DE726983C - Turbo generator - Google Patents

Description

Turbogenerator Die Erfindung betrifft einen Turbogenerator, bei dem. als Antrieb eine gegenläufige, radial beaufschlagte Turbine Anwendung findet. Bei den üblichen Bauarten derartiger Anlagen sind die gegenläufigen Schaufelsysteme auf frei tragenden. Zapfen der Generatorwellen angeordnet. Zweck der Erfindung ist, durch eine neuartige Lagerung diese besondere Art von Turbogeneratoren mit dem Ziel zu verbessern, einerseits die Möglichkeiten zum Bau größerer Generatoren zu erschließen und andererseits eine günstige Ausgestaltung der Turbine und ihres Gehäuses herbeizuführen.Turbo generator The invention relates to a turbo generator in which. a counter-rotating, radially loaded turbine is used as the drive. at The usual types of such systems are the counter-rotating blade systems on unsupported. Spigot of the generator shafts arranged. The purpose of the invention is by a new type of bearing this special type of turbo-generator with the aim to improve, on the one hand to open up the possibilities for building larger generators and on the other hand to bring about a favorable design of the turbine and its housing.

Bei Turbogeneratoren, die man mit unterkritischer Drehzahl antreiben will, hängt bei gegebener Materialbeanspruchung die Begrenzung der Generatorleistung von der kritischen Drehzahl ab. Die Erfindung bezweckt eine Erhöhung der kritischen Drehzahl mit dem Ziel der Vergrößerung der möglichen Generatorleistung, was bei Turbogeneratoren mit fliegend.angebrachtern Turbinenschaufelsystem deshalb von besonderer Bedeutung ist, weil das Schaufelsystem dabei eine Verminderung der kritischen Drehzahl herbeiführt.With turbo generators that are driven at subcritical speed will, the limitation of the generator output depends on the given material stress on the critical speed. The invention aims to increase the critical Speed with the aim of increasing the possible generator power, what at Turbogenerators with a flying turbine blade system are therefore special This is important because the blade system thereby reduces the critical speed brings about.

Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, bei einem Turbogenerator mit nicht gegenläufiger Hochdruckturbine, die einen axial beaufschlagten, walzenförmigen Läufer mit Außenlager besitzt, eine genügend hochliegende kritische Drehzahl dadurch zu erreichen, daß die Welle zwischen Turbine und Generator in einem aus zwei Lagern .bestehenden Doppellager eingespannt und innerhalb des Doppellagers über den größten Beaufschlagungsdurchmesser.verstärkt ist.The proposal has already been made for a turbo generator with non-counter-rotating high-pressure turbine, which has an axially loaded, cylindrical Rotor with external bearing has a sufficiently high critical speed as a result to achieve that the shaft between the turbine and generator in one of two bearings . Existing double bearing clamped and within the double bearing over the largest Application diameter. Is reinforced.

Diese Mittel sind jedoch nicht ohne weiteres auf Turbogeneratoren mit gegenläufigen; radial beaufschlagten Turbinen auf frei trasenden Zapfen anwendbar. Derartige Einheiten ergeben insbesondere dann, wenn sie mit einem dem radial beaufschlagten Schaufelsystem nachgeschalteten umfangreichen axial beaufschlagten Schaufelsystem versehen sind, einen sehr starken Überhang, der, wenn ihm nicht mit einwandfreien Mitteln begegnet wird, zu unzulässigem Spiel zwischen den radial beaufschlagten Schaufelkränzen führen muß.However, these funds are not readily available on turbo-generators with counter-rotating; radially acted turbines on freely traversing Cones applicable. Such units result in particular when they are with one of the radially acted vane system downstream extensive axially acted upon Shovel system are provided with a very strong overhang, which, if not with it flawless means is encountered, too inadmissible play between the radially applied Must lead blade rings.

Unter diesem Gesichtspunkt ist der bekannte Vorschlag mit Teilung der Welle innerhalb des Mittellagers für Turbogeneratoren mit radial beaufschlagten Turbinen der in Betracht stehenden Art nicht brauchbar, da bei der Zusammenflanschung der innerhalb der Mittellagerung zu verbindenden Wellen kleine und kleinste Radialversetzungen kaum vermieden werden können und diese Radialversetzungen die Quelle für Spaltungenauigkeiten innerhalb des radial beaufschlagten Turbinenteiles sein müssen, denen nur durch entsprechende Spaltvergrößerung begegnet werden könnte, was natürlich für den Wirkungsgrad der Turbine schädlich ist.From this point of view, the well-known proposal is with pitch the shaft within the center bearing for turbo-generators with radially applied Turbines of the type under consideration cannot be used because they are flanged together of the shafts to be connected within the central bearing, small and very small radial displacements can hardly be avoided and these radial dislocations are the source of cleavage inaccuracies must be within the radially loaded turbine part, which only through corresponding enlargement of the gap could be encountered, which of course affects the efficiency the turbine is harmful.

Die Erfindung löst die Erfindungsaufgabe durch einen Turbogenerator mit gegenläufiger, radial beaufschlagter Turbine, deren jedes der beiden Schaufelsysteme auf einem frei tragenden, mit der zugehörigen Generatorwelle starr verbundenen Zapfen angeordnet ist, und mit einer Lagerung jeder der beiden Wellen auf der Turbinenseite in einem aus zwei Lagern bestehenden Doppellager, zwischen welchem die Welle ungeteilt und im Durchmesser gegenüber dem Lagerdurchmesser der Welle wesentlich, beispielsweise auf das Doppelte, vergrößert ist.The invention solves the problem of the invention by means of a turbo generator with counter-rotating, radially loaded turbine, each of the two blade systems on a cantilevered pin that is rigidly connected to the associated generator shaft is arranged, and with a bearing of each of the two shafts on the turbine side in a double bearing consisting of two bearings, between which the shaft is undivided and substantially in diameter to the bearing diameter of the shaft, for example to double, is enlarged.

Besonders bedeutungsvoll ist diese Lagerung in den Fällen, in welchen hinter dem radial beaufschlagten Schaufelsystem ein gegeb:enenfalls mehrstufiges, axial beaufschlagtes Schaufelsystem angeordnet ist; denn solche Systeme ergeben einen sehr großen Überhang und stellen damit besondere Anforderungen an die Lagerung der frei tragenden Turbinenhälften.This storage is particularly important in those cases in which behind the radially acted vane system, if necessary, a multi-stage, axially acted upon blade system is arranged; because such systems result have a very large overhang and therefore place special demands on storage the cantilever turbine halves.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. i eine Turbinenanlage, bei der die Generatorwelle auf der Turbinenseite in einem aus zwei Lagern bestehenden Doppellager gelagert ist, Fig. a und 3 in schematischer Weise die bisher übliche Lagerung sowie die Lagerung gemäß Fig. 1, Fig. 4 in größerem Maßstab die im Betriebe auftretenden Durchbiegungen für die in den Fig. a und 3 gezeigten Lagerungsarten.In the drawing, an embodiment of the invention is shown, namely show: Fig. i a turbine system in which the generator shaft on the The turbine side is mounted in a double bearing consisting of two bearings, Fig. a and 3 in a schematic manner the previously customary storage and the storage according to Fig. 1, Fig. 4 on a larger scale, the deflections occurring in the company the types of storage shown in Figs.

In Fig. i bezeichnet i die Turbogeneratorwelle, die den Rotor io des Generators trägt und auf deren frei tragendem Endzapfen 2 in bekannter Weise die radial beatifschlagte Turbine mit dem radial beaufschlagten System 3 und dem nachgeschalteten, axial beaufschlagten System .a. angeordnet ist. Auf der rechten oder äußeren Seite ist die Welle i in bekannter Weise im Lagerschild des Generatorgehäuses i i in einem Lager 5 gelagert.In Fig. I i denotes the turbo generator shaft, which the rotor io des Generator carries and on the cantilevered end pin 2 in a known manner radially pressurized turbine with radially pressurized system 3 and the downstream, axially loaded system .a. is arranged. On the right or outer side is the shaft i in a known manner in the end shield of the generator housing i i in one Camp 5 stored.

Die turbinenseitige Lagerung besteht aus zwei Einzellagern 6 und 7. In diesen besitzt die Welle den Durchmesser d. Der Abstand x zwischen den äußeren Enden der Lager 6 und 7 ist so gewählt, daß er wenigstens ein Siebentel des Abstandes y zwischen der Mitte dieser Lager und der Mitte des äußeren Generatorlagers 5 beträgt. Der zwischen den Lagern 6 und 7 befindliche Teil der Welle weist einen gegenüber dem Lagerdurchmesser cd wesentlich, beispielsweise bis zum Doppelten; vergrößerten Durchmesser d' auf.The turbine-side bearing consists of two individual bearings 6 and 7. In these, the shaft has the diameter d. The distance x between the outer Ends of the bearings 6 and 7 is chosen so that it is at least one seventh of the distance y is between the center of these bearings and the center of the outer generator bearing 5. The part of the shaft located between the bearings 6 and 7 has an opposite one the bearing diameter cd substantially, for example up to twice; enlarged Diameter d 'on.

Anstatt den Abstand x als Funktion des Abstandes zwischen den Lagermitten auszudrücken, kann er auch ins Verhältnis zum . Überhang z oder zum Abstand y -(- z zwischen der Mitte des äußeren Generatorlagers 5 und der Mitte des Schaufelsystems 3 gesetzt werden, und zwar soll der Abstand x mindestens ein Drittel des Überhanges z betragen, wobei der Überhang von der Mitte der Lager 6 und 7 bis zur Mitte des Schaufelsystems 3 gerechnet ist, oder ein Zehntel des Abstandes y + z. Instead of expressing the distance x as a function of the distance between the bearing centers, it can also be expressed in relation to. Overhang z or at the distance y - (- z between the center of the outer generator bearing 5 and the center of the blade system 3, namely the distance x should be at least one third of the overhang z, the overhang from the center of the bearings 6 and 7 is calculated up to the middle of the blade system 3, or a tenth of the distance y + z.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, umhüllt der ringförmige Teil 8 des Turbinengehäuses mit seiner Innenwandung g das Doppellager 6, 7. Es entsteht hier eine spitzkonische Gehäuseform, welche gegen Axialbeanspruchungen wesentlich steifer ist als die bei anderen Konstruktionen übliche flachkonische Ausbildung der Turbinengehäusewandung. Diese Form ist außerdem für die Ableitung des Treibmittels aus der Turbine, sehr geeignet, da sie eine ruhige und möglichst wirbelfreie Ableitung des Treibmittels ermöglicht.As can be seen from the drawing, the annular part envelops 8 of the turbine housing with its inner wall g the double bearing 6, 7. It arises here a tapered housing shape, which is essential against axial loads is stiffer than the flat conical design common in other constructions the turbine housing wall. This shape is also used for the discharge of the propellant from the turbine, very suitable, as it is a quiet and as vortex-free discharge as possible of the propellant allows.

Der Erfolg der Erfindung mit Bezug auf die Lagerung sei an Hand der Darstellungen der Fig. a bis -. erläutert. Fig. a zeigt die bei Generatoren mit radial beaufschlagten Turbinen übliche Lagerung, bei der die Generatorwelle an der Außenseite in einem Lager 5 und an der Innenseite in einem Lager 1:2 unterstützt ist. Die dabei im Betriebe auftretende Durchbiegung der Welle ist durch die Linie D in Fig. q. dargestellt. Die in Fig.3 angedeutete Lagerung gemäß der in Fig. i gezeigten Ausführungsform ergibt die durch die Linie E dargestellte Wellendurch- 1 Biegung. Ein Vergleich der Linien D und E, die auf rechnerischem Wege ermittelt wurden, zeigt deutlich, daß die Durchbiegung bei einer gemäß der Erfindung ausgeführten Lagerung bedeutend geringer ist als bei der bisher gebräuchlichen Bauart. Es zeigt sich daß die Durchbiegung am linken freien Wellenende ganz bedeutend verringert wird, was insofern sehr wichtig ist, als die Spielräume zwischen den Schaufeln des radial b@eaufschlagen Systems praktisch unbeeinflußt bleiben und daher von vornherein sehr gering ausgeführt werden können. Die kritische Drehzahl der Welle wird wesentlich höher, so daß es möglich ist, die Leistung des Generators bei unterkritischer Drehzahl über das bisher Mögliche zu vergrößeren.The success of the invention with regard to storage is based on the Representations of FIGS. A to -. explained. Fig. A shows the generators with radially acted turbines usual bearing, in which the generator shaft on the Supported on the outside in a camp 5 and on the inside in a camp 1: 2 is. The deflection of the shaft that occurs in the company is indicated by the line D in Fig. Q. shown. The storage indicated in Figure 3 according to the in Fig. I The embodiment shown results in the shaft diameter represented by the line E 1 bend. A comparison of lines D and E, which are calculated by calculation became, clearly shows that the deflection in a according to the Invention carried out storage is significantly less than the previously common Design type. It turns out that the deflection at the left free shaft end is very significant is reduced, which is very important as the margins between the Blades of the radial b @ eaufschlag system remain practically unaffected and therefore can be made very low from the outset. The critical speed of the Wave becomes much higher, so it is possible to increase the power of the generator at subcritical speed to increase beyond what was previously possible.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: r. Turbogenerator mit gegenläufiger, radial beaufschlagter Turbine, deren jedes der beiden Schaufelsysteme auf einem frei tragenden, mit der zugehörigen Generatorwelle starr verbundenen Zapfen angeordnet ist, und mit einer Lagerung jeder der beiden Wellen auf der Turbinenseite in einem aus zwei Lagern bestehenden Doppellager (6, 7), zwischen welchem die Welle ungeteilt und im Durchmesser (dl) gegenüber dem Lagerdurchmesser (d) der Welle wesentlich, beispielsweise auf das- Doppelte, vergrößert ist. PATENT CLAIMS: r. Turbo generator with counter-rotating, radially loaded Turbine, each of the two blade systems on a cantilever, with the associated generator shaft is arranged rigidly connected pin, and with a Storage of each of the two shafts on the turbine side in one of two bearings existing double bearings (6, 7), between which the shaft is undivided and in diameter (dl) compared to the bearing diameter (d) of the shaft substantially, for example double that is enlarged. 2. Turbogenerator nach Anspruch z, in welchem jedem der beiden radial beaufschlagten Schaufelsysteme ein vorzugsweise mehrstufiges, axial beaufschlagtes Schaufelsystem nachgeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß- der den Auslaß enthaltende Teil (8, g) des Turbinengehäuses spitzkonisch ausgebildet ist, mit seiner inneren Wandung (g) das Doppellager (6, 7) der Turbinenwelle umschließt und in axialer Richtung unmittelbar an das Außengehäuse des Generators angeschlossen ist.2. Turbo generator according to claim z, in which each of the two radially acted vane systems a preferably multi-stage, axially loaded blade system downstream is characterized in that- the part (8, g) of the turbine housing containing the outlet is tapered is, with its inner wall (g) encloses the double bearing (6, 7) of the turbine shaft and directly connected in the axial direction to the outer casing of the generator is.