透平装置、尤其是蒸汽透平装置的制作方法

专利名称：透平装置、尤其是蒸汽透平装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有至少两个分透平的透平装置，尤其是一种带有至少两个分透平的透平蒸汽装置。每个分透平具有一个沿其主轴延伸的、由多个彼此刚性相连接的透平转子构成的轴系。至少这些分透平之一具有一个基本同心包围所述透平转子的内壳体，其中该内壳体轴向可移动地支承在一个轴承区。为了使内壳体作轴向移动，设置了一个与内壳体相连接的、传递轴向力的推力元件。
在德国专利申请公开说明书中DE 35 22 916 A1中描述了一种带有至少一个具有一外壳体和一与外壳体同轴的内壳体的低压分透平以及至少一个同轴设置在低压分透平上游的高压和/或中压分透平的透平机组。分透平的轴彼此刚性地耦合成一个轴系。在低压分透平的上游安装有一个轴系的止推轴承，其定义了一个作为轴系轴向膨胀延伸或轴向移动起始点的参考面。内壳体借助传递推力的连杆连接在一轴向相邻的分透平壳体的轴向运动支承端或一透平轴承壳体上。该连杆借助一个能作有限横向运动的密封件在受热运动时以真空密封方式通过外壳的一壁伸出来。一个预先支承低压分透平的透平轴承定义了第二个参考面，用来作为支承在此透平轴承上的分透平壳体和耦合在其上的分透平壳体的轴向膨胀延伸和移动的起始点。通过此，使该轴系和分透平壳体的轴向移动以实际上相同的轴向膨胀延伸和相同方向的方式来完成。这就可能使彼此相邻的动叶片轮缘和导叶片轮缘之间的轴向间隙最小。借助连杆的推力传递位于传递推力的透平轴承的区域。此外，连杆的真空密封穿孔与低压分透平内壳体的一个受热沿水平方向运动的夹持支承在结构上统一在一起。内壳体的夹持臂以轴向平行的方向延伸，且以可滑动的支承面和导向面座落于相应轴承壳体的支座上。在这里，可滑动的支承面和导向面通过配合座上的滑动附件和调节附件来实现。该连杆在透平轴承区与夹持臂以力传递方式相耦合连接，尤其一个用于真空密封穿孔的膜密封与低压分透平外壳体一端面上的环形法兰以及与一透平轴承壳体部分上的内环形法兰真空密封地连接。密封件设置在外壳体端壁和轴承壳体的配合面之间(即设置在仅有较小相对移动的部件之间)造成，内壳体因受热产生较大的移动后会与密封件分开。
德国专利专利申请展出说明书DE-AS-1 216 322中描述了一种带有多个同轴前后设置分透平的蒸汽透平或燃气透平，这些分透平的轴彼此刚性耦接，且它们的壳体中至少有一个可轴向移动，并与一个位置固定的分透平壳体或者轴承座相耦连。透平的低压壳体分别由一个外壳体和一内壳体构成。低压透平的内壳体与一相邻分透平壳体或一轴承座的耦接是通过一根以蒸汽密封和受热运动方式从外壳体壁伸出的连杆来实现的。该连杆可以是一根单一的杆，它在外壳体壁中通过一个轴向和径向柔性波纹管来密封。该连杆还可以由三根轴向彼此排列的、相互铰接连接的杆构成，其中间一根以滑动配合方式在外壳体壁的套筒中作轴向运动。通过这样一种连杆应当实现该壳体的轴向移动，通过此轴向移动尽可能保持转子和壳体之间的轴向间隙不变。为改变轴向间隙的尺寸，通过改变该连杆的温度来改变其长度是可能的。这种温度的改变可通过用蒸汽或一种液体向连杆提供附加热负荷来实现。
这样一种通过将热蒸汽导送通过一根管子来改变轴向间隙尺寸的方法在英国专利说明书GB-PS-1 145 612中作了描述。一个轴向可伸长的管子在其每个端侧与一根分别再固定在一低压分透平内壳体上的杆相连。内壳体相对于一透平转子的轴向移动由内壳体各自的伸长、连杆的伸长和膨胀管的伸长叠加而成。不同的耦接内壳体的热膨胀从一个设置在位于最上游的低压分透平的外壳体上的固定点出发来确定。内壳体热膨胀的起始点不同于转子热膨胀的起始点，后者以一个位于更上游的轴承来确定。膨胀管通过各自的补偿器与低压分透平的相应外壳体相连接，从而该系统由内壳体和连杆构成的绝对膨胀必须由补偿器来接受。为了确保透平转子的膨胀和由内壳体和连杆构成的系统之间相当稳定，以一个预定方式向膨胀管导送蒸汽。这些蒸汽必须或者从蒸汽循环中获得，或者单独提供。此外还需要一调节系统和一监测系统，通过它根据蒸汽透平的运行状态向膨胀管导送为补偿轴向间隙所要求的蒸汽。
由德国专利说明书DE 196 29 933 C1可得知一种带有一推力元件的透平装置以及一种推力元件。该透平装置具有至少两个分透平，其中每一个分透平具有一个沿主轴延伸的透平转子及一个安装导叶片的内壳体。内壳体沿轴向可移动，其中为轴向移动设有一个热膨胀的推力元件。该推力元件具有通过一耦合件彼此连接的第一膨胀件和第二膨胀件。该耦合件以机械方式和/或以液压方式使第二膨胀件作轴向移动(其大于第一膨胀件的热膨胀和/或轴向移动)。
本发明要解决的技术问题是提供一种透平装置，在该透平装置中转子和内壳体之间的轴向间隙，尤其在该透平装置的分透平之间热膨胀时，保持在一个预定的值。在这种情况下，尤其就应用于一个多壳体、且壳体很重的透平装置而言，采用一个传送轴向力的推力元件来减小轴向间隙应当是可能的。
按照本发明，上述技术问题这样加以解决一种透平装置、尤其是一种蒸汽透平装置具有至少两个分透平，其中每个分透平具有一个沿一主轴延伸的透平转子，这些透平转子彼此刚性连接，其中至少这些分透平之一具有一个包围该透平转子的内壳体，该内壳体轴向可移动地支承在一支承区中，且为作轴向移动设有一个与该内壳体相连接的、用于传递轴向力的推力元件，该轴承区具有一个具有如此小静摩擦的轴承装置，以致在移动该内壳体时为克服静摩擦而自发出现的轴向偏移小于2mm。
一个轴承装置优选具有如此小的静摩擦，以致在移动该内壳体时为克服静摩擦而自发出现的轴向偏移小于1.5mm，尤其小于1mm。
本发明基于下述认知得到迄今由现有技术公知的借助推杆来调节轴向间隙的措施，尤其在在多壳体、大质量的透平装置中由于轴向移动一内壳体需要传递大的轴向力，仅仅可得到有限制的使用。在公知的装置中，为了传递一个轴系的分透平之间的热膨胀，利用那些将轴向在前设置的分透平的壳体热膨胀传递到轴向在后设置的分透平上的装置(推杆)来减小分透平的透平转子和内壳体之间的相对热膨胀。然而，由一轴系的轴向固定点(止推轴承)出发的轴向热膨胀在大的透平装置中预示有数量级为40至50mm的轴向移动。为了不必对一切轴向间隙都考虑此轴向热膨胀，借助推杆将分透平的壳体(尤其是低压内壳体)与一外壳体(尤其是与一中压分透平的中压外壳体)连接起来。这样一来，第一内壳体被移动了该设置在前的外壳体(例如一中压分透平外壳体)的轴向热膨胀长度，另一分透平的第二内壳体被移动了上述外壳体和第一内壳体的轴向热膨胀长度，以此类推。通过此，避免了透平转子和内壳体之间的相对移动。迄今为止，内壳体轴向可移动地支承在带有尽可能小摩擦系数的实心滑板上。然而考虑到对发电厂透平的高可靠性和长运行寿命的要求，出于运行可靠性原因要将该摩擦系数设置得比滑板初始摩擦系数高。由此，在对传递轴向力的推力元件(如推杆)和其支承件进行尺寸设计时会得到大的设计力，例如在滑板和接触面之间摩擦系数变坏的情况下，内壳体-支座上的静摩擦力应有一个大的设计摩擦力。这会导致推杆和参与导送力的构件(如支承件和轴承壳体)应是一种实心结构且应尽可能地直接导送力。
本发明已考虑到在一个多壳体的大质量透平装置中有待设定的摩擦力会变得如此之大，以至达到了可实现和可靠使用该传递轴向力的推力元件(如推杆)的极限。其缺点是，在考虑所需的大的设计力情况下，该推力元件产生了由于克服轴向移动内壳体时的静摩擦而出现的明显变形。此变形按运行状态以推力元件的轴向压缩或轴向膨胀延伸方式(即该沿主轴延伸的透平转子的两个方向上)出现。例如在采用一个推杆作为传递轴向力的推力元件时，其弹性地压短或伸长。这种伸长或缩短的变形在设计轴向间隙时必须考虑，且加大了对轴向间隙的要求。这再次要求在分透平的动叶片和导叶片之间有一个较大的间隙，这甚至可能导致设置在轴系轴向端部的分透平有可能的话必须去掉一级，从而明显地影响效率。此外，对于带有膨胀斜角的浮装叶片，由于需要轴向间隙，也需要一个附加的径向间隙，这同样由于间隙损失会带来一个不小的效率损失。
利用本发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对于一个多壳体、且壳体很重的大型透平装置也能使之具有一个为轴向移动而传递轴向力的推力元件。按照本发明的方案，轴承区的轴承装置有针对性地设计成可得到一个尽可能小的静摩擦。静摩擦小同时也表明滑动摩擦小，因为典型情况下滑动摩擦小于静摩擦。因而，在移动时自发出现的轴向偏移局限于一预定的值。于是在很大程度上防止了由于一个变形的推力元件膨胀卸载而造成的突发性破碎，因为通过在很大程度上去掉或明显限制推力元件的变形能量使所施加的轴向移动力相对于传统的技术解决方案来说明显地减小了。本发明新的轴承设计方案还考虑了膨胀的传递(热和/或机械预应力)，这样有利地减小了透平装置的预先设定的轴向间隙。
通过所建议的方案有利地保证了用相对简单的结构措施使内壳体更易于作轴向移动。因此，所述传递轴向力的推力元件(如推杆)及其与内壳体耦连的结构可以设计成具有较小质量。通过此，就传递轴向力的推力元件的材料使用和材料选择而言，节省了成本。除了此结构上的优点外，同时影响轴向间隙的推力元件的变形明显减小了，甚至在轴承的静摩擦相当小的最有利情况完全没有变形。
与此减小轴向间隙的措施相联系，对于具有多个分透平的透平装置来说提高了效率。
在一个特别优选的结构中，该轴承装置设计成无静摩擦。与传统的带有一个位于滑合座上的有摩擦、尤其是有静摩擦的滑板的方案不同，轴承装置的结构明显考虑为无静摩擦。因而，在轴向移动时的突发破碎最大程度地排除了。无静摩擦在这方面是指很大程度上没有静摩擦，即轴承装置没有静摩擦或仅仅具有很小的静摩擦。于是可以十分有利地保证在内壳体滑移时不会自发出现轴向偏移，因为无需克服静摩擦或仅克服很小的静摩擦。尤其可以确保一个可能出现的轴向偏移可靠地小于2mm。
轴承装置优选具有一个流体静力学轴承，向该流体静力学轴承供给加压运行介质，在那里形成一层滑动膜。流体静力学轴承尤其以一个很小的静摩擦为特点。该流体静力学轴承十分有利的是完全没有技术上关系重大的静摩擦，因而推力元件的轴向压缩和伸长实际上不会出现。由于存在滑动膜，该内壳体支承在该膜上，且在移动过程中花费可忽略的、或者至少很小的力就可使该内壳体在滑动膜上作轴向滑移而不会有自发出现的轴向偏移。
优选该滑动膜设置在一间隙上，其中该间隙的高度可根据运行介质的压力或体积流量进行调节。通过调节例如提供给流体静力学轴承的运行介质的压力可以十分方便和可靠地调节运行介质的流量，从而调节了间隙的高度。可以根据待移动的内壳体的质量使运行介质的压力、因而该间隙高度与轴承的要求相应匹配。流体静力学轴承(例如以一个加压油膜作为运行介质)表现出一种特别有利的滑动轴承的形式，且特别适合于一个透平装置的重要应用情况，因为缺少对一个原则上同样可能的流体动力学轴承来说所必需的高滑动速度。仅仅保证在滑动轴承中的滑动膜通过持续导送运行介质来保持。
有利的是通过流体静力学轴承的相应结构可以在较长时间范围可靠地排除运行介质(如润滑介质)供给的中断。在变化的构件温度情况下若润滑介质供给被中断，则随着时间的推移，应力在推力元件中会逐渐积聚增加并随之造成推力元件不符合设计要求的变形，进而导致透平转子沿轴向擦掠过内壳体，从而造成严重损害。在优选的设计结构中，只要为此采用通常对透平装置轴系的轴承来说本来就存在的必须保证其有高可靠性的运行介质(润滑介质)供应源，就能很好地满足上述要求。在较短的时间后中断向轴系的轴承供给运行介质会由于径向扫掠而导致对蒸汽透平的损害。
因此，在透平装置的一种优选结构中，所建议的流体静力学滑动轴承应当由已存在的对轴系的轴承供给运行介质或润滑介质来实现。这样一来既保证可方便地使内壳体作轴向移动，又保证透平装置具有足够的运行可靠性。
在一种可替换的结构中，例如在对轴承的压力要求有很大不同的情况下，按照类似于上面讨论轴承时所提到的高可靠性准则设置一个独自的运行介质供给系统向该流体静力学轴承提供运行介质。则在这样一种独立的供给系统中，可能出现的运行介质瞬时中断或许是可以容忍的，只要随之造成的壳体下降一个滑动膜的高度是在为该透平装置设定的径向间隙内进行即可。设计这种带有流体静力学轴承的滑动支承，可以按照简单且本身已公知的方式基于轴承技术中的构造原理来进行。滑块的结构、运行介质的供给、体积流量的调节以及避免边缘支承(Kantentragen)等可以利用这些原理来得到。
在一种特别优选的结构中，该轴承装置具有一个带有多个沿轴向移动方向彼此间隔设置的滚动体的滚动轴承。
对于滚动轴承，存在各种可能性，优选为滚柱轴承或采用多滚珠轴承。多滚珠轴承基本上由两个盘构成，在这两个盘之间有多个滚珠，这些滚珠按照并联原理传递外部负载，如法向力。通过材料的选择以及滚动体数量和尺寸的匹配，使这些轴承件的承载能力能够与一个透平装置中所考虑的较高的待传递的力相匹配。在设计轴承时要考虑承受负载的接触面和其几何形状，也就是说，在滚珠情况以点接触来代替滚柱时的线接触。
优选滚动体为球形或圆柱形。
在用滚柱作为滚动体的结构中，优选对每个滚柱分别形成一个线接触，其与用滚珠作为滚动体的点接触情况相比更适于传递较大的力。在此，作为确定支座尺寸的设计准则是由霍兹式(Herz’sche)挤压引起的相关应力，其又由接触对象的形状(例如滚珠或滚柱是与平面接触)、相关的半径以及接触对的材料(弹性模量、横向收缩系数)来决定。由于在一个大质量的透平装置中，支座必须承受例如100kN至约500kN这种大数量级的力，滚柱的接触长度和半径需要相应较大，以便将构件负荷(例如霍兹式压应力)保持在允许的范围内。
为了使接触对达到足够高的强度，滚动体、例如滚柱可以置于分开的、由高强度合金制成的板上，该板自身与支承对(如内壳体及轴承壳体或地基)相连接。由高强度合金制成的板在此同时成为与滚动体的接触面，该接触面在移动过程中承受一法向力。在这种情况下，优选在一个相应的结构中将多个滚柱平行相联，以达到在有限的宽度内实现一个附加的接触长度，进而提高滚动轴承的承载能力。在此，通过结构措施保证即使在透平装置的壳体可能出现变形的情况下使滚柱上有基本相同和均匀的负载。
滚动体在移动过程承受一法向力的接触面优选至少局部具有一个带有曲率半径的圆柱形外壳的几何形状。在此，该曲率半径可根据待预期的轴承负载预先给定。为了接纳一个法向力，接触面为一个圆柱形外壳的几何形状就已经足够了。就一个尽可能的有效利用轴承区的有限结构空间而言，优选代替完整的滚柱采用一种将未用来承受负载的滚柱侧面区域去掉的滚动体，从而允许紧凑地布置滚动体。在多个并联滚动体的情况，为了固定滚动体的间隔(即滚动体转动轴的间隔)，设有一个合适的固定件，例如一个滚动轴承保持架。
优选该轴承区具有一个内壳体的支承臂及一个支承区，其中该支承臂经轴承装置座落在支承区。于是该支承臂优选为内壳体的一个组成部件，且与内壳体固定连接。因此，内壳体经支承臂支承在支承区，其中用轴承装置可以方便地使内壳体作轴向移动。
在此，已证明将传递轴向力的推力元件耦接在支承臂上是一种特别优选的结构。于是，此轴向移动可以由推力元件、如一推杆直接传递给支承臂，从而传递给内壳体。在这种情况下，轴承装置例如设置在支承臂和支承区之间，其中该轴承装置配置得具有尽可能小的静摩擦系数，从而在移动内壳体时为克服静摩擦而自发出现的轴向偏移小于一预先给定的最大值，尤其小于2mm。
在另一个优选结构中轴承装置具有一根杠杆，支承臂经该杠杆与支承区成可转动铰接连接。在此，例如支承臂和支承区都具有一个各自的销柱，这两个销柱可转动铰接地接纳该杠杆，其中杠杆臂的长度由两销柱的距离确定。通过销柱直径和杠杆长度的匹配，可以调节到一个与传统具有一带有摩擦的滑板的方案相比明显减小的摩擦矩。因而，通过这种带有一个杠杆机构那样的摆式支承的轴承装置的实现，与该传递轴向力的推力元件相结合，可以确保在保持允许的材料应力的条件下方便地使内壳体作轴向移动。
在这种结构中，十分有利的是不需要持续地供给一种运行介质。同样在杠杆结构中也很少存在高霍兹压应力的局部位置。在内壳体轴向移动时出现的恢复力或保持力可以通过对该机构就杠杆长度和销柱直径作相应配置而保持在一预先给定的最大值之下，从而最多对径向间隙产生一个可允许的微小影响。这样对推力元件可能施加的恢复力或保持力可以十分有利地减小到一个很小的值，从而由一弹性伸长或压缩而使推力元件出现的不希望的变形可以消除。
为了减少振动，优选将内壳体与一减震装置相连接。在此，减震装置可以设计成运行时供给液压油的液压式减震装置，或者为粘滞的摩擦减震系统。内壳体例如经减震装置与支承区连接，从而可能由地基输入到支承区中的振动会直接传递给内壳体，而不会直接或仅仅少量地作用在传递轴向力的推力元件上。因此，通过设置减震装置可有利地承受短时间的瞬态力(如在地震危险增大的地区)，并由此实现在这样情况下的高运行可靠性。因此，即便在一个明显的瞬时冲击负载情况下，结合所述减震装置可确保轴承装置的运行，这尤其在一个带有很重壳体的大透平装置中有很大的优点。尤其是通过这种结构防止推力元件受到瞬时负载，这可以不受限制地实现其功能。
在透平装置的一种优选结构中，设有一个中压蒸汽分透平和至少两个带有一各自内壳体的低压蒸汽分透平。在那里，这些分透平沿主轴设置，其中内壳体与推力元件相连接，且支承在一个具有一轴承装置的轴承区。
优选该中压蒸汽分透平具有一个外壳体，该外壳体经一推力元件与沿轴向紧随其后设置的低压蒸汽分透平的内壳体相连接，且一个与外壳体相连接的固定轴承成为轴向热膨胀的轴向固定点。
优选至少这些低压分透平之一具有一个带有排汽面积为10.0m2至25m2、尤其为12.5m2至16m2的排汽弯管。
该透平装置尤其适用于作为蒸汽透平装置的结构。这样，尤其可实现带有排汽面积很大的低压蒸汽分透平的蒸汽透平装置，这对未来蒸汽透平的发展具有重大意义。在此待实现的分透平的大的内壳体按本发明的装置方案以轴向可移动的方式支承着，其中为了作移动可以毫无问题地利用传递轴向力的推力元件。
因此，本发明还有可能采用优选的推力元件(如推动杆)来补偿透平装置的透平转子和内壳体之间的相对轴向膨胀。
所建议的静摩擦小的轴承装置的结构方案具有下述优点以移动内壳体、尤其是低压蒸汽分透平内壳体为条件的减小轴向间隙的措施可以很容易地实现。此外，按照本发明的方案还可以使多壳体的透平装置(如带有四个低压分透平)得到实行，从而可以加大现有透平结构系列的适用领域。
下面结合附图所示实施方式对一个透平装置作详细说明。这些附图为示意图，未按尺寸比例示出。


图1为一台蒸汽透平装置的纵剖图。
图2为为一轴承区的纵剖图，一个内壳体轴向可移动地支承在该轴承区。
图3为图2中沿III-III断面线的视图。
图4为作为流体静力学轴承的轴承装置结构断面图。
图5为图4所示流体静力学轴承的另一种可替换结构。
图6到图8分别为带有一滚动轴承的轴承装置的可替换结构。
图9一个具有一杠杆机构的轴承装置。
图1示出了一台沿其主轴设置了高压蒸汽分透平23、中压蒸汽分透平2和三个结构基本相同的低压蒸汽分透平3a、3b、3c。低压蒸汽分透平3a、3b、3c从流动技术角度通过一根蒸汽导送管24与中压蒸汽分透平2相连接。中压蒸汽分透平具有一个外壳体22。每个低压蒸汽分透平3a、3b、3c具有一个各自的内壳体8a、8b、8c和一个包围各个内壳体8a、8b、8c的外壳体14。每个内壳体8a、8b、8c支承着低压蒸汽进汽的导叶片6。此外，低压蒸汽分透平3a、3b、3c为排出蒸汽气流分别具有一个带有排汽面积为10.0m2至25m2的大排汽口面积A的排汽弯管31。在每个内壳体8a、8b、8c中设置了一个分别沿该主轴4延伸的、支承低压动叶片7的透平转子5。中压蒸汽分透平2具有一个内壳体49。在中压蒸汽分透平2和第一级低压蒸汽分透平3a之间以及各个沿主轴4彼此相邻设置的低压蒸汽分透平3a、3b、3c之间分别设有一个轴承区10。该轴承15既用来支承透平转子5，即作为其轴承，又用来支承各个内壳体8a、8b、8c。在高压蒸汽分透平23和中压蒸汽分透平2之间同样设有一个用于支承这两个分透平2、23的透平转子的轴承15a。在各轴承15支承内壳体8a、8b、8c的区域内分别平行于主轴4地设有一个传递轴向力的推力元件9。该推力元件例如可以设计成一个连杆9a。一个相应的连杆9a将中压蒸汽分透平2与第一级低压蒸汽分透平3a以及将这些低压蒸汽分透平3a、3b、3c彼此相邻的内壳体8a、8b、8c连接起来。外壳体22、内壳体8a、8b、8c及连接的推力元件9、9a形成了一种延伸连接，这种延伸连接在供给热蒸汽时沿着主轴4的方向膨胀。这样形成的延伸连接有一个位于该高压蒸汽分透平23和中压蒸汽分透平2之间固定轴承15a上的轴向固定点20。从此固定点20开始沿着主轴4的热膨胀的大小在图1下部用膨胀线25来表示。同样还示出了一个与此相应的、该中压蒸汽分透平2和低压蒸汽分透平3a、3b、3c的彼此刚性连接的透平转子5的膨胀线26。通过将各低压蒸汽分透平3a、3b、3c连接成为一个膨胀组合构件并使之与中压蒸汽分透平2的外壳体22连接，则可利用它们各自的热膨胀而使内壳体8a、8b、8c沿着主轴4向着一个图中未详细示出的发电机方向作轴向移动。因此，各个内壳体8a、8b、8c的所有热膨胀都沿着主轴4方向累加，由此形成的总膨胀相对于彼此刚性连接的透平转子的膨胀有所减小。通过在膨胀线25和膨胀线26之间作比较可以看出，在透平装置1的整个长度上，在所述透平转子5和最后一级低压分透平3c的内壳体8c之间仍然存在一定程度的膨胀差别。这种膨胀差别导致每个低压蒸汽分透平3a、3b、3c的导叶片6和动叶片7之间有不同的轴向间隙。
在图2示出了图1所示的蒸汽透平装置1的轴承区10的断面图。该轴承区具有一个轴承外壳36以及沿着主轴轴向设置在轴承外壳之后的一个内壳体8a。该轴承外壳36具有一个支承区28以及一个供该推力元件9真空密封地穿过的通道33。在内壳8a上形成一个包含有推力元件9的接纳腔34的支承臂27。内壳体8a经推力元件9沿着一轴向移动方向18可移动，其中推力元件9经支承臂27向内壳体8a传送一个基本平行于主轴4的轴向力。在此，接纳腔34具有一个用于接纳由推力元件9传送的轴向力的作用面的接纳面35。该带有接纳面35的接纳腔34还称作螺纹盲孔(Gewindegrundloch)。为了达到很容易地使内壳体8a作轴向移动，该轴承区10具有一个轴承装置11。该轴承装置11在此设置在支承臂27和支承区28之间。因而，该支承臂27通过支承区28上的轴承装置11得到支承。轴承装置11这样设计，使得其具有这样小的静摩擦，以致在移动内壳体8a时为克服摩擦力而自发出现的轴向偏移小于2mm。为此该轴承装置11可例如设计成无静摩擦的，因而确保不会超过所允许的2mm轴向偏移的上限。由此，在轴向移动过程可以明显地避免出现一种自发的断开(Losbrechen)。此外，还在很大程度上不会产生迄今传统轴承设计中在克服静摩擦力之前就已出现的推动杆9的明显变形。为了对推力元件作真空密封导引，在外壳14上设有一个例如可伸缩波纹管形式的补偿器。该补偿器32在这里同时起到膜密封的的作用，它密封由内壳体8a和外壳14形成的真空腔，同时使得沿移动方向18的轴向移动成为可能。
在图3上所给出的沿图2中III-III线的断面以图示方式详细地说明了支承臂27经轴承装置11支承在支承区28上。
轴承装置11就其调节到有一个尽可能小的静摩擦力以避免自发出现轴向偏移而言可以设计出各种不同的方式。一种特别优选的方式在图4中给出，其中轴承装置11具有一个流体静力学轴承12。该流体静力学轴承12设置在支承臂27和支承区28之间。在此，该轴承12具有一个带有一供运行介质B(例如加压油)用的通路38的滑块37。在流体静力学滑动轴承12运行时向其提供运行介质B。为此，滑块37具有一个通到朝向支承臂27的压力腔39的输送孔50。滑块37与支承区28相连接，其中优选运行介质B可经支承区28送往该流体静力学轴承12。在轴承12工作时，在压力腔39中的运行介质B处于压力pB下，该支承27在压力作用下相对于滑块37垂直向上升起，形成一个间隙16。该间隙16具有一个径向高度H，且在滑块37和支承27之间沿着轴向移动方向18延伸。在此，间隙16的高度H可根据压力pB或者压力腔39中运行介质的体积流进行调节。向压力腔39供给运行介质B导致在间隙16中形成一层滑动膜13，其通过连续地送入运行介质B来保持。在受到一个沿移动方向18的轴向力作用时，通过间隙16中的滑动膜13很容易使支承臂27作轴向移动。特别有意义的是带有流体静力学滑动轴承12的轴承装置11的结构实际上是无摩擦的。
在图5中给出了图4所示流体静力学滑动轴承12的一种可替换结构。在那里，滑块37在朝向支承区28的一侧具有一个曲率半径为R的弯曲接触面21。支承区28以同样方式具有相同的曲率半径R。滑块37以接触面21置于支承区28之上。在此，接触面21具有一个球状罩或圆柱形外壳的几何形状。为可靠运行，向该接触面21供给一种图中未示出的润滑介质，从而滑块和支承区28沿着接触面21彼此可相对运动。这样一来，滑块37相对于支承区28的微小倾斜可以得到补偿。通过滑块37的可运动性确保在滑动轴承12运行时精确地调节间隙16的高度H。
图6示出了一种具有一个滚动轴承17的轴承装置11。滚动轴承17设置在支承臂27和支承区28之间。一个板状接触件40a置入在支承臂27上。另一个接触件40b设置在支承区28上。这两个接触件40a、40b分别具有一个接触面21，且由一种高强度材料41制成。在两接触件40a、40b之间平行于轴向移动方向设置了前后相邻、彼此有间隔的滚动体19、19a、19b。这些滚动体19、19a、19b各具有一个转动轴42，这些滚动体19、19a、19b分别围绕该转动轴可转动。在支承臂27沿移动方向18运动时，这些滚动体19、19a、19b通过在支承臂27和支承区28之间的轴向相对运动而作滚动运动。基于滚动体19、19a、19b的几何形状为球状或圆柱状，在此仅仅出现滚动摩擦。与此相反，在此轴承结构中实际上不出现静摩擦(附着摩擦)，因为在滚动体19、19a、19b和接触面40a、40b之间为点接触或线接触。因而可以将具有一滚动轴承17的滚动装置11设计成带有如此小的静摩擦，以致在支承臂27移动时为克服静摩擦力而自发形成的轴向偏移小于一预先给定的最大尺度，例如小于2mm。
在采用滚柱作为滚动体19、19a、19b的结构中十分有利的是形成线接触，这特别适于传递很大的力。由于滚动轴承17必须接受较大的力，例如数量级为100kN至500kN的力，因此滚动体19、19a、19b和接触面21之间的接触长度需要相应较大。通过对例如作为滚动体19、19a、19b的滚珠或滚柱相对于平接触面21的这种接触对的形式，滚动体19、19a、19b的曲率半径R及接触对的材料(弹性模量、横向收缩系数)的设计，该滚动轴承17可承受所产生的应力负荷。对于构成接触面21的接触件40a、40b，推荐利用一种高强度合金来作为材料41。
在图7和图8中分别示出了滚动轴承17的滚动体19、19a、19b的可替换结构。滚动体19、19a、19b具有圆柱形的几何形状，其中滚动体19、19a、19b在移动过程中接受法向力FN的接触面21具有一曲率半径R。图7和图8的滚动体19、19a、19b相对于完全为滚柱结构的滚动体19(参看图6)仅仅设计成带有一个较小的轴向宽度b。有目的地将滚动体19、19a、19b在轴向移动过程中未被滚动所利用的侧面区域去除。这些滚动体19、19a、19b相对于一中间平面51对称设计。这样一来，在滚动轴承17的单位长度内可设置比图6所示结构更多的滚动体19、19a、19b，这相应提高了滚动轴承17的承载能力。
图9示出了其中具有一个杠杆29的轴承装置11的实施方式，支承臂27和支承区28通过该杠杆29可转动地连接。为此，支承臂27具有一个销柱43a，支承区28具有一个销柱43b。这两个销柱43a、43b可转动铰接地接纳杠杆29，为此销柱43a、43b和杠杆29沿着一个基本为圆柱形外壳形的接触面相接触，且形成各自的转动轴44a、44b。杠杆29的长度R同时相当于杠杆相对于销柱43b的转动轴44b转动的曲率半径。内壳体8a的支承臂27经具有该杠杆29的轴承装置11支承在支承区28上。在沿着移动方向18作轴向移动时，杠杆29相对于垂直方向旋转一个转角α。通过这种可转动铰接方式的连接一个轴向移动因而与一个垂直提升ΔS联系起来，以使内壳8a相对于支承区28也沿径向移动。该垂直提升ΔS按杠杆29的长度可限制在一个预先给定的小尺度范围。通过将支承臂27经杠杆29支承在支承区28上实现了一种摆动支承轴承48，该摆动支承轴承利用一种图9中未示出的推力元件9能很方便地移动内壳8a，在这样的情况下，能够可移动地支承一个大质量的内壳8a。
为了进一步提高运行可靠性，将内壳8a与一个减震装置30相连接以进行减震。减震装置30设计成液压式减震装置，其中具有一个支柱45及一个包围该支柱45的液压缸46。为使减震装置30运行，向其供给一种阻尼液体47，例如液压油。通过将轴承装置11与减震装置30相结合有利地确保高运行可靠性，尤其是减震装置30能承受瞬时力、例如由于地震产生的冲击载荷。减震装置30起到直接传递例如与一个图中未示出的地基相连接的支承区28可能出现的振动的作用，这样一来，减震装置30避免了振动所引起的力被导送到推力元件，并由此实现在很大程度上避免意外发生的强振动事件(如地震)作用于推力元件，而是转而通过它的减震作用后传递到内壳体8a上。为此，减震装置30或者与内壳8a或者与支承区28直接或间接相连。
在透平装置的一个内壳体的轴向易移动性方面，本发明提供了一种特别优选的结构。在保留用一个传送轴向力的推力元件来作轴向移动的方案下，将其应用到一个大质量的多壳体的透平装置(如带有较大排汽面积10.0m2到25m2的排汽弯管的蒸汽透平装置)中是可能的。同时，可以明显减小或完全消除推力元件影响轴向间隙的变形。除了带有一个推力元件的卸载结构外，还可以采用其他减小轴向间隙的措施，例如用于传递膨胀的杠杆传动机构。与迄今公知的带有一个有静摩擦的滑板(滑配合)的轴承方案相反，采用本发明明显改进了透平装置的轴承系统，其中用一个推力元件可实现使很重的壳体作轴向移动。本发明的透平装置在这里利用一个静摩擦小的轴承装置能够将不同的轴承结构与一个传送推动的推力元件(如一推杆)结合起来。
权利要求
1.一种透平装置(1)、尤其是蒸汽透平装置，其具有至少两个分透平(2，3a，3b，3c)，其中每个分透平(2，3a，3b，3c)具有一个沿一主轴(4)延伸的透平转子(5)，这些透平转子彼此刚性连接，其中至少这些分透平(2，3a，3b，3c)之一具有一个包围该透平转子(5)的内壳体(8a，8b，8c)，该内壳体(8a，8b，8c)轴向可移动地支承在一支承区(10)中，且为作轴向移动设有一个与该内壳体(8a，8b，8c)相连接的、用于传递轴向力的推力元件(9，9a)，其特征在于所述轴承区(10)具有一个具有如此小静摩擦的轴承装置(11)，以致在移动该内壳体(8a，8b，8c)时为克服静摩擦而自发出现的轴向偏移小于2mm。
2.按照权利要求1所述的透平装置(1)，其特征在于所述轴承装置(11)设计成无静摩擦。
3.按照权利要求1或2所述的透平装置(1)，其特征在于所述轴承装置(11)具有一个流体静力学轴承(12)，向该流体静力学轴承供给一个加压运行介质(B)，尤其是加压油，在那里形成一滑动膜(13)。
4.按照权利要求3所述的透平装置(1)，其特征在于所述滑动膜(13)在一间隙(16)中，其中该间隙(16)的高度(H)可根据该运行介质(B)的压力(pB)受到调节。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的透平装置(1)，其特征在于所述轴承装置(11)具有一个带有多个彼此沿轴向移动方向(18)设置的滚动体(19，19a，19b)的滚动轴承(17)。
6.按照权利要求5所述的透平装置(1)，其特征在于所述滚动体(19，19a，19b)在移动过程中承受一法向力(FN)的接触面(21)具有一个带有一曲率半径(R)的圆柱形外壳几何形状。
7.按照权利要求5所述的透平装置(1)，其特征在于一个滚动体(19，19a，19b)具有球形或圆柱形几何形状。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的透平装置(1)，其特征在于所述轴承区(10)具有一个该内壳体(8a，8b，8c)的支承臂(27)及一个支承区(28)，其中该支承臂(27)经所述轴承装置(11)支承在该支承区(28)上。
9.按照权利要求8所述的透平装置(1)，其特征在于所述轴承装置(11)具有一个杠杆(29)，所述支承臂(27)经该杠杆与所述支承区(28)铰接。
10.按照权利要求8或9所述的透平装置(1)，其特征在于为减小振动，所述内壳体(8a，8b，8c)与一个减震装置(30)相连接。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的透平装置(1)，其特征在于其设有一个中压蒸汽分透平(2)和至少两个分别带有各自的内壳体(8a，8b，8c)的低压蒸汽分透平(3a，3b，3c)，其中这些分透平(2，3a，3b，3c)沿着所述主轴(4)设置，这些内壳体(8a，8b，8c)与所述推力元件(9，9a)相连接，且支承在一个具有一支承装置(11)的轴承区(20)中。
12.按照权利要求11所述的透平装置(1)，其特征在于所述中压蒸汽分透平(2)有一个外壳体(14)，该外壳体经一推力元件(9a)与所述沿轴向紧随其后设置的低压蒸汽分透平(3a)的内壳体(8a)相连接，且一个与该外壳(14)相连接的固定轴承(15a)成为轴向热膨胀的轴向固定点(20)。
13.按照权利要求11或12所述的透平装置(1)，其特征在于至少所述低压蒸汽分透平(3a，3b，3c)之一具有一个排汽面积(A)为10.0m2至25m2、尤其是12.5m2至16m2的排汽罩壳(31)。
全文摘要
本发明公开了一种透平装置(1)、尤其是蒸汽透平装置。该透平装置(1)具有至少两个分透平(2，3a，3b，3c)，其中每个分透平(2，3a，3b，3c)具有一个沿一主轴(4)延伸的透平转子(5)。这些透平转子(5)彼此刚性连接成为一个轴系。其中至少这些分透平(2，3a，3b，3c)之一具有一个同心包围该透平转子(5)的轴向可移动地支承在一支承区(10)中的内壳体(8a，8b，8c)。为作轴向移动，设有一个与该内壳体(8a，8b，8c)相连接的、用于传递轴向力的推力元件(9，9a)。为了使内壳体(8a，8b，8c)特别易于作轴向移动，该轴承区(10)具有一个带有这么小的静摩擦和/或滑动摩擦的轴承装置(11)，以致在移动该内壳体(8a，8b，8c)时为克服静摩擦而自发出现的轴向偏移小于2mm。
文档编号F01D25/04GK1502006SQ02808126
公开日2004年6月2日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年4月11日
发明者德特莱夫·哈杰, 德特莱夫 哈杰 申请人:西门子公司