter får de nämnda partierna vara så klent dimensionerade att de inte orkar ta upp de stora krafter som exempelvis uppstår i samband med skovelförlust, eftersom detta skulle kunna leda till mycket kostsamma och allvarliga haveritillbud i. ro- ägnade att dri- såsom förbränningsgas eller tormaskiner av exempelvis turbintyp, ånga, av hög eller mycket hög temperatur. Därför är enligt tidigare teknik överdimensionering av de elas- tiskt deformerbara partierna en nödvändighet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med den föreliggande uppfinningen är att till- handahålla en anordning av det inledningsvis nämnda slaget, vilken möjliggör att hos en rotormaskin uppta extremt stora krafter, exempelvis i samband med sko- velförlust.

Enligt uppfinningen uppnås detta syfte genom att an- ordningen innefattar andra stödmedel, tade att, krafterna när en viss nivå, som är inrät - då de av de första stödmedlen upptagna uppta denna nivå översti- gande krafter statordelen. som uppträder mellan rotordelen och Enligt ett föredraget utförande innefattar de första stödmedlen ett första stödelement som är anordnat att genom elastisk deformation uppta krafter orsakade av dimensionsförändringar hos åtminstone en av statorde- len och rotordelen och innefattar de andra stödmedlen ett andra stödelement som är styvt i förhållande till det första stödelementet i lastupptagande riktning.

Därigenom uppnås fördelen av att de andra stödmedlen, genom sin styvhet i lastupptagande riktning, förmäs 1.0 l5 20 25 30 35 509 392 uppta stora krafter eller spänningar utan nämnvärd deformation. Även vid fall av mycket stora radiella krafter, såsom de som i. en rotormaskin uppträder i samband med skovelförlust (blade därigenom även de mycket stora krafter som strävar loss), motverkas efter att förskjuta rotoraxeln radiellt relativt dess - normala driftposition. Likväl erhålls vid normal drift, då inga sådana exceptionella radialkrafter uppstår, fördelen av att mindre, av temperaturpåver- kan föranledda dimensionsföråndringar mellan rotordel och statordel mjukt, dvs elastiskt, kan överföras ge- nom de första stödelementens elastiska deformation utan inblandning av de andra stödmedlens funktion.

Enligt ett ytterligare utförande är de första och andra stödmedlen parallellt anordnade. Därigenom leds de krafter mellan rotordel och statordel, vilka ej upptas av de första medlen på grund av dessas elas- tiska deformation, automatiskt till de andra stöd- medlen. konstruktivt enkel utformning av de första och andra stödmedlen för att tillförsäkra att de andra stödmed- len utför sin funktion så snart de första stödmedlen Det parallella anordnandet medger även en upptagit en viss kraftnivá och därigenom erhållit en viss grad av elastisk deformation.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande år de första stödmedlen anordnade att upptaga krafter för- orsakade av dimensionsföråndringar hos åtminstone en av rotordelen och statordelen som uppstår mellan sta- tordel och rotordel på grund av i rotormaskinen före- kommande temperaturpåverkan och nämnda nivå hos spän- ningarna motsvarar en nivå som är lika med summan av rotorns på de första stödmedlen utövade tyngdkraft och de krafter som uppstår mellan rotordel och sta- 10 15 20 25 30 35 5o9 s92 tordel på grund av i rotormaskinen förekommande temperaturpáverkan.

Därigenom uppnås i synnerhet fördelen att de första stödmedlen kan dimensioneras enbart för att på effek- tivast möjliga sätt hålla rotorn centrerad i rotorma- . skinen och uppta krafter upp till den ovan definie- rade nivån, vare sig dessa är föranledda av tempera- turpàverkan eller genom annan påverkan, och behöver således inte göras onödigt styva inför risken att ut- sättas för större krafter.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande är de första stödmedlen vid en första yta fast förbundna med statordelen och vid en andra yta fast förbundna med en lageranordning i vilken rotordelen är roter- bart lagrad.

Därigenom bildar de första stödmedlen en direktlänk mellan statordel och rotordel samt fungerar som stöd- medel åt den. lageranordning :L vilken rotordelen är roterbart lagrad. De första stödmedlen kan därmed vara utförda i ett stycke med statordelen och/eller med lageranordningen.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande är de andra stödmedlen anordnade mellan statordelen och en lageranordning i vilken rotordelen är roterbart lag- rad, varvid stödmedlen är anordnade med ett avstånd till åtminstone en av statordelen och lageranord- ningen i de andra stödmedlens obelastade tillstånd.

Genom att det nämnda avståndet föreligger, kommer så- ledes ej de andra stödmedlen att bidra med någon kraftupptagning mellan och statordel så länge detta avstånd existerar. Ett sådant utförande rotordel 10 15 20 25 30 35 509 392 tillåter en enkel konstruktion som nædger en minsk- ning av avståndet i motsvarande utsträckning som den deformationen hos de stödmedlen elastiska första tilltar.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande är de . andra stödmedlen anordnade mellan statordelen och en lageranordning i vilken rotordelen är roterbart lag- rad och för att anligga mot bägge av dessa i sitt ak- tiva, kraftupptagande tillstånd.

Därigenom är det möjligt att konstruera och dimensio- nera de första respektive andra stödmedlen på sådant sätt att de andra stödmedlen når till anliggning mot lageranordningen respektive statordelen samtidigt som de första stödmedlen mycket som motsvaras av att de upptagit krafter av elastiskt deformerats just så den tidigare definierade storleksnivàn.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande innefat- tar de andra stödmedlen ett ringformat stödelement och är anordnade kring en lageranordning för rotorde- len.

Den ringformade utformningen är fördelaktig bland an- nat genom att den tillåter upptagande av radiella krafter mellan och riktningar i rotordelens rotationsplan. En jämnt för- delad kraftupptagning erhålls därigenom. Alternativt kan. de andra stödmedlen innefatta. ett flertal seg- rotordel statordel i samtliga ment, t.ex. från varandra skilda klackar, som till- sammans definierar en ring, anordnad kring lager- anordningen.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande är sta- tordelen försedd. med. kanaler för* genompassage av i 10 15 20 25 30 V och att deras 509 392 rotormaskinen strömmande, hett medium, varvid de första och andra stödmedlen är anordnade vid radiellt kanalerna korsande partier hos sta- första och andra sig sträckande, tordelen. Detta innebär att de stödmedlen är anordnade vid partier hos statordelen där denna utsätts för betydande temperaturpàverkan funktion följaktligen blir särskilt viktig eftersom det just där kan betraktas som ange- läget att på ett effektivt och konstruktionsmässigt fördelaktigt förorsakade krafter mellan rotordel och statordel, såväl SOITI sätt ta upp av dimensionsförändringar föranledda av exempelvis temperaturpàverkan, mindre krafter förorsakade av tyngd större krafter föranledda av exempelvis skovelförlust rotorns hos rotordelen. driven me- Rotormaskinen är företrädesvis en turbin, delst ett av medierna ånga och förbränningsgas.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen framgår av den efterföljande be- skrivningen samt övriga, icke självständiga patent- krav.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Härefter följer en detaljerad beskrivning av såsom exempel anförda, föredragna utföringsformer av upp- finningen under' hänvisning' till bifogade ritningar, pä vilka: Fig 1 är en tvärsnittsvy som schematiskt visar an- inrättad mellan rotordelen och statordelen hos en rotormaskin, ordningen enligt uppfinningen, sø9 592 8 10 15 20 25 30 35 är en tvärsnittsvy, liknande den i Fig 1, som Fig 2 visar anordningen enligt uppfinningen, inrät- tad vid ett kanalförsett statorparti, och Fig 3 är en tvärsnittsvy enligt III-III i Fig 2, vi- sande anordningen i rotorns rotationsplan. _ DETALJERAD BESKRIVNING Av ETT FöREDRAc-ET UTFÖRANDE Av UPPFINNINGEN I Fig 1-3 visas ett föredraget utförande av den upp- finningsenliga anordningen. Anordningen är inrättad i en rotormaskin som innefattar en rotordel 1 och en statordel 2. Rotordelen 1 är, via en lageranordning i form av ett lagerhus 3 och ett däri anordnat lager 4, roterbart anordnad i statordelen 2.

Rotormaskinen är företrädesvis en turbin driven me- delst ett av medierna ánga och förbränningsgas. Det är emellertid även tänkbart att rotormaskinen i fråga är av annan typ.

Mellan statordelen 2 och lagerhuset 3 är första stöd- medel 5 anordnade. Stödmedlen 5 ringformad kropp, vilken i två motsatta ändar är för- innefattar här en bunden med lageranordningen 3, 4 respektive statorde- len 2 och vilken uppvisar àtminstone ett koniskt ut- format parti och sträcker sig runt rotoraxeln 6 och är väsentligen koncentrisk med denna. Det koniska partiet har en väggtjocklek som är väsentligt mindre än storleken av kroppens utsträckning i radiell rikt- ning. Den är även väsentligt mindre än storleken av nämnda partis utsträckning mellan ändarna därav.

Stödmedlet 5 är vid en yta i sin ena ände förbundet med lagerhuset 3 och vid en yta i sin andra ände för- bundet med statordelen 2. Dimensionsförändringar hos 10 15 20 25 30 35 . Samtidigt 509 392 rotordelen 1 och statordelen 2 på grund av exempelvis temperaturskillnader mellan dessa upptas av stödmed- let 5. I synnerhet kan stödmedlen 5 uppta radiella dimensionsförändringar hos rotordelen och statordelen 2 genom att dess koniska utformning och dimensione- ringen därav tillåter att detta elastiskt deformeras. överförs via stödmedlet 5 de normala krafter som påverkar lageranordningen 3, 4 p.g.a. dess egen och rotorns tyngd. Detta måste ske på ett sådant sätt att stödmedlet väsentligt förändrar rotorcentrums läge i förhållande till statorn 6. I vissa fall kan emellertid extrema krafter förväntas uppträda mellan rotordelen l och statordelen 2. Ett exempel på sådana tillfällen är de som uppkommer i samband med så kallad skovelförlust, vid vilken obalans uppstår hos den med högt varvtal och de överföras deformationer i inte roterande rotordelen 1 radialkrafterna måste till företrädesvis med en så liten avvikelse som möjligt hos rotordelens 1 axel i förhållande till det läge denna intar i samband med normal drift då träder. därigenom uppkomna från rotordelen l statordelen 2, inga sådana extrema krafter upp- För att överföra de ytterligare krafter som därvid uppträder utöver den nivå som maximalt förväntas kunna upptas av de första stödmedlen 5, in- nefattar anordningen andra stödmedel 7, radialriktningen är styva i förhållande till stödmed- vilka i len 5 och överför dessa ytterligare krafter mellan rotordelen 1 och statordelen 2 under uppvisande av så små deformationer som möjligt i radiell riktning. I det föredragna. utförandet är* de andra stödmedlen 7 bildade av en ringformad kropp, vilken är förbunden med lageranordningen 3, 4 och sträcker sig runt denna. Stödmedlen 7 är' härvid. väsentligen. koncent- riska med lageranordningen 3, rotationsaxel 6. 4 liksom rotordelens Mellan den yta hos stödmedlen 7 som 10 15 20 25 30 35 509 392 10 vetter mot statordelen 2 och den senare föreligger, så länge de krafter som råder mellan rotordelen 1 och statordelen 2 understiger den maximala kraftnivå som väntas upptas av de första stödmedlen 5, ett avstånd e mellan denna yta 8 och en motsatt yta 9 hos sta- tordelen 2. Detta innebär att när de första stödmed- - len 5 deformerats så mycket i radiell riktning att kontakt uppstår mellan ytorna 8 och 9, därutöver uppträdande spänningarna mellan rotordelen samtliga de 1 och statordelen 2 kommer att överföras mellan dessa via de andra stödmedlen 7.

Stödmedlen 7 kan även betraktas som en yta hos lager- anordningen 3 eller en därmed förbunden del, vilken, i de andra stödmedlens icke aktiva tillstånd, uppvi- sar ett avstånd till en motsvarande yta hos statorde- len 2 eller en därmed förbunden del, och att vid de andra stödmedlens 7 aktiva tillstånd detta avstånd år att anliggning mellan eliminerat så föreligger ytorna.

Det skall noteras att avståndet e :L det fallet att rotormaskinen utgörs av exempelvis en. gasturbin är mycket litet i förhållande till rotordelens diameter inklusive rotorblad. Avståndet e är företrädesvis av i storleksordningen några tiondels millimeter då den nämnda diametern år av storleksordningen 1 meter.

Av Fig 3 framgår vidare att statordelen 2 är försedd med kanaler 10 för genompassage av i rotormaskinen flödande arbetsmedium. Detta medium kan vara något av medierna ånga och vilka kan förväntas ha hög Det är därvid lätt att inse att av tem- gas, temperatur. peraturpåverkan inducerade dimensionsförändringar kommer att uppträda hos rotordelen 1 och statordelen 2 på grund av att det flödande mediet värmer upp till 10 15 20 509 592 ll kanalerna 10 angränsande partier 11 hos statordelen 2 då det passerar igenom dessa kanaler. Den uppfin- ningsenliga anordningen är särskilt väl lämpad för applicering på en rotormaskin av denna typ.

Naturligtvis är en rad modifieringar och varianter av _ den beskrivna anordningen möjliga inom ramen för upp- finningen utan att därför uppfinningstanken fràngás.

Som exempel kan nämnas att en rad olika utformningar av de första och de andra stödmedlen 5 respektive 7 kan 'förekomma och att utformningen av dessa som en kropp i form av en stympad kon respektive en ringfor- mad kropp är för tillfället föredragna utföringsexem- pel som här dock enbart visas i syfte. möjligt att de andra stödmedlen 7, då dessa utgörs av en ringformad kropp såsom denna visats, i det inaktiva tillståndet är förbundna med statordelen eller en därmed förbun- den del och uppvisar ett avstånd till lageranord- ningen 3, i det aktiva tillståndet, anligga lageranordningen 3 eller en därmed förbunden del och därigenom bilda en mellan stator- exemplifierande Likaså är det naturligtvis för att därefter, mot delen 2 och rotordelen 1 kraftöverförande enhet.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 509 592 12 Patentkrav

1. Anordning för en rotormaskin, varvid rotormaskinen innefattar en statordel (2) och en i denna lagrad ro- tordel (1), första stödmedel (5) är anordnade att uppta krafter scm1 uppträder* mellan statordelen (2) (l). och rotordelen och varvid den innefattar andra stödmedel (7), som är inrättade att, då de av de första stödmedlen (5) upptagna krafterna när en viss nivå, uppta denna nivå överstigande krafter som uppträder mellan rotordelen (1) och statordelen (2), kännetecknad. därav, att de andra stödmedlen (7) är anordnade mellan statordelen (2) och en lageranord- ning (3, 4) i vilken rotordelen (1) är roterbart lag- rad, varvid de andra stödmedlen uppvisar ett avstånd (e) till åtminstone en av statordelen (2) och lager- i de andra stödmedlens (7) obelas- anordningen (3, 4) tade tillstånd.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att de första (5) och andra (7) medlen är anordnade mel- lan rotordelen (1) och statordelen (2). eller 2, innefattar ett

3. Anordning enligt krav 1 kännetecknad därav, att de första stödmedlen (5) första stödelement som är anordnat att genom elastisk deformation uppta krafter förorsakade av dimensions- förändringar hos åtminstone en av statordelen och ro- tordelen.

4. Anordning enligt något av' de föregående kraven, kännetecknad därav, att de andra stödmedlen (7) inne- fattar ett andra stödelement som är styvt i förhål- lande till det första stödelementet (5) gande riktning. i lastuppta- 10 15 20 25 30 35 509 392 13

5. Anordning' enligt något av' de föregående kraven, att de första och andra stödmed- (7) är parallellt anordnade. kännetecknad därav, len (5) respektive

6. Anordning' enligt något av' de föregående kraven, kännetecknad därav, att de första stödmedlen (5) är anordnade att upptaga krafter förorsakade av dimen- sionsförändringar hos åtminstone en av rotordelen (l) och statordelen (2) rotormaskinen förekommande temperaturpáverkan. på grund av i

7. Anordning' enligt något av' de föregående kraven, kännetecknad därav, att nämnda nivå hos krafterna motsvarar en nivå som är lika med summan av rotorns på de första stödmedlen (5) utövade tyngdkraft och de krafter som uppstår mellan rotordelen (1) och stator- delen (2) temperaturpáverkan. pà. grund. av i. rotormaskinen förekommande

8. Anordning' enligt något av' de föregående kraven, att de första stödmedlen (5) och vid kännetecknad därav, vid en yta är fast förbundna med statordelen (7) en andra yta är fast förbundna med en lageranordning (3, 4) i vilken rotordelen (1) är roterbart lagrad.

9. Anordning' enligt något av' de föregående kraven, kännetecknad. därav, att de andra stödmedlen. (7) är anordnade mellan statordelen (2) och en lageranord- ning (3, 4) i vilken rotordelen (1) är roterbart lag- rad och anordnade att anligga mot bägge av dessa i de andra stödmedlens stånd. aktiva, spänningsupptagande till-

10. Anordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad därav, att de första stödmedlen innefat- tar en mellan statordelen (2) och en lageranordning 10 15 20 509 392 14 (3, 4) anordnad, ringformad kropp, vilken i två mot- satta ändar är förbunden med lageranordningen (3, 4) statordelen (2) minstone ett koniskt utformat parti. respektive och 'vilken 'uppvisar åt-

11. Anordning enligt något av de föregående kraven, att de andra stödmedlen (7) stödelement och är anordnade kännetecknad därav, inne- fattar ett ringformat kring en lageranordning (3, 4) för rotordelen (1).

12. Anordning enligt något av de föregående kraven, att statordelen (2) för genompassage av i rotormaskinen kännetecknad därav, är försedd med kanaler (10) hett medium. strömmande,

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad därav, att de första (5) och andra (7) stödmedlen är anordnade vid radiellt sig sträckande, kanalerna (10) korsande partier (11) hos statordelen (2).

14. Anordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad därav, att rotormaskinen är en turbin, driven medelst ett av medierna ånga och förbrännings- gas.