DE2200447A1 - Niederdruck-Teilturbinen von Dampfturbinen - Google Patents

Description

• Niederdruck-Teilturbinen von Dampfturbinen Die Erfindung betrifft Niederdruck-Teilturbinen von Dampfturbinen.
• Bekanntlich weisen Niederdruck-Teilturbinen einen mit Laufschaufeln versehenen Läufer, dessen Wellenenden in je einem auf einem Fundament befestigten Lagergehäuse liegen, ferner ein mit Leitschaufeln versehenes Irinengehäuse und ein den Läufer und das Innengehäuse umgebendes Außengehäuse auf. Das Außengehäuse enthält eine Tragkonstruktion, auf der das Innengehäuse befestigt ist, und ist auf Tragbalken abgestützt und ringsum von Flurplatten umgeben. Das Außengehäuse nimmt den in der Turbine entspannten Dampf auf Bei Niederdruck-Teilturbinen wird der entspannte Dampf zu einem Kondensator abgeführt. Damit der Abdampf nicht zu große Geschwindigkeit hat, die ja ein Leistungsverlust sein würde, muß man den Dampf ein beträkhtliches Volumen annehmen lassen. Deshalb weist das Außengehäuse einen Abdampfbogen auf, der als metallischer Behälter ausgebildet ist, welcher das Innengehäuse nebst dem Läufer umgibt und den Abdampf zum Kondensator ableitet. Die Wellenlager sind an der Außenseite dieses Behälters angeordnet, und die Wellenenden des Läufers sind durch Je eine Öffnung hindurchgeführt, die mit einer ringförmigen Dichtung versehen ist. Es wird also das Außengehäuse durch das aus der Tragkonstruktion und dem Abdampf bogen bestehende Ein-Block-System gebildet.
• Damit die Umwandlung der im Dampf enthaltenen Energie in Arbeit des Läufers mit gutem Wirkungsgrad erfolgt, müssen die Spiele zwischen dem ruhenden und den umlaufenden Teilen in den Dichtungen so klein wie möglich sein. Dies erfordert ausgezeichnete Zentrierung des Läufers im Innengehäuse und Erhaltung dieser guten Eigenschaft bei allen Betriebszuständen der Maschine.
• Daraus folgt, daß die zulässigen Biegeverformungen im Betriebe sehr beschränkt sind.
• Im allgemeinen sind die Lagergehäuse mit dem Außengehäuse fest verbunden und das Innengehäuse im Außengehäuse mittels Tragpratzen abgestützt, wobei die richtige Lage durch Zentrierkeile gesichert wird. Um die Stabilität der Lagergehäuse und die vollkommene Zentrierung der beweglichen Teile relativ zu den ortsfesten Teilen Zll sichern, muß man das Außengehäuse so verstärken, daß eine ßerst starre Bauart entsteht. Aber der Abdampfbogen hat, wie oben dargelegt, große Abmessungen, damit die Abdampfgeschwindigkeit nicht unerwünscht groß wird; und da er einem bestimmten Unterdruck, der den Wirkungsgrad des Kreislaufes erhöhen soll, und auch thermischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, so muß der Abdampfbogen beträchtlich durch Rippen verstärkt werden, um ein genügend starres Ganzes zu bilden.
• Da die Einzelteile der Gehäuse durch die Rücksicht auf die Biegeverformungen und nicht durch die Beanspruchungen bestimmt sind, so folgt daraus eine schlechte Ausnutzung der Festigkeitseigenschaften des Metalles und infolgedessen ein sehr großes Gewicht.
• Man hat schon vorgeschlagen, einen Teil dieses Gewichtes durch den Kondensator tragen zu lassen, an dem der Abdampfbogen befestigt ist. Zu diesem Zweck wird der Kondensator von Federn getragen, die zwischen der Unterseite des Kondensators und der Fundament-Sohlplatte angeordnet sind.
• Jedoch ist infolge der Wärmedehnungen der einzelnen Bauteile die Zusammenpressung dieser Federn Je nach dem Betriebszustand der Turbinenanlage verschieden, und dies bringt große Schwankungen der auf das Außengehäuse wirkenden Kräfte mit sich. Diese Wirkung ist besonders schädlich für die Innehaltung der oben erwähnten notwendigen geometrischen Eigenschaften.
• Man hat ferner schon vorgeschlagen, den Kondensator mit dem Abdampfbogen durch eine nachgiebige Dichtung zu verbinden, die die Wärmedehnungen aufnehmen soll, wobei der Kondensator auf der Fundament-Sohlplatte starr aufruht.
• In diesem Falle überträgt man auf die die Wellenlager und das Außengehäuse tragenden Balken nicht nur das Gewicht der verschiedenen Turbinenteile, sondern auch alle Kräfte, die durch den im Innern des Abdampfgehäuses herrschenden Unterdruck erzeugt werden.
• Diese Kräfte, die der Querschnittsfläche des den Abdampf zum Kondensator führenden Abdampfbogens verhältnisgleich sind, werden bei sehr großen hIrbinen unerträglich groß Sie führen dann dazu, daß insbesondere die das Außen gehäuse tragenden Balken überdimensioniert werden mussen und infolgedessen die Verbindung zwischen dem Abdampfbogen und dem Kondensator sehr lang, also die Gesamthöhe der Turbinenanlage sehr groß wird.
• Die Erfindung hat Verbesserungen zum Ziel, die diese Nachteile beheben.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Abdampfbogen eine Haube ist, die von der das Innengehäuse tragenden Konstruktion und von den Wellendichtungsringen unabhängig und mit diesen durch mindestens ein dichtes, verformbares Organ verbunden und mit dem Kondensator starr verbunden ist, und daß die Tragkonstruktion und die Wellen dichtungen mit den die beiden Wellenlager tragenden Teilen des Fundamenttisches starr verbunden sind.
• In der Zeichnung sind mehrere Aus führungs formen der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Niederdruck-Teilturbine einer Dampfturbine in senkrechtem Längsschnitt; Fig. 2 einen Ausschnitt daraus entsprechend der Kreisfläche II der Fig. 1; Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäusen Niederdruck-Teilturbine einer Dampfturbine in senkrechtem Längsschnitt, Fig. 4 dieselbe in Ansicht in Achsrichtung, Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsge mäusen Niederdruck-Teilturbine einer Dampfturbine, die zwei voneinander verschiedene Arten der Zentrierung des Außengehäuses - in Teilschnitten dargestellt - enthält; Fig. 6 dieselbe in Ansicht in Achsrichtung; Fig. 7 dieselbe in Ansicht von oben Fig. 8 einen eine Zentrierklaue zeigenden Ausschnitt aus Figo 5 entsprechend der Kreisfläche VIII der Fig. 5; Fig. 9 dieselbe im Schnitt entlang der Linie IX- IX der Fig. 8; Fig.10 ein Fundament für eine Dampfturbinenanlage im Schrägbild, welches die durch die Erfindung erzielten Vorteile zeigt.
• Die in Fig. 1 dargestellte Niederdruck-Teilturbine enthält einen Läufer 1 mit Laufschaufeln 10, die an der Welle 11 befestigt sind, welche mit ihren Enden in zwei Lagern 3 liegt, die in Lagergehäusen 4 angeordnet sind, deren Jedes auf je einem Fundamenttisch 5 ruht. Der Läufer ist von einem Innengehäuse 2 umgeben, das Leitschaufeln 20 enthält. Das Innengehäuse ist mit den üblichen Dampfzulei tungen und Entnahmeleitungen versehen.
• Bei der ersten Ausführungsform ist das Innengehäuse 2 an einer Tragkonstruktion 6 befestigt, die mit den Lagergehäusen 4 starr verbunden und mit Pratzen 7 versehen ist, welche die Tragkonstruktion 6 auf dem Fundamenttisch 5 abstützen und zenttieren. Die Enden 11 der Läuferwelle sind durch ringförmigt Dichtungen 8 hinduchgeführt, die an der Tragkonstruktion 6 befestigt sind.
• Der Abdampfbogen ist durch eine Haube 12 gebildet, welche das Innengehäuse nebst dem Läufer umgibt, und ist am Eintrittsstutzen des Kondensators 13 befestigt. Erfindung gemäß ist die Haube 12 von der Tragkonstruktion für das Innengehäuse unabhängig. Die Abdichtung ist durch eine ring förmige verformbare Membran 14 bewirkt, die den Außenrand der ringförmigen Stirnwand 9 mit der ihr entsprechenden Stirnwand der Haube 12 verbindet. Diese Membran ist in Fig. 2 in ihren Einzelheiten gezeigt. Sie besteht aus Gummi oder aus Kunstharz und ist an der Haube 12 und der Stirnwand 9 durch abnehmbare Spannringe 15 befestigt, und sie ist gegen den Dampf durch einen an einem der Spannringe befestigten Wandring 16 geschützt.
• Bei dieser Ausführungsart kann die Haube 12 relativ zur Turbine sich frei bewegen und daher auf dem Kondensator starr befestigt sein, so daß dieser ihr Gewicht trägt. Die Haube hat nur den Abdampf zu sammeln und zum Kondensator abzuleiten; in dem von ihr umgebenen Raum ist niedrigerer Dampfdruck möglich.
• Die Haube braucht nur für dieses eine Ziel entworfen zu sein; man kann verhältnismäßig große Verformungen zulassen, da diese sich nicht auf das Innengehäuse auswirken können. Man kann die das Innengehäuse tragende Konstniktion bei dieser Ausführungsform schwächer bemessen; denn da diese Tragkonstruktion nicht den Unterdruck aufzunehmen hat, braucht sie auch keine anderen Kräfte als nur ihr eigenes Gewicht und daXenige des Innengehäuses sowie das Drehmoment aufzunehmen.
• Das Innengehäuse, seine Tragkonstruktion und die Lagergehäuse können also ein starres Ganzes bilden und so eine gute Lagebeziehung zwischen den umlaufenden und den nicht umlaufenden Teilen sichern, Dieses Ganze ruht unmittelbar auf dem Fundamenttisch; man kann für seine Befestigung alle üblichen Zentrierungsmittel verwenden.
• Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Lagergehäuse 4 von dem aus dem Innengehäuse 2, seiner Tragkonstruktion 6 und den Dichtungen 8 bestehenden Ganzen getrennt. Dieses Ganze wird von Pratzen 17 getragen, die an den an den Enden der Tragkonstruktion 6 befindlichen Stiruwänden 9 befestigt sind und auf den Lagergehäusen 4 oder direkt auf den Fundament tischen aufruhen. Die Lagergehäuse 4 und die Pratzen 17 können auf dem Fundamenttisch mit oder ohne Gleitmöglichkeit, Je nach den Erfordernissen der Anlage, befestigt sein. Wenn man Gleiten zuläßt, kann man die Zentrierung des ganzen mittels in Achsebene der Turbine angeordneter Zentrierklauen sichern.
• Zwischen den Lagergehäusen und den Tragpratzen 17 kann man Zwischenlagen 171 anordnen, damit die Membran 14, wenn sie beschädigt sein sollte, verschoben werden kann, ohne daß das Innengehäuse angebaut zu werden braucht.
• Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind die Wellendichtungen 8, durch die die Wellenenden 11 hindurchgehen, mit den Lagergehäusen 4 starr verbunden.
• Das Innengehäuse ist auf zwei Tragarmen 21 befestigt, deren jeder einen zur Turbinenachse parallelen Balken bildet und deren Enden 210 auf dem Fundamenttisch 5 aufliegen.
• Die Haube 12 umgibt das Innengehäuse vollständig und weist zwei Öffnungen'l21 für den Durchtritt der Wellenenden 11 sowie vier Verlängerungen 122 (Fig. 7) auf, welche die Stellen, an denen die Enden der Arme 21 befestigt sind, umgeben. Jede Dichtung 8 ist mit dem Lagergehäuse starr verbunden und ist mit den Rändern der Öffnung 121 durch einen die Welle umgebenden Balgen 141 verbunden, so daß sie abt dichtet, ohne die Bewegungen der Haube 12 relativ zum Fundamenttisch und zum Innengehäuse zu behindern. Ebenso ist jede Haubenverlängerung 122 an ihrer Unterseite offen und durch einen Balgen 142, der den entsprechenden Abstützpunkt des Armes 21 umgibt, mit einem an diesem Stützarm festen Blech verbunden.
• Natürlich ließe sich die Abdichtung der Öffnungen für den Durchtritt der Stützarme auch auf irgendwelche andere Art bewirken. Man könnte z. B. am Ende jedes Stützarmes eine senkrechte Trennwand anordnen, die am Rande der Öff nung mit dem Ende des Stützarmes durch einen Balgen ver bunden ist.
• Die Balgen 141 und 142 können aus Kautschuk, aus Kunstharz oder aus Metall bestehen.
• In Fig0 5, in ihrem unteren Teil, sind zwei Arten der Zentrierung des Innengehäuses dargestellt.
• Bei der dort in der rechten Hälfte der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist das Innengehäuse 2 mit mindestens einer Führungseinrichtung 22 versehen, die zum Beispiel die Form eines Bügels haben kann, der über einen Balken 23 greift, welcher an seinen Enden an den Fundamentträgern 5, die die Lagergehäuse tragen, verankert ist. Der Balken 23 kann an einem der Fundamentträger starr befestigt und an seinem anderen Ende in einer Öffnung des anderen Fundament trägers gleitend geführt sein. So kann der Balken Dehnungen nachgeben, ohne seine zur Laufachse parallele Richtung zu verlieren. Natürlich könnte man auch mehrere zur Läuferachse parallele Balken anordnen.
• Die Enden des Balkens 23 gehen durch Öffnungen 123 der Haube 12 und sind mit je einem Balgen 143 verbunden, der an einer auf dem Balken 23 festen Trennwand befestigt ist.
• Bei der im linken unteren Teil der Fig. 5 und im einzelnen in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten abgewandelten Bauart ist die Haube 12 mit einem Keil 124 versehen, der sich beiderseits der Haubenwand erstreckt und an der Außen seite der Wand in einem am Fundamenttisch festen Bügel 51 und an der Innenseite der Wand in einem Bügel 24 eingreift, der sich am Ende eines am Innengehäuse festen Armes 25 be findet. Bei dieser Verbindungsart ist ein Freiheitsgrad unterdrückt, und deshalb muß der Keil 24 in der Symmetrieebene des aus der Turbine und dem Kondensator bestehenden Ganzen angeordnet sein. Da der Keil in den Bügeln 24 und 51 frei gleitet, kann sich dieses Ganze entlang der Symmetrieebene verschieben. Aber das Innengehäuse mit dem läufer und die Haube sind in Querrichtung unbeweglich, das Innengehäuse bleibt also in dieser Richtung relativ zu den Lagern unbeweglich, was eine notwendige Voraussetzung für das gute Funktionieren ist.
• Die beschriebenen Verbesserungen bieten beim Bau von Niederdruck-Teilturbinen von Dampfturbinenanlagen sehr wisch tige Vorteile.
• Es können nämlich, da die Abdampfhaube am Kondensator starr befestigt und vom Innengehäuse unabhängig ist, die durch das Vakuum, durch die Temperaturunterschiede und durch die Wasserstandsschwankungen verursachten Kräfte des Kondensators und der Haube sich nicht mehr auf das Innen gehäuse noch auf den Fundamenttisch noch auf die Lagergehäuse der Wellenlager auswirken. Es ist also nicht mehr nötig, diese Kräfte auf ein das Ganze umgebendes Gehäuse zu verteilen. Wie in Fig. 10 dargestellt, kann man die Längsbalken des Fundamentes ganz weglassen und die Tiefbauarbeiten auf zwei Tische beschränken, von denen der eine (52) die Hochdruck- und die Mitteldruck-Teilturbinen und der andere (53) den Stromerzeuger trägt, und braucht als Abstutzung der Niederdruck-Zwischenlager nur einfache Betonplatten (54) vorzusehen.
• Ferner ist es nicht mehr no g, den Abdampfbogen mit dem Kondensator durch eine senkrechte Leitung zu verbinden, die bis unterhalb der - Ja mitunter sehr hohen - Längsbal ken hinabreicht. Man kann daher die Wellenachse näher an die Kondensatormitte heranbringen, also die Höhe des Fundamentes und somit die Gesamtbauhöhe der Turbinenanlage verringern. Dieser Vorteil wird noch größer, wenn man den Kondensator, anstatt ihn unterhalb der Turbine zu plazieren, in anderer Lage anordnet, insbesondere indem man seit liche Kondensatoren beiderseits der Tubinenachse anordnet.
• Schließlich kann man dann dadurch, daß man den Abda bogen von der Tragkonstruktion für das Innengehäuse trennt, dieser Tragkonstruktion schwächere Abmessungen geben und sie allein nach den auf das Innengehäuse ausgeübten Kräften berechnen.
• Man erreicht auf solche Weise eine sowohl leichtere als auch starrere Bauart Bei den oben beschriebenen Beispielen sind die Dampfeintritte oder Dampfaustritte durch den Abdampfbogen nicht eingezeichnet. Dieses Problem der Dampfleitungen ist nicht viel anders als bei herkömmlichen Konstruktionen; man braucht lediglich Verbindungen nach Art der beschriebenen vorzusehen, welche dem Abdampfbogen freie Beweglichkeit gegenüber den Dampfleitungen von genügender Aus schlagweite in den verschiedenen Richtungen der Relativbewegungen erlauben.
• Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt; diese können vielmehr in ihren Einzelheiten abgewandelt werden.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Niederdruck-Teilturbine einer Dampfturbine, die einen mit Laufschaufeln versehenen Läufer, dessen Wellenden den in je einem auf einem Fundament befestigten Lagergeu häuse liegen, ferner ein mit Leitschaufeln versehenes Innengehäuse und ein den Läufer und das Innengehäuse umgebendes Außengehäuse aufweist und die weiterhin eine Tragkonstruktion für das Innengehäuse, einen Abdampfbogen für die Ablei tung des Abdampfes zu einem Kondensator, der auf einem Fundament aufruht, und je eine ringförmige Dichtung für den Durchtritt jeden Wellenendes des Läufers aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i zu ¢ h n e t , daß der Abdampf bogen eine Haube (12) ist, die von der das Innengehäuse (2) tragenden Konstruktion (69 21) und von den Wellendichtungsringen (8) unabhängig und mit dPeson durch mindestens ein dichtes, verformbares Organ (14, 141) verbunden und mit dem Kondensator (13) starr verbunden ist, und daß die Tragkon struktion (6; 21) und die Wellendichtungen (8) mit den die beiden Wellenlager (3) tragenden Teilen des Fundamenttisches starr verbunden sind (Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5).

2. Niederdruck-Teilturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion (6) für das Innengo häuse (2) und die Dichtungen (8) der Durchgangsöffnungen für die Wellenenden (11) des Läufers ein starres Ganzes bilden, das an seinen Enden verformbare Organ aus zwei ring förmigen, verformbaren Membranen (14) besteht, deren jede einerseits am Außenrand der ringförmigen Stirnwand (9) und andererseits an der entsprechenden Wand der Haube (12) des Abdampfbogens befestigt ist (Fig. 1, Fig. 3).

3. Nioderdruck-Teilturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Tragkonstruktion (6), den Wellendichtungen (8) und den Stirnwänden (9) bestehende Ganze mit den Lagergehäusen (4) der beiden Wellenlager starr verbunden ist (Fig. 1, Fig. 3).

4. Niederdruckturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stirnwand (9) mittels zweier beiderseits der Mittellängsebene angeordneten Tragpratzen (7; 17) am zugehörigen Lagergehäuse (4) abgestützt und starr befestigt ist (Fig. 1, Fig. 3).

5. Niederdruck-Teilturbine nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragpratzen (17) auf den Lagergehäusen (4) mittels abnehmbarer Zwischenlagen (171) aufruhen (Fig. 3).

6. Niederdruck-Teilturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion für das Innengehäuse (2) zwei Tragarme (21) aufweist, die am Innengehäuse starr befestigt und deren Enden auf den die Lagergehäuse (4) tragenden Teilen des Fundamenttisches (5) abgestützt sind, ferner daß die Wellendichtungen (8) mit den Lagergehäusen (4) starr verbunden sind und daß die Haube (12) mit Öffnungen (121) für den Durchgang der Wellenenden (11) des Läufers und für den Durchtritt der Tragarme (21) versehen ist, wobei diese Öffnungen (121) durch dichte und verformbare Organe (141, 142) verschlossen sind (Fig. 5).

7. Niederdruck-Teilturbine nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen (121) für den Durchgang der Wellenden (11) des Läufers durch einen Balgen (141) verschlossen ist, der an seinen Rändern einerseits an der Haube (12) und andererseits an den Dichtungen (8) der Wellendurchgangsöffnungen befestigt ist (Fig. 5).

8. Niederdruck-Teilturbine nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen für den Durchtritt der Tragarme (21) durch einen Balgen (142) verschlossen ist, der an seinen Rändern einerseits an der Haube (12) und andererseits an einer am Arm (21) festen, dichten Wand befestigt ist (Fig. 5).

9. Niederdruck-Teilturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (2) mindestens eine Einrichtung zur Fillirung auf einem Balken (23) aufweist, der an den die beiden Wellenlager (4) tragenden Teilen des Fundamenttisches (5) gehalten ist und durch Öffnungen (123) hindurchgeht, die in der Haube (12) angeordnet und mit Balgen (143) zur Abdichtung zwischen der Haube (12) und den Balken (23) versehen sind (Fig. 5).

10. Niederdruck-Teilturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (2) mit Zentrierkeilen (124) versehen ist, die in Nuten (51) eingreifen, die am Fundamenttisch (5) angebracht sind (Fig. 8, Fig. 9).

11. Niederdruck-Teilturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (12) mit mindestens einem Zentrierkeil (124) versehen ist, der in der senkrechten Symmetrieebene der Turbine angeordnet ist und in Nuten (51) eingreift, die einerseits an dem das zugehörige Wellenlager tragenden Teil des Fundamenttisches (5) und andererseits an einem entsprechenden Teil des Innengehäuses angebracht sind (Fig. 8, Fig. 9)

12. Niederdruck-Teilturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (12), seine Tragkon struktion (6) und die Lagergehäuse (4) ein starres Ganzes bilden (Fig. 1, Fig. 3).

13. Niederdruck-Teilturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wellenlagergehäuse (4) tragenden Teile des Fundamentes (5, 54) voneinander unabhängig sind (Fig. 10).