[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschine, insbesondere Heißgasturbine,
deren Maschinengehäuse beidseitig mit einer gegenüber der Läuferwelle mittels eines
Sperrmediums beaufschlagten Labyrinthdichtung ver
- sehen ist, und sie hat ferner ein Verfahren zur selbsttätigen kontinuierlichen Beeinflussung
des Labyrinthdichtungsspieles zum Gegenstand.
[0002] Bei derartigen Maschinen treten hinsichtlich der Gehäuse- und Läuferwellenlagerung
mehrere und verschiedenartige Probleme auf, und es hat nicht an zahlreichen Versuchen
gefehlt, die bekannten Schwierigkeiten zu vermeiden oder ihnen abzuhelfen.
[0003] Bei eingehäusigen, mehr noch bei zwei- oder mehrgehäusigen Strömungsmaschinen, wie
Turbinen oder Verdichtern, taucht bereits beim Ausrichten der Gehäuseteile bei der
Montage die Aufgabe auf, eine Justierungsmöglichkeit für diese Teile zu schaffen,
welche ein exaktes und einfaches Ausrichten ermöglicht.
[0004] Ein weiteres Problem bei derartigen Maschinen besteht auch darin, daß sich zuweilen
Veränderungen in der Fundamentierung, beispielsweise durch Bodensetzungen ergeben,
wodurch die genaue waagerechte Ausrichtung der Maschine bzw. der Maschinensätze beeinträchtigt
werden kann. In diesen Fällen muß eine Nachricht erfolgen, welches häufig mit erheblichem
technischen Aufwand verbunden ist.
[0005] Ein sehr schwerwiegendes Problem stellt die Sicherung einer genauen Zentrierung und
Aufrechterhaltung der Spiele bei Wärmedehnungen der Maschine dar. Um ein Nachstellen
von Gehäuseteilen zu ermöglichen, wird beispielsweise nach der DE-AS 12 89 535 vorgeschlagen,
diese Teile gegeneinander mit Hilfe von Einstellschrauben und austauschbaren Beilagen
veränderlicher Stärke abzustützen. Auch ein weiterer ähnlicher Vorschlag nach dem
DE-GM 71 24 691 bezieht sich auf dieses Problem und zeigt eine Anordnung von kugeligen
Einstellkörpern in Verbindung mit höhenverstellbaren Tauchmuttern.
[0006] Das Problem des Ausrichtens, insbesondere von mehrgehäusigen Maschinensätzen dieser
Art, liegt auch der DE-AS 23 25 642 zugrunde, bei der es darum geht, die relative
Ausrichtung von Nutzleistungs-Turbinenrotor im Nutzleistungs-Turbinengehäuse zu erleichtern
und zu verbessern. Es wird zu diesem Zweck eine Aufhängung der Turbine an zwei Drehzapfen
und eine Abstützung des Gasgenerators an einer beweglichen Tragkonstruktion vorgeschlagen.
Eine ähnliche Aufhängung zeigt auch die DE-OS 26 17 024. Dort ist das Gehäuse des
Turbinenstators mittels radialgerichteter Bolzen an Flanschen des Außengehäuses des
Triebwerks frei dehnbar aufgehängt.
[0007] Besondere Schwierigkeiten bringt die axiale Ausrichtung eines mehrgehäusigen bzw.
mehrteiligen Maschinensatzes mit sich, beispielsweise einer Turbogruppe bestehend
aus einer Helium-Hochtemperatur-Turbine mit einem Verdichter und einem Generator.
Gemäß der DE-OS 27 17 617 wird vorgeschlagen, daß zwischen dem Fundament und der Turbogruppe
höhenverstellbare und axialbewegliche Abstützungen angeordnet sind, welche an Pratzen
seitlich der Turbogruppe angreifen und hydraulisch oder mechanisch höhenverstellbar
sein sollten. Dabei sind für jedes Maschinengehäuse mindestens vier derartige höhenverstellbare
Abstützungen vorgesehen. Mittels einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Gehäuse
von mehreren zu einer Turbogruppe gehörenden Maschinen axial auszurichten und auch
diese Ausrichtung im Bedarfsfall nachzustellen. Abgesehen von den in den genannten
Veröffentlichungen behandelten Schwierigkeiten der Ausrichtung solcher Strömungsmaschinen
bei der Montage oder aber bei sich im Laufe der Betriebszeit einstellenden Fluchtungsfehlern
sowie dem weiteren Problem, vor allem bei thermisch hoch belasteten Strömungsmaschinen,
daß sich bei ungleichförmiger Wärmebelastung der Gehäuse- und Baugruppenteile Spannungen
und unzulässige Änderungen der erforderlichen Spiele ergeben können, besteht auch
noch weiterhin die Schwierigkeit, daß eine ausreichende Schwingungsdämpfung bei derartigen
Maschinen, unter Berücksichtigung unterschiedlicher Betriebszustände, bei Anwendung
der bekannten Lagerordnungen, oft nicht erreichbar ist.
[0008] Der Erfindung liegt daher zunächst die Aufgabe zugrunde, eine Ausbildungsweise der
Lagerung für derartige Strömungsmaschinen, insbesondere Strömungsmaschinen, die thermisch
hoch belastet sind, zu schaffen, die es gestattet, den oben geschilderten Problemen
in befriedigender Weise zu begegnen. Die Erfindung bezieht sich daher auf eine solche
Strömungsmaschine, insbesondere Heißgasturbine, deren Maschinengehäuse beidseitig
mit einer mittels eines Sperrmediums beaufschlagten Labyrinthdichtung gegenüber der
Läuferwelle versehen ist, und sie besteht darin, daß das Maschinengehäuse im Bereich
der ein- und austrittseitigen mittels auf dem Fundament angeordneter Lagerböcke abgestützten
Läuferwellenlager unabhängig von diesem auf volumenveränderlichen hydraulischen Druckmittelpolstern
gegenüber der-Läuferwelle höhenverstellbar gelagert ist. Diese Lagerung des Maschinengehäuses
auf volumenveränderlichen hydraulischen Druckmittelpolstern ermöglicht eine stufenlose
Feinjustierung und Ausrichtung des Maschinengehäuses und wirkt außerdem hervorragenderweise
schwingungsdämpfend. Ferner ist es dadurch möglich, die Maschinengehäuse-Lagerung
den Formänderungen infolge der thermischen Belastung der Maschine anzupassen. Erfindungsgemäß
ist ferner das Maschinengehäuse gegenüber dem Fundament über Traversen mittels sich
auf hydraulischen Druckpolstern abstützender Traghülsen höhenverstellbar gelagert,
wobei die Druckmittelpolster in zwischen den Traghülsen und den an Stehbolzen mit
Spiel geführten Stützhülsen gebildeten Ringnuten angeordnet sind. Dabei sind die das
Maschinengehäuse tragenden Hül
- sen höhenverschiebbar in rohrartigen Halterungen geführt, die mit geringem Spiel
die Stehbolzen umgeben und die auf dem Lagerbock mittels selbsteinstellenden, aus
Kugelschale und Kugelkopf gebildeten sphärischen Lagern abgestützt sind. Vorteilhafterweise
sind zwischen jeder Stützhülse und der sie umgebenden, das Maschinengehäuse tragenden
Hülse übereinanderliegend mindestens jeweils ein in einem abgedichtetem Ringraum eingeschlossenes
hydraulisches Druckpolster angeordnet, der mit getrennten Zuführungs-und Ablaßleitungen
für das Druckmittel versehen ist.
[0009] Durch diese Ausbildungs- und Anordnungsweise der hydraulischen Druckpolster kann
insbesondere der weitere Vorteil erzielt werden, daß eine bessere Feineinstellung
des Labyrinthdichtungsspieles möglich ist, und dadurch eine erhebliche Menge an Sperrmedium
eingespart werden kann, welches bei einer Vergrößerung des Dichtungsspaltes wegen
der notwendigen größeren Radialspiele der Stopfbüchsen erforderlich wäre.
[0010] Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, daß auch die Lagerböcke der Läuferwelle
gegenüber dem Fundament mittels volumenveränderlicher hydraulischer Druckpolster höhenverstellbar
abgestützt sind. Durch diese Anordnung zusammen mit der hydraulischen Lagerung des
Maschinengehäuses wird es ganz wesentlich erleichtert, diese Teile gegenseitig und
in horizontaler Lager zu justieren und zusammen mit etwa vorhandenen weiteren Maschineneinheiten
einer Turbogruppe auszurichten. Ferner wird die Schwingungsdämpfung sowohl für das
Gehäuse als auch für den Turbinenläufer ganz erheblich verbessert. Die Turbine läuft
ruhiger und das Fundament wird schwingungstechnisch entlastet. Auch bei Form- und
Lageveränderungen des Fundamentes selbst kann durch die zweifache Einstellungsmöglichkeit
der hydraulischen Druckpolsterlagerung ohne Schwierigkeiten stets die ideale Lage
des Maschinengehäuses und des Turboläufers hergestellt werden.
[0011] Die weitere Erfindung hat ein Verfahren zur selbsttätigen kontinuierlichen Beeinflussung
des Labyrinthdichtungsspieles einer derartigen Strömungsmaschine, insbesondere einer
Heißdampfturbine zum Gegenstand, die mit der hydraulischen Druckpolsterlagerung nach
den Merkmalen der Erfindung ausgestattet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht
darin, daß mittels an den wärmeelastischen Labyrinthdichtungen der Maschinen-Eintritts-
und Austrittsseite angeordnete Meßfühler kontinuierlich die durch die jeweiligen Betriebszustände
bewirkte Dichtungsspaltveränderung zwischen der Läuferwelle und der Labyrinthdichtung
gemessen wird, und daß der abgenommene Meßwert als Steuersignal über eine Verstärkeranlage
zur Betätigung eines oder mehrerer Druckmittel-Zylinder-Kolbeneinheiten dient, durch
welche Druckmittelteilmengen den Druckmittelpolstern zugeführt oder abgelassen werden
und damit durch Anheben oder-Senken des Maschinengehäuses gegenüber der Läuferwelle
in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen der Labyrinthdichtungsspalt zentrisch
und konstant gehalten wird.
[0012] Durch diese Verfahrensweise werden je nach Betriebszustand und dadurch bedingter
thermischer Belastung der Maschine die sich ergebenden Formänderungen selbsttätig
und kontinuierlich durch entsprechende Verstellung des Maschinengehäuses gegenüber
der Läuferwelle so ausgeglichen, daß das erforderliche Labyrinthdichtungsspiel und
damit die radialen Spiele der Stopfbüchsen sehr eng gehalten werden können, so daß
sich erhebliche Einsparungen an Sperrmedium ergeben. Durch Meßfühler an den Labyrinthdichtungen
der Ein- und Austrittsseite wird kontinuierlich die jeweilige Spaltveränderung zwischen
dem Läufer und der Labyrinthdichtung gemessen. Der Meßwert wird über ein an sich bekanntes
beliebiges Verstärkungssystem als Steuersignal für die Betätigung von Druckmittel-Zylinder-Kolbeneinheiten
genutzt, um die Druckmittelpolster durch Zuführen oder Ablassen von Druckmittelteilmengen
zu erhöhen oder abzusenken und damit eine Korrektur der Lage des Gehäuses kontinuierlich
entsprechend der jeweiligen Betriebszustände zu bewirken. Ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Ausbildungs-und Anordnungsweise der Lagerung des Maschinengehäuses
und auch der Lagerböcke für die Läuferwelle und ein Schaltschema für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Strömungsmaschine teils in-Seitenansicht, teils im Längsschnitt;
Fig. 2 eine Einzelheit bei C im Längsschnitt;
Fig. 3 eine Einzelheit bei D im Längsschnitt;
Fig. 4 ein Schnitt A - A' gem. Fig. 1;
Fig. 5 ein Schnitt B - B' gem. Fig. 4;
Fig. 6 eine Schaltungsanordnung gem. der Erfindung.
[0013] In Fig. 1 ist ein Maschinengehäuse 1 einer Turbogruppe gezeigt, welches im oberen
Teil als Längsschnitt und im unteren Teil als Längsansicht dargestellt ist. Ferner
sind auch die eintrittsseitigen und austrittsseitigen Lagerstellen mit den Bezeichnungen
I und II sowie eine Lagerstelle III des nachfolgenden Maschinengehäuses dargestellt.
[0014] In Fig. 1 ist die Läuferwelle mit 3 bezeichnet, während der angedeutete Läufer die
Bezeichnung 24 trägt. Auf die Traverse 15 stützt sich - in nicht näher dargestellter
Weise - das Maschinengehäuse 1 ab. Es sind ferner die Stopfbüchsen 23, die Meßfühler
21 und die Grundplatten 2 angedeutet. Mit 7 sind die hydraulischen Druckpolster-Abstützungssysteme
bezeichnet, welche die Traversen und mit diesen das Maschinengehäuse 1 abstützen.
[0015] Die Besonderheiten der Lagerung des Maschinengehäuses 1 ergeben sich aus den Fig.
2 und 3, welche Einzelheiten bei C und D zeigen. Das Maschinengehäuse 1 stützt sich
auf die Traverse 15 ab, welche (Fig. 4, 5) hydraulisch höhenverstellbar gegenüber
dem Lagerbock 5 abgestützt sind. Die Läuferwelle 3 ist mittels den Labyrinthdichtungen
22 abgedichtet, deren Dichtspalt s bei allen Betriebszuständen der Maschine konstant
gehalten werden soll. Um dies zu erreichen, ist erfindungsgemäß eine selbsttätig wirksame
Labyrinthdichtungsspiel-Einstellung vorgesehen, bei welcher der Meßwert x durch jeweils
einen Meßfühler 21 abgetastet wird, die an den Ein- und Austrittsseiten an der wärmeelastischen
Labyrinthdichtung 22 angeordnet sind. Durch diese Meßfühler wird kontinuierlich die
Spaltveränderung x zwischen dem Läufer und der Dichtung gemessen. Der abgenommene
Meßwert x wird erfindungsgemäß mittels eines Übertragungssystems (Fig. 6) auf die
hydraulische Abstützung in der Weise übertragen, daß zum Ausgleich von Spaltveränderungen
den hydraulischen Druckmittelpolstern 8 (Fig. 5) weiteres Druckmittel zugeführt oder
aber abgeführt wird.
[0016] Weitere Einzelheiten der Anordnung sind in Fig. 4 dargestellt. Auf dem Fundament
2 ist der Lagerbock 5 über in Zylindern eingeschlossene Druckmittelpolster P1 zur
Schwingungsdämpfung abgestützt. Der Lagerbock 5 trägt das
Läuferwellenlager 4. Ferner sind auf dem Lagerbock 5 beidseitig des Läuferwellenlagers
2 Traversen 15 mittels der erfindungsgemäßen hydraulischen Druckmittelabstützung angeordnet,
auf welche sich das nicht dargestellte Maschinengehäuse 1 abstützt. Die hydraulischen
Druckmittelpolster-Abstützungen sind in Fig. 4 mit den Bezeichnungen 7 und 13, 14
angedeutet. Einzelheiten dieser Abstützungssysteme ergeben sich aus Fig. 5.
[0017] Jeder der aus Fig. 4 ersichtlichen Traversen 15 wird durch zwei hydraulische Druckpolster-Abstützungssysteme,
wie in Fig. 5 dargestellt, gehalten. In die Traverse 15 ist mittels Gewinde 20 die
Traghülse 7 eingeschraubt. Diese ist mittels des Deckels 7 a verschlossen und stützt
sich über das im Ringraum 8 eingeschlossene Druckpolster P gegenüber der Stützhülse
12 ab. Der Ringraum 8 ist mittels der Dichtungen 18, 19 gegenüber der Stützhülse 12
abgedichtet. In den Ringraum 8 mündet eine Leitung 10, mittels welcher Drucköl zugeführt
oder abgelassen werden kann.
[0018] Die Stützhülse 12 ist an dem Stehbolzen 6 geführt, welcher im Lagerbock 5 verschraubt
ist. Über die auf dem Lagerbock 5 aufliegende Kugelschale 13 und den Kugelkopf 14
ist die Stützhülse 12 auf dem Lagerbock 5 selbsteinstellend abgestützt. Ferner ist
ein Ringraum 9 vorgesehen, der mittels der Dichtung 17 gegenüber der Stützhülse 12
abgedichtet ist. Im Ringraum 9 sammelt sich gegebenenfalls aus dem Ringraum 8 zwischen
der Traghülse 7 und der Stützhülse 12 durchtretendes Lecköl, welches über die Leitung
11 abgeführt wird.
[0019] In Fig. 6 ist als Beispiel eine elektro-hydraulische Schaltung zur Durchführung der
selbsttätigen Dichtspaltgröße-Steuerung dargestellt. Das Maß x als Abweichung von
einem eingestellten Sollwert wird durch die Meßfühler 21 eintritts- und austrittsseitig
durch Abtasten der Läuferwelle 3 kontinuierlich gemessen und als Steuersignal über
die Leitungen 25 an die Steuersignale verarbeitende Stellungsregler 26 gegeben. Von
dort erfolgt über die Leitungen 33 und die elektrohydraulischen Wandler 27 die Steuerung
der Zuführung oder Abführung von Drucköl über die Leitungen 10 zu den Ringräumen 8,
welche die Druckmittelpolster P enthalten. Das Druckmittel wird im Ausführungsbeispiel
von einer motorgetriebenen Druckmittelpumpe 29, 30 erzeugt und aus dem Vorratsbehälter
28 angesaugt und über die Leitungen 32 den elektrohydraulischen Wandlern 27 zugeführt
und über die Leitungen 31 wieder an den Behälter 28 abgeführt.
1. Strömungsmaschine, insbesondere Heißgasturbine, deren Maschinengehäuse beidseitig
mit einer mittels eines Sperrmediums beaufschlagten Labyrinthdichtung gegenüber der
Läuferwelle versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Maschinengehäuse (1) im Bereich der ein- und austrittseitigen mittels auf
dem Fundament (2) angeordneten Lagerböcke (5) abgestützten Läuferwellenlager (4) unabhängig
von diesen auf volumenveränderlichen hydraulischen Druckmittelpolstern (P) gegenüber
der Läuferwelle (3) höhenverstellbar gelagert ist.
2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Maschinengehäuse (1) gegenüber dem Fundament (2) über Traversen (15) mittels
sich auf hydraulischen Druckmittelpolstern (P) abstützender Traghülsen (7) höhenverstellbar
gelagert ist, wobei die Druckmittelpolster (P) in zwischen-den Traghülsen (7) und
den an Stehbolzen (6) mit Spiel geführten Stützhülsen (12) gebildeten Ringnuten (8)
angeordnet sind.
3. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützhülsen (12) auf dem Lagerbock (5) mittels selbsteinstellenden, aus Kugelschale
(13) und Kugelkopf (14) gebildeten sphärischen Lagern abgestützt sind.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßfühler (21) über Steuersignalleitungen (25) mit einem jedem Meßfühler (21)
zugeordneten Stellungsregler (26) in Verbindung stehen, der über Steuerleitungen (33)
jeweils der Ein- und der Austrittsseite zugeordneter elektrohydraulische Wandler (27)
steuert und dadurch die Zufuhr bzw. die Ableitung von Druckmittel über die Leitungen
(10) zu bzw. aus den Ringräumen (8) der Druckmittelpolster-Abstützungen regelt, und
daß als Druckmittelquelle zur Bereitstellung von Druckmittel mit stets gleichmäßiger
und ausreichender Druckhöhe ein gasbelasteter Duckmittelspeicher oder ein Pumpenaggregat
(29, 30) mit einer Nullhubregelung bzw. Druckbegrenzungsregelung dient.
4. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen jeder Stützhülse (12) und der sie umgebenden, das Maschinengehäuse (1)
über Traverse (15) tragenden Hülse (7) jeweils mindestens ein in einem abgedichteten
Ringraum (8) eingeschlossenes hydraulisches Druckpolster (P) angeordnet ist, der mit
getrennten Zuführungs- und Ablaßleitungen (10, 11) für das Druckmittel versehen ist.
5. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagerböcke (5) der Läuferwelle (3) gegenüber dem Fundament (1) mittels volumenveränderlicher
hydraulischer Druckpolster (P1) höheneinstellbar abgestützt sind.
6. Verfahren zur selbsttätigen kontinuierlichen Beeinflussung des Labyrinthdichtungsspiels
einer Strömungsmaschine nach den Ansprühen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mittels an den wärmeelastischen Labyrinthdichtungen der Maschinen-Eintritts- und
Austrittsseite angeordnete Meßfühler (21) kontinuierlich die durch die jeweiligen
Betriebszustände bewirkte Dichtungsspaltveränderung "x" zwischen der Läuferwelle (3)
und der Labyrinthdichtung (22) gemessen wird, und daß der abgenommene Meßwert als
Steuersignal über eine Verstärkeranlage zur Betätigung von Druckmittelteilmengen den
Druckmittelpolstern (P) zugeführt oder aus ihnen abgelassen werden und damit durch
Anheben oder Absenken des Maschinengehäuses (1) gegenüber der Läuferwelle (3) in Abhängigkeit
von den jeweiligen Betriebszuständen der Labyrinthdichtungsspalt (x) zentrisch und
konstant gehalten wird.