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Lageranordnung an Dampf- oder G asturbinengehäusen Es ist bekannt,
daß sich bei Dampf- oder Gasturbinen durch verschiedene Einflüsse die Lagerung des
Laufteiles gegenüber dem Leitteil und Turbinengehäuse während des Betriebes aus
ihrer Mittellage verschiebt. Diesem Vorgang trägt man durch eine genügende Spielabmessung
zwischen Lauf- und Leitteil Rechnung, damit ein Anstreifen der umlaufenden Teile
vermieden wird. Große Spiele zwischen dem Lauf- und Leitteil einer Turbine haben
aber Verluste zur Folge und beeinträchtigen den Wirkungsgrad der Kraftmaschine.
Man ist daher bestrebt, die. Spielabmessungen zwischen dem Lauf- und Leitteil einer
Turbine möglichst klein zu halten, was nur dann möglich ist, wenn es gelingt, die
genaue zentrische Lagerung des Laufteiles gegenüber dem Leitteil und Turbinengehäuse
für alle Betriebszustände der Maschine aufrechtzuerhalten. Neben den thermischen
Beanspruchungen spielen mechanische Einwirkungen auf das Gehäuse eine Rolle.
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Es sind bekanntlich verschiedene Lösungen dieser Aufgabe versucht
worden. Eine davon ist in Abb. i dargestellt. Das Turbinengehäuse i stützt sich
dabei über je zwei Rippen oder Pratzen a und 3 in der horizontalen Mittelebene auf
dem vorderen bzw. hinteren
Lagerbock d. und S ab. Der der Wellenkupplung
ig zunächst liegende Lagerbock d. ist auf seinem Fundament 7 fest verschraubt, um
einen Festpunkt zu haben, von dem die Ausdehnungsmöglichkeit sich frei entfalten
kann. Der Lagerbock 5 ist in einer Keilführung 21 axial verschieblich gegen das
Fundament gehalten, um bei Wärmeausdehnung des Turbinengehäuses in axialer Richtung
ausweichen zu können. Damit das Gehäuse sich auch quer zu den Lagerböcken frei ausdehnen
kann, sind die Pratzen mit dem Lagerbock nicht verschraubt, sondern durch Keilführungen
6 verbunden.
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Die Lösung hat den Nachteil, daß die nach dem Gehäuse zu liegenden
Wände 8 und g der Lagerböcke .I und ä durch die vom Turbinengehäuse ausstrahlende
Wärme aufgeheizt werden, während die weiter entfernt liegenden übrigen Teile des
Lagerbockes kalt bleiben. Infolgedessen verzieht sich der Lagerbock in der gestrichelt
angegebenen Form io, d. h. er steht nur auf einer Kante auf und verschiebt gleichzeitig
die -Titte des Turbinenlagers gegenüber der Angriffsebene der Pratzen. Hierdurch
tritt eine Verschiebung zwischen Turbinenläufer und Turbinengehäuse ein. Es kommt
hinzu, daß die Pratzen unter dem Einfluß der durch Überdruck hervorgerufenen Verformung
des Turbinengehäuses von der -Mittelachse der Turbine nach außen zu Drehbewegungen
ausführen, so daß die Keilführungen klemmen und dadurch weitere Verformungen am
Lagerbock auftreten. Diese werden durch das Drehmoment der Maschine, das sich über
die Pratzen auf den Lagerbock auswirkt, noch verstärkt und beeinflussen ebenfalls
die zentrische Lagerung des Laufteiles gegenüber dem Turbinengehäuse.
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Eine andere bekannte Lösung ist gemäß der Abb. 2 versucht «-orden.
Hier sind die Lager i i über eine sogenannte Laterne 12 mit dem Turbinengehäuse
i verbunden und stützen sich über die Füße 13 auf die Grundplatte 7 ab. Diese Anordnung
hat den Nachteil, daß die Laterne infolge der vom Turbinengehäuse abstrahlenden
oder durch Leitung übergeführten Wärme sich ungleichmäßig verzieht und dadurch ebenfalls
eine Verlagerung der -Titte des Läufers gegenüber dem Gehäuseinnenteil hervorruft.
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Weiterhin zeigt eine bekannte Bauart im wesentlichen eine am Turbinengehäuse
angebrachte Kreisrippe, die zur Gewichtsübertragung und Zentrierung zwischen Gehäuse
und Lagerkörper dienen soll. Diese Kreisrippe ist ähnlich wie die bereits erwähnte
Laterne infolge des vertikalen Wärmeflusses des Gehäuses Verziehungen ausgesetzt,
so daß die zur Gewichtsübertragung und Zentrierung j angeordneten Radialbolzen oder
prismatischen Zapfen klemmen und ihrer Aufgabe nicht gerecht «-erden. Außerdem erfolgt
hierbei wiederum die Unterstützung der -Maschine durch das Lager.
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Bekannt ist auch eine besondere Anordnung von Gehäusefüßen in einem
bestimmten Verhältnis zur Längenabmessung des Turbinengehäuses und seiner Stopfbuchsen.
um einer Verwerfung des Gehäuses und der Welle und somit einer Änderung ihrer zentrischen
Lagerung vorzubeugen. Diese Vielfachaufhängung und Vielfachlagerung des Turbinengehäuses
seiner Welle bringt große Schwierigkeiten hinsichtlich gleichmäßiger Auflagerung
und gleichmäßigen Tragens mit sich, so daß. der Erfolg dieser Maßnahme zur zentrischen
Lagerung der unilaufenden Teile sehr beeinträchtigt ist. Neben den Gehäusefüßen
sind bei dieser Bauart zusätzlich besondere Lagerabstützungsböcke notwendig.
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Die Erfindung sieht zum Zweck der Aufrechterhaltung der zentrischen
Lagerung der Welle des Laufrades gegenüber dem Leitteil des Turbinengehäuses bei
allen Betriebszuständen der Maschine vor, daß der Lagerkörper durch insbesondere
in der Horizontalebene liegende Verbindungsrippen von geringer Erstreckung in der
Umfangsrichtung des Gehäuses mit diesem verbunden ist, wobei die Unterstützung für
Gehäuse und Lagerkörper zusammen gegenüber der Grundplatte nicht am Lagerkörper,
sondern an den Verbindungsrippen oder am Turbinengehäuse selbst angreift.
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Das Wesentliche ist dabei. daß nicht mehr wie bei den bisher versuchten
Lösungen das Turbinengehäuse an den Lagern hängt. indem man diese Lager zu Unterstützungspunkten
für die Turbine macht, sondern das Lager hängt nunmehr an dem Gehäuse, «-elches
unmittelbar oder über die Verbindungsrippen mittelbar auf das Fundament abgestützt
wird.
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Die Abb.3 bis ß veranschaulichen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In Abb.3 ist wieder i das Gehäuse der Turbine und 7 das Fundament.
Zum Zweck der Aufrechterhaltung der zentrischen Lagerung der Welle des Laufrades
gegenüber dem Leitteil des Gehäuses bei allen Betriebszuständen der Turbine ist
erfindungsgemäß die Lageranordnung so getroffen, daß die Lagerkörper q. und j durch
insbesondere in der Horizontalebene liegende Verbindungsrippen 23 und
30 von geringer Erstreckung in der Umfangsrichtung des Gehäuses i mit diesem
verbunden sind, wobei die Unterstützung für Gehäuse und Lagerkörper zusammen gegenüber
der Grundplatte 7 nicht am Lagerkörper, sondern an den Verbindungsrippen oder am
Turbinengehäuse selbst angreift.
Die Unterstützungspunkte sind durch
die Pfeile 14 und 15 bzw. 16 und 17 gekennzeichnet. Es kommt entweder nur
die Unterstützung an den Stellen 14 und 15 oder nur an den Stellen 16 und 17 in
Betracht. An den Stellen 14 und 15 erfolgt die Unterstützung an den Verbindungsrippen25
und 30. Gewicht und Drehmoment der Turbine gelangen also in dieseVerbindungsrippen,
so daß sie kräftig ausgeführt sein müssen. Andererseits sollen sie nur eine geringe
Erstreckung in Umfangsrichtung des Turbinengehäuses aufweisen, um zu vermeiden,
daß die verschiedenen Wärmedehnungen, denen der Gehäusedeckel oder das 'Gehäuse
selbst über seinem Umfang unterworfen ist, sich auf die Verbindungsrippen übertragen.
Man wird diese Unterstützung also nur bei kleineren Maschinen wählen.
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Aber auch bei diesen kleinen Maschinen ist darauf zu achten, daß gemäß
Abb. 5 die Unterstützung der Verbindungsrippen 25 und 30 an solchen Stellen 14 und
15 vorgenommen wird, die für das Gewicht von Lager und Turbinenwelle einerseits
und Gehäuse andererseits gleiche Durchbiegungen und daher keine Mittenabweichungen
ergeben. Das Gewicht von Lagerkörper und Turbinenwelle greift an der Verbindungsrippe
3o etwa an der Stelle des Pfeiles 23 an. Das Gewicht des Turbinengehäuses greift
an der Wurzel24 der Verbindungsrippe an. Entsprechend der Abbildung ergeben sich
Durchbiegungen der Verbindungsrippe 3o um den Auflagepunkt, der durch den Pfeil
14 gekennzeichnet ist. Die Lage des Auflagerpunktes muß so bestimmt werden, daß
die Durchbiegung der Verbindungsrippe zwischen Turbinengehäuse und Auflagerpunkt
14 einerseits und zwischen Lagermitte und Auflagerpunkt 14 andererseits gleich ist,
so daß keine Verlagerung der Mitten eintritt.
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Falls andererseits, beispielsweise bei größeren Maschinen, die Verbindungsrippen
25 und 30 nicht geeignet sein sollten, die Unterstützungen an den Stellen 14 urid
15 aufzunehmen, so stützt man zweckmäßig das Turbinengehäuse selbst an den Stellen
16 und 17 gemäß der Abb.3 ab. Die Unterstützung greift dann an eigenen Pratzen i8
entweder in der Mitte oder gemäß Abb. 4 an den Seiten des Gehäuses an. Eine solche
Unterstützung entlastet die Verbindungsrippen 25 und 30 weitgehend, weil
dadurch die Reaktionskräfte des Drehmoments der Maschine vor dem Eintritt in die
Verbindungsrippen abgefangen werden.
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Ein weiterer Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung besteht darin,
daß die Reaktionskräftaufnahme des Drehmoments durch die Lagerung und Lagerkörper
unterbleibt, da diese Kräfte schon vor Erreichen des Lagers durch dieUnterstützungspunkte
14 und 15 bzw. 16 und 17 bzw. 18 abgefangen und ins Fundament geleitet werden. Lediglich
die geringen Kräfte der Lagerreibung müssen vom Lagerkörper aufgenommen werden.
Die Verbindungsrippen können daher ohne Rücksichtnahme auf große Verformungskräfte
auch bei großen Maschinen mit geringer Erstreckung in Umfangsstellung des Gehäuses
ausgebildet werden.
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In Abb. 4, die den Grundriß der Anordnung gemäß Abb. 3 darstellt,
erkennt man, daß die Unterstützungsfüße 15 der Verbindungsrippen 25 des Lagerkörpers
zunächst der Kupplung quer zur Mittelachse der Turbine liegende Keilbahnen 3i aufweisen,
um eine axiale Festlegung zu haben, von der aus sich die Ausdehnungsmöglichkeit
frei erstrecken kann. Desgleichen weisen die gestrichelt gezeichneten Füße 18 solche.Keilführungenauf.
In Richtung der Mittelachse liegt das Gehäuse i auf Keilbahnen 2o auf. Diese senkrecht
sich schränkenden Keilbahnen, die auch in Form der bekannten Dreipunktunterstützung
ausgebildet sein können, dienen dem allseitig möglichen Ausweichen des Gehäuses
unter den Einflüssen der Wärmedehnung, ohne daß die zentrische Flucht der Welle
des Maschinensatzes gefährdet wird.
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Aus Abb. 4 sind insbesondere auch die in der Horizonalebene liegenden
Verbindungsrippen 25 und 30 in ihrer Lage zwischen dem Gehäuse i und dem
Lagerkörper 4 und 5 zu entnehmen. Daß diese Verbindungsrippen von geringer Erstreckung
in Umfangsrichtung des Gehäuses sein sollen, wird durch Abb. 6 näher erläutert.
Es ist bekannt, die Pratzen :2 und 3 durch besondere Rippen 22 gegenüber dem Gehäuse
zu versteifen. Hierdurch wird eine größere Tragfähigkeit erzielt; aber andererseits
durch die größere Erstreckung in Umfangsrichtung eine schädliche Temperaturdehnung
hervorgerufen. Da die untere Versteifungsrippe 22 unterhalb des Lagerbockes liegt,
wird sie von der umgebenden Raumluft nicht in demselben Maße bestrichen wie die
obere Rippe 22. Daher tritt unter dem Einfluß der Wärme eine Verbiegung der Pratze
auf, die eine Mittenverlagerung von Gehäuse und Lager hervorruft. Um diesem übelstand
zu begegnen, sollen diese Verbindungsrippen von geringer Erstreckung in Umfangsrichtung
des Gehäuses sein. Die Verbindungsrippen sind üblicherweise am Turbinengehäuse und
Lagerkörper angegossen; sie können ebenso angeschweißt oder angeschraubt sein.
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Die Abb. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das
für kleine Dehnungsunterschiede zwischen dem Lagerkörper
und dem
Turbinengehäuse, also auch für eine kleine Leistung und kleine Maschine gedacht
ist. Für große Dehnungsunterschiede zwischen dem Lagerkörper und dem Turbinengehäuse
sieht die Erfindung vor, daß der Lagerkörper durch mindestens drei auf dem Umfang
des Gehäusedeckels beliebig verteilte Verbindungsrippen von geringer Erstreckung
in der Umfangsrichtung des Gehäuses mit diesem über Keilbahnen verbunden ist.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für
diesen Fall. Wieder ist i das Gehäuse der Turbine, 32, 33 und 34
sind die
Verbindungsrippen und 5 der Lagerkörper. Für Maschinen mit hohem Druck und hohen
Dampftemperaturen im Turbinengehäuse muß zwischen den Verbindungsrippen und dem
Lagerkörper eine freizügige Dehnungsmöglichkeit vorhanden sein, ohne daß eine Mittenc
erschiebung zwischen Lager und Gehäuse eintritt. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch
erreicht, daß der Lagerkörper 5 mit Hilfe von mindestens drei Rippen möglichst geringer
Dicke in Umfangsrichtung über Keilführungen frei gehalten wird. In Abb. 7 ist diese
Anordnung in Ansicht von oben. in Abb. 8 in Ansicht gegen das Lager dargestellt.
Die Verbindungsrippen 32, 33 und 34 sind mit dem Gehäuse i fest verbunden.
Sie sind üblicherweise am Gehäuse angegossen; sie können ebenso angeschweißt oder
angeschraubt sein. Der Lagerkörper 5 wird lediglich durch die Keilführungen
26,27 und 28 in der Mittellage gehalten. Gegen die axiale Verschiebung des
Lagerkörpers sind Anschläge 29 vorgesehen. Unter dem Einfluß des Überdruckes im
Gehäuse i «-ölbi sich der Boden des Turbinengehäuses nach der gestrichelt gezeichneten
Linie. Dabei führen die Verbindungsrippen 32 und 33 um ihre Grundlinie eine Schwenkbewegung
aus, wie gestrichelt angegeben. Gleichzeitig erfolgt durch die hohe Dampftemperatur
im Gehäuse i eine Vergrößerung des Gehäusedurchmessers, während der Lagerkörper
durch das Kühlöl seinen Durchmesser beibehält. Die Verbindungsrippen 32 und 33 können
infolge der Keilführung 26 und 27 frei nach außen «-achsen, ohne Kräfte auf den
Lagerkörper auszuüben. Die Verbindungsrippe 3.I sorgt dafür, daß die Mittentage
aufrechterhalten bleibt. Sollte eine weitere Verbindungsrippe als die erwähnten
drei für not«-endig erachtet werden, so kann diese am Turbinengehäuse befestigt
"-erden, um eine bessere Zugänglichkeit des Lagerdeckels zu schaffen. Gemäß Abb.
7 und 8 ist eine Verbindung zwischen Lagerkörper und Gehäuse dadurch ohne gegenseitige
Beeinflussung der Teile zueinander gestaltet, daß die Rippen mit dem Gehäuse fest
verbunden, mit dem Lagerkörper dagegen in Keilbahnen beweglich verbunden sind. Der
Gedanke der Erfindung ist auch erfüllt, wenn umgekehrt die Rippen mit dem Lagerkörper
fest, mit dem Gehäuse jedoch in Keilbahnen beweglich ausgeführt sind. Die axiale
Fixierung von Lagerkörper und Gehäuse zur Aufnahme des Achsschubes kann durch bekannte
Konstruktionen, z. B. durch eine Hakenkonstruktion, hergestellt werden.
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Die Unterstützung der Turbine erfolgt nach den in den Abb. 3 und .4
erläuterten Grundsätzen. Danach ist ebenfalls wieder der Lagerkörper von den Reaktionskräften
des Drehmoments der Maschine entlastet, so daß in die Keilbahnen keine großen Kräfte
gelangen.