專利名稱：透平裝置、尤其是蒸汽透平裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有至少兩個分透平的透平裝置，尤其是一種帶有至少兩個分透平的透平蒸汽裝置。每個分透平具有一個沿其主軸延伸的、由多個彼此剛性相連接的透平轉(zhuǎn)子構(gòu)成的軸系。至少這些分透平之一具有一個基本同心包圍所述透平轉(zhuǎn)子的內(nèi)殼體，其中該內(nèi)殼體軸向可移動地支承在一個軸承區(qū)。為了使內(nèi)殼體作軸向移動，設(shè)置了一個與內(nèi)殼體相連接的、傳遞軸向力的推力元件。
在德國專利申請公開說明書中DE 35 22 916 A1中描述了一種帶有至少一個具有一外殼體和一與外殼體同軸的內(nèi)殼體的低壓分透平以及至少一個同軸設(shè)置在低壓分透平上游的高壓和/或中壓分透平的透平機組。分透平的軸彼此剛性地耦合成一個軸系。在低壓分透平的上游安裝有一個軸系的止推軸承，其定義了一個作為軸系軸向膨脹延伸或軸向移動起始點的參考面。內(nèi)殼體借助傳遞推力的連桿連接在一軸向相鄰的分透平殼體的軸向運動支承端或一透平軸承殼體上。該連桿借助一個能作有限橫向運動的密封件在受熱運動時以真空密封方式通過外殼的一壁伸出來。一個預(yù)先支承低壓分透平的透平軸承定義了第二個參考面，用來作為支承在此透平軸承上的分透平殼體和耦合在其上的分透平殼體的軸向膨脹延伸和移動的起始點。通過此，使該軸系和分透平殼體的軸向移動以實際上相同的軸向膨脹延伸和相同方向的方式來完成。這就可能使彼此相鄰的動葉片輪緣和導(dǎo)葉片輪緣之間的軸向間隙最小。借助連桿的推力傳遞位于傳遞推力的透平軸承的區(qū)域。此外，連桿的真空密封穿孔與低壓分透平內(nèi)殼體的一個受熱沿水平方向運動的夾持支承在結(jié)構(gòu)上統(tǒng)一在一起。內(nèi)殼體的夾持臂以軸向平行的方向延伸，且以可滑動的支承面和導(dǎo)向面座落于相應(yīng)軸承殼體的支座上。在這里，可滑動的支承面和導(dǎo)向面通過配合座上的滑動附件和調(diào)節(jié)附件來實現(xiàn)。該連桿在透平軸承區(qū)與夾持臂以力傳遞方式相耦合連接，尤其一個用于真空密封穿孔的膜密封與低壓分透平外殼體一端面上的環(huán)形法蘭以及與一透平軸承殼體部分上的內(nèi)環(huán)形法蘭真空密封地連接。密封件設(shè)置在外殼體端壁和軸承殼體的配合面之間(即設(shè)置在僅有較小相對移動的部件之間)造成，內(nèi)殼體因受熱產(chǎn)生較大的移動后會與密封件分開。
德國專利專利申請展出說明書DE-AS-1 216 322中描述了一種帶有多個同軸前后設(shè)置分透平的蒸汽透平或燃?xì)馔钙剑@些分透平的軸彼此剛性耦接，且它們的殼體中至少有一個可軸向移動，并與一個位置固定的分透平殼體或者軸承座相耦連。透平的低壓殼體分別由一個外殼體和一內(nèi)殼體構(gòu)成。低壓透平的內(nèi)殼體與一相鄰分透平殼體或一軸承座的耦接是通過一根以蒸汽密封和受熱運動方式從外殼體壁伸出的連桿來實現(xiàn)的。該連桿可以是一根單一的桿，它在外殼體壁中通過一個軸向和徑向柔性波紋管來密封。該連桿還可以由三根軸向彼此排列的、相互鉸接連接的桿構(gòu)成，其中間一根以滑動配合方式在外殼體壁的套筒中作軸向運動。通過這樣一種連桿應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)該殼體的軸向移動，通過此軸向移動盡可能保持轉(zhuǎn)子和殼體之間的軸向間隙不變。為改變軸向間隙的尺寸，通過改變該連桿的溫度來改變其長度是可能的。這種溫度的改變可通過用蒸汽或一種液體向連桿提供附加熱負(fù)荷來實現(xiàn)。
這樣一種通過將熱蒸汽導(dǎo)送通過一根管子來改變軸向間隙尺寸的方法在英國專利說明書GB-PS-1 145 612中作了描述。一個軸向可伸長的管子在其每個端側(cè)與一根分別再固定在一低壓分透平內(nèi)殼體上的桿相連。內(nèi)殼體相對于一透平轉(zhuǎn)子的軸向移動由內(nèi)殼體各自的伸長、連桿的伸長和膨脹管的伸長疊加而成。不同的耦接內(nèi)殼體的熱膨脹從一個設(shè)置在位于最上游的低壓分透平的外殼體上的固定點出發(fā)來確定。內(nèi)殼體熱膨脹的起始點不同于轉(zhuǎn)子熱膨脹的起始點，后者以一個位于更上游的軸承來確定。膨脹管通過各自的補償器與低壓分透平的相應(yīng)外殼體相連接，從而該系統(tǒng)由內(nèi)殼體和連桿構(gòu)成的絕對膨脹必須由補償器來接受。為了確保透平轉(zhuǎn)子的膨脹和由內(nèi)殼體和連桿構(gòu)成的系統(tǒng)之間相當(dāng)穩(wěn)定，以一個預(yù)定方式向膨脹管導(dǎo)送蒸汽。這些蒸汽必須或者從蒸汽循環(huán)中獲得，或者單獨提供。此外還需要一調(diào)節(jié)系統(tǒng)和一監(jiān)測系統(tǒng)，通過它根據(jù)蒸汽透平的運行狀態(tài)向膨脹管導(dǎo)送為補償軸向間隙所要求的蒸汽。
由德國專利說明書DE 196 29 933 C1可得知一種帶有一推力元件的透平裝置以及一種推力元件。該透平裝置具有至少兩個分透平，其中每一個分透平具有一個沿主軸延伸的透平轉(zhuǎn)子及一個安裝導(dǎo)葉片的內(nèi)殼體。內(nèi)殼體沿軸向可移動，其中為軸向移動設(shè)有一個熱膨脹的推力元件。該推力元件具有通過一耦合件彼此連接的第一膨脹件和第二膨脹件。該耦合件以機械方式和/或以液壓方式使第二膨脹件作軸向移動(其大于第一膨脹件的熱膨脹和/或軸向移動)。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種透平裝置，在該透平裝置中轉(zhuǎn)子和內(nèi)殼體之間的軸向間隙，尤其在該透平裝置的分透平之間熱膨脹時，保持在一個預(yù)定的值。在這種情況下，尤其就應(yīng)用于一個多殼體、且殼體很重的透平裝置而言，采用一個傳送軸向力的推力元件來減小軸向間隙應(yīng)當(dāng)是可能的。
按照本發(fā)明，上述技術(shù)問題這樣加以解決一種透平裝置、尤其是一種蒸汽透平裝置具有至少兩個分透平，其中每個分透平具有一個沿一主軸延伸的透平轉(zhuǎn)子，這些透平轉(zhuǎn)子彼此剛性連接，其中至少這些分透平之一具有一個包圍該透平轉(zhuǎn)子的內(nèi)殼體，該內(nèi)殼體軸向可移動地支承在一支承區(qū)中，且為作軸向移動設(shè)有一個與該內(nèi)殼體相連接的、用于傳遞軸向力的推力元件，該軸承區(qū)具有一個具有如此小靜摩擦的軸承裝置，以致在移動該內(nèi)殼體時為克服靜摩擦而自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移小于2mm。
一個軸承裝置優(yōu)選具有如此小的靜摩擦，以致在移動該內(nèi)殼體時為克服靜摩擦而自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移小于1.5mm，尤其小于1mm。
本發(fā)明基于下述認(rèn)知得到迄今由現(xiàn)有技術(shù)公知的借助推桿來調(diào)節(jié)軸向間隙的措施，尤其在在多殼體、大質(zhì)量的透平裝置中由于軸向移動一內(nèi)殼體需要傳遞大的軸向力，僅僅可得到有限制的使用。在公知的裝置中，為了傳遞一個軸系的分透平之間的熱膨脹，利用那些將軸向在前設(shè)置的分透平的殼體熱膨脹傳遞到軸向在后設(shè)置的分透平上的裝置(推桿)來減小分透平的透平轉(zhuǎn)子和內(nèi)殼體之間的相對熱膨脹。然而，由一軸系的軸向固定點(止推軸承)出發(fā)的軸向熱膨脹在大的透平裝置中預(yù)示有數(shù)量級為40至50mm的軸向移動。為了不必對一切軸向間隙都考慮此軸向熱膨脹，借助推桿將分透平的殼體(尤其是低壓內(nèi)殼體)與一外殼體(尤其是與一中壓分透平的中壓外殼體)連接起來。這樣一來，第一內(nèi)殼體被移動了該設(shè)置在前的外殼體(例如一中壓分透平外殼體)的軸向熱膨脹長度，另一分透平的第二內(nèi)殼體被移動了上述外殼體和第一內(nèi)殼體的軸向熱膨脹長度，以此類推。通過此，避免了透平轉(zhuǎn)子和內(nèi)殼體之間的相對移動。迄今為止，內(nèi)殼體軸向可移動地支承在帶有盡可能小摩擦系數(shù)的實心滑板上。然而考慮到對發(fā)電廠透平的高可靠性和長運行壽命的要求，出于運行可靠性原因要將該摩擦系數(shù)設(shè)置得比滑板初始摩擦系數(shù)高。由此，在對傳遞軸向力的推力元件(如推桿)和其支承件進行尺寸設(shè)計時會得到大的設(shè)計力，例如在滑板和接觸面之間摩擦系數(shù)變壞的情況下，內(nèi)殼體-支座上的靜摩擦力應(yīng)有一個大的設(shè)計摩擦力。這會導(dǎo)致推桿和參與導(dǎo)送力的構(gòu)件(如支承件和軸承殼體)應(yīng)是一種實心結(jié)構(gòu)且應(yīng)盡可能地直接導(dǎo)送力。
本發(fā)明已考慮到在一個多殼體的大質(zhì)量透平裝置中有待設(shè)定的摩擦力會變得如此之大，以至達(dá)到了可實現(xiàn)和可靠使用該傳遞軸向力的推力元件(如推桿)的極限。其缺點是，在考慮所需的大的設(shè)計力情況下，該推力元件產(chǎn)生了由于克服軸向移動內(nèi)殼體時的靜摩擦而出現(xiàn)的明顯變形。此變形按運行狀態(tài)以推力元件的軸向壓縮或軸向膨脹延伸方式(即該沿主軸延伸的透平轉(zhuǎn)子的兩個方向上)出現(xiàn)。例如在采用一個推桿作為傳遞軸向力的推力元件時，其彈性地壓短或伸長。這種伸長或縮短的變形在設(shè)計軸向間隙時必須考慮，且加大了對軸向間隙的要求。這再次要求在分透平的動葉片和導(dǎo)葉片之間有一個較大的間隙，這甚至可能導(dǎo)致設(shè)置在軸系軸向端部的分透平有可能的話必須去掉一級，從而明顯地影響效率。此外，對于帶有膨脹斜角的浮裝葉片，由于需要軸向間隙，也需要一個附加的徑向間隙，這同樣由于間隙損失會帶來一個不小的效率損失。
利用本發(fā)明第一次克服了迄今公知方案的重大缺陷。因而十分有利地即使對于一個多殼體、且殼體很重的大型透平裝置也能使之具有一個為軸向移動而傳遞軸向力的推力元件。按照本發(fā)明的方案，軸承區(qū)的軸承裝置有針對性地設(shè)計成可得到一個盡可能小的靜摩擦。靜摩擦小同時也表明滑動摩擦小，因為典型情況下滑動摩擦小于靜摩擦。因而，在移動時自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移局限于一預(yù)定的值。于是在很大程度上防止了由于一個變形的推力元件膨脹卸載而造成的突發(fā)性破碎，因為通過在很大程度上去掉或明顯限制推力元件的變形能量使所施加的軸向移動力相對于傳統(tǒng)的技術(shù)解決方案來說明顯地減小了。本發(fā)明新的軸承設(shè)計方案還考慮了膨脹的傳遞(熱和/或機械預(yù)應(yīng)力)，這樣有利地減小了透平裝置的預(yù)先設(shè)定的軸向間隙。
通過所建議的方案有利地保證了用相對簡單的結(jié)構(gòu)措施使內(nèi)殼體更易于作軸向移動。因此，所述傳遞軸向力的推力元件(如推桿)及其與內(nèi)殼體耦連的結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成具有較小質(zhì)量。通過此，就傳遞軸向力的推力元件的材料使用和材料選擇而言，節(jié)省了成本。除了此結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點外，同時影響軸向間隙的推力元件的變形明顯減小了，甚至在軸承的靜摩擦相當(dāng)小的最有利情況完全沒有變形。
與此減小軸向間隙的措施相聯(lián)系，對于具有多個分透平的透平裝置來說提高了效率。
在一個特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，該軸承裝置設(shè)計成無靜摩擦。與傳統(tǒng)的帶有一個位于滑合座上的有摩擦、尤其是有靜摩擦的滑板的方案不同，軸承裝置的結(jié)構(gòu)明顯考慮為無靜摩擦。因而，在軸向移動時的突發(fā)破碎最大程度地排除了。無靜摩擦在這方面是指很大程度上沒有靜摩擦，即軸承裝置沒有靜摩擦或僅僅具有很小的靜摩擦。于是可以十分有利地保證在內(nèi)殼體滑移時不會自發(fā)出現(xiàn)軸向偏移，因為無需克服靜摩擦或僅克服很小的靜摩擦。尤其可以確保一個可能出現(xiàn)的軸向偏移可靠地小于2mm。
軸承裝置優(yōu)選具有一個流體靜力學(xué)軸承，向該流體靜力學(xué)軸承供給加壓運行介質(zhì)，在那里形成一層滑動膜。流體靜力學(xué)軸承尤其以一個很小的靜摩擦為特點。該流體靜力學(xué)軸承十分有利的是完全沒有技術(shù)上關(guān)系重大的靜摩擦，因而推力元件的軸向壓縮和伸長實際上不會出現(xiàn)。由于存在滑動膜，該內(nèi)殼體支承在該膜上，且在移動過程中花費可忽略的、或者至少很小的力就可使該內(nèi)殼體在滑動膜上作軸向滑移而不會有自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移。
優(yōu)選該滑動膜設(shè)置在一間隙上，其中該間隙的高度可根據(jù)運行介質(zhì)的壓力或體積流量進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)例如提供給流體靜力學(xué)軸承的運行介質(zhì)的壓力可以十分方便和可靠地調(diào)節(jié)運行介質(zhì)的流量，從而調(diào)節(jié)了間隙的高度?？梢愿鶕?jù)待移動的內(nèi)殼體的質(zhì)量使運行介質(zhì)的壓力、因而該間隙高度與軸承的要求相應(yīng)匹配。流體靜力學(xué)軸承(例如以一個加壓油膜作為運行介質(zhì))表現(xiàn)出一種特別有利的滑動軸承的形式，且特別適合于一個透平裝置的重要應(yīng)用情況，因為缺少對一個原則上同樣可能的流體動力學(xué)軸承來說所必需的高滑動速度。僅僅保證在滑動軸承中的滑動膜通過持續(xù)導(dǎo)送運行介質(zhì)來保持。
有利的是通過流體靜力學(xué)軸承的相應(yīng)結(jié)構(gòu)可以在較長時間范圍可靠地排除運行介質(zhì)(如潤滑介質(zhì))供給的中斷。在變化的構(gòu)件溫度情況下若潤滑介質(zhì)供給被中斷，則隨著時間的推移，應(yīng)力在推力元件中會逐漸積聚增加并隨之造成推力元件不符合設(shè)計要求的變形，進而導(dǎo)致透平轉(zhuǎn)子沿軸向擦掠過內(nèi)殼體，從而造成嚴(yán)重?fù)p害。在優(yōu)選的設(shè)計結(jié)構(gòu)中，只要為此采用通常對透平裝置軸系的軸承來說本來就存在的必須保證其有高可靠性的運行介質(zhì)(潤滑介質(zhì))供應(yīng)源，就能很好地滿足上述要求。在較短的時間后中斷向軸系的軸承供給運行介質(zhì)會由于徑向掃掠而導(dǎo)致對蒸汽透平的損害。
因此，在透平裝置的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，所建議的流體靜力學(xué)滑動軸承應(yīng)當(dāng)由已存在的對軸系的軸承供給運行介質(zhì)或潤滑介質(zhì)來實現(xiàn)。這樣一來既保證可方便地使內(nèi)殼體作軸向移動，又保證透平裝置具有足夠的運行可靠性。
在一種可替換的結(jié)構(gòu)中，例如在對軸承的壓力要求有很大不同的情況下，按照類似于上面討論軸承時所提到的高可靠性準(zhǔn)則設(shè)置一個獨自的運行介質(zhì)供給系統(tǒng)向該流體靜力學(xué)軸承提供運行介質(zhì)。則在這樣一種獨立的供給系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)的運行介質(zhì)瞬時中斷或許是可以容忍的，只要隨之造成的殼體下降一個滑動膜的高度是在為該透平裝置設(shè)定的徑向間隙內(nèi)進行即可。設(shè)計這種帶有流體靜力學(xué)軸承的滑動支承，可以按照簡單且本身已公知的方式基于軸承技術(shù)中的構(gòu)造原理來進行?；瑝K的結(jié)構(gòu)、運行介質(zhì)的供給、體積流量的調(diào)節(jié)以及避免邊緣支承(Kantentragen)等可以利用這些原理來得到。
在一種特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，該軸承裝置具有一個帶有多個沿軸向移動方向彼此間隔設(shè)置的滾動體的滾動軸承。
對于滾動軸承，存在各種可能性，優(yōu)選為滾柱軸承或采用多滾珠軸承。多滾珠軸承基本上由兩個盤構(gòu)成，在這兩個盤之間有多個滾珠，這些滾珠按照并聯(lián)原理傳遞外部負(fù)載，如法向力。通過材料的選擇以及滾動體數(shù)量和尺寸的匹配，使這些軸承件的承載能力能夠與一個透平裝置中所考慮的較高的待傳遞的力相匹配。在設(shè)計軸承時要考慮承受負(fù)載的接觸面和其幾何形狀，也就是說，在滾珠情況以點接觸來代替滾柱時的線接觸。
優(yōu)選滾動體為球形或圓柱形。
在用滾柱作為滾動體的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選對每個滾柱分別形成一個線接觸，其與用滾珠作為滾動體的點接觸情況相比更適于傳遞較大的力。在此，作為確定支座尺寸的設(shè)計準(zhǔn)則是由霍茲式(Herz’sche)擠壓引起的相關(guān)應(yīng)力，其又由接觸對象的形狀(例如滾珠或滾柱是與平面接觸)、相關(guān)的半徑以及接觸對的材料(彈性模量、橫向收縮系數(shù))來決定。由于在一個大質(zhì)量的透平裝置中，支座必須承受例如100kN至約500kN這種大數(shù)量級的力，滾柱的接觸長度和半徑需要相應(yīng)較大，以便將構(gòu)件負(fù)荷(例如霍茲式壓應(yīng)力)保持在允許的范圍內(nèi)。
為了使接觸對達(dá)到足夠高的強度，滾動體、例如滾柱可以置于分開的、由高強度合金制成的板上，該板自身與支承對(如內(nèi)殼體及軸承殼體或地基)相連接。由高強度合金制成的板在此同時成為與滾動體的接觸面，該接觸面在移動過程中承受一法向力。在這種情況下，優(yōu)選在一個相應(yīng)的結(jié)構(gòu)中將多個滾柱平行相聯(lián)，以達(dá)到在有限的寬度內(nèi)實現(xiàn)一個附加的接觸長度，進而提高滾動軸承的承載能力。在此，通過結(jié)構(gòu)措施保證即使在透平裝置的殼體可能出現(xiàn)變形的情況下使?jié)L柱上有基本相同和均勻的負(fù)載。
滾動體在移動過程承受一法向力的接觸面優(yōu)選至少局部具有一個帶有曲率半徑的圓柱形外殼的幾何形狀。在此，該曲率半徑可根據(jù)待預(yù)期的軸承負(fù)載預(yù)先給定。為了接納一個法向力，接觸面為一個圓柱形外殼的幾何形狀就已經(jīng)足夠了。就一個盡可能的有效利用軸承區(qū)的有限結(jié)構(gòu)空間而言，優(yōu)選代替完整的滾柱采用一種將未用來承受負(fù)載的滾柱側(cè)面區(qū)域去掉的滾動體，從而允許緊湊地布置滾動體。在多個并聯(lián)滾動體的情況，為了固定滾動體的間隔(即滾動體轉(zhuǎn)動軸的間隔)，設(shè)有一個合適的固定件，例如一個滾動軸承保持架。
優(yōu)選該軸承區(qū)具有一個內(nèi)殼體的支承臂及一個支承區(qū)，其中該支承臂經(jīng)軸承裝置座落在支承區(qū)。于是該支承臂優(yōu)選為內(nèi)殼體的一個組成部件，且與內(nèi)殼體固定連接。因此，內(nèi)殼體經(jīng)支承臂支承在支承區(qū)，其中用軸承裝置可以方便地使內(nèi)殼體作軸向移動。
在此，已證明將傳遞軸向力的推力元件耦接在支承臂上是一種特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。于是，此軸向移動可以由推力元件、如一推桿直接傳遞給支承臂，從而傳遞給內(nèi)殼體。在這種情況下，軸承裝置例如設(shè)置在支承臂和支承區(qū)之間，其中該軸承裝置配置得具有盡可能小的靜摩擦系數(shù)，從而在移動內(nèi)殼體時為克服靜摩擦而自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移小于一預(yù)先給定的最大值，尤其小于2mm。
在另一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)中軸承裝置具有一根杠桿，支承臂經(jīng)該杠桿與支承區(qū)成可轉(zhuǎn)動鉸接連接。在此，例如支承臂和支承區(qū)都具有一個各自的銷柱，這兩個銷柱可轉(zhuǎn)動鉸接地接納該杠桿，其中杠桿臂的長度由兩銷柱的距離確定。通過銷柱直徑和杠桿長度的匹配，可以調(diào)節(jié)到一個與傳統(tǒng)具有一帶有摩擦的滑板的方案相比明顯減小的摩擦矩。因而，通過這種帶有一個杠桿機構(gòu)那樣的擺式支承的軸承裝置的實現(xiàn)，與該傳遞軸向力的推力元件相結(jié)合，可以確保在保持允許的材料應(yīng)力的條件下方便地使內(nèi)殼體作軸向移動。
在這種結(jié)構(gòu)中，十分有利的是不需要持續(xù)地供給一種運行介質(zhì)。同樣在杠桿結(jié)構(gòu)中也很少存在高霍茲壓應(yīng)力的局部位置。在內(nèi)殼體軸向移動時出現(xiàn)的恢復(fù)力或保持力可以通過對該機構(gòu)就杠桿長度和銷柱直徑作相應(yīng)配置而保持在一預(yù)先給定的最大值之下，從而最多對徑向間隙產(chǎn)生一個可允許的微小影響。這樣對推力元件可能施加的恢復(fù)力或保持力可以十分有利地減小到一個很小的值，從而由一彈性伸長或壓縮而使推力元件出現(xiàn)的不希望的變形可以消除。
為了減少振動，優(yōu)選將內(nèi)殼體與一減震裝置相連接。在此，減震裝置可以設(shè)計成運行時供給液壓油的液壓式減震裝置，或者為粘滯的摩擦減震系統(tǒng)。內(nèi)殼體例如經(jīng)減震裝置與支承區(qū)連接，從而可能由地基輸入到支承區(qū)中的振動會直接傳遞給內(nèi)殼體，而不會直接或僅僅少量地作用在傳遞軸向力的推力元件上。因此，通過設(shè)置減震裝置可有利地承受短時間的瞬態(tài)力(如在地震危險增大的地區(qū))，并由此實現(xiàn)在這樣情況下的高運行可靠性。因此，即便在一個明顯的瞬時沖擊負(fù)載情況下，結(jié)合所述減震裝置可確保軸承裝置的運行，這尤其在一個帶有很重殼體的大透平裝置中有很大的優(yōu)點。尤其是通過這種結(jié)構(gòu)防止推力元件受到瞬時負(fù)載，這可以不受限制地實現(xiàn)其功能。
在透平裝置的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，設(shè)有一個中壓蒸汽分透平和至少兩個帶有一各自內(nèi)殼體的低壓蒸汽分透平。在那里，這些分透平沿主軸設(shè)置，其中內(nèi)殼體與推力元件相連接，且支承在一個具有一軸承裝置的軸承區(qū)。
優(yōu)選該中壓蒸汽分透平具有一個外殼體，該外殼體經(jīng)一推力元件與沿軸向緊隨其后設(shè)置的低壓蒸汽分透平的內(nèi)殼體相連接，且一個與外殼體相連接的固定軸承成為軸向熱膨脹的軸向固定點。
優(yōu)選至少這些低壓分透平之一具有一個帶有排汽面積為10.0m2至25m2、尤其為12.5m2至16m2的排汽彎管。
該透平裝置尤其適用于作為蒸汽透平裝置的結(jié)構(gòu)。這樣，尤其可實現(xiàn)帶有排汽面積很大的低壓蒸汽分透平的蒸汽透平裝置，這對未來蒸汽透平的發(fā)展具有重大意義。在此待實現(xiàn)的分透平的大的內(nèi)殼體按本發(fā)明的裝置方案以軸向可移動的方式支承著，其中為了作移動可以毫無問題地利用傳遞軸向力的推力元件。
因此，本發(fā)明還有可能采用優(yōu)選的推力元件(如推動桿)來補償透平裝置的透平轉(zhuǎn)子和內(nèi)殼體之間的相對軸向膨脹。
所建議的靜摩擦小的軸承裝置的結(jié)構(gòu)方案具有下述優(yōu)點以移動內(nèi)殼體、尤其是低壓蒸汽分透平內(nèi)殼體為條件的減小軸向間隙的措施可以很容易地實現(xiàn)。此外，按照本發(fā)明的方案還可以使多殼體的透平裝置(如帶有四個低壓分透平)得到實行，從而可以加大現(xiàn)有透平結(jié)構(gòu)系列的適用領(lǐng)域。
下面結(jié)合附圖所示實施方式對一個透平裝置作詳細(xì)說明。這些附圖為示意圖，未按尺寸比例示出。


圖1為一臺蒸汽透平裝置的縱剖圖。
圖2為為一軸承區(qū)的縱剖圖，一個內(nèi)殼體軸向可移動地支承在該軸承區(qū)。
圖3為圖2中沿III-III斷面線的視圖。
圖4為作為流體靜力學(xué)軸承的軸承裝置結(jié)構(gòu)斷面圖。
圖5為圖4所示流體靜力學(xué)軸承的另一種可替換結(jié)構(gòu)。
圖6到圖8分別為帶有一滾動軸承的軸承裝置的可替換結(jié)構(gòu)。
圖9一個具有一杠桿機構(gòu)的軸承裝置。
圖1示出了一臺沿其主軸設(shè)置了高壓蒸汽分透平23、中壓蒸汽分透平2和三個結(jié)構(gòu)基本相同的低壓蒸汽分透平3a、3b、3c。低壓蒸汽分透平3a、3b、3c從流動技術(shù)角度通過一根蒸汽導(dǎo)送管24與中壓蒸汽分透平2相連接。中壓蒸汽分透平具有一個外殼體22。每個低壓蒸汽分透平3a、3b、3c具有一個各自的內(nèi)殼體8a、8b、8c和一個包圍各個內(nèi)殼體8a、8b、8c的外殼體14。每個內(nèi)殼體8a、8b、8c支承著低壓蒸汽進汽的導(dǎo)葉片6。此外，低壓蒸汽分透平3a、3b、3c為排出蒸汽氣流分別具有一個帶有排汽面積為10.0m2至25m2的大排汽口面積A的排汽彎管31。在每個內(nèi)殼體8a、8b、8c中設(shè)置了一個分別沿該主軸4延伸的、支承低壓動葉片7的透平轉(zhuǎn)子5。中壓蒸汽分透平2具有一個內(nèi)殼體49。在中壓蒸汽分透平2和第一級低壓蒸汽分透平3a之間以及各個沿主軸4彼此相鄰設(shè)置的低壓蒸汽分透平3a、3b、3c之間分別設(shè)有一個軸承區(qū)10。該軸承15既用來支承透平轉(zhuǎn)子5，即作為其軸承，又用來支承各個內(nèi)殼體8a、8b、8c。在高壓蒸汽分透平23和中壓蒸汽分透平2之間同樣設(shè)有一個用于支承這兩個分透平2、23的透平轉(zhuǎn)子的軸承15a。在各軸承15支承內(nèi)殼體8a、8b、8c的區(qū)域內(nèi)分別平行于主軸4地設(shè)有一個傳遞軸向力的推力元件9。該推力元件例如可以設(shè)計成一個連桿9a。一個相應(yīng)的連桿9a將中壓蒸汽分透平2與第一級低壓蒸汽分透平3a以及將這些低壓蒸汽分透平3a、3b、3c彼此相鄰的內(nèi)殼體8a、8b、8c連接起來。外殼體22、內(nèi)殼體8a、8b、8c及連接的推力元件9、9a形成了一種延伸連接，這種延伸連接在供給熱蒸汽時沿著主軸4的方向膨脹。這樣形成的延伸連接有一個位于該高壓蒸汽分透平23和中壓蒸汽分透平2之間固定軸承15a上的軸向固定點20。從此固定點20開始沿著主軸4的熱膨脹的大小在圖1下部用膨脹線25來表示。同樣還示出了一個與此相應(yīng)的、該中壓蒸汽分透平2和低壓蒸汽分透平3a、3b、3c的彼此剛性連接的透平轉(zhuǎn)子5的膨脹線26。通過將各低壓蒸汽分透平3a、3b、3c連接成為一個膨脹組合構(gòu)件并使之與中壓蒸汽分透平2的外殼體22連接，則可利用它們各自的熱膨脹而使內(nèi)殼體8a、8b、8c沿著主軸4向著一個圖中未詳細(xì)示出的發(fā)電機方向作軸向移動。因此，各個內(nèi)殼體8a、8b、8c的所有熱膨脹都沿著主軸4方向累加，由此形成的總膨脹相對于彼此剛性連接的透平轉(zhuǎn)子的膨脹有所減小。通過在膨脹線25和膨脹線26之間作比較可以看出，在透平裝置1的整個長度上，在所述透平轉(zhuǎn)子5和最后一級低壓分透平3c的內(nèi)殼體8c之間仍然存在一定程度的膨脹差別。這種膨脹差別導(dǎo)致每個低壓蒸汽分透平3a、3b、3c的導(dǎo)葉片6和動葉片7之間有不同的軸向間隙。
在圖2示出了圖1所示的蒸汽透平裝置1的軸承區(qū)10的斷面圖。該軸承區(qū)具有一個軸承外殼36以及沿著主軸軸向設(shè)置在軸承外殼之后的一個內(nèi)殼體8a。該軸承外殼36具有一個支承區(qū)28以及一個供該推力元件9真空密封地穿過的通道33。在內(nèi)殼8a上形成一個包含有推力元件9的接納腔34的支承臂27。內(nèi)殼體8a經(jīng)推力元件9沿著一軸向移動方向18可移動，其中推力元件9經(jīng)支承臂27向內(nèi)殼體8a傳送一個基本平行于主軸4的軸向力。在此，接納腔34具有一個用于接納由推力元件9傳送的軸向力的作用面的接納面35。該帶有接納面35的接納腔34還稱作螺紋盲孔(Gewindegrundloch)。為了達(dá)到很容易地使內(nèi)殼體8a作軸向移動，該軸承區(qū)10具有一個軸承裝置11。該軸承裝置11在此設(shè)置在支承臂27和支承區(qū)28之間。因而，該支承臂27通過支承區(qū)28上的軸承裝置11得到支承。軸承裝置11這樣設(shè)計，使得其具有這樣小的靜摩擦，以致在移動內(nèi)殼體8a時為克服摩擦力而自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移小于2mm。為此該軸承裝置11可例如設(shè)計成無靜摩擦的，因而確保不會超過所允許的2mm軸向偏移的上限。由此，在軸向移動過程可以明顯地避免出現(xiàn)一種自發(fā)的斷開(Losbrechen)。此外，還在很大程度上不會產(chǎn)生迄今傳統(tǒng)軸承設(shè)計中在克服靜摩擦力之前就已出現(xiàn)的推動桿9的明顯變形。為了對推力元件作真空密封導(dǎo)引，在外殼14上設(shè)有一個例如可伸縮波紋管形式的補償器。該補償器32在這里同時起到膜密封的的作用，它密封由內(nèi)殼體8a和外殼14形成的真空腔，同時使得沿移動方向18的軸向移動成為可能。
在圖3上所給出的沿圖2中III-III線的斷面以圖示方式詳細(xì)地說明了支承臂27經(jīng)軸承裝置11支承在支承區(qū)28上。
軸承裝置11就其調(diào)節(jié)到有一個盡可能小的靜摩擦力以避免自發(fā)出現(xiàn)軸向偏移而言可以設(shè)計出各種不同的方式。一種特別優(yōu)選的方式在圖4中給出，其中軸承裝置11具有一個流體靜力學(xué)軸承12。該流體靜力學(xué)軸承12設(shè)置在支承臂27和支承區(qū)28之間。在此，該軸承12具有一個帶有一供運行介質(zhì)B(例如加壓油)用的通路38的滑塊37。在流體靜力學(xué)滑動軸承12運行時向其提供運行介質(zhì)B。為此，滑塊37具有一個通到朝向支承臂27的壓力腔39的輸送孔50?；瑝K37與支承區(qū)28相連接，其中優(yōu)選運行介質(zhì)B可經(jīng)支承區(qū)28送往該流體靜力學(xué)軸承12。在軸承12工作時，在壓力腔39中的運行介質(zhì)B處于壓力pB下，該支承27在壓力作用下相對于滑塊37垂直向上升起，形成一個間隙16。該間隙16具有一個徑向高度H，且在滑塊37和支承27之間沿著軸向移動方向18延伸。在此，間隙16的高度H可根據(jù)壓力pB或者壓力腔39中運行介質(zhì)的體積流進行調(diào)節(jié)。向壓力腔39供給運行介質(zhì)B導(dǎo)致在間隙16中形成一層滑動膜13，其通過連續(xù)地送入運行介質(zhì)B來保持。在受到一個沿移動方向18的軸向力作用時，通過間隙16中的滑動膜13很容易使支承臂27作軸向移動。特別有意義的是帶有流體靜力學(xué)滑動軸承12的軸承裝置11的結(jié)構(gòu)實際上是無摩擦的。
在圖5中給出了圖4所示流體靜力學(xué)滑動軸承12的一種可替換結(jié)構(gòu)。在那里，滑塊37在朝向支承區(qū)28的一側(cè)具有一個曲率半徑為R的彎曲接觸面21。支承區(qū)28以同樣方式具有相同的曲率半徑R?；瑝K37以接觸面21置于支承區(qū)28之上。在此，接觸面21具有一個球狀罩或圓柱形外殼的幾何形狀。為可靠運行，向該接觸面21供給一種圖中未示出的潤滑介質(zhì)，從而滑塊和支承區(qū)28沿著接觸面21彼此可相對運動。這樣一來，滑塊37相對于支承區(qū)28的微小傾斜可以得到補償。通過滑塊37的可運動性確保在滑動軸承12運行時精確地調(diào)節(jié)間隙16的高度H。
圖6示出了一種具有一個滾動軸承17的軸承裝置11。滾動軸承17設(shè)置在支承臂27和支承區(qū)28之間。一個板狀接觸件40a置入在支承臂27上。另一個接觸件40b設(shè)置在支承區(qū)28上。這兩個接觸件40a、40b分別具有一個接觸面21，且由一種高強度材料41制成。在兩接觸件40a、40b之間平行于軸向移動方向設(shè)置了前后相鄰、彼此有間隔的滾動體19、19a、19b。這些滾動體19、19a、19b各具有一個轉(zhuǎn)動軸42，這些滾動體19、19a、19b分別圍繞該轉(zhuǎn)動軸可轉(zhuǎn)動。在支承臂27沿移動方向18運動時，這些滾動體19、19a、19b通過在支承臂27和支承區(qū)28之間的軸向相對運動而作滾動運動?；跐L動體19、19a、19b的幾何形狀為球狀或圓柱狀，在此僅僅出現(xiàn)滾動摩擦。與此相反，在此軸承結(jié)構(gòu)中實際上不出現(xiàn)靜摩擦(附著摩擦)，因為在滾動體19、19a、19b和接觸面40a、40b之間為點接觸或線接觸。因而可以將具有一滾動軸承17的滾動裝置11設(shè)計成帶有如此小的靜摩擦，以致在支承臂27移動時為克服靜摩擦力而自發(fā)形成的軸向偏移小于一預(yù)先給定的最大尺度，例如小于2mm。
在采用滾柱作為滾動體19、19a、19b的結(jié)構(gòu)中十分有利的是形成線接觸，這特別適于傳遞很大的力。由于滾動軸承17必須接受較大的力，例如數(shù)量級為100kN至500kN的力，因此滾動體19、19a、19b和接觸面21之間的接觸長度需要相應(yīng)較大。通過對例如作為滾動體19、19a、19b的滾珠或滾柱相對于平接觸面21的這種接觸對的形式，滾動體19、19a、19b的曲率半徑R及接觸對的材料(彈性模量、橫向收縮系數(shù))的設(shè)計，該滾動軸承17可承受所產(chǎn)生的應(yīng)力負(fù)荷。對于構(gòu)成接觸面21的接觸件40a、40b，推薦利用一種高強度合金來作為材料41。
在圖7和圖8中分別示出了滾動軸承17的滾動體19、19a、19b的可替換結(jié)構(gòu)。滾動體19、19a、19b具有圓柱形的幾何形狀，其中滾動體19、19a、19b在移動過程中接受法向力FN的接觸面21具有一曲率半徑R。圖7和圖8的滾動體19、19a、19b相對于完全為滾柱結(jié)構(gòu)的滾動體19(參看圖6)僅僅設(shè)計成帶有一個較小的軸向?qū)挾萣。有目的地將滾動體19、19a、19b在軸向移動過程中未被滾動所利用的側(cè)面區(qū)域去除。這些滾動體19、19a、19b相對于一中間平面51對稱設(shè)計。這樣一來，在滾動軸承17的單位長度內(nèi)可設(shè)置比圖6所示結(jié)構(gòu)更多的滾動體19、19a、19b，這相應(yīng)提高了滾動軸承17的承載能力。
圖9示出了其中具有一個杠桿29的軸承裝置11的實施方式，支承臂27和支承區(qū)28通過該杠桿29可轉(zhuǎn)動地連接。為此，支承臂27具有一個銷柱43a，支承區(qū)28具有一個銷柱43b。這兩個銷柱43a、43b可轉(zhuǎn)動鉸接地接納杠桿29，為此銷柱43a、43b和杠桿29沿著一個基本為圓柱形外殼形的接觸面相接觸，且形成各自的轉(zhuǎn)動軸44a、44b。杠桿29的長度R同時相當(dāng)于杠桿相對于銷柱43b的轉(zhuǎn)動軸44b轉(zhuǎn)動的曲率半徑。內(nèi)殼體8a的支承臂27經(jīng)具有該杠桿29的軸承裝置11支承在支承區(qū)28上。在沿著移動方向18作軸向移動時，杠桿29相對于垂直方向旋轉(zhuǎn)一個轉(zhuǎn)角α。通過這種可轉(zhuǎn)動鉸接方式的連接一個軸向移動因而與一個垂直提升ΔS聯(lián)系起來，以使內(nèi)殼8a相對于支承區(qū)28也沿徑向移動。該垂直提升ΔS按杠桿29的長度可限制在一個預(yù)先給定的小尺度范圍。通過將支承臂27經(jīng)杠桿29支承在支承區(qū)28上實現(xiàn)了一種擺動支承軸承48，該擺動支承軸承利用一種圖9中未示出的推力元件9能很方便地移動內(nèi)殼8a，在這樣的情況下，能夠可移動地支承一個大質(zhì)量的內(nèi)殼8a。
為了進一步提高運行可靠性，將內(nèi)殼8a與一個減震裝置30相連接以進行減震。減震裝置30設(shè)計成液壓式減震裝置，其中具有一個支柱45及一個包圍該支柱45的液壓缸46。為使減震裝置30運行，向其供給一種阻尼液體47，例如液壓油。通過將軸承裝置11與減震裝置30相結(jié)合有利地確保高運行可靠性，尤其是減震裝置30能承受瞬時力、例如由于地震產(chǎn)生的沖擊載荷。減震裝置30起到直接傳遞例如與一個圖中未示出的地基相連接的支承區(qū)28可能出現(xiàn)的振動的作用，這樣一來，減震裝置30避免了振動所引起的力被導(dǎo)送到推力元件，并由此實現(xiàn)在很大程度上避免意外發(fā)生的強振動事件(如地震)作用于推力元件，而是轉(zhuǎn)而通過它的減震作用后傳遞到內(nèi)殼體8a上。為此，減震裝置30或者與內(nèi)殼8a或者與支承區(qū)28直接或間接相連。
在透平裝置的一個內(nèi)殼體的軸向易移動性方面，本發(fā)明提供了一種特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。在保留用一個傳送軸向力的推力元件來作軸向移動的方案下，將其應(yīng)用到一個大質(zhì)量的多殼體的透平裝置(如帶有較大排汽面積10.0m2到25m2的排汽彎管的蒸汽透平裝置)中是可能的。同時，可以明顯減小或完全消除推力元件影響軸向間隙的變形。除了帶有一個推力元件的卸載結(jié)構(gòu)外，還可以采用其他減小軸向間隙的措施，例如用于傳遞膨脹的杠桿傳動機構(gòu)。與迄今公知的帶有一個有靜摩擦的滑板(滑配合)的軸承方案相反，采用本發(fā)明明顯改進了透平裝置的軸承系統(tǒng)，其中用一個推力元件可實現(xiàn)使很重的殼體作軸向移動。本發(fā)明的透平裝置在這里利用一個靜摩擦小的軸承裝置能夠?qū)⒉煌妮S承結(jié)構(gòu)與一個傳送推動的推力元件(如一推桿)結(jié)合起來。
權(quán)利要求
1.一種透平裝置(1)、尤其是蒸汽透平裝置，其具有至少兩個分透平(2，3a，3b，3c)，其中每個分透平(2，3a，3b，3c)具有一個沿一主軸(4)延伸的透平轉(zhuǎn)子(5)，這些透平轉(zhuǎn)子彼此剛性連接，其中至少這些分透平(2，3a，3b，3c)之一具有一個包圍該透平轉(zhuǎn)子(5)的內(nèi)殼體(8a，8b，8c)，該內(nèi)殼體(8a，8b，8c)軸向可移動地支承在一支承區(qū)(10)中，且為作軸向移動設(shè)有一個與該內(nèi)殼體(8a，8b，8c)相連接的、用于傳遞軸向力的推力元件(9，9a)，其特征在于所述軸承區(qū)(10)具有一個具有如此小靜摩擦的軸承裝置(11)，以致在移動該內(nèi)殼體(8a，8b，8c)時為克服靜摩擦而自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移小于2mm。
2.按照權(quán)利要求1所述的透平裝置(1)，其特征在于所述軸承裝置(11)設(shè)計成無靜摩擦。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的透平裝置(1)，其特征在于所述軸承裝置(11)具有一個流體靜力學(xué)軸承(12)，向該流體靜力學(xué)軸承供給一個加壓運行介質(zhì)(B)，尤其是加壓油，在那里形成一滑動膜(13)。
4.按照權(quán)利要求3所述的透平裝置(1)，其特征在于所述滑動膜(13)在一間隙(16)中，其中該間隙(16)的高度(H)可根據(jù)該運行介質(zhì)(B)的壓力(pB)受到調(diào)節(jié)。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的透平裝置(1)，其特征在于所述軸承裝置(11)具有一個帶有多個彼此沿軸向移動方向(18)設(shè)置的滾動體(19，19a，19b)的滾動軸承(17)。
6.按照權(quán)利要求5所述的透平裝置(1)，其特征在于所述滾動體(19，19a，19b)在移動過程中承受一法向力(FN)的接觸面(21)具有一個帶有一曲率半徑(R)的圓柱形外殼幾何形狀。
7.按照權(quán)利要求5所述的透平裝置(1)，其特征在于一個滾動體(19，19a，19b)具有球形或圓柱形幾何形狀。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項所述的透平裝置(1)，其特征在于所述軸承區(qū)(10)具有一個該內(nèi)殼體(8a，8b，8c)的支承臂(27)及一個支承區(qū)(28)，其中該支承臂(27)經(jīng)所述軸承裝置(11)支承在該支承區(qū)(28)上。
9.按照權(quán)利要求8所述的透平裝置(1)，其特征在于所述軸承裝置(11)具有一個杠桿(29)，所述支承臂(27)經(jīng)該杠桿與所述支承區(qū)(28)鉸接。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的透平裝置(1)，其特征在于為減小振動，所述內(nèi)殼體(8a，8b，8c)與一個減震裝置(30)相連接。
11.按照權(quán)利要求1至10中任一項所述的透平裝置(1)，其特征在于其設(shè)有一個中壓蒸汽分透平(2)和至少兩個分別帶有各自的內(nèi)殼體(8a，8b，8c)的低壓蒸汽分透平(3a，3b，3c)，其中這些分透平(2，3a，3b，3c)沿著所述主軸(4)設(shè)置，這些內(nèi)殼體(8a，8b，8c)與所述推力元件(9，9a)相連接，且支承在一個具有一支承裝置(11)的軸承區(qū)(20)中。
12.按照權(quán)利要求11所述的透平裝置(1)，其特征在于所述中壓蒸汽分透平(2)有一個外殼體(14)，該外殼體經(jīng)一推力元件(9a)與所述沿軸向緊隨其后設(shè)置的低壓蒸汽分透平(3a)的內(nèi)殼體(8a)相連接，且一個與該外殼(14)相連接的固定軸承(15a)成為軸向熱膨脹的軸向固定點(20)。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的透平裝置(1)，其特征在于至少所述低壓蒸汽分透平(3a，3b，3c)之一具有一個排汽面積(A)為10.0m2至25m2、尤其是12.5m2至16m2的排汽罩殼(31)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種透平裝置(1)、尤其是蒸汽透平裝置。該透平裝置(1)具有至少兩個分透平(2，3a，3b，3c)，其中每個分透平(2，3a，3b，3c)具有一個沿一主軸(4)延伸的透平轉(zhuǎn)子(5)。這些透平轉(zhuǎn)子(5)彼此剛性連接成為一個軸系。其中至少這些分透平(2，3a，3b，3c)之一具有一個同心包圍該透平轉(zhuǎn)子(5)的軸向可移動地支承在一支承區(qū)(10)中的內(nèi)殼體(8a，8b，8c)。為作軸向移動，設(shè)有一個與該內(nèi)殼體(8a，8b，8c)相連接的、用于傳遞軸向力的推力元件(9，9a)。為了使內(nèi)殼體(8a，8b，8c)特別易于作軸向移動，該軸承區(qū)(10)具有一個帶有這么小的靜摩擦和/或滑動摩擦的軸承裝置(11)，以致在移動該內(nèi)殼體(8a，8b，8c)時為克服靜摩擦而自發(fā)出現(xiàn)的軸向偏移小于2mm。
文檔編號F01D25/04GK1502006SQ02808126
公開日2004年6月2日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者德特萊夫·哈杰, 德特萊夫 哈杰 申請人:西門子公司