DE69318807T2

DE69318807T2 - Lagerung auf dem Fundament für eine Einwellenturbine eines kombinierten Kraftwerks

Info

Publication number: DE69318807T2
Application number: DE69318807T
Authority: DE
Inventors: Hans Knuijt (Nmn), Niskayuna, New York 12309
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2013-12-08
Also published as: NO934471D0; KR100299737B1; US5271217A; JPH06257411A; DE69318807D1; CA2103434A1; KR940015177A; EP0601825A1; EP0601825B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Systeme mit einem kombinierten Zyklus (Dampf und Gas) zur Energieerzeugung oder zur Erzeugung von Leistung und thermischer Energie. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf eine Fundamentbefestigungsanordnung für die Gasturbinen-, Dampfturbinen- und Generatorkomponenten von einem einen kombinierten Zyklus aufweisenden Einwellensystem.

Stand der Technik

Einen kombinierten Zyklus aufweisende Systeme, die sowohl Gasturbinen als auch Dampfturbinen in Kombination mit einem Generator verwenden, sind bekannt. Derartige Systeme umfassen sowohl Einwellen- als auch Vielwellen-Konfigurationen. Ein typisches Wiedererwärmungssystem mit kombiniertem Zyklus besteht aus einer Gasturbine, einer Dampfturbine, einem Generator und einem Wärmerückgewinnuncrs-Dampfgenerator. Die Gasturbine und die Dampfturbine sind mit dem einzigen Generator durch eine einzige Welle in einer Tandemanordnung gekoppelt. Die bekannten Einwelleneinheiten mit kombiniertem Zyklus sind kleinere Leistungseinheiten gewesen (relativ zu der vorliegenden Erfindung), in denen die Gasturbine, die Dampfturbine und der Generator auf dem Fundament hart angebracht waren. In derartigen Einheiten haben sowohl die Gas- als auch Dampfturbinen ihre eigenen Schublager für eine axiale Spielraumsteuerung des Rotors. Die axialen thermischen Expansionen in der Rotorwelle werden mit einer flexiblen Kopplung aufgenommen, die in der Rotorwelle irgendwo zwischen den Gas- und Dampfturbinen angeordnet ist.
In größeren Einwellen-Energieerzeugungseinheiten mit kombiniertem Zyklus macht es das große Wellendrehmoment schwierig, eine flexible Kopplung einzufügen, die jedes thermische Wachstum von kalt nach heiß aufnimmt. Da es eine einzige Welle ohne flexible Kopplungen ist, ist nur ein Schublager in das System eingefügt. Ein System dieser Art ist in US-A-4,961,310 beschrieben. Da axiale Spielräume sowohl in Gas- als auch Dampfturbinen sehr wichtig sind, sind die Turbineneinheiten nebeneinander in einer Linie angeordnet, und das Schublager ist in einer Weise angeordnet, um die Wirkung von thermischen Expansionen der Welle zu minimieren. Wenn also das Schublager in der Gasturbine angeordnet ist, dann ist es so nahe wie möglich zur Dampfturbine angeordnet. Wenn andererseits die Dampfturbine als der Ort für das Schublager gewählt wird, dann wird das Lager so nahe wie möglich zur Gasturbine angeordnet. Dieses Einwellensystem, wie es oben beschrieben ist, erfordert, daß die relative axiale Bewegung zwischen den Dampf- und Gasturbinen gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem der relativen Axialbewegung, indem diese großen Gasturbinen oder Dampfturbinen so gehaltert werden, daß die Einheit als Ganzes von axialen Verformungen des Fundaments und tragender Strukturen getrennt ist. Zur gleichen Zeit eliminiert die Befestigungsanordnung eine relative Axialbewegung zwischen der Gasturbine und der Dampfturbine.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bringen vier schwenkbare Stützschenkel entweder die Gasturbine oder die Dampfturbine flexibel an dem tragenden Fundament an. Wenn die Gasturbine mit dem Schublager versehen ist, dann ist es die Gasturbine, die an dem Fundament durch die vier schwenkbaren Stützschenkel befestigt ist. Wenn andererseits das Schublager in der Dampfturbine angeordnet ist, dann ist es die Dampfturbine, die an dem Fundament durch die Verwendung von vier schwenkbaren Stützschenkeln angebracht ist. In jedem Fall verbinden zwei Ankerstäbe, die sich im wesentlichen parallel zu der einzigen Welle erstrecken, die Gasturbine mit der Dampfturbine, um einen vorbestimmten axialen Abstand dazwischen aufrechtzuerhalten. Die Ankerstäbe können Verbindungen enthalten, die jedoch eine relative Auf- und Abbewegung und eine seitliche Bewegung der Dampfturbine relativ zur Gasturbine gestatten.
Gemäß den breiteren Aspekten der Erfindung wird deshalb ein Energieerzeugungssystem geschaffen, das eine Gasturbine, eine Dampfturbine und einen Generator enthält, die auf einem Fundament im wesentlichen in axialer Ausrichtung angebracht sind, und wobei die Gasturbine, die Dampfturbine und der Generator durch eine einzige Welle verbunden sind, gekennzeichnet durch eine flexible Verbindung zwischen einer von der Gasturbine oder der Dampfturbine und dem Fundament und eine starre Verbindung zwischen der anderen der Gasturbine oder der Dampfturbine und dem Fundament; eine starre Verbindung zwischen dem Generator und dem Fundament; und zwei Ankerstäbe, die sich im wesentlichen parallel zu der Welle und zwischen der Gasturbine und der Dampfturbine erstrecken.
Diese besondere Lösung für das oben beschriebene System hat die Vorteile, daß die Eliminierung von einem Schublager, einer flexiblen Kopplung in der Rotorwelle und die Gasturbinentrennung gestattet wird, während axiale thermische Zuwächse in dem Fundament gestattet werden. Die Befestigungsanordnung gemäß dieser Erfindung kann auch mit verschiedenen Fundamentanordnungen implementiert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einem bekannten Einwellen-Energieerzeugungssystem mit kombiniertem Zyklus; und
Fig. 2 ist eine teilweise schematische Seitenansicht von einer Gasturbinen-, Dampfturbinen und Generator-Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung.

Beste Art zum Ausführen der Erfindung

Fig. 1 zeigt schematisch ein bekanntes Wiedererwärmungs-Einwellensystem 10 mit kombiniertem Zyklus, das üblicherweise zur Erzeugung elektrischer Energie und industrieller Kogenerations-Anwendungen benutzt wird. Ein derartiges System enthält eine Gasturbine 12, eine Dampfturbine 14 und einen Ge nerator 16. Ein Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 18, Hilfseinrichtungen und Anlagesteuerungen (nicht gezeigt) sind an die Einrichtung angepaßt, um ein integriertes Energiesystem zu bilden, wie es für den Fachmann bekannt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gasturbine 12 und die Dampfturbine 14 mit dem Generator 16 durch eine einzige Welle 20 in einer Tandemanordnung gekoppelt.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo die Gasturbine 12, die Dampfturbine 14 und der Generator 16 in ihrer Lage auf einem tragenden Fundament 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt sind. Ein übliches Schublager 24 für die einzige Welle 20 ist in der Gasturbine 12 an demjenigen Ende von der Gasturbine 12 angeordnet, das der Dampfturbine 14 am nächsten liegt. Die Gasturbine 12 ist auf dem Fundament 22 durch vier schwenkbare Stützschenkel 26 (zwei gezeigt) angebracht, ein Paar an jedem Ende von der Gasturbine. Die Schenkel 26 sind jeweils schwenkbar an der Gasturbine 12 beziehungsweise dem Fundament an gegenüberliegenden Enden durch Zapfen 28 befestigt und bilden somit eine Befestigungsanordnung des "Parallelgelenk-"Typs zwischen der Gasturbine 12 und dem Fundament 22. Diese Anordnung gestattet dem Fundament 22, üblicherweise Beton, sich thermisch (axial) zu verformen, ohne daß sich dadurch die Gasturbine 12 nach vorne (in Richtung auf die Dampfturbine 14) oder nach hinten (von der Dampfturbine 14 weg) bewegt.
Die Dampfturbine 14 ist an dem Fundment 22 durch Stützschenkel 30 hart angebracht, die üblicherweise durch Bolzen mit dem Fundament verbunden sind. Der Generator 16 ist in ähnlicher Weise durch Stützschenkel 32 angebracht.
Die Gasturbine 12 und die Dampfturbine 14 sind auch miteinander verbunden durch ein Paar starrer Ankerstäbe 34, die sich im wesentlichen parallel zu der Welle 20 erstrecken und zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen von den Gas- und Dampfturbinen 12, 14 befestigt sind. Die Ankerstäbe 34 können jeweils mit einem Paar von Kugel- oder Gelenkverbindungen 36 neben gegenüberliegenden Enden von dem entsprechenden Ankerstab 34 versehen sein. Diese Ankerstäbe 34 dienen dazu, unter allen Betriebsbedingungen einen vorbestimmten axialen Abstand zwischen den Gas- und Dampfturbinen aufrechtzuerhalten, aber eine gewisse Relativbewegung in einer Ebene senkrecht zu der Welle 20 zu gestatten. Mit anderen Worten nimmt diese Anordnung eine gewisse Bewegung (nach oben und unten, und von einer Seite zur anderen) der Dampfturbine relativ zu der Gasturbine auf, um dadurch unerwünschte Biegebeanspruchungen in den Ankerstäben zu verhindern.
Gemäß der Erfindung wird die angelenkte oder flexible Befestigungsanordnung mit derjenigen Turbineneinheit 12 oder 14 verwendet, in der das Schublager 24 angeordnet ist. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Schublager 24 in der Gasturbine 12 angeordnet und die letztere ist flexibel an dem Fundament 22 angebracht. Es wird deutlich, daß in dem Fall, wenn das Schublager 24 in der Dampfturbine 14 angeordnet ist, die letztere an dem Fundament 22 durch die schwenkbaren Stützschenkel 26 befestigt ist. Diese alternative Anordnung ist in Fig. 2 mit gemeinsamen Bezugszahlen gezeigt, wobei aber eine "Strich-" Bezeichnung hinzugefügt ist. In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind die Stützschenkel 26 vorzugsweise eine Konstruktion aus rostfreiem Stahl, und in dem einen Ausführungsbeispiel können sie etwa 2 Zoll bzw. 5 cm dick und 60 Zoll bzw. 150 cm lang sein.
Die oben beschriebenen Befestigungsanordnungen gestatten somit, daß große Einwelleneinheiten mit kombiniertem Zyklus von axialen Verformungen des tragenden Fundaments (und anderen zugeordneten tragenden Strukturen) getrennt werden, während auch eine relative Axialbewegung zwischen den Gasturbinen- und Dampfturbineneinheiten selbst eliminiert wird. Die Anordnung gestattet auch die Einfügung von Erdbeben-Schutzmaßnahmen, wenn beispielsweise ein gut gestalteter Spielraumstift verwendet wird, um den Transportstift in der vorderen Hakenkeillage der Gasturbine zu ersetzen.
Die Erfindung wurde zwar in Bezug damit beschrieben, was gegenwärtig als ihre praktikabelsten Ausführungsbeispiele betrachtet wird, für den Fachmann ist aber verständlich, daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die trotzdem im Schutzumfang der Erfindung verbleiben, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Energieerzeugungssystem mit einer Gasturbine (12), einer Dampfturbine (14) und einem Generator (16), die auf einem Fundament (22) im wesentlichen axial fluchtend angebracht sind, wobei die Gasturbine, die Dampfturbine und der Generator durch eine einzige Welle (20) verbunden sind, gekennzeichnet durch:

eine flexible Verbindung (26) zwischen einer von der Gasturbine oder der Dampfturbine und dem Fundament und eine starre Verbindung (30) zwischen der anderen der Gasturbine oder Dampfturbine und dem Fundament, eine starre Verbindung (32) zwischen dem Generator und dem Fundament und

zwei Ankerstäbe (34), die sich im wesentlichen parallel zu der Welle und zwischen der Gasturbine und der Dampfturbine erstrecken.

2. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei ein Schublager (24) für die Welle in der Gasturbine angeordnet ist.

3. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 2, wobei die flexible Verbindung (26) sich zwischen der Gasturbine und dem Fundament befindet.

4. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei ein Schublager (24') für die Welle in der Dampfturbine angeordnet ist.

5. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 4, wobei die flexible Verbindung (26') sich zwischen der Dampfturbine und dem Fundament befindet.

6. Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1-5, wobei jeder Ankerstab (34) mit zwei Gelenkverbindungen (36) neben gegenüberliegenden Enden des Ankerstabes versehen ist, die eine Relativbewegung zwischen der Dampfturbine und der Gasturbine in zwei Bewegungsgraden senkrecht zu der Welle gestatten.

7. Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1-5, wobei jeder Ankerstab (34) mit zwei Kugelverbindungen (36) neben gegenüberliegenden Enden des Ankerstabes versehen ist, die eine Relativbewegung zwischen der Dampfturbine und der Gasturbine in zwei Bewegungsgraden senkrecht zu der Welle gestatten.