CH698403A2

CH698403A2 - Turbinengehäuse mit Hilfsflansch.

Info

Publication number: CH698403A2
Application number: CH00068/09A
Authority: CH
Inventors: Andrew R Kneeland; Stephen C Chieco; George Frey; Christopher Cox
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2009-07-31
Also published as: CH698403B1; JP2009174531A; US8021109B2; DE102009003377A1; US20090185898A1

Abstract

Ein Turbinengehäuse (300) weist eine Aussenseite (345) mit einem Hilfsflansch (340) und eine Innenseite (375) mit einem Kühlkörper (370) auf welcher Kühlkörper benachbart zum Hilfsflansch (340) angeordnet ist.

Description

Verwandte Anmeldungen

[0001] Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der Anmeldung Nr. 12/017 396 mit dem Titel "Turbinengehäuse" vom 22. Januar 2008 und wird durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen.

Technisches Gebiet

[0002] Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Gasturbinen und betrifft insbesondere Hilfsflansch-Kühlkörpermerkmale für ein Turbinengehäuse, um die"Unrundheit" zu verringern, die durch Temperaturgefalle verursacht wird.

Stand der Technik

[0003] Typische Turbinengehäuse sind allgemein aus einer Anzahl von Abschnitten geformt, die miteinander verbunden sind. Die Abschnitte können durch verbolzte Flansche in jeder Orientierung und in ähnlichen Anordnungen verbunden sein. Während eines vorübergehenden Anfahrens einer Gasturbine können die horizontalen Verbindungen aufgrund der zusätzlichen Materialmenge, die erforderlich ist, um den Bolzen aufzunehmen, kälter bleiben als der Rest des Gehäuses. Diese Temperaturdifferenz kann die"Unrundheit" des Gehäuses verursachen, da die zum Erwärmen der horizontalen Verbindungen benötigte Zeit länger sein kann als für das umgebende Gehäuse. Dieser Zustand wird auch Ovalisierung oder"Faltenbildung" genannt.

Beim Herunterfahren kann ein entgegengesetzter Zustand auftreten, bei dem die horizontalen Verbindungen heiss bleiben, während das diese umgebende Gehäuse abkühlt, um die entgegengesetzte Gehäusebewegung oder Ovalisierung zu verursachen. Ähnliche Probleme können bei der Verwendung eines oder mehrerer Hilfsflansche am Gehäuse auftreten.

[0004] Daher besteht der Wunsch, das Vorhandensein von Temperatur-gefallen, die eine"Unrundheit" an den Verbindungen oder woanders am Gehäuse für eine Rotationsmaschine wie z. B. eine Turbine verursachen können, zu reduzieren oder zu beseitigen. Die Beseitigung dieser Temperaturgefalle sollte eine längere Lebensdauer der Ausrüstung fördern, bei einer erhöhten Betriebsleistung, die auf die Beibehaltung einheitlicher Zwischenräume darin zurückzuführen ist.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0005] Die vorliegende Anmeldung beschreibt daher ein Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuse kann eine Aussenseite mit einem Hilfsflansch und eine Innenseite mit einem Kühlkörper aufweisen, der benachbart zum Hilfsflansch angeordnet ist.

[0006] Die vorliegende Anmeldung kann zudem ein Turbinengehäuse beschreiben. Das Turbinengehäuse kann eine Anzahl von Abschnitten mit einer Anzahl von Flanschverbindungen umfassen. Die Abschnitte können eine Aussenseite mit einem Hilfsflansch aufweisen, der auf einem oder mehreren der Abschnitte angeordnet ist. Die Abschnitte können eine Innenseite mit einem Hilfsflansch-Kühlkörper aufweisen, der am Hilfsflansch auf einem oder mehreren von den Abschnitten angeordnet ist.

[0007] Die vorliegende Anmeldung beschreibt ferner ein Verfahren zur Stabilisierung eines Turbinengehäuses, das eine Anzahl von Abschnitten mit einem oder mehreren Hilfsflanschen aufweist, die darauf angeordnet sind. Das hierin beschriebene Verfahren kann die Schritte umfassen des Bestimmens der durchschnittlichen radialen Abweichung jedes Abschnitts, des Subtrahierens der minimalen radialen Abweichung jedes Abschnitts und des Addierens eines Kühlkörpers zu einem oder mehreren der Hilfsflansche, um die durchschnittliche radiale Abweichung jedes Abschnitts zu reduzieren.

[0008] Diese und andere Merkmale der vorliegenden Anmeldung gehen für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0009]
<tb>Fig. 1<sep>ist eine perspektivische Ansicht einer verbolzten Verbindung eines Gehäuses, wie hierin beschrieben.

<tb>Fig. 2<sep>ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform des Gehäuses, wie hierin beschrieben.

<tb>Fig. 3<sep>ist eine perspektivische Seitenansicht der verbolzten Verbindung des Gehäuses von Fig. 2.

<tb>Fig. 4<sep>ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses mit einem Hilfsflansch, wie hierin beschrieben.

<tb>Fig. 5<sep>ist eine Draufsicht mit Ausschnitten des Gehäuses von Fig. 4.

<tb>Fig. 6<sep>ist eine Draufsicht mit Ausschnitten des Gehäuses von Fig. 4.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0010] Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen sich in den Ansichten durchweg auf gleiche Elemente beziehen, zeigt Fig. 1ein Turbinengehäuse 100, wie hierin beschrieben. Das Turbinengehäuse 100 umfasst eine obere Hälfte 110 und eine untere Hälfte 120. Auch andere Konfigurationen können hierin verwendet werden. Die obere Hälfte 110 kann ein Paar obere Halbflansche 130 aufwiesen, während die untere Hälfte 120 ein Paar untere Halbflansche 140 aufweisen kann. Wenn sie benachbart zueinander angeordnet sind, treffen die obere Hälfte 110 und die untere Hälfte 120 des Gehäuses 100 an einer Verbindung 125 zusammen. Eine Öffnung 150 verläuft an den Verbindungen 125 durch die Flansche 130, 140. Die obere Hälfte 110 und die untere Hälfte 120 sind über einen Bolzen 160 verbunden, der durch die Öffnungen 150 der Flansche 130, 140 verläuft.

Andere Verbindungsmittel können hierin verwendet werden.

[0011] Das Wärmeverhalten der Verbindungen 125 des Gehäuses 100 kann durch den Zusatz eines Kühlkörpers 170 verbessert werden, der an den Verbindungen 125 angeordnet ist. Das heisst, der Kühlkörper 170 kann ein parametriertes geometrisches Merkmal sein. Der Kühlkörper 170 kann in Parametern wie Höhe, Breite, Länge, Anstieg, Konizität, Schärfe, Dicke, Wölbung, Form usw. variieren.

[0012] In diesem Beispiel können die Kühlkörper 170 jeder eine obere Rippe 180 aufweisen, die auf der oberen Hälfte 110 des Gehäuses 100 dem oberen Halbflansch 130 gegenüber angeordnet ist, und eine untere Rippe 190, die auf der unteren Hälfte 120 dem unteren Halbflansch 140 gegenüber angeordnet ist. Die Rippen 180, 190 können etwas in das Gehäuse 110 hinein verlaufen. Die Rippen 180, 190 können in Kontakt sein oder um einen vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sein. Die Trennung der Rippen 180, 190 kann die Möglichkeit der gegenseitigen Verbindung oder Spannungsbelastung der Rippen 180, 190 während der Wärmeausdehnung oder auf sonstige Weise verringern. Die Rippen 180, 190 können aus dem gleichen Material bestehen wie das Turbinengehäuse 100 oder aus einem anderen Material sein.

Die Rippen 180, 190 können geschweisst, gegossen oder mechanisch oder auf sonstige Weise am Gehäuse 100 befestigt sein. Die Rippen 180, 190 dienen dazu, die Fläche an den Verbindungen 125 zu vergrössern, um die Wärmeübertragung durch Vergrösserung der Wirkfläche zu verbessern. Die Rippen 180, 190 können jede gewünschte Form annehmen.

[0013] Die Verwendung der Rippen 180, 190 kann die"Unrundheit" des Gehäuses 100 mindestens einen Teil der Anfahrzeit lang reduzieren. Das heisst, die "Unrundheit" ist die durchschnittliche radiale Abweichung abzüglich der minimalen radialen Abweichung der Hälften 110, 120 des Gehäuses 100. Obwohl die Rippen 180, 190 die "Unrundheit" einen Teil der Anfahrzeit lang reduzieren können, können die Rippen 180, 190 die bleibende "Unrundheit" aber leicht erhöhen. Die Rippen 180, 190 reduzieren die"Unrundheit" auch während des Abkühlens. Das Temperaturgefalle und die"Unrundheit", denen das Gehäuse 100 ausgesetzt wird, können durch die Grösse der Rippen 190 und des Kühlkörpers 170 ausgeglichen werden. Grössere Temperaturgefalle können einen grösseren Kühlkörper 170 erfordern, weshalb verschiedene Grössen des Kühlkörpers 170 verwendet werden können.

[0014] Fig. 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Turbinengehäuses 200, wie hierin beschrieben. Wie oben beschrieben, kann das Turbinengehäuse 200 eine obere Hälfte 210 und eine untere Hälfte 220 aufweisen. Auch andere Konfigurationen können hierin verwendet werden. Weil die obere Hälfte 210 und die untere Hälfte 220 im Wesentlichen gleich sind, wird nur die obere Hälfte 210 gezeigt. Jedes Ende der oberen Hälfte 210 und der unteren Hälfte 220 ist an einer Verbindung 225 miteinander verbunden. Die Hälften 210, 220 an den Verbindungen 225 können ein Paar oberer Halbflansche 230 und ein Paar unterer Halbflansche 240 umfassen. Die Flansche 230, 240 weisen eine Anzahl von Öffnungen 250 auf, die darin angeordnet sind.

Die Hälften 210, 220 des Gehäuses 200 können wie oben beschrieben über die Bolzen 160, die durch die Öffnungen 250 verlaufen, oder durch Verbindungsmittel anderer Art verbunden sein.

[0015] Die Hälften 210, 220 des Gehäuses 200 können eine Anzahl von Schlitzen 260 umfassen, die darin angeordnet sind. Die Schlitze 260 können einen Mantel, ein Blatt, eine Schaufel oder andere Strukturen aufnehmen, wie erwünscht. Die Hälften 210, 220 des Gehäuses 200 können auch eine Anzahl von Hohlräumen 260 umfassen, die darin angeordnet sind. Diese Hohlräume 265 können die Form einer Aussparung entlang einer Aussenkante des Gehäuses 200 annehmen, oder die Hohlräume 2 65 können im Inneren angeordnet sein, wie erwünscht.

[0016] Die Hälften 210, 220 des Gehäuses 200 können auch einen oder mehrere Kühlkörper 270 umfassen, die an den Hohlräumen 265 benachbart zur Verbindung 225 angeordnet sind. Die Kühlkörper 270 können die Form eines Satzes oberer Rippen 280 annehmen, der an der oberen Hälfte 210 des Turbinengehäuses 200 angeordnet ist, und/oder eines Satzes unterer Rippen 290, der an der unteren Hälfte 220 des Gehäuses 200 angeordnet ist. Die Rippen 280, 290 können benachbart zu den Flanschen 230, 240 der Verbindungen 225 angeordnet sein. Wie gezeigt, kann die Grösse der Rippen 280, 290 variieren, mit einer Fläche, die benachbart zu den Verbindungen 225 grösser ist und dann mit zunehmender Entfernung von den Verbindungen 225 abnimmt. Alternativ dazu können die Rippen 280, 290 eine im Wesentlichen einheitliche Form haben. Jede Zahl von Rippen 280, 290 kann verwendet werden.

Jede Form der Rippen 280, 290 kann verwendet werden. Wie oben beschrieben, können die Kühlkörper 270 als Ganzes jede gewünschte Form annehmen.

[0017] Die Verwendung der Kühlkörper 170, 270 lässt daher mehr Wärme in oder aus dem kälteren oder wärmeren Bereich an den Verbindungen 125, 225 zu und verbessert dadurch das Wärmeverhalten der Verbindungen 125, 225 in Bezug auf den Rest des Gehäuses 100, 200. Als Ergebnis kann aufgrund der einheitlicheren Zwischenräume um das Gehäuse 100, 200 eine erhöhte Gasturbinen- und/oder Verdichter/Turbinen-Leistung bereitgestellt werden. Die Verringerung der "Unrundheit" kann auch weniger Reibung und Reparaturkosten an Verdichterschaufeln oder anderen Komponenten bedeuten.

[0018] Fig. 4-6 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Turbinengehäuses 300, wie hierin beschrieben. Wie oben beschrieben, kann das Turbinengehäuse 300 eine obere Hälfte 310 und eine untere Hälfte 320 aufweisen. Andere Konfigurationen können hierin verwendet werden. Weil die obere Hälfte 310 und die untere Hälfte 320 im Wesentlichen gleich sind, wird nur eine der Hälften 310, 320 gezeigt. Jedes Ende der oberen Hälfte 310 und der unteren Hälfte 320 ist an einer Verbindung 325 miteinander verbunden. Die Hälften 310, 320 des Gehäuses 300 können eine Anzahl von Kammern wie z. B. eine Entlüftungskammer 330 oder andere Arten von erhöhten Merkmalen einschliessen, die darin angeordnet sind.

[0019] Die Hälften 310, 320 des Gehäuses 300 können auch einen oder mehrere Hilfsflansche 340 daran aufweisen. Der Hilfsflansch 340 kann in Form einer erhöhten Rippe sein, die auf einer Aussenseite 345 des Gehäuses 300 axial von einem ersten Ende 350 zu einem zweiten Ende 360 verläuft. Die Höhe des Hilfsflanschs 340 kann vom ersten Ende 350 zum zweiten Ende 360 variieren. Der Hilfsflansch 340 kann an die Steifigkeit und Wärmemasse angepasst sein, die an den Verbindungen 325 vorzufinden ist. Andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.

[0020] Die Hälften 310, 320 des Gehäuses 300 können auch einen oder mehrere Kühlkörper 370 aufweisen, die an der Kammer 330 und am Hilfsflansch 340 angeordnet sind. Die Kühlkörper 370 verlaufen im Inneren der Hälften 310, 320 auf einer Innenseite 375 des Gehäuses 300 benachbart zum Hilfsflansch 340. Die Kühlkörper 370 können die Form eines Satzes Rippen 380 annehmen. Die Rippen 380 können eine im Wesentlichen einheitliche Form haben, oder die Grösse jeder Rippe 380 kann variieren. Jede Zahl von Rippen 380 kann verwendet werden. Auch jede Form der Rippen 380 kann verwendet werden. Wie oben beschrieben, können die Kühlkörper 370 als Ganzes jede gewünschte Form annehmen.

[0021] Ähnlich wie bei den Kühlkörpern 170, 270 an den Verbindungen 125, 225 lässt die Verwendung der Kühlkörper 370 mehr Wärme in oder aus dem kälteren oder wärmeren Bereich am Hilfsflansch 340 zu und verbessert dadurch das Wärmeverhalten des Hilfsflanschs 340 in Bezug auf den Rest des Gehäuses 300. Als Ergebnis kann aufgrund der besseren und einheitlicheren Zwischenräume um das Gehäuse 300 eine erhöhte Gasturbinen- und/oder Verdichter/Turbinen-Leistung bereitgestellt werden. Die Kühlkörper 370 können allein oder in Verbindung mit den oben beschriebenen Kühlkörpern 170, 270 verwendet werden.

[0022] Es ist zu ersehen, dass das Obige sich nur auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung bezieht und dass von einem Fachmann zahlreiche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.

Claims

1. Turbinengehäuse (300), umfassend: eine Aussenseite (345);

wobei die Aussenseite (345) einen Hilfsflansch (340) aufweist; und

eine Innenseite (375);

wobei die Innenseite (375) einen Kühlkörper (370) aufweist, der benachbart zum Hilfsflansch (340) angeordnet ist.

2. Turbinengehäuse (300) nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper (370) eine oder mehrere Rippe(n) (380) aufweist.

3. Turbinengehäuse (300) nach Anspruch 2, wobei die Rippe (n) (380) getrennt ist (sind).

4. Turbinengehäuse (300) nach Anspruch 2, wobei die Rippe (n) (380) in Kontakt ist (sind).

5. Turbinengehäuse (300) nach Anspruch 2, wobei die Rippe (n) (380) eine einheitliche Form aufweist (aufweisen).

6. Turbinengehäuse (300) nach Anspruch 2, wobei die Rippe (n) (380) eine Vielzahl von Formen aufweist (aufweisen).

7. Turbinengehäuse (300) nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper (370) in das Gehäuse (380) vorspringt.

8. Turbinengehäuse (300) nach Anspruch 1, wobei das Turbinengehäuse (300) eine Vielzahl von Abschnitten (110, 120) aufweist, die an einer Vielzahl von Verbindungen (125) zusammentreffen, und wobei eine oder mehrere von der Vielzahl von Verbindungen (125) einen Verbindungskühlkörper (170) aufweisen.

9. Turbinengehäuse (300), umfassend:

eine Vielzahl von Abschnitten (110, 120);

wobei die Vielzahl von Abschnitten (110, 120) eine Vielzahl von Flanschverbindungen (125) aufweist;

wobei jeder von der Vielzahl von Abschnitten (110, 120) eine Aussenseite (345) aufweist;

einen Hilfsflansch (340), der auf der Aussenseite (345) eines oder mehrerer von der Vielzahl von Abschnitten (120, 130) angeordnet ist; und

wobei jeder von der Vielzahl von Abschnitten (110, 120) eine Innenseite (345) aufweist;

einen Hilfsflansch-Kühlkörper (370), der am Hilfsflansch (340) auf der Innenseite (375) eines oder mehrerer von der Vielzahl von Abschnitten (110, 120) angeordnet ist.

10. Verfahren zur Stabilisierung eines Turbinengehäuses (300), das eine Anzahl von Abschnitten (110, 120) aufweist, durch einen oder mehrere Hilfsflansche (340), die daran angeordnet sind, umfassend:

das Bestimmen der durchschnittlichen radialen Ablenkung jedes Abschnitts (110, 120);

das Subtrahieren der minimalen radialen Ablenkung jedes Abschnitts (110, 120); und

das Addieren eines Kühlkörpers (370) zu einem oder mehreren der Hilfsflansche (340), um die durchschnittliche radiale Abweichung jedes Abschnitts (110, 120) zu reduzieren .