УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА И ДЕМОНТАЖА КОНСТРУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА СТАЦИОНАРНОЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ, СТАЦИОНАРНАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА И СПОСОБ МОНТАЖА И ДЕМОНТАЖА КОНСТРУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА СТАЦИОНАРНОЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ
DEVICE FOR ERECTION AND DISMANTLING OF STATIONARY GAS TURBINE STRUCTURAL ELEMENT, STATIONARY GAS TURBINE AND METHOD FOR ERECTION AND DISMANTLING OF STATIONARY GAS TURBINE STRUCTURAL ELEMENT

Изобретение касается устройства для монтажа и демонтажа конструктивного элемента стационарной газовой турбине, соответствующей стационарной турбины и соответствующего способа.
Стационарные газовые турбины давно известны из обширного уровня техники. Один из типов известных стационарных турбин оснащен равномерно распределенными по периметру камерами сгорания, которые соответственно называются трубчатыми камерами сгорания или же камерами сгорания трубчатого типа. Каждая из этих трубчатых камер сгорания всегда включает в себя находящуюся в корпусе газовой турбины горелку, имеющую трубку горелки, к которой подсоединяется переходная труба, по-английски также называемая «transition» (переходный участок). Переходные трубы переводят горячий газ, образовавшийся в отдельных цилиндрических трубках горелок, в кольцевой канал. Для этого переходные трубы со стороны горелки имеют круглое поперечное сечение, которое на выходной стороне переходит в поперечное сечение, имеющее форму сектора. Поперечные сечения в форме сектора всех переходных труб, как правило, в окружном направлении прилегают друг к другу, так что горячий газ, полученный в отдельных трубчатых камерах сгорания, с небольшими потерями может переводиться в кольцевой канал газовой турбины. В кольцевом канале ступенчато расположены установленные в турбине турбинные лопатки.
В случае сервиса, когда требуется замена одной из горелок, трубок горелок или переходных труб, до сих пор монтерам приходится разъединять крепление соответствующего конструктивного элемента газовой турбины, после чего он вручную через имеющееся в корпусе отверстие для горелки или с помощью подъемного инструмента может выниматься изнутри корпуса.
После этого, а также во время сборки газовой турбины работоспособные предназначенные для применения конструктивные элементы также с помощью подъемного инструмента должны передвигаться к газовой турбине и затем также внутрь нее.
Особенно конструктивные элементы, которые должны отсоединяться или соответственно крепиться на или соответственно в нижней половине корпуса, с помощью подъемного инструмента могут лишь неудовлетворительным образом транспортироваться к их месту назначения, так как корпус газовой турбины частично блокирует путь подъемного инструмента или соответственно его тросы или цепи.
Для облегчения этой работы из патента US 5921075 известна система замены горелок, у которой на расположенном по периметру фланцевом соединении двух соседних в осевом направлении частей корпуса газовой турбины крепится рельс, по которому могут передвигаться трудоемким образом выполненные салазки для транспортировки горелки, предназначенной для монтажа. Салазки оснащены шарниром, а также поступательно перемещаемым держателем горелки, чтобы можно было транспортировать отдельные горелки газовой турбины к их месту назначения. С помощью этой известной системы замены горелок также переходные трубы могут извлекаться изнутри газовой турбины или вставляться внутрь газовой турбины.
Недостатком известного устройства является, однако, что оно очень объемно и требует сравнительно большого пространства для движения вокруг корпуса газовой турбины. Это свободное пространство для движения при этом настолько велико, что его крайний наружный радиус намного больше, чем крайний наружный радиус корпуса газовой турбины. Однако это пространство для движения не всегда имеется в распоряжении. Другим недостатком известного устройства является то, что из-за системы сравнительно длинных и свободно заканчивающихся рычагов на салазках и значительных весов конструктивных элементов, которые должны заменяться, таких как горелки и переходные трубы, они только недостаточно точно могут располагаться напротив того отверстия для конструктивного элемента, через которое они должны вводиться в газовую турбину.
Одно из усовершенствований устройства из US 5921075 показано в US 6141862. Для дополнительного опирания до сих пор свободно выдающегося конца салазок в среднем участке компрессора предусмотрен второй бесконечный окружной рельс. Однако недостатком является объемное исполнение этого варианта. К тому же он требовал демонтажа кольцевого распределителя топлива перед монтажом устройства для демонтажа горелок.
Кроме того, из ЕР 2236939 А1 известен инструмент для демонтажа компонентов камеры сгорания газовой турбины. Этот инструмент включает в себя телескопический узел, чтобы вдвигать компоненты камеры сгорания внутрь газовой турбины. Однако этот инструмент должен крепиться на каждом вводном отверстии, что сравнительно трудоемко.
Наряду с этим из ЕР 2070663 А1 известно решение с краном для монтажа и демонтажа компонентов камеры сгорания газовой турбины.
Поэтому задачей изобретения является предоставление устройства для монтажа и демонтажа конструктивного элемента стационарной газовой турбины, которое, с одной стороны, является сравнительно компактным, а с другой стороны, обеспечивает возможность позиционирования с точной посадкой соответствующего конструктивного элемента в стационарной газовой турбине. Еще одной задачей изобретения является создание стационарной газовой турбины, обеспечивающей возможность установки такого устройства для монтажа и демонтажа ее конструктивного элемента. Другой задачей изобретения является предоставление способа монтажа и демонтажа конструктивного элемента стационарной газовой турбины, который может выполняться сравнительно быстро без особенно большой потребности в пространстве для монтажа.
Задача, направленная на устройство, решается с помощью устройства в соответствии с признаками устройства по п. 1 формулы изобретения. Задача, направленная на стационарную газовую турбину, решается с помощью стационарной газовой турбины в соответствии с признаками стационарной газовой турбины по п. 18 формулы изобретения. Задача, направленная на способ, решается с помощью способа по п. 19 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления устройства и способа указаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. Если не указано иное, признаки различных зависимых пунктов формулы изобретения могут комбинироваться друг с другом произвольным образом.
В соответствии с изобретением предусмотрено, что устройство для монтажа и демонтажа конструктивного элемента стационарной газовой турбины включает в себя рельсовую систему с передвигаемой по ней рамной тележкой, на которой установлен вводный узел, снабженный перемещаемым на нем по оси перемещения несущим узлом для конструктивного элемента, при этом рельсовая система выполнена двухколейной, то есть включает в себя два рельса, оба рельса рельсовой системы выполнены для крепления на участке стенки газовой турбины, имеющем вводное отверстие, и ось перемещения распространяется поперек, предпочтительно перпендикулярно натянутой между рельсами плоскости насквозь между двумя этими рельсами. Рамная тележка, вводный узел и несущий узел с временно закрепленным на нем конструктивным элементом или без него ниже называется также передвижным узлом.
Таким образом, в основе изобретения лежит знание того, что непредпочтительно крепление известной из уровня техники рельсовой системы к фланцу корпуса газовой турбины. Близкое к вводному отверстию крепление рельсовой системы конструктивно существенно удобнее. Так как в этой части корпуса, однако, имеется в распоряжении только ограниченное пространство, изобретение предлагает применять двухколейную рельсовую систему, которая крепится к той же стенке, на которой расположены и вводные отверстия. В этом случае рельсы и скользящие или катящиеся по ним компоненты могут быть выполнены компактнее, чем при исполнении, включающем в себя только один рельс. Чтобы при этом получить в целом особенно компактное устройство, предусмотрено, что оба рельса могут крепиться к корпусу газовой турбины с обеих сторон вводного отверстия для соответствующего конструктивного элемента, то есть относительно оси машины газовой турбины дальше внутри и дальше снаружи. Тогда предназначенный для монтажа или демонтажа конструктивный элемент может монтироваться насквозь между двумя этими рельсами, при этом несущий узел может перемещаться по оси перемещения, и эта ось перемещения располагается поперек, предпочтительно перпендикулярно плоскости, которая натянута между двумя этими рельсами. Следовательно, рельсы удалены друг от друга лишь настолько, чтобы при закрепленном на газовой турбине устройстве вводное отверстие было полностью свободно. Все же оба эти рельса расположены в непосредственной близости от вводного отверстия. Так соответствующий конструктивный элемент может без затруднений двигаться по оси перемещения насквозь между двумя этими рельсами внутрь газовой турбины или соответственно наружу из газовой турбины. Кроме того, было обнаружено, что одновременно с помощью двухколейной рельсовой системы может достигаться существенно более высокая жесткость и прочность устройства в целом, так как силы веса конструктивного элемента, а также самого устройства распределенным образом отводятся через несущий узел, опорные направляющие и рамную тележку, затем через множество точек воздействия в рельсовую систему и оттуда дальше в корпус газовой турбины.
Другим преимуществом является, что относительно центральной оси газовой турбины не требуется настолько большой диаметр пространства для движения монтажного устройства, как в уровне техники, так как даже наружный рельс рельсовой системы расположен внутри крайнего наружного диаметра корпуса газовой турбины.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Рельсовая система выполнена либо в виде бесконечной круговой траектории, либо в виде дуги окружности. Однако предпочтительно рельсовая система выполнена в виде бесконечной круговой траектории, так чтобы с помощью этой бесконечной круговой траектории рамная тележка, а также установленный на ней вводный узел и несущий узел могли подъезжать к каждому расположенному на газовой турбине вводному отверстию. При рельсовой системе, выполненной в виде дуги окружности, она должна была бы многократно демонтироваться и снова монтироваться в другом положении по периметру. Оба варианта осуществления сокращают вспомогательное время на подготовку монтажа или соответственно демонтажа конструктивного элемента на или соответственно в стационарной газовой турбине.
По другому предпочтительному варианту осуществления рельсовая система включает в себя для каждого рельса несколько держателей рельса для крепления рельсовой системы на газовой турбине. При этом держатели рельса могут быть выполнены модульными, чтобы их можно было крепить на вводных отверстиях горелки. Но рельсовая система может быть также закреплена рядом с вводными отверстиями, например, также с помощью болтов.
По другому предпочтительному варианту осуществления рамная тележка включает в себя для каждого рельса рельсовой системы по меньшей мере две синхронно передвигающихся по каждому рельсу роликовые каретки, которые предпочтительно включают в себя каждая по меньшей мере два ролика. С помощью этих всего четырех роликовых кареток и, таким образом, всего восьми роликов возможно надежное крепление роликовой тележки к двухколейной рельсовой системе без необходимости препятствовать сходу с рельсов рамной тележки, передвигаемой по периметру газовой турбины, с помощью других вспомогательных средств. Особенно предпочтительным является вариант осуществления, при котором каждая роликовая каретка имеет четыре ролика, так что рамная тележка имеет всего 16 роликов, так что рамная тележка на каждом из своих четырех углов опирается на обе стороны соответствующего рельса. К тому же при этом силы веса передвигаемого узла и предназначенного для монтажа конструктивного элемента могут отводиться в рельсовую систему и корпус газовой турбины через четыре угловые точки рамной тележки, точнее говоря, через указанные восемь роликов, будучи распределены по существенно большему пространству, чем в уровне техники. Это предотвращает точечную нагрузку, что потребовало бы для этого устройства компонентов большего размера.
Предпочтительно ролики могут обкатываться по тем сторонам рельсов, которые всегда обращены к другим рельсам. Другими словами: ролики всегда давят своей поверхностью обката на внутреннюю сторону каждого рельса, так что в принципе эти два рельса несколько разводятся под давлением роликов. Ролики предпочтительно выполнены в виде направляющих роликов, так что в принципе поверхность качения с обеих сторон ограничена ребордой. При этом одновременно обеспечивается геометрическое замыкание между каждым рельсов и соответствующими роликами, так что сход с рельсов рамной тележки рельсовой системы предотвращен для каждого положения рамной тележки по периметру на рельсовой системе.
По другому предпочтительному варианту осуществления вводный узел включает в себя имеющие по меньшей мере две линейные направляющие опорные направляющие, по которым может перемещаться несущий узел. Благодаря этому обеспечено направленное движение конструктивного элемента при вводе в газовую турбину или соответственно при извлечении из газовой турбины. Это препятствует нежелательному, случайному контакту конструктивного элемента и корпуса, что защищает оба этих элемента от повреждения.
Другие варианты осуществления изобретения, другие признаки, а также связанные с этими признаками преимущества приводятся в последующем описании фигур. Показано:
фиг. 1: изображение в перспективе участка корпуса для стационарных газовых турбин,
фиг. 2: схематичное изображение в перспективе части корпуса газовой турбины, снабженной устройством, включающим в себя закрепленную на корпусе рельсовую систему, а также передвигаемый по рельсовой системе узел,
фиг. 3: альтернатива рельсовой системе, изображенной на фиг. 2,
фиг. 4: вид сбоку закрепленного на корпусе газовой турбины устройства для монтажа и демонтажа конструктивных элементов газовой турбины,
фиг. 5, 6: два различных крепления роликовых кареток на рамной тележке и
фиг. 7: альтернативный вариант осуществления, при котором вместо рельсовой системы рамная тележка закреплена непосредственно на корпусе газовой турбины.
Одинаковые конструктивные элементы на всех фигурах снабжены идентичными ссылочными обозначениями.
На фиг. 1 показана часть корпуса 10 стационарной газовой турбины на изображении в перспективе. Эта часть корпуса включает в себя нижнюю половину 12, а также верхнюю половину 14, которые фланцами прилегают друг к другу по разделительной плоскости 16, и фланцы которых привернуты друг к другу. Каждая половина имеет при этом коаксиальный участок стенки 17 и круто приставленный к нему участок 21 стенки. В участке 21 стенки каждой половины 12, 14 предусмотрены отверстия 18, которые в совокупности все лежат на одной воображаемой окружности, концентричной относительно оси 19 машины. Отверстия 18 представляют собой отверстия для горелок или соответственно вводные отверстия. В нижней половине 12 в одном из отверстий 18 вставлена горелка 20, вследствие чего отверстие 18 закрыто. Через отверстие 18 могут также вводиться внутрь другие конструктивные элементы газовой турбины, когда снятие верхней половины 14 корпуса слишком трудоемко. Эти конструктивные элементы могут представлять собой известные из уровня техники трубки горелок или же переходные трубы.
Чтобы обеспечить возможность дополнительно упрощенного, а также безопасного демонтажа горелки 20, трубки горелки или же переходной трубы и одновременно предложить компактную конструкцию, предусмотрено применение устройства 22 (фиг. 2) для монтажа и демонтажа этих конструктивных элементов газовой турбины. Хотя следующий пример осуществления описывает только монтаж горелки газовой турбины, он не является ограничивающим. Разумеется, устройство 22 пригодно также для демонтажа горелки. Кроме того, вместо горелки с помощью устройства 22 могут также монтироваться или демонтироваться переходные трубы.
На фиг. 2 в целях ясности не очень существенные для изобретения части корпуса и газовой турбины не изображены. Отверстия 18 расположены на участке 21 стенки корпуса 10 газовой турбины, который относительно радиального направления оси 19 машины расположен под лишь сравнительно небольшим углом.
Устройство 22 включает в себя рельсовую систему 23, включающую в себя два рельса, один наружный рельс 25 и один внутренний рельс 26. Термины «внутренний» и «наружный» относятся к оси 19 машины газовой турбины. Каждый рельс 25, 26 закреплен посредством нескольких держателей 28 рельса на участке 21 стенки. Внутренний рельс 26 может быть также дополнительно или альтернативно закреплен на коаксиальном участке 17 стенки. Устройство 22 включает в себя также передвигаемый по рельсам 25, 26 узел 35. Этот узел содержит рамную тележку 30, закрепленный на рамной тележке 30 вводный узел 36, снабженный перемещаемым по нему несущим узлом 40. К несущему узлу 40 привернут предназначенный для монтажа конструктивный элемент, в соответствии с фиг. 2 горелка 50, для трубчатых камер сгорания газовой турбины. В одном из отверстий 18 уже закреплена другая горелка 50.
На фиг. 3 показано, в противоположность фиг. 2, альтернативное устройство 22, которое по существу отличается от устройства 22 на фиг. 2 тем, что рельсовая система 23 распространяется только по дуге окружности периметра корпуса 10 газовой турбины, а не выполнена, как на фиг. 2, в виде бесконечной круговой траектории.
Как, в частности, видно из фиг. 2, на каждом углу 27 рамной тележки 30 предусмотрена роликовая каретка 32, имеющая по два ролика. Ролики 34 выполнены в виде направляющих роликов, то есть снабжены двухсторонней ребордой, так чтобы ролики 34 не могли сбоку соскальзывать с рельсов 25, 26. Рамная тележка 30 и вместе с ней также вводный узел 36 вместе с несущим узлом 40 могут перемещаться по рельсам 25, 26 в окружном направлении корпуса 10 газовой турбины, что изображено двойной стрелкой 52. Одновременно несущий узел 40 может перемещаться по рельсовой системе 23, что изображено с помощью двойной стрелки 54. Таким образом, путь движения рамной тележки 30 и ось перемещения несущего узла 40 расположены поперек друг к другу.
С помощью изображенных на фиг. 2-4 устройств 22 возможен сравнительно простой, а также точный по посадке монтаж или соответственно демонтаж конструктивного элемента, например горелки 50 на или соответственно в стационарной газовой турбине. Чтобы монтировать горелку 50 на корпусе 10 газовой турбины, сначала надо установить рельсовую систему 23 рельсами 25, 26 на корпусе 10 газовой турбины. Затем рамная тележка 30 с установленным на ней вводным узлом 36 и перемещаемым на ней по оси перемещения несущим узлом 40 вставляется в рельсовую систему 23. Одновременно на крюке 56 перемещаемого узла 35 крепится тяговый трос, на котором затем висит узел 35. С помощью тягового троса узел 35 может двигаться в любое произвольное положение, без необходимости удерживания монтажниками силы веса узла 35 и горелки. В положении «двенадцать часов» горелка 50 может временно крепиться к несущему узлу 40 для последнего участка пути транспортировки. Путем изменения длины тягового троса с помощью передвижного узла 35 горелка 50 может транспортироваться к тому отверстию 18, на котором должна крепиться эта горелка 50. Там узел 35 фиксируется от дальнейшего движения, что, с одной стороны, разгружает тяговый трос, а с другой стороны, обеспечивает возможность особенно точной ориентации горелки 50 относительно отверстия 18. Затем несущий узел 40 перемещается по своей оси перемещения, так что в это время горелка 50 через отверстие 18 погружается внутрь газовой турбины без повреждающего конструктивные элементы контакта. По достижении конечного положения фланец 51, расположенный на горелке 50, может привертываться к фланцу 58, расположенному у отверстия 18. Потом горелка 50 отсоединяется от несущего узла 40, после чего монтаж соответствующей горелки 50 закончен. Затем передвижной узел 35 движется обратно в положение загрузки, в котором к несущему узлу 40 может крепиться следующий предназначенный для монтажа конструктивный элемент.
При этом особенно предпочтительно, чтобы предназначенные для монтажа конструктивные элементы могли монтироваться в хорошо доступом месте в «положении загрузки» на передвижном узле 35 и посредством своего рода револьверной системы могли транспортироваться в менее хорошо доступное положение монтажа. В частности, при этом расположенные в нижней половине корпуса отверстия 18 должны расцениваться как сравнительно труднодоступные, так как без предоставления такого рода устройства 22 они только неудовлетворительным образом с помощью погрузочного крана могут комплектоваться горелками 50. Другим преимуществом устройства 22 является тот факт, что шаги монтажа могут выполняться частично параллельно. Так, например, возможно, чтобы размещенная с помощью рамной тележки 30 горелка 50 сначала только вспомогательным образом крепилась к своему отверстию 18, а после этого крепление на несущем узле 40 разъединялось. Затем рамная тележка 30 вместе с несущим узлом 40 находится в распоряжении для комплектации следующей предназначенной для монтажа горелкой 50, причем тогда только вспомогательным образом закрепленная в это время горелка 50 на протяжении загрузки рамной тележки 30 следующей горелкой 50 одновременно еще крепится к корпусу 10 в соответствии с предписанием.
Держатель 28 рельса включает в себя надставку 29, а также пластину 31 и гнездо 33. Применение надставки 29, в частности, предпочтительно, когда держатель 28 рельса должен монтироваться на газовой турбине, на которой еще закреплены горелки на отверстии 18. В этом случае применение надставки 29 не требуется, что приводит к тому, что независимо от того, закреплена ли на отверстии 18 горелка 50 или нет, рельс 25 или соответственно 26 всегда находится на одинаковом расстоянии от участка 21 стенки.
Предпочтительно держатели 28 рельса, однако, прикреплены не к фланцу 58 с торцевой стороны, а либо сбоку к фланцу, сбоку к участку 21 стенки или же к самому участку 17 стенки. Благодаря этому каждое отверстие 18 может комплектоваться горелками 50 и не блокируется возможными держателями 28 рельса.
На фиг. 5, 6 показаны в поперечном сечении различные варианты осуществления роликовых кареток 32, включающих в себя каждая два установленных на ней ролика 34. Они оперты посредством выполненного опорного узла, включающего в себя два роликовых подшипника 60, на оси 62, при этом осевая фиксация в одном направлении обеспечена уступом вала, а в другом направлении пазовой гайкой. Обе оси 62 неподвижно зажаты в фиксаторе осей 64 посредством гайки 65. Чтобы всегда обеспечивать прилегание двух роликов 34 к рельсу, фиксатор 64 осей выполнен с возможностью вращения. Для этого предусмотрен опорный узел, включающий в себя радиальный подшипник 66 скольжения и два соответствующих осевых подшипника скольжения, зафиксированный в осевом направлении посредством пазовой гайки 67, которая прижимается к уступу. При этом опорный узел фиксатора 64 осей на продольных распорках внутри и снаружи решен различным образом. На продольной распорке внутри устанавливается эксцентрик 69 (фиг. 5), который обеспечивает возможность перестановки роликовой каретки 32 в направлении рельса. Одновременно с помощью эксцентрика может устанавливаться ориентация передвижного узла 35 относительно отверстий 18. Для этого верхняя часть оси эксцентрика 69 вводится внутрь опорного гнезда с посадкой с зазором. С помощью внутреннего шестигранника, введенного на торцевой поверхности верхней части 68 оси эксцентрика 69, и наружной резьбы она может с заданной силой прижиматься к внутреннему рельсу и фиксироваться путем затяжки конструктивных элементов.
Разумеется, можно также выполнить рамную тележку 30 без роликовых кареток 32 и крепить ее с помощью промежуточного средства 60 непосредственно к корпусу 10 газовой турбины, как показано на фиг. 7.
В целом изобретение касается, таким образом, устройства 22 для монтажа и демонтажа конструктивного элемента, предпочтительно горелки 50 или переходной трубы газовой турбины на или соответственно в стационарной газовой турбине, включающего в себя рельсовую систему 23, снабженную передвигаемой по ней рамной тележкой 30, на которой установлен вводный узел 36, снабженный перемещаемым на нем по оси перемещения несущим узлом 40 для конструктивного элемента. Чтобы предложить особенно компактную, а также особенно жесткую конструкцию, с помощью которой сравнительно просто и быстро могут монтироваться или соответственно демонтироваться конструктивные элементы газовой турбины, предусмотрено, что рельсовая система 23 выполнена двухколейной, и ось перемещения распространяется поперек натянутой между рельсами 25, 26 плоскости насквозь между двумя этими рельсами 25, 26. Натянутая плоскость является, таким образом, кольцеобразной, и лишь немного наклонена относительно радиального направления оси 19 машины.