DE4425345B4

DE4425345B4 - Anordnung mit mindestens einem Axialnadeldrehkranz als drehbewegliches Lagerelement in einem Drehschieber

Info

Publication number: DE4425345B4
Application number: DE19944425345
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. Geist; Stephan Dipl.-Ing. Jürke
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: DE4425345A1

Abstract

Drehschieber als einstellbares Regelorgan für eine Dampfentnahme bei einer Dampfturbine, mit mindestens aus einem Unterteil (2a) und einem Oberteil (2b) bestehendem Axialnadeldrehkranz (2), der als drehbewegliches Lagerelement zwischen einem gehäusefest montierten Festring (1a) und einem eine Öffnungs- und eine Schließstellung ermöglichenden Drehring (1b) angeordnet ist, wobei der Axialnadeldrehkranz (2) entlang einer Teilfuge geteilt ist und radial angeordnete Durchbrüche aufweist, die als Rollenkammern (9) zur Aufnahme von Nadelrollen (10) dienen, und wobei die Nadelrollen (10) beidseitig etwas über die Außenflächen des Axialnadeldrehkranzes (2) hinausragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialnadeldrehkranz (2) als Blechring (8) ausgeführt ist, dass die Teilungsenden des Unterteils (2a) des Axialnadeldrehkranzes (2) einerseits und des Oberteils (2b) des Axialnadeldrehkranzes (2) andererseits eine sie verbindende schraubenlose Verklammerung ermöglichen, dass zur Verklammerung am Unterteil (2a) des Axialnadeldrehkranzes (2) an beiden Enden über die Lage der Teilfuge (11) hinausragende kopfförmige Haltezapfen (1a) vorgesehen sind, die in entsprechende Kopflöcher (13) des Oberteils...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Entnahmeturbinen sind axial wirkende Drehschieber den bevorzugt eingesetzten Steuerventilen wegen ihres relativ einfachen Aufbaus und ihres höheren Wirkungsgrades deutlich überlegen. Andererseits muss bei bis jetzt realisierten Drehschieber-Konstruktionen ein Drehring als ein ungeschmiertes, heißes und sich evtl. verziehendes Bauteil auf einem Festring gleiten, wobei der bei geschlossenem Drehschieber entstehende Dampfdruck eine hohe Gleitreibung verursacht. Hierdurch sind nicht nur große Antriebskräfte zur Betätigung des Drehrings erforderlich, sondern es tritt auch ein entsprechend starker Verschleiß an den Reibungsflächen auf. Es gilt somit diesen Schwachpunkt, der sich durch eine verminderte Zuverlässigkeit recht negativ bemerkbar macht, zu beseitigen.

Aus der DE 42 14 775 A1 ist bereits ein Drehschieber bekannt, bei dem mit Hilfe von Axialnadeldrehkränzen die Gleitreibung des Drehrings weitgehend durch eine Rollenreibung abgelöst wird. Wesentlich für die Montage des Drehschiebers ist, dass der zugehörige Axialnadeldrehkranz axial geteilt und die beiden Teile nach ihrem Einbau in das Turbinengehäuse auch wieder verbunden werden müssen. In der genannten Schrift wird diesbezüglich in Anlehnung an äquivalente Konstruktionen auf die Möglichkeit verwiesen, eine Verbindung über Teilfugenflansche herzustellen. Schraubverbindungen dieser Art wären aber bei einem Axialnadeldrehkranz nicht nur schwer zugänglich, sondern auch bezüglich ihrer konstruktiven Ausführung recht problematisch.

Aus der DE OS 2 144 887 ist ein geteilter Käfig für ein Axialwälzlager bekannt, der beispielsweise nachträglich zwischen zwei Laufscheiben montiert werden soll. Die Montage erfolgt durch Aufschieben der zwei Hälften des geteilten Käfigs in radialer Richtung der zu lagernden Welle. Um die relative Lage der beiden Hälften nach erfolgert Montage zu fixieren, können die beiden Hälten verschweißt oder mittels einer formschlüssigen druckknopfartigen Schnappverbindung miteinander verbunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass zwischen dem Drehring und dem Festring ein einfach aufgebautes und leicht montier- oder demontierbares Rollenlager geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Im Gegensatz zu handelsüblichen Axialnadelkränzen, bei denen ein Rollenkäfig mit umgebogenen Kanten zur Aufnahme der Rollen dient, kommt der erfindungsgemäße Axialnadeldrehkranz mit einem einfachen Blechring als Basiselement aus. Zur Aufnahme der Rollen dienen im Blechring ausgeschnittene, radial angeordnete, im Wesentlichen rechteckige Rollenkammern. Für eine einfache Montage und Demontage des Axialnadeldrehkranzes ist von erheblicher Bedeutung, dass die Teilungsenden des Unterteils des Axialnadeldrehkranzes einerseits und des Oberteils des Axialnadeldrehkranzes andererseits eine sie verbindende schraublose Verklammerung ermöglichen.

Dabei besteht eine bezüglich Herstellung und Montage besonders vorteilhafte Art zur Realisierung einer schraublosen Verklammerung darin, dass am Unterteil des Axialnadeldrehkranzes an beiden Enden über die Lage der Teilfuge hinausragende kopfförmige Haltezapfen vorgesehen sind, die in entsprechende Kopflöcher des Oberteils des Axialnadeldrehkranzes passen und bei der Montage axial zum Turbinenrotor einsteckbar sind.

Durch ein Verstemmen der beidseitigen Öffnungen der Rollenkammern bei eingelegten Nadelrollen werden diese am Heraus fallen aus den Rollenkammern gehindert. Das Verstemmen muß so erfolgen, daß der durch die Rollenrundung an den Außenkanten entstehende Freiraum teilweise geschlossen wird, ohne daß hierbei die Drehbeweglichkeit der Nadelrollen eingeschränkt wird. Anschrägungen im Bereich der Teilfuge der Axialnadeldrehkranzteile sorgen dafür, daß sich die Teile bei ihren Drehbewegungen nicht verhaken.

Weiterhin erreicht man durch die spezielle Lage des Axialnadeldrehkranzes in einer Lagernut, die die Strömungskanäle des Drehschiebers in angemessenem Abstand umschließt, daß mögliche Verformungen des Drehrings wesentlich geringer sind im Vergleich zu einer möglichen Anordnung des Axialnadeldrehkranzes im Bereich zwischen den Strömungskanälen und dem Turbinenrotor. Schließlich kann durch eine geeignete Ausbildung des Festrings und des Drehrings erreicht werden, daß im Bereich zwischen den Strömungskanälen einerseits und dem Turbinenrotor andererseits ein Gleitreibung vermeidender, an wechselnde Druckverhältnisse angepaßter, schmaler Trennspalt entsteht.

Dadurch, daß der Festring, nicht jedoch der Drehring, im Bereich des Turbinenrotors Dichtungselemente aufweist, ist es möglich beide Drehschieberringe so zu bemessen, daß der schmale, zwischen Dreh- und Festring liegende Spalt bei sich änderndem Druck vorgegebene Grenzwerte nicht unter- und nicht überschreitet. Weil die Dichtungselemente auf den Festring beschränkt sind, hat dieser einen höheren Dampfdruck aufzunehmen als der Drehring. Durch geeignete Bemessung der jeweiligen Wandstärke der beiden Drehschieberringe und die Länge der radialen Erstreckung des Drehrings kann eine optimale Bemessung des schmalen Trennspaltes erreicht werden. Die ge samten axialen Druckkräfte werden somit von dem Axialnadeldrehkranz aufgenommen.

Damit beim Öffnen und Schließen des Drehschiebers eine exakte Ausrichtung seiner Düsenprofile erreicht wird, ist der Festring oder der Drehring mit einem Zentrierring versehen, der in eine Zentriernut des anderen Drehschieberrings eingreift und den Drehring gegen radiale Verschiebungen sichert.

Ein weiterer konstruktiver Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Zentriernut zum Außenumfang des Drehschiebers hin offen ist und die Lagernut sich zum Turbinenrotor hin an die Zentriernut anschließt. Die beiden von außen gut zugänglichen, ineinander übergehenden Nuten erleichtern die Bearbeitung.

Um die Bearbeitung der Nuten im wesentlichen auf einen der beiden Drehschieberringe beschränken zu können, ist es zweckmäßig wegen seiner größeren Wandstärke hierfür den Festring auszuwählen.

Eine sehr zweckmäßige Methode zum Verbinden der beiden Drehschieberringe besteht darin, daß der Drehring durch Spannschrauben am Festring gehalten ist und im Schraubenbereich Langlöcher aufweist, die sich entlang des von ihm genutzten Drehwinkels erstrecken. Vorteilhaft ist es, wenn dabei die Spannschrauben den Drehring im Bereich des Zentrierrings durchdringen und diesen am Drehring axial fixieren.

Von ganz besonderer Bedeutung sind die Spannschrauben erst mit Hilfe untergelegter Blattfedern, da diese es ermöglichen eine definierte axiale Vorspannung auf den Drehring auszuüben. Durch diese Vorspannung wird Schlupf während des Stellvorganges zwischen den beiden Drehschieberringen und den Nadelrollen vermieden. Außerdem ist für ein einwandfreies kinematisches Abrollen der Nadelrollen eine ständig wirkende axiale Mindestlast erforderlich.

Damit sich die Spannschrauben nicht durch Erschütterungen aus ihrer auf eine optimale Vorspannung eingestellten Stellung lösen können, ist es zweckmäßig sie durch Sicherungswinkel gegen Verdrehen zu sichern. Die Sicherungswinkel ihrerseits kann man durch Halteschrauben am Festring fixieren.

Bezüglich der Herstellung des Axialnadeldrehkranzes ist noch festzustellen, daß die Rollenkammern mit einem Laserstrahl geschnitten sind und die Trennung der beiden Axialnadeldrehkranzteile im Bereich der Teilfuge entlang einer die Verklammerungselemente bildenden Kontur durch Drahterosion erfolgt, wodurch eine hohe Paßgenauigkeit erreicht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 Die obere Hälfte eines Drehschiebers mit Turbinenrotor seitlich im Schnitt,
2 einen Axialnadeldrehkranz in Draufsicht,
3 einen Ausschnitt aus einem Axialnadeldrehkranz nach 2, seitlich im Schnitt, entlang der Schnittlinie A-A,
4 einen ungeteilten Drehschieber im Grundaufbau,
5a einen ungeteilten Drehschieber nach der Einarbeitung von Nuten vor dem Schnitt,
5b einen in einen Drehring und einen Festring geteilten Drehschieber nach dem Schnitt,
6 einen aus einen Drehring und einen Festring wieder zusammengefügten Drehschieber,
7 einen komplett montierten Drehring seitlich im Schnitt, entlang der Schnittlinie B-B nach 8,
8 den Drehring nach 7 in Draufsicht,
9 einen Ausschnitt aus einem Drehschieber mit einer Spannschraube, seitlich im Schnitt, entlang der Schnittlinie C-C nach 8,
Der in 1 dargestellte prinzipielle Aufbau eines Drehschiebers 1 verzichtet auf Details. Man erkennt einen Festring 1a und einen Drehring 1b als die beiden wichtigsten Teile des Drehschiebers 1. Die Trennungslinie zwischen diesen beiden Drehschieberteilen 1a, 1b teilt auch Strömungskanäle 4 bildende Düsenprofile 24, von denen eines im Schnitt angedeutet ist, in zwei Hälften. In einer relativ großen, primär im Festring 1a ausgesparten Zentriernut 16 liegt ein mit dem Drehring 1b verbundener Zentrierring 15, der für eine radiale Zentrierung der beiden Drehschieberteile 1a, 1b zueinander sorgt. In Richtung zum Turbinenrotor 5, dessen obere Hälfte ebenfalls dargestellt ist, schließt sich eine im Festring 1a ausgesparte Lagernut 3 an, in der sich ein Axialnadeldrehkranz 2 befindet.
Der gesamte auf den Drehring 1b wirkende Druck wird vom Axialnadeldrehkranz 2 aufgenommen und an den Festring 1a weitergegeben. Das bedeutet, daß beidseitig des Axialnadeldrehkranzes 2 ein Trennspalt 7 ausgebildet ist, der dafür sorgt, daß es in diesen Bereichen nicht zu einer Gleitreibung kommt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei der Trennspalt 7 im Bereich zwischen dem Axialnadeldrehkranz 2 und dem Turbinenrotor 5. Dichtungselemente 6 sorgen dafür, daß die auf den Festring 1a wirkende Druckdifferenz die des Drehrings 1b überschreitet. Durch entsprechende Dimensionierung dieser beiden Teile wird erreicht, daß sich auch bei steigendem Druck der Trennspalt 7 nicht schließt, andererseits aber auch nicht in unzulässiger Weise öffnet.
Die 2 und 3 zeigen den Aufbau eines Axialnadeldrehkranzes 2 der für gute Eigenschaften beim Verstellen des Drehschiebers 1 und für dessen Zuverlässigkeit von wesentlicher Bedeutung ist. Als Grundelement dient ein ca. 4-mm-Blechring 8, in den radial ausgerichtete, rechteckige Rollenkammern 9 mit einem Laserstrahl geschnitten sind, die ihrerseits Nadelrollen 10 aufnehmen. Durch ein nicht dargestelltes Verstemmen der äußeren Kanten in den beidseitigen Öffnungen der Rollenkammern 9 werden die eingelegten Nadelrollen 10 am Herausfallen gehindert.
Wie die übrigen Teile des Drehschiebers 1 muss auch der Axialnadeldrehkranz 2 für seinen späteren Einbau in eine Turbine entlang der Teilfuge in ein Unterteil des Axialnadeldrehkranzes 2a und ein Oberteil des Axialnadeldrehkranzes 2b getrennt werden. Damit die beiden Teile beim Einbau wieder zusammengefügt werden können, sind am Unterteil des Axialnadeldrehkranzes 2a kopfförmige Haltezapfen 14 angeformt, die über die Teilfuge hinausragen und in entsprechende Kopflöcher 13 des Oberteils des Axialnadeldrehkranzes 2b passen und axial einsteckbar sind. Schließlich sorgen Anschrägungen 12 noch dafür, dass sich die Enden von Ober- und Unterteil nicht beim Drehen verhaken können.
Die 4 bis 7 zeigen den Ablauf bei der Herstellung eines Drehschiebers 1. Bis zu dem in 4 dargestellten Stadium kann der Aufbau ähnlich wie bei einem Leitboden erfolgen. Hierbei liegen Düsenprofile 24 zwischen einem Blechinnenring 36 und einem Blechaußenring 37, und diese Anordnung liegt ihrerseits zwischen einem Innenring 25 und einem Außenring 26.
Das in 5 dargestellte anschließende Einbringen der Zentriernut 16, der Lagernut 3, und einer Federnut 39 erfolgt im vorliegenden Fall noch vor der Durchführung des Schnittes, kann aber im Prinzip auch nach diesem erledigt werden. Die Anordnung der Nuten und die Lage der Schnittlinie müssen grundsätzlich aufeinander abgestimmt werden, wie das in der die Trennung der Drehschieberteile demonstrierenden 5b dargestellt ist. Der Drehring 1b wird bei Bedarf zur Turbinenrotor 5 hin auf einen, größeren Innenradius gekürzt.
In 6 sind Drehring 1b und Festring 1a wieder zusammengefügt und am Drehring 1b ist ein Zentrierring 15 mit Befestigungsschrauben 27 befestigt. Das Verbinden der Teile ist in den 7 und 8 dargestellt. Nach dem Einlegen des Axialnadeldrehkranzes 2 werden im Bereich des Zentrierrings 15 Spannschrauben 17 mit untergelegten Blattfedern 19 und Unterlegscheiben 35 eingeschaubt, die durch die Federkraft eine definierte Vorspannung erzeugen. Ein seitlich am Festring 1a mit einer Halteschrauben 34 fixierter Sicherungswinkel 20 sichert die Stellung der Spannschrauben 17. Weitere Details dieser Konstruktion verdeutlicht 9. Den Spannschrauben 17 zugeordnete Langlöcher 18 ermöglichen dem Drehring 1b eine Drehbeweglichkeit in dem vorgesehenen Winkelbereich.

1: Drehschieber
1a: Festring
1b: Drehring
2: Axialnadeldrehkranz
2a: Unterteil des Axialnadeldrehkranzes
2b: Oberteil des Axialnadeldrehkranzes
3: Lagernut
4: Strömungskanäle
5: Turbinenrotor
6: Dichtungselemente
7: Trennspalt
8: Blechring
9: Rollenkammern
10: Nadelrollen
11: Teilfuge
12: Anschrägungen
13: Kopflöcher
14: Haltezapfen
15: Zentrierring
16: Zentriernut
17: Spannschrauben
18: Langlöcher
19: Blattfedern
20: Sicherungswinkel
24: Düsenprofile
25: Innenring
26: Außenring
27: Befestigungsschrauben
34: Halteschrauben
35: Unterlegscheibe
36: Blechinnenring
37: Blechaußenring
38: Rotormitte
39: Federnut

Claims

Drehschieber als einstellbares Regelorgan für eine Dampfentnahme bei einer Dampfturbine, mit mindestens aus einem Unterteil (2a) und einem Oberteil (2b) bestehendem Axialnadeldrehkranz (2), der als drehbewegliches Lagerelement zwischen einem gehäusefest montierten Festring (1a) und einem eine Öffnungs- und eine Schließstellung ermöglichenden Drehring (1b) angeordnet ist, wobei der Axialnadeldrehkranz (2) entlang einer Teilfuge geteilt ist und radial angeordnete Durchbrüche aufweist, die als Rollenkammern (9) zur Aufnahme von Nadelrollen (10) dienen, und wobei die Nadelrollen (10) beidseitig etwas über die Außenflächen des Axialnadeldrehkranzes (2) hinausragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialnadeldrehkranz (2) als Blechring (8) ausgeführt ist, dass die Teilungsenden des Unterteils (2a) des Axialnadeldrehkranzes (2) einerseits und des Oberteils (2b) des Axialnadeldrehkranzes (2) andererseits eine sie verbindende schraubenlose Verklammerung ermöglichen, dass zur Verklammerung am Unterteil (2a) des Axialnadeldrehkranzes (2) an beiden Enden über die Lage der Teilfuge (11) hinausragende kopfförmige Haltezapfen (1a) vorgesehen sind, die in entsprechende Kopflöcher (13) des Oberteils (2b) des Axialnadeldrehkranzes passen und bei der Montage axial zum Turbinenrotor (5) einsteckbar sind, und dass durch ein Verstemmen der beidseitigen Öffnungen der Rollenkammern (9) bei eingelegten Nadelrollen (10), diese am Herausfallen aus den Rollenkammern (9) gehindert sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Axialnadeldrehkranzteile (2a, 2b) im Bereich der Teilfuge (11) Anschrägungen (12) aufweisen, die bei Drehbewegungen ein Verhaken verhindern.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Axialnadeldrehkranz (2) aufnehmende Lagernut (3) in einem der beiden Drehschieberringe (1a, 1b) oder in beiden gemeinsam so angeordnet ist, dass sie die Strömungskanäle (4) des Drehschiebers (1) in angemessenem Abstand umschließt, und dass der Festring (1a) und der Drehring (1b) im Bereich zwischen den. Strömungskanälen (4) einerseits und dem Turbinenrotor (5) andererseits so ausgebildet sind, dass zwischen ihnen ein Gleitreibung vermeidender, an wechselnde Druckverhältnisse sich anpassender, schmaler Trennspalt (7) entsteht.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Festring (1a) oder der Drehring (1b) mit einem Zentrierring (15) versehen ist, der in eine Zentriernut (16) des anderen Drehschieberrings (1a, 1b) eingreift und den Drehring (1b) gegen radiale Verschiebungen sichert.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriernut (16) zum Außenumfang des Drehschiebers (1) hin offen ist und die Lagernut (3) sich zum Turbinenrotor (5) hin an die Zentriernut (16) anschließt.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriernut (16) und die Lagernut (3) im Wesentlichen in dem Festring (1a) ausgespart sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehring (1b) durch Spannschrauben (17) am Festring (1a) gehalten ist und im Schraubenbereich Langlöcher (18) aufweist, die sich entlang des von ihm genutzten Drehwinkels erstrecken.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschrauben (17) den Drehring (1b) im Bereich des Zentrierrings (15) durchdringen und diesen am Drehring (1b) axial fixieren.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschrauben (17) mit Hilfe untergelegter Blattfedern (19) eine definierte axiale Vorspannung auf den Drehring (1b) ausüben.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschrauben (17) in ihrer auf eine optimale Vorspannung eingestellten Stellung durch Sicherungswinkel (20) gegen Verdrehen gesichert sind.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungswinkel (20) durch Halteschrauben (34) am Festring (1a) fixiert sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenkammern (9) mit einem Laserstrahl geschnitten sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der beiden Axialnadeldrehkranzteile (2a, 2b) im Bereich der Teilfuge entlang einer die Verklammerungselemente (13, 14) bildenden Kontur durch Drahterosion erfolgt.