EP2096273A1 - Tubular casing for a section of turbomachine housing - Google Patents

Tubular casing for a section of turbomachine housing Download PDF

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Publication number
EP2096273A1
EP2096273A1 EP08003729A EP08003729A EP2096273A1 EP 2096273 A1 EP2096273 A1 EP 2096273A1 EP 08003729 A EP08003729 A EP 08003729A EP 08003729 A EP08003729 A EP 08003729A EP 2096273 A1 EP2096273 A1 EP 2096273A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
screw
pipe shells
tubular
connection region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08003729A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Dr. Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP08003729A priority Critical patent/EP2096273A1/en
Publication of EP2096273A1 publication Critical patent/EP2096273A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301—Retaining bolts or nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/36—Retaining components in desired mutual position by a form fit connection, e.g. by interlocking

Definitions

  • the invention relates to a tubular housing for a portion of a pressure housing, comprising two half-pipe shells which lie against each other in two connecting regions.
  • housing halves when provided for generating electrical energy turbomachinery, it is known to form the housing of two housing halves. Both housing halves are designed in the manner of a half-pipe, so that an upper half of the housing and a lower half of the housing are present. At the circumferential ends of each housing half extend in the radial direction of the annular housing seen in cross-section flanges. The directly opposite flanges of the housing halves form a joint, where the housing is divided. Because of the exactly half-way division of the housing, it is also possible to speak of a division plane in which the machine axis lies. The graduation plane is thereby spanned by the diameter of the housing and its axial direction.
  • a plurality of holes is provided, through which each extend individual expansion screws, which are screwed on both sides of the flanges.
  • the expansion screws press the abutting flanges in the parting plane closely together under great prestress, in order to maximally avoid a leakage flow from the internally guided, high-pressure medium to the outside, or, if at all, to permit it only to an extremely small extent.
  • the flanges heat only delayed from the inside to the outside, so that the arranged perpendicular to the flanges glands subject to a certain bending stress, which can lead to plastic deformation of the usually already stretched to the yield point Flanschverschraubungen. After a plastic deformation, the biasing force applied by the respective expansion screw for the abutting flanges is reduced, which consequently adversely affects the tightness of the dividing joint.
  • the invention has for its object to provide an existing two pipe halves tubular housing for a portion of a pressure housing, which is particularly reliable, durable and extremely tight while avoiding the disadvantages known from the prior art.
  • the invention is based on the finding that the use of a flange connection for connecting the two housing halves is disadvantageous and accordingly avoided should.
  • the invention proposes the overlapping of the two half-pipe shells in the tangential direction, the two half-pipe shells being screwed together in each overlapping region.
  • the screw is arranged transversely to the tangential direction. Due to the overlapping half-pipe shells, it is possible to provide a screw which extends at least partially through both half-pipe shells in each connection region. The accumulation of housing material can thus be substantially reduced in the region of the connection of the half-pipe shells, since the flanges are superfluous and can therefore be omitted.
  • the proposed arrangement leads to a partially tubular housing in which the dividing joint can be made substantially smaller, as compared to a flange.
  • the screw preload by which the two overlapping half-pipe shells are pressed together, much lower.
  • further utilization of the housing material may be possible, in particular with regard to its mechanical loads. If necessary, it is possible to dispense with more efficient materials or avoid their use.
  • the screw is arranged transversely to the tangential direction.
  • the screw axis Each screw extends radially or approximately radially to the housing geometry.
  • the two half-pipe shells for the offset-free transition of the inner surfaces and / or the outer surfaces of the half-pipe shells in the connection region - viewed in cross-section - tapers, compared with the wall thickness, which is immediately adjacent to the connection region.
  • the corresponding peripheral ends of the half-pipe shells are preferably designed to taper in a step-like manner.
  • each half-pipe shell - seen in cross-section - have a thinner wall thickness centrally between the two connection areas and a thicker wall thickness in front of the end connection areas, whereby the transition from the thin wall thickness to the thick wall thickness is stepless and thus comparatively homogeneous heating of the housing during operation of the Turbomachine can be achieved.
  • This also leads to homogenized strains of the housing, which can at least reduce the disadvantages known from the prior art, if not even avoid.
  • the overlapping of the two half-pipe shells in the circumferential direction results in a sealing region extending in the tangential direction, in which the two half-pipe shells abut one another, wherein the two half-pipe shells are pressed against one another in the sealing region by the screwing.
  • the improved homogeneity of the wall thickness distribution along the circumference also improves the transient behavior of the entire tubular housing, during which a heating of the housing or its cooling takes place.
  • the tubular housing is formed for a portion of a pressure housing, and it is preferably used in a gas turbine, it is possible that the housing increases in diameter or changed along the axial direction of its tubular extension.
  • the tubular housing may also be formed as a guide vane carrier of a gas turbine, as a pressure jacket for a compressor or a gas turbine, which comprises an axial portion which is formed according to the invention or advantageously developed further.
  • the single figure shows a cross section through a tubular housing.
  • the single figure shows a cross section through a tubular housing 10, which represents an axial portion of a pressure housing.
  • the pressure housing for example, be the pressure jacket of a compressor or a gas turbine, which is used stationarily for energy production.
  • the pressure housing can also be formed as a guide vane carrier of a corresponding gas turbine, wherein the housing increases in diameter along the perpendicular to the plane extending axial direction in diameter, provided that the total tubular guide vane carrier is used in the turbine-side portion of the gas turbine, for example.
  • the tubular housing 10 is divided in half along its axial extent and comprises two substantially identical shell elements, each of which is semi-tubular.
  • the shell elements are referred to below as half-pipe shells 12, 13.
  • the two half-pipe shells 12, 13 lie against each other at two connecting regions 14, wherein the connecting regions 14 themselves - viewed in cross-section - face each other.
  • the two half-pipe shells 12, 13 overlap.
  • the lower half-pipe shell 13 points to this in the connecting region 14 shown on the right - an inner projection 16 on the housing 16 and an outer projection 18 in the connection region 14 shown on the left, which each extend so far in the circumferential direction that the lower half-pipe shell 13 including the projections 16, 18, viewed in the circumferential direction, describes a circular arc of greater than 180 °.
  • the upper half-pipe shell 12 is formed. It has on the connection side on the one hand also an inner projection 16 and on the other hand an outer projection 18, wherein the inner projection 16 in the illustration according to FIG. 1 is arranged in the left connection region 14 and the outer Projection 18 in the right connection region 14.
  • Inner projection 16 and outer projection 18 per connection region 14 are in pairs overlapping in a sealing region 22 to each other.
  • the sealing surface of the sealing region 22 extends tangentially and along the axial direction 11 as a part of the dividing joint.
  • two screw connections 24 are provided which brace the two projections 16, 18 of each pair Screws 24 are circumferentially spaced from each other.
  • Each screw 24 comprises a trained as a dowel screw 26, which are screwed into a arranged on the inner projection 16, not further shown thread.
  • a threaded aligned, not shown bore provided, in which the screw 26 is inserted appropriately.
  • the screw 26 may be formed with a screw head.
  • the projections 16, 18 can be pressed against each other with a high force, which increases the tightness of each of them enclosed gap.
  • the screw 26 is designed as a screw bolt, on the outer end of a nut is screwed for clamping.
  • each half-pipe shell 12, 13 along the circumference can be constant in the middle section between the two connection regions 14 and continuously increase towards the connection regions 14. Shortly before the connection region 14, the wall thickness of each half-pipe shell 12, 13 is then so great that despite the steps necessary to form the projections 16, 18, a wall thickness of the projections 16, 18 remains, which is necessary for safe operation of the pressure housing 10.
  • the size of the wall thickness tapering gradation can be chosen so that both the inner surfaces and the outer surfaces of the two half-pipe shells 12, 13 pass without offset in the circumferential direction into each other.
  • the stepped taper of the wall thickness in the connection region 14 could also be a continuous Rejuvenation or even a combination of it be possible.
  • tubular housing 10 for example as a gas turbine housing
  • pressures in the order of 20 ⁇ 10 5 Pa to 30 ⁇ 10 5 Pa (20 bar to 30 bar) or even higher may occur inside the tubular housing 10, whereas the pressure outside the housing 10 corresponds to the normal atmospheric pressure. Due to the pressure gradient between inside and outside, the two half-pipe shells 12, 13 strive apart. In addition, the guided inside the medium by the gap formed between the overlapping projections 16, 18 fugue to the outside, whereby a total of each screw 24 and the seated therein screw 26 is subjected to shear.
  • the invention proposes a tubular housing 10 for a section of a pressure housing of a gas turbine, steam turbine or compressor in which the solution to the underlying problem is that the sealing of the gap between the two half-pipe shells 12, 13 achieved by a screw 24 which is claimed on shear.
  • the two half-pipe shells 12, 13 can lie against each other in a form-fitting manner in each of the connecting regions 14.
  • the screw 24 is preferably aligned radially to the housing geometry. Viewed in cross-section, the wall thickness of each half pipe shell along the circumference is much more uniform, compared to housing halves provided with flanges.
  • a construction can be selected, which allows, if the tubular housing is designed as a guide blade carrier to rotate it in a pressure jacket with built-in rotor.
  • the existing between the projections 16 and 18 joint can be made substantially smaller and the bias for pressing together of the joint forming overlapping areas are chosen to be smaller. This reduces the total cost of materials alone due to the lower mass, which is achieved by eliminating the otherwise required flanges. Also can be possible by the better power distribution and further exploitation of the material, which also reduces costs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The tubular casing (10) has two half tubular shells (12, 13) overlapping on each other in a sealing area (22) at two connection regions (14) in a tangential direction of the tubular casing. A bolt (24) e.g. fitting bolt and anti-fatigue bolt with anti-fatigue sleeve, is arranged perpendicular to the tangential direction. The half tubular shells are bolted with each other in each connection region. A stage is formed in the connection regions, where the diameter of the tubular casing is modified along an axial direction of the casing.

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Gehäuse für einen Abschnitt eines Druckgehäuses, umfassend zwei Halbrohrschalen, die in zwei Verbindungsbereichen aneinander liegen.The invention relates to a tubular housing for a portion of a pressure housing, comprising two half-pipe shells which lie against each other in two connecting regions.

Insbesondere bei zur Erzeugung von elektrischer Energie vorgesehenen Turbomaschinen ist es bekannt, deren Gehäuse aus zwei Gehäusehälften auszubilden. Beide Gehäusehälften sind dabei nach Art eines Halbrohres ausgebildet, so dass eine obere Gehäusehälfte und eine untere Gehäusehälfte vorhanden sind. An den Umfangsenden jeder Gehäusehälfte erstrecken sich in Radialrichtung des im Querschnitt gesehenen ringförmigen Gehäuses Flansche. Die einander unmittelbar gegenüberliegenden Flansche der Gehäusehälften bilden dabei eine Fuge, an der das Gehäuse geteilt ist. Aufgrund der exakt hälftigen Aufteilung des Gehäuses kann auch von einer Teilungsebene gesprochen werden, in der die Maschinenachse liegt. Die Teilungsebene wird dabei von dem Durchmesser des Gehäuses und seiner Axialrichtung aufgespannt. In den Flanschen ist eine Vielzahl von Bohrungen vorgesehen, durch welche sich jeweils einzelne Dehnschrauben erstrecken, die beiderseitig der Flansche verschraubt sind. Die Dehnschrauben pressen die in der Teilungsebene aneinanderliegenden Flansche unter großer Vorspannung dicht aneinander, um eine Leckageströmung vom im Innern geführten, unter hohem Druck stehenden Medium ins Äußere größtmöglich zu vermeiden, oder wenn überhaupt, nur in einem äußerst geringem Maße zuzulassen.In particular, when provided for generating electrical energy turbomachinery, it is known to form the housing of two housing halves. Both housing halves are designed in the manner of a half-pipe, so that an upper half of the housing and a lower half of the housing are present. At the circumferential ends of each housing half extend in the radial direction of the annular housing seen in cross-section flanges. The directly opposite flanges of the housing halves form a joint, where the housing is divided. Because of the exactly half-way division of the housing, it is also possible to speak of a division plane in which the machine axis lies. The graduation plane is thereby spanned by the diameter of the housing and its axial direction. In the flanges a plurality of holes is provided, through which each extend individual expansion screws, which are screwed on both sides of the flanges. The expansion screws press the abutting flanges in the parting plane closely together under great prestress, in order to maximally avoid a leakage flow from the internally guided, high-pressure medium to the outside, or, if at all, to permit it only to an extremely small extent.

Die vorbeschriebene, aus dem Stand der Technik bekannte Gehäuseanordnung wird insbesondere bei stationären und zur Energieerzeugung vorgesehenen Gasturbinen oder auch bei Dampfturbinen eingesetzt. Um eine größtmögliche Dichtigkeit der aneinanderliegenden Flansche zu erreichen, ist es notwendig, entlang der axialen Erstreckung des rohrförmigen Gehäuses unter vergleichsweise geringen Abständen eine größtmögliche Anzahl an Verschraubungen vorzusehen. Die Flansche bedingen jedoch - entlang des Umfangs des Gehäuses betrachtet - eine unterschiedlich große Anhäufung von Gehäusematerial. In Verbindung mit den beim Betrieb der vorgenannten Turbomaschinen auftretenden Temperaturen stellen sich lokal unterschiedlich schnelle Aufwärmungen des Gehäuses ein, je nach dem, ob mehr oder weniger Material vom im innern strömenden, aufgeheizten Arbeitsmedium aufzuwärmen ist oder nicht. Dies führt zu unterschiedlichen thermischen Dehnungen im Gehäuse und zu einer gewissen Ovalisierung dessen. Gleichzeitig erwärmen sich die Flansche nur verzögert von Innen nach Außen, so dass die senkrecht zu den Flanschen angeordneten Verschraubungen einer gewissen Biegespannung unterliegen, die zu plastischen Verformungen der gewöhnlich bereits bis zur Streckgrenze gedehnten Flanschverschraubungen führen können. Nach einer plastischen Verformung ist die von der betroffenen Dehnschraube aufgebrachte Vorspannkraft für die aneinanderliegenden Flansche verringert, was folglich die Dichtigkeit der Teilungsfuge negativ beeinflusst.The above-described, known from the prior art housing assembly is used in particular in stationary and intended for power generation gas turbines or steam turbines. In order to achieve the greatest possible tightness of the adjacent flanges, it is necessary along the axial extent of the tubular housing Provide the largest possible number of screw connections with comparatively small distances. However, the flanges condition - viewed along the circumference of the housing - a different size accumulation of housing material. In connection with the temperatures occurring during operation of the aforementioned turbomachines, locally different rapid warming up of the housing occur, depending on whether or not more or less material is to be heated up by the heated working medium flowing in the interior. This leads to different thermal expansions in the housing and to a certain ovalization of it. At the same time, the flanges heat only delayed from the inside to the outside, so that the arranged perpendicular to the flanges glands subject to a certain bending stress, which can lead to plastic deformation of the usually already stretched to the yield point Flanschverschraubungen. After a plastic deformation, the biasing force applied by the respective expansion screw for the abutting flanges is reduced, which consequently adversely affects the tightness of the dividing joint.

Ferner besteht das Bestreben, sowohl die Arbeitstemperatur des Arbeitsmediums als auch dessen Druck stetig zu erhöhen, um höhere Leistungen und höhere Wirkungsgrade für die Turbomaschine zu erreichen.Furthermore, there is a desire to continuously increase both the working temperature of the working medium and its pressure in order to achieve higher performance and higher efficiencies for the turbomachine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aus zwei Rohrhälften bestehendes rohrförmiges Gehäuse für einen Abschnitt eines Druckgehäuse anzugeben, welches unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile besonders zuverlässig, langlebig und äußerst dicht ist.The invention has for its object to provide an existing two pipe halves tubular housing for a portion of a pressure housing, which is particularly reliable, durable and extremely tight while avoiding the disadvantages known from the prior art.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem rohrförmigen Gehäuse gemäß den Merkmalen des Anspruch 1.The object is achieved with a tubular housing according to the features of claim 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verwendung einer Flanschverbindung zum Verbinden der beiden Gehäusehälften nachteilig ist und dementsprechend vermieden werden sollte. Anstelle der Flansche wird mit der Erfindung die Überlappung der zwei Halbrohrschalen in tangentialer Richtung vorgeschlagen, wobei in jedem Überlappungsbereich die beiden Halbrohrschalen miteinander verschraubt sind. Vorzugsweise ist dabei die Verschraubung quer zur tangentialen Richtung angeordnet. Durch die einander überlappenden Halbrohrschalen ist es möglich, eine sich in jedem Verbindungsbereich durch beide Halbrohrschalen zumindest teilweise erstreckende Verschraubung vorzusehen. Die Anhäufung von Gehäusematerial kann somit im Bereich der Verbindung der Halbrohrschalen wesentlich reduziert werden, da die Flansche überflüssig sind und somit entfallen können. Durch die Anordnung der Verschraubung quer zur tangentialen Richtung, d. h. im Wesentlichen in Radialrichtung - bezogen auf die Längsachse des rohrförmigen Gehäuses - werden zudem die Verschraubungen im Gegensatz zu den Verschraubungen der Flanschverbindung nicht mehr auf Zug beansprucht, sondern auf Scherung.The invention is based on the finding that the use of a flange connection for connecting the two housing halves is disadvantageous and accordingly avoided should. Instead of the flanges, the invention proposes the overlapping of the two half-pipe shells in the tangential direction, the two half-pipe shells being screwed together in each overlapping region. Preferably, the screw is arranged transversely to the tangential direction. Due to the overlapping half-pipe shells, it is possible to provide a screw which extends at least partially through both half-pipe shells in each connection region. The accumulation of housing material can thus be substantially reduced in the region of the connection of the half-pipe shells, since the flanges are superfluous and can therefore be omitted. Due to the arrangement of the screw transversely to the tangential direction, ie substantially in the radial direction - based on the longitudinal axis of the tubular housing - also the fittings are no longer claimed in contrast to the fittings of the flange connection to train, but shear.

Prinzipiell führt die vorgeschlagene Anordnung zu einem abschnittsweise rohrförmigen Gehäuse, bei dem die Teilungsfuge wesentlich kleiner ausgeführt werden kann, als im Vergleich zu einer Flanschverbindung. Zudem ist zum Erreichen der erforderlichen Dichtigkeit die von der Verschraubung aufzubringende Vorspannung, durch welche die beiden sich überlappenden Halbrohrschalen aneinandergepresst werden, wesentlich geringer. Auch durch die bessere Kraftverteilung durch das Fehlen eines Flansches kann auch eine weitere Ausnutzung des Gehäusewerkstoffes möglich sein, insbesondere im Hinblick auf dessen mechanische Belastungen. Gegebenenfalls kann auf leistungsfähigere Werkstoffe verzichtet oder deren Einsatz vermieden werden.In principle, the proposed arrangement leads to a partially tubular housing in which the dividing joint can be made substantially smaller, as compared to a flange. In addition, to achieve the required tightness applied by the screw preload, by which the two overlapping half-pipe shells are pressed together, much lower. Even with the better distribution of force due to the lack of a flange, further utilization of the housing material may be possible, in particular with regard to its mechanical loads. If necessary, it is possible to dispense with more efficient materials or avoid their use.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Zweckmäßigerweise ist die Verschraubung quer zur Tangentialrichtung angeordnet. Mit anderen Worten: die Schraubenachse jeder Verschraubung erstreckt sich radial oder annähernd radial zur Gehäusegeometrie.Conveniently, the screw is arranged transversely to the tangential direction. In other words: the screw axis Each screw extends radially or approximately radially to the housing geometry.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung sind die beiden Halbrohrschalen zum versatzfreien Übergang der inneren Oberflächen und/oder der äußeren Oberflächen der Halbrohrschalen im Verbindungsbereich - im Querschnitt betrachtet - verjüngt, verglichen mit der Wandstärke, welche dem Verbindungsbereich unmittelbar benachbart ist. Um eine Überlappung der beiden Halbrohrschalen in jedem Verbindungsbereich mit zumindest beinah versatzfreien Oberflächen zu erreichen, sind die entsprechenden umfangsseitigen Enden der Halbrohrschalen vorzugsweise stufenartig verjüngt ausgebildet.According to a first advantageous development, the two half-pipe shells for the offset-free transition of the inner surfaces and / or the outer surfaces of the half-pipe shells in the connection region - viewed in cross-section - tapers, compared with the wall thickness, which is immediately adjacent to the connection region. In order to achieve an overlap of the two half-pipe shells in each connecting region with at least almost offset-free surfaces, the corresponding peripheral ends of the half-pipe shells are preferably designed to taper in a step-like manner.

Zudem kann jede Halbrohrschale - im Querschnitt gesehen - mittig zwischen den beiden Verbindungsbereichen eine dünnere Wandstärke und vor den endseitigen Verbindungsbereichen eine dickere Wandstärke aufweisen, wobei der Übergang von der dünnen Wandstärke zur dicken Wandstärke stufenlos erfolgt und somit eine vergleichsweise homogene Erwärmung des Gehäuses beim Betrieb der Turbomaschine erreicht werden kann. Dies führt ebenfalls zu homogenisierten Dehnungen des Gehäuses, wodurch sich die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest reduzieren, wenn nicht sogar vermeiden lassen.In addition, each half-pipe shell - seen in cross-section - have a thinner wall thickness centrally between the two connection areas and a thicker wall thickness in front of the end connection areas, whereby the transition from the thin wall thickness to the thick wall thickness is stepless and thus comparatively homogeneous heating of the housing during operation of the Turbomachine can be achieved. This also leads to homogenized strains of the housing, which can at least reduce the disadvantages known from the prior art, if not even avoid.

Durch die in Umfangsrichtung vorhandene Überlappung der beiden Halbrohrschalen ergibt sich ein in Tangentialrichtung erstreckender Dichtbereich, in welchem die beiden Halbrohrschalen aneinanderliegen, wobei die beiden Halbrohrschalen in dem Dichtbereich durch die Verschraubung flächig aneinandergepresst werden. Durch die verbesserte Homogenität der Wanddickenverteilung entlang des Umfangs verbessert sich auch das transiente Verhalten des gesamten rohrförmigen Gehäuses, währenddessen eine Aufheizung des Gehäuses oder dessen Abkühlung stattfindet.The overlapping of the two half-pipe shells in the circumferential direction results in a sealing region extending in the tangential direction, in which the two half-pipe shells abut one another, wherein the two half-pipe shells are pressed against one another in the sealing region by the screwing. The improved homogeneity of the wall thickness distribution along the circumference also improves the transient behavior of the entire tubular housing, during which a heating of the housing or its cooling takes place.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in jedem Verbindungsbereich zumindest zwei in Umfangsrichtung benachbarte Verschraubungen vorgesehen, wodurch die aus dem Druckunterschied zwischen Gehäuseinnerem und Gehäuseäußerem auf die Schrauben einwirkende Scherbelastung vergleichweise einfach aufgeteilt werden kann. Die gesamte Scherbelastung wird somit auf zwei Verschraubungen je Verbindungsbereich aufgeteilt. Selbstverständlich sind in jedem Verbindungsbereich entlang der axialen Erstreckung des rohrförmigen Gehäuses ebenfalls weitere erfindungsgemäße Verschraubungen angeordnet, um die Vorsprünge auch entlang ihrer axialen Erstreckung unter großer Vorspannung aneinander zu pressen.According to a further advantageous embodiment, at least two in the circumferential direction in each connection region adjacent glands provided, whereby the shear stress acting on the screws from the pressure difference between Gehäuseinnerem and Gehäuseäußerem can be relatively easily divided. The total shear load is thus divided into two glands per connection area. Of course, further screw connections according to the invention are also arranged in each connection region along the axial extension of the tubular housing, in order to press the projections against one another along their axial extension under great prestressing.

Sofern zur Erzeugung einer ausreichenden Vorspannkraft durch die Verschraubung aufgrund der im Verbindungsbereich vorhandenen Wandstärken der Halbrohrschalen nicht ausreichen, d.h. die Vorsprünge zu dünn sind, kann leicht mit Dehnhülsen und Dehnschrauben gearbeitet werden, wodurch sich die Anpresskraft in bekannter Art und Weise erhöhen lässt. Da das rohrförmige Gehäuse für einen Abschnitt eines Druckgehäuses ausgebildet ist, und es vorzugsweise in einer Gasturbine verwendet wird, ist es möglich, dass sich das Gehäuse entlang der Axialrichtung seiner rohrförmigen Erstreckung im Durchmesser vergrößert oder verändert. Gleichfalls kann das rohrförmige Gehäuse auch als Leitschaufelträger einer Gasturbine ausgebildet sein, als Druckmantel für einen Verdichter oder einer Gasturbine, welches einen axialen Abschnitt umfasst, der erfindungsgemäß ausgebildet oder vorteilhaft weitergebildet ist.If sufficient to create a sufficient biasing force by the screw due to the existing wall thickness in the connection area of the half-pipe shells, i. the projections are too thin, can be easily worked with expansion sleeves and expansion screws, which can increase the contact pressure in a known manner. Since the tubular housing is formed for a portion of a pressure housing, and it is preferably used in a gas turbine, it is possible that the housing increases in diameter or changed along the axial direction of its tubular extension. Likewise, the tubular housing may also be formed as a guide vane carrier of a gas turbine, as a pressure jacket for a compressor or a gas turbine, which comprises an axial portion which is formed according to the invention or advantageously developed further.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand eines einzigen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher beschrieben. Die beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft sein.Further features, properties and advantages of the present invention will be described in more detail below with reference to a single embodiment with reference to the accompanying figure. The features described may be advantageous both individually and in combination with each other.

Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch ein rohrförmiges Gehäuse.The single figure shows a cross section through a tubular housing.

Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch ein rohrförmiges Gehäuse 10, welches einen axialen Abschnitt eines Druckgehäuses darstellt. Das Druckgehäuse kann beispielsweise der Druckmantel eines Verdichters oder der einer Gasturbine sein, welche stationär zur Energieerzeugung eingesetzt wird. Das Druckgehäuse kann auch als Leitschaufelträger einer dementsprechenden Gasturbine ausgebildet sein, wobei sich das Gehäuse entlang der senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckenden Axialrichtung im Durchmesser konisch vergrößert, sofern der insgesamt rohrförmige Leitschaufelträger in dem turbinenseitigen Abschnitt der Gasturbine beispielsweise verwendet wird.The single figure shows a cross section through a tubular housing 10, which represents an axial portion of a pressure housing. The pressure housing, for example, be the pressure jacket of a compressor or a gas turbine, which is used stationarily for energy production. The pressure housing can also be formed as a guide vane carrier of a corresponding gas turbine, wherein the housing increases in diameter along the perpendicular to the plane extending axial direction in diameter, provided that the total tubular guide vane carrier is used in the turbine-side portion of the gas turbine, for example.

Das rohrförmige Gehäuse 10 ist entlang seiner axialen Erstreckung hälftig geteilt und umfasst zwei im Wesentlichen identische Schalenelemente, welche jeweils halbrohrförmig ausgebildet sind. Die Schalenelemente werden nachfolgend als Halbrohrschalen 12, 13 bezeichnet. Die beiden Halbrohrschalen 12, 13 liegen an zwei Verbindungsbereichen 14 aneinander, wobei die Verbindungsbereiche 14 selber - im Querschnitt betrachtet - einander gegenüberliegen. Die in der Figur unten dargestellte Halbrohrschale ist mit 13 bezeichnet, die darüber angeordnete Halbrohrschale mit 12. In Tangentialrichtung, d. h. in Umfangsrichtung des rohrförmigen Gehäuses 12 betrachtet, überlappen sich in jedem Verbindungsbereich 14 die beiden Halbrohrschalen 12, 13. Die untere Halbrohrschale 13 weist dazu in dem rechts dargestellten Verbindungsbereich 14 einen - bezogen auf das Gehäuse - inneren Vorsprung 16 auf und in dem links dargestellten Verbindungsbereich 14 einen äußeren Vorsprung 18, welche sich jeweils so weit in Umfangsrichtung erstrecken, dass die untere Halbrohrschale 13 inklusive der Vorsprünge 16, 18, in Umfangsrichtung betrachtet, einen Kreisbogen von größer 180° beschreibt. In korrespondierender Weise ist die obere Halbrohrschale 12 ausgebildet. Sie weist verbindungsseitig einerseits ebenfalls einen inneren Vorsprung 16 sowie andererseits einen äußeren Vorsprung 18 auf, wobei der innere Vorsprung 16 in der Darstellung gemäß FIG 1 im linken Verbindungsbereich 14 angeordnet ist und der äußere Vorsprung 18 im rechten Verbindungsbereich 14. Innerer Vorsprung 16 und äußerer Vorsprung 18 je Verbindungsbereich 14 liegen paarweise überlappend in einem Dichtbereich 22 aneinander. Die Dichtfläche des Dichtbereichs 22 erstreckt sich als ein Teil der Teilungsfuge tangential und entlang der Axialrichtung 11. Gemäß der in der Figur gezeigten Ausgestaltung sind in jedem Verbindungsbereich 14 zwei die beiden Vorsprünge 16, 18 eines jeden Paares 20 miteinander verspannende Verschraubungen 24 vorgesehen, wobei die Verschraubungen 24 in Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind. Jede Verschraubung 24 umfasst dabei eine als Passschraube ausgebildete Schraube 26, die in ein am inneren Vorsprung 16 angeordnetes, nicht weiter dargestelltes Gewinde eingeschraubt sind. Sogleich ist in den jeweils äußeren Vorsprung 18 eine zum Gewinde fluchtende, nicht dargestellte Bohrung vorgesehen, in welche die Schraube 26 passend eingesetzt ist. Die Schraube 26 kann mit einem Schraubenkopf ausgebildet sein. Durch das Eindrehen und Verspannen der Schraube 26 können die Vorsprünge 16, 18 mit einer hohen Kraft aneinandergepresst werden, was die Dichtigkeit jeder von ihnen eingeschlossene Fuge erhöht. Vorzugsweise ist die Schraube 26 jedoch als Schraubenbolzen ausgebildet, auf deren äußeres Ende eine Schraubenmutter zum Verspannen aufgeschraubt ist.The tubular housing 10 is divided in half along its axial extent and comprises two substantially identical shell elements, each of which is semi-tubular. The shell elements are referred to below as half-pipe shells 12, 13. The two half-pipe shells 12, 13 lie against each other at two connecting regions 14, wherein the connecting regions 14 themselves - viewed in cross-section - face each other. In the tangential direction, ie viewed in the circumferential direction of the tubular housing 12, in each connection region 14, the two half-pipe shells 12, 13 overlap. The lower half-pipe shell 13 points to this in the connecting region 14 shown on the right - an inner projection 16 on the housing 16 and an outer projection 18 in the connection region 14 shown on the left, which each extend so far in the circumferential direction that the lower half-pipe shell 13 including the projections 16, 18, viewed in the circumferential direction, describes a circular arc of greater than 180 °. In a corresponding manner, the upper half-pipe shell 12 is formed. It has on the connection side on the one hand also an inner projection 16 and on the other hand an outer projection 18, wherein the inner projection 16 in the illustration according to FIG. 1 is arranged in the left connection region 14 and the outer Projection 18 in the right connection region 14. Inner projection 16 and outer projection 18 per connection region 14 are in pairs overlapping in a sealing region 22 to each other. The sealing surface of the sealing region 22 extends tangentially and along the axial direction 11 as a part of the dividing joint. According to the embodiment shown in the figure, in each connecting region 14 two screw connections 24 are provided which brace the two projections 16, 18 of each pair Screws 24 are circumferentially spaced from each other. Each screw 24 comprises a trained as a dowel screw 26, which are screwed into a arranged on the inner projection 16, not further shown thread. Immediately in the respective outer projection 18 is a threaded aligned, not shown bore provided, in which the screw 26 is inserted appropriately. The screw 26 may be formed with a screw head. By screwing and tightening the screw 26, the projections 16, 18 can be pressed against each other with a high force, which increases the tightness of each of them enclosed gap. Preferably, however, the screw 26 is designed as a screw bolt, on the outer end of a nut is screwed for clamping.

Die Wandstärke jeder Halbrohrschale 12, 13 entlang des Umfangs kann im mittleren Abschnitt zwischen den beiden Verbindungsbereichen 14 konstant sein und zu den Verbindungsbereichen 14 hin kontinuierlich zunehmen. Kurz vor dem Verbindungsbereich 14 ist die Wandstärke jeder Halbrohrschale 12, 13 dann derartig groß, dass trotz der zur Bildung der Vorsprünge 16, 18 notwendige Stufung eine Wandstärke der Vorsprünge 16, 18 verbleibt, welche zum sicheren Betrieb des Druckgehäuse 10 notwendig ist. Die Größe der die Wandstärke verjüngenden Stufung kann dabei so gewählt sein, dass sowohl die inneren Oberflächen als auch die äußeren Oberflächen der beiden Halbrohrschalen 12, 13 in Umfangsrichtung versatzfrei ineinander übergehen. Anstelle der gestuften Verjüngung der Wandstärke im Verbindungsbereich 14 könnte auch eine kontinuierliche Verjüngung oder auch eine Kombination dessen möglich sein.The wall thickness of each half-pipe shell 12, 13 along the circumference can be constant in the middle section between the two connection regions 14 and continuously increase towards the connection regions 14. Shortly before the connection region 14, the wall thickness of each half-pipe shell 12, 13 is then so great that despite the steps necessary to form the projections 16, 18, a wall thickness of the projections 16, 18 remains, which is necessary for safe operation of the pressure housing 10. The size of the wall thickness tapering gradation can be chosen so that both the inner surfaces and the outer surfaces of the two half-pipe shells 12, 13 pass without offset in the circumferential direction into each other. Instead of the stepped taper of the wall thickness in the connection region 14 could also be a continuous Rejuvenation or even a combination of it be possible.

Bei der Verwendung des rohrförmigen Gehäuses 10, beispielsweise als Gasturbinengehäuse, können im Innern des rohrförmigen Gehäuses 10 Drücke in einer Größenordnung von 20·105 Pa bis 30·105 Pa (20 bar bis 30 bar) oder noch höher auftreten, wohingegen der Druck außerhalb des Gehäuses 10 dem normalen atmosphärischen Druck entspricht. Aufgrund des Druckgefälles zwischen Innen und Außen streben die beiden Halbrohrschalen 12, 13 auseinander. Zudem strebt das im Innern geführte Medium durch die zwischen den überlappenden Vorsprüngen 16, 18 gebildeten Fuge nach Außen, wodurch insgesamt jede Verschraubung 24 und die darin sitzende Schraube 26 auf Scherung beansprucht wird.When using the tubular housing 10, for example as a gas turbine housing, pressures in the order of 20 · 10 5 Pa to 30 · 10 5 Pa (20 bar to 30 bar) or even higher may occur inside the tubular housing 10, whereas the pressure outside the housing 10 corresponds to the normal atmospheric pressure. Due to the pressure gradient between inside and outside, the two half-pipe shells 12, 13 strive apart. In addition, the guided inside the medium by the gap formed between the overlapping projections 16, 18 fugue to the outside, whereby a total of each screw 24 and the seated therein screw 26 is subjected to shear.

Insgesamt wird mit der Erfindung ein rohrförmiges Gehäuse 10 für einen Abschnitt eines Druckgehäuses einer Gasturbine, Dampfturbine oder Verdichters vorgeschlagen, bei der die Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe darin besteht, dass die Abdichtung der zwischen den beiden Halbrohrschalen 12, 13 vorhandenen Fuge durch eine Verschraubung 24 erreicht wird, welche auf Scherung beansprucht wird. Gleichzeitig können die beiden Halbrohrschalen 12, 13 in jedem der Verbindungsbereiche 14 formschlüssig aneinanderliegen. Die Verschraubung 24 ist dabei vorzugsweise radial zur Gehäusegeometrie ausgerichtet. Im Querschnitt gesehen ist die Wandstärke jeder Halbrohrschale entlang des Umfangs wesentlich gleichförmiger, verglichen mit mit Flanschen versehenen Gehäusehälften. Insbesondere durch das Anbringen von zwei versetzten Verschraubungen 24, welche mit Passschrauben versehen sein können, ist es einfach, die im Innern herrschende Druckbelastung durch die Scher-Querschnitte der Schrauben aufzunehmen. Folglich kann die zur Aufbringung der Anpresskraft erforderliche Dehnlänge der Schraubenverbindung aufgrund der wesentlich geringeren Zugbelastung - im Vergleich zu einer Flanschverspannung - kleiner sein. Sollte die im Querschnitt vorhandene Wandstärke der Halbrohrschalen 12, 13 im Verbindungsbereich 14 zur Erreichung der erforderlichen Vorspannung resp. Anpresskraft nicht ausreichen, kann leicht mit Dehnhülsen die elastisch wirksame Vorspannung erhöht werden. Aufgrund der beiden prinzipiell identischen Halbrohrschalen 12, 13 kann auch eine Konstruktion gewählt werden, die es erlaubt, sofern das rohrförmige Gehäuse als Leitschaufelträger ausgebildet ist, dieses in einem Druckmantel bei eingebautem Läufer zu verdrehen. Insgesamt kann mit der Erfindung die zwischen den Vorsprüngen 16 und 18 vorhandene Fuge wesentlich kleiner ausgeführt werden und die Vorspannung zum Aneinanderpressen der die Fuge bildenden Überlappungsbereiche geringer gewählt werden. Damit reduzieren sich insgesamt die Materialkosten allein schon aufgrund der geringeren Masse, was durch den Wegfall der sonst benötigten Flansche erreicht wird. Ebenfalls kann durch die bessere Kraftverteilung auch eine weitere Ausnutzung des Werkstoffes möglich sein, was ebenfalls Kosten reduziert.Overall, the invention proposes a tubular housing 10 for a section of a pressure housing of a gas turbine, steam turbine or compressor in which the solution to the underlying problem is that the sealing of the gap between the two half-pipe shells 12, 13 achieved by a screw 24 which is claimed on shear. At the same time, the two half-pipe shells 12, 13 can lie against each other in a form-fitting manner in each of the connecting regions 14. The screw 24 is preferably aligned radially to the housing geometry. Viewed in cross-section, the wall thickness of each half pipe shell along the circumference is much more uniform, compared to housing halves provided with flanges. In particular, by the attachment of two staggered fittings 24, which may be provided with dowel screws, it is easy to absorb the pressure prevailing in the interior by the shear cross-sections of the screws. Consequently, the elongation length of the screw connection required for applying the contact pressure can be smaller due to the substantially lower tensile load, in comparison to a flange tension. Should the existing in cross-section wall thickness of the half-pipe shells 12, 13 in the connection region 14th to achieve the required bias respectively. Pressing force is insufficient, can be easily increased with expansion sleeves, the elastically effective bias. Due to the two basically identical half-pipe shells 12, 13, a construction can be selected, which allows, if the tubular housing is designed as a guide blade carrier to rotate it in a pressure jacket with built-in rotor. Overall, with the invention, the existing between the projections 16 and 18 joint can be made substantially smaller and the bias for pressing together of the joint forming overlapping areas are chosen to be smaller. This reduces the total cost of materials alone due to the lower mass, which is achieved by eliminating the otherwise required flanges. Also can be possible by the better power distribution and further exploitation of the material, which also reduces costs.

Claims (10)

Rohrförmiges Gehäuse (10) für einen Abschnitt eines Druckgehäuses,
umfassend zwei Halbrohrschalen (12, 13), die in zwei Verbindungsbereichen (14) aneinanderliegend jeweils in Tangentialrichtung des rohrförmigen Gehäuses (10) überlappen, wobei in jedem Verbindungsbereich (14) die beiden Halbrohrschalen (12, 13) miteinander verschraubt sind.Tubular housing (10) for a section of a pressure housing,
comprising two half-pipe shells (12, 13), which in two connecting regions (14) overlap each other in the tangential direction of the tubular housing (10), wherein in each connection region (14), the two half-pipe shells (12, 13) are screwed together. Gehäuse (10) nach Anspruch 1,
bei dem die Verschraubung (24) quer zur Tangentialrichtung angeordnet ist.Housing (10) according to claim 1,
in which the screw (24) is arranged transversely to the tangential direction. Gehäuse (10) nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die Halbrohrschalen (12, 13) zum versatzfreien Übergang der inneren Oberflächen und/oder äußeren Oberflächen der Halbrohrschalen (12, 13) im Verbindungsbereich (14) - im Querschnitt betrachtet - verjüngt sind.Housing (10) according to claim 1 or 2,
in which the half-pipe shells (12, 13) are tapered for the non-offset transition of the inner surfaces and / or outer surfaces of the half-pipe shells (12, 13) in the connection region (14), viewed in cross-section. Gehäuse (10) nach Anspruch 3,
bei dem im Verbindungsbereich (14) eine Stufe ausgebildet ist.Housing (10) according to claim 3,
in which a step is formed in the connection region (14). Gehäuse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Halbrohrschalen (12, 13) in einem Dichtbereich (22) aneinanderliegen, deren Dichtfläche sich tangential erstreckt.Housing (10) according to one of the preceding claims, wherein the half-pipe shells (12, 13) abut one another in a sealing region (22) whose sealing surface extends tangentially. Gehäuse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in jedem Verbindungsbereich (14) zumindest zwei in Umfangrichtung benachbarte Verschraubungen (24) vorgesehen sind.Housing (10) according to one of the preceding claims, wherein in each connection region (14) at least two circumferentially adjacent glands (24) are provided. Gehäuse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Verschraubung (24) eine Passschraube und/oder eine Dehnschraube mit Dehnhülse umfasst.Housing (10) according to one of the preceding claims, wherein the screw (24) comprises a dowel screw and / or an expansion screw with expansion sleeve. Gehäuse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das sich entlang seiner Axialrichtung im Durchmesser verändert.A housing (10) according to any one of the preceding claims, which varies in diameter along its axial direction. Leitschaufelträger für einer Gasturbine,
ausgebildet als rohrförmiges Gehäuse (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Guide vane carrier for a gas turbine,
formed as a tubular housing (10) according to one of the preceding claims. Druckmantel für einen Verdichter oder für eine Gasturbine,
umfassend einen axialen Abschnitt, welcher als rohrförmiges Gehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.Pressure jacket for a compressor or for a gas turbine,
comprising an axial portion which is formed as a tubular housing (10) according to one of claims 1 to 8.
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