CH699864A1

CH699864A1 - Steam turbine.

Info

Publication number: CH699864A1
Application number: CH01720/08A
Authority: CH
Inventors: Richard Brendon Dr Scarlin; Roger Sidney Padfield; Helen Elizabeth Parker; Robert Clive Jupp; Ian Michael Vale; Martin Dr Reigl; Maurus Herzog; Rolf Doebler
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-14
Also published as: JP5570182B2; CN101725380A; JP2010106840A; DE102009050635A1; US20100119359A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfturbine mit einer Betriebstemperatur von mehr als 650°C, welche Dampfturbine ein thermisch hoch belastetes, zumindest teilweise aus einer Nickelbasislegierung giesstechnisch hergestelltes Gehäuse (G) umfasst. Bei einer solchen Dampfturbine wird eine Vereinfachung der Herstellung dadurch erreicht, dass das Gehäuse (G) in eine Mehrzahl von kleineren Gehäuseteilen (G1, …, G4; G21, G22, G31, G32) unterteilt ist, welche miteinander verbunden sind und zusammen das Gehäuse (G) bilden.The invention relates to a steam turbine with an operating temperature of more than 650 ° C, which steam turbine comprises a thermally highly loaded, at least partially made of a nickel-based alloy casting technology housing (G). In such a steam turbine, simplification of manufacture is achieved by dividing the housing (G) into a plurality of smaller housing parts (G1, ..., G4; G21, G22, G31, G32) which are interconnected and together form the housing (G) form.

Description

       

  TECHNISCHES GEBIET

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Dampfturbinen. Sie betrifft eine Dampfturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

  

[0002]    Grosse Dampfkraftwerke im Leistungsbereich von etwa 1000 MW haben Dampfturbogruppen, die unterteilt sind in Hochdruckturbinen, Mitteldruckturbinen und Niederdruckturbinen (siehe z.B. den Artikel von L Busse et al., "World's highest capacity steam turbosets forthe lignite-fired Lippendorf power Station", ABB Review 6/1997, Seiten 13-22 (1997)). Die Abbildung 4 in dem genannten Artikel zeigt die tangentiale Zuführung des zwischenüberhitzten Dampfes zur Mitteldruck-Dampfturbine von zwei entgegengesetzten Seiten über entsprechende Ventileinheiten, die jeweils ein Stoppventil und ein Abfangventil umfassen.

  

[0003]    Gegenwärtig hat eine Mitteldruck-Dampfturbine dieser Grössenordnung auf jeder Seite der Turbine eine Ventileinheit, wie sie in Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung wiedergegeben ist. Die Mitteldruck-Dampfturbine 10 der Fig. 1, die in Blickrichtung parallel zur Achse 16 der Maschine dargestellt ist, hat ein Aussengehäuse 11 und eine Innengehäuse 12, die beide konzentrisch zur Achse 16 ausgebildet sind. Das Innengehäuse 12 umschliesst den (nicht sichtbaren) drehbar gelagerten Rotor mit der zugehörigen Beschaufelung. Der zwischenüberhitzte Dampf strömt von zwei gegenüberliegenden Seiten über Dampfeinlässe 13, 14 tangential in einen spiralförmig geformten Einlassbereich in das Innengehäuse 12 ein, wird dort in eine axiale Richtung umgelenkt, beaufschlagt die Beschaufelung des Rotors und tritt durch den Dampfauslass 15 wieder aus.

   Der Zustrom des Dampfes, der über zwei Dampfzuleitungen 17, 18 erfolgt, wird durch zwei Ventileinheiten VE1 und VE2 beeinflusst. Vergleichbare Ventileinheiten sind beispielsweise aus der Druckschrift WO-A1 -03/093653 bekannt.

  

[0004]    Die Ventileinheiten VE1 und VE2 aus Fig. 1bestehen im Wesentlichen aus einem Stoppventil-Teil V11 bzw. V21 und einem Steuerventil-Teil V12 bzw. V22, die jeweils durch (hydraulische) Antriebe betätigbar sind. Die Ventile V11, .., V22 haben innerhalb der Ventileinheit - wie dies auch in Fig. 2der WO-A1 -03/093653 zu erkennen ist - eine annähernd kugelförmige Gestalt. Für grosse Dampfkraftwerke (ca. 1100 MW) wiegt der kugelförmige Stoppventil-Teil V11 bzw. V21 typischerweise 39 Tonnen (bei einem Durchmesser von 1100 mm) und der kugelförmige Steuerventil-Teil V12 bzw. V22 typischerweise 28 Tonnen (bei einem Durchmesser von 815 mm). Wird das zugehörige Gehäuse in herkömmlicher Weise als einteiliges Gussstück hergestellt, hat dieses ein Gewicht von > 60 Tonnen.

  

[0005]    Für Dampfturbinen mit einer Betriebstemperatur von > 650 [deg.]C muss das dem vollen Dampfdruck ausgesetzte Gehäuse der Ventileinheit aus einer Nickelbasislegierung hergestellt werden. Dies hat jedoch folgende Nachteile:
Die Kosten pro Kilogramm des Werkstoffs sind sehr hoch. 
Es ist grundsätzlich bei Nickelbasislegierungen schwierig, die inneren Oberflächen der Werkstücke zu bearbeiten. Dies gilt insbesondere bei sehr grossen Werkstücken.
Es ist problematisch, Hersteller für das Giessen derart grosser Werkstücke aus Nickelbasislegierungen zu finden.
Aufgrund der Grösse der Gussstücke tritt während des Giessens eine Segregation einzelner Elemente auf, die zu fehlerhaften Bereichen mit ungleichmässiger Zusammensetzung im Werkstück führt. Das Ausmass der Segregation hängt dabei von der Grösse des Werkstücks ab.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

  

[0006]    Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Nachteile herkömmlicher Lösungen vermeidet und sich insbesondere durch eine Verringerung der Grösse der aus einer Nickelbasislegierung zu giessenden Komponenten auszeichnet.

  

[0007]    Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Punkt der vorgeschlagenen Lösung bezieht sich auf die Unterteilung einer benötigten grossen Komponente aus einer Nickelbasislegierung in mehrere kleinere Teilkomponenten, die als separate Gussteile hergestellt und anschliessend miteinander verbunden werden. Dieses Vorgehen ist vor allem wichtig und vorteilhaft für sehr grosse Turbinen mit einer Ausgangsleistung von z.B. > 500 MW. Das vorgeschlagene Vorgehen (mehr Teilkomponenten, aber jede dafür kleiner in den Abmessungen bzw. im Gewicht) lässt sich bei Dampfturbinen im Rahmen der Erfindung nicht nur auf die an einer Dampfturbine angeordneten Ventileinheiten und deren Gehäuse anwenden, sondern auch auf das Innengehäuse der Dampfturbine selbst.

  

[0008]    Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest einige der Gehäuseteile zur Bildung des Gehäuses miteinander verschweisst. Für Nickelbasislegierungen ergibt sich an der Schweissnaht - verglichen mit Stahl nur eine geringfügige Reduktion der Kriechfestigkeit bei Belastung durch einen hohen Innendruck, so dass eine grosse mechanische Festigkeit des geschweissten Körpers gesichert ist. Vorzugsweise sind dabei die Gehäuseteile in senkrecht und/oder parallel zur Strömungsrichtung des Dampfes orientierten Ebenen miteinander verschweisst.

  

[0009]    Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine eine Mitteldruck-Dampfturbine ist, und dass das aus einer Mehrzahl von kleineren Gehäuseteilen bestehende Gehäuse das Innengehäuse der Mitteldruck-Dampfturbine ist. Insbesondere ist das Innengehäuse entlang einer parallel zur Achse der Dampfturbine liegenden Trennebene in mindestens zwei Teilschalen unterteilt. Zur mechanischen Verstärkung des Innengehäuses können dabei zusätzlich Verstärkungselemente, insbesondere in axialer Richtung verteilt angeordnet Schrumpfringe, vorgesehen sein, welche das Innengehäuse fest umschliessen.

  

[0010]    Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dampfturbine eine Mitteldruck-Dampfturbine ist, dass zur Steuerung der Dampfzufuhr zu der Mitteldruck-Dampfturbine wenigstens eine Ventileinheit an einem Dampfeinlass der Mitteldruck-Dampfturbine angeordnet ist, und dass das in eine Mehrzahl von kleineren Gehäuseteilen unterteilte Gehäuse das Gehäuse der wenigstens einen Ventileinheit ist.

  

[0011]    Vorzugsweise sind an der Mitteldruck-Dampfturbine zwei einander gegenüberliegende Dampfeinlässe vorgesehen, wobei jedem der Dampfeinlässe eine Ventileinheit zugeordnet ist, und wobei die Gehäuse beider Ventileinheiten jeweils in eine Mehrzahl von kleineren Gehäuseteilen unterteilt sind.

  

[0012]    Gemäss einer Weiterbildung der Ausgestaltung umfasst jede Ventileinheit in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet ein erstes Ventil und ein zweites Ventil, die gemeinsam in dem Gehäuse untergebracht sind, wobei das erste Ventil als Stoppventil und das zweite Ventil als Steuerventil ausgebildet sind.

  

[0013]    Insbesondere weist das Gehäuse jeder Ventileinheit für das erste und zweite Ventil jeweils ein im wesentlichen kugelförmiges Gehäuseteil auf, wobei die kugelförmigen Gehäuseteile jeweils in eine Anzahl Teilschalen unterteilt sind, die jeweils mittels wenigstens einer in Strömungsrichtung verlaufenden Schweissnaht miteinander verbunden sind.

  

[0014]    Weiterhin weist das Gehäuse jeder Ventileinheit eine zum ersten Ventil führende Dampfzuleitung auf, und die Dampfzuleitung ist jeweils als einstückiges Gehäuseteil ausgebildet und mit dem Gehäuseteil des ersten Ventils durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schweissnaht verbunden.

  

[0015]    Weiterhin weist das Gehäuse jeder Ventileinheit eine vom zweiten Ventil abgehende Anschlussleitung auf, und die Anschlussleitung ist jeweils als einstückiges Gehäuseteil ausgebildet und mit dem Gehäuseteil des zweiten Ventils durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Schweissnaht verbunden.

  

[0016]    Um trotz der Reduktion im Material eine hohe mechanische Festigkeit zu erreichen, können zur mechanischen Verstärkung des Gehäuses Verstärkungselemente, insbesondere in Form von Schrumpfringen, vorgesehen werden, welche das Gehäuse an verschiedenen Stellen, insbesondere im Bereich der kugelförmigen Gehäuseteile, fest umschliessen.

  

[0017]    Es ist zur Reduktion des Anteils an Nickelbasislegierung aber auch denkbar, gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung das Gehäuse jeder Ventileinheit als inneren Teil einer doppelwandigen Gehäusekonstruktion auszubilden, wobei der innere Teil aus eine Nickelbasislegierung und der äussere Teil aus einem Stahl besteht.

  

[0018]    Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine eine Mitteldruck-Dampfturbine ist, dass zur Steuerung der Dampfzufuhr zu der Mitteldruck-Dampfturbine wenigstens eine Ventileinheit an der Mitteldruck-Dampfturbine angeordnet ist, und dass die Ventileinheit wenigstens zwei gleichartige, parallel arbeitende Ventile umfasst. Durch die Aufteilung eines Ventils in zwei parallel Ventile können die Ventile kleiner ausgelegt werden, was zu einer entsprechenden Reduktion in der Grösse der zugehörigen Gussteile führt. Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Ventile als Steuerventile ausgebildet, denen der Dampf getrennt zugeführt und hinter denen der Dampf zusammengeführt wird.

  

[0019]    Die wenigstens zwei Ventile können aber auch als Stoppventile ausgebildet sein, denen der Dampf getrennt zugeführt wird, wobei in Strömungsrichtung hinter den beiden Stoppventilen ein als Steuerventil ausgebildetes drittes Ventil angeordnet ist, an dem der Dampf aus den beiden Stoppventilen zusammengeführt wird.

  

[0020]    Die beiden Stoppventile sind vorzugsweise mit dem einen Steuerventil über Verbindungsleitungen verbunden, und das Steuerventil ist mit der Dampfturbine über eine Anschlussleitung verbunden, und die Verbindungsleitungen sind zu der Anschlussleitung senkrecht orientiert.

  

[0021]    Alternativ können die Verbindungsleitungen mit der Anschlussleitung aber auch eine Konfiguration in Form eines "Y" bilden.

  

[0022]    Eine andere Alternative besteht darin, dass die Verbindungsleitungen mit der Anschlussleitung eine gabelförmige Konfiguration bilden.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

  

[0023]    Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>in einer teilweisen Schnittansicht quer zur Maschinenachse eine grosse Mitteldruck-Dampfturbine mit zweiseitiger Dampfeinspeisung und zugehörigen Ventileinheiten zur Steuerung der Dampfzufuhr, wie sie zur Verwirklichung der Erfindung geeignet ist;


  <tb>Fig. 2<sep>in einer perspektivischen Darstellung das in Teilelemente unterteilte Gehäuse einer Ventileinheit aus Fig. 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;


  <tb>Fig. 3<sep>in einer perspektivischen Darstellung das in Teilelemente unterteilte und mit zusätzlichen Schrumpfringen verstärkte Gehäuse einer Ventileinheit aus Fig. 1gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;


  <tb>Fig. 4<sep>in einer stark vereinfachten Darstellung die Aufteilung des Stoppventils einer Ventileinheit gemäss Fig. 1 in zwei kleinere, parallel arbeitende Stoppventile gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;


  <tb>Fig. 5<sep>in einer zu Fig. 4 vergleichbaren Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Dampfleitungen bzw. -röhre in einer "Y"-Konfiguration angeordnet sind;


  <tb>Fig. 6<sep>in einer zu Fig. 4 vergleichbaren Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Dampfleitungen


  <tb><sep>bzw. -röhre in einer gabelförmigen Konfiguration angeordnet sind und


  <tb>Fig. 7<sep>in einer perspektivischen Darstellung das in Teilelemente unterteilte Innengehäuse einer Dampfturbine nach Fig. 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

  

[0024]    In Fig. 2 ist in einer perspektivischen Darstellung das in Teilelemente unterteilte Gehäuse G einer Ventileinheit (VE1) aus Fig. 1 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Gehäuse G ist im Beispiel in Strömungsrichtung des Dampfes, der durch eine Dampfzuleitung 17 eintritt und durch eine Anschlussleitung 19 austritt, in vier Gehäuseteile G1, G2, G3 und G4 unterteilt. Das Gehäuseteil G1 ist die Anschlussleitung 19 mit einem Anschlussflansch 19. Das Gehäuseteil G4 ist die Dampfzuleitung 17. Die beiden Gehäuseteile G2 und G3 sind im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet und sind Teil der beiden Ventile V11 und V12 (Fig. 1), nämlich eines Stoppventils und eines Steuerventils. Die beiden Gehäuseteile G2 und G3 bestehen ihrerseits aus zwei Halbschalen, nämlich der oberen Halbschale G22 bzw. G32 und der unteren Halbschale G21 bzw. G31.

  

[0025]    Damit die Ventileinheit VE1 die inneren Drücke des durchströmenden Dampfes aushält, sind die Halbschalen G21, G22 und G31, G32 durch parallel zur Strömungsrichtung verlaufende (longitudinale) Schweissnähte S2 und S4 miteinander verbunden. Die Gehäuseteile G1, .., G4 sind ihrerseits durch im Umfangsrichtung verlaufende Schweissnähte S1, S3 und S5 verbunden.

  

[0026]    Um die longitudinal verschweissten, kugelförmigen Gehäuseteile G2 und G3 mechanisch zu verstärken, können an den Rohrstutzen dieser Gehäuseteile zusätzlich äussere Verstärkungselemente, insbesondere gemäss Fig. 3Schrumpfringe 20, 21 vorgesehen bzw. aufgeschrumpft werden. Alternativ oder zusätzlich zu den Schrumpf ringen 20, 21 können zur Verstärkung aber auch axial verschraubte Flansche eingesetzt werden. Obgleich in Fig. 3 nur jeweils 1 Schrumpfring 20 bzw. 21 am Rohrstutzen für den Ventilantrieb aufgeschrumpft ist, können weitere Schrumpfringe zwischen den beiden kugelförmigen Gehäuseteilen G2 und G3 der Ventile und zwischen dem Gehäuseteil G2 und dem Anschlussflansch 19 vorgesehen werden.

   Diese weiteren Schrumpfringe müssen in axialer Richtung bewegt werden, um das longitudinale Schweissen (Schweissnähte S2, S4) zu ermöglichen, und werden dann erhitzt und an ihren endgültigen Platz verschoben.

  

[0027]    Es wäre von Vorteil, wenn die Schrumpfringe 20, 21 einen im Vergleich zum Gehäuse G grösseren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hätten (z.B. Ringe aus austenitischem Stahl für ein Gehäuse aus einer Nickelbasislegierung). Alternativ dazu könnten die Ringe aber auch aus Ringsegmenten zusammengesetzt sein, die nacheinander montierbar sind, wie dies beispielsweise in der Druckschrift DE-A1-19 758 160 beschrieben und offenbart ist.

  

[0028]    Um das Gewicht der einzelnen Gussstücke bzw. Gehäuseteile aus Nickelbasislegierung noch weiter zu reduzieren, ist es von Vorteil, kältere Abschnitte dieser Teile aus einem billigeren Stahl mit ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Nickelbasislegierung herzustellen, wie z.B. aus einem 1-2 % CrMoV-Gussstahl. Dei ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sorgen dafür, dass es während des Schweissens und im Betrieb weniger Spannungen im Bauteil gibt.

  

[0029]    Weitere Verbesserungen lassen sich erzielen, wenn die Ventileinheiten doppelwandig ausgebildet werden. In diesem Fall wird nur der innere Teil aus einer Nickelbasislegierung mit longitudinalen Schweissnähten ausgeführt und ggf. mit Schrumpf ringen zusätzlich verstärkt. Der äussere Teil wird aus Stahl hergestellt und ggf. durch Flansche und/oder longitudinale Schweissnähte und/oder Schrumpfringe verstärkt. Im Zwischenraum zwischen den Wänden würde dann ein Medium zirkulieren, um die hohen Temperaturen auf den inneren Teil zu beschränken und die Wärmeleitung zum äusseren Teil zu reduzieren. Die von diesem Medium aufgenommene Wärme könnte dann dazu benutzt werden, die Effizienz des Dampf-Kreisprozesses zu verbessern.

  

[0030]    Der Zwischenraum zwischen innerem und äusserem Teil kann insbesondere mit Kühldampf gefüllt sein, wobei der Druck des Kühldampfes grösser oder kleiner als der Dampfdruck im Inneren des inneren Teils sein kann. Eine andere Variante entleert den Zwischenraum beispielsweise durch eine Verbindung des äusseren Teils mit dem Kondensator über eine Rohrleitung, wodurch nahezu Vakuum im Zwischenraum erzeugt wird. Dieses Vakuum wirkt als thermische Isolierung zwischen innerem und äusserem Teil und führt zu einer niedrigeren Temperatur im äusseren Teil. Dieser Isolierungseffekt kann verstärkt werden, indem die Innenwand des äusseren Teils mit einer hoch-reflektierenden Oberfläche versehen wird, z.B. durch eine Beschichtung, da dadurch der Wärmeübertrag durch Strahlung reduziert wird.

  

[0031]    Eine Verkleinerung der einzelnen Teilkomponenten lässt sich aber auch durch eine "funktionelle" Zerlegung erreichen, indem beispielsweise anstelle eines grösseren Ventils mit einem grossen kugelförmigen Gehäuseteil in einer Ventileinheit der Dampfturbine zwei oder mehr parallel arbeitende kleinere Ventile mit kleineren kugelförmigen Gehäuseteilen eingesetzt werden. Der Dampf für die Dampfturbine würde dann den zwei oder mehr kleineren Ventilen separat zugeführt und hinter den Ventilen (z.B. mittels eines "Y"-förmigen Rohrstücks) zusammengeführt und an einer Stelle in die Dampfturbine eingespeist. Derartige Ventilaufteilungen können auf beiden Seiten der Dampfturbine vorgenommen werden, wenn die Einspeisung auf gegenüberliegenden Seiten erfolgt.

  

[0032]    Auch bei einer Konfiguration der Ventileinheiten gemäss Fig. 1-3kann eine solche "funktionelle" Aufteilung oder Zerlegung mit Vorteil eingesetzt werden: Da der kugelförmige Gehäuseteil G3 des Stoppventils V11 bzw. V21 deutlich grösser ist als der kugelförmige Gehäuseteil G2 des Steuerventils V12 bzw. V22, ist es von Vorteil, das Stoppventil in beiden Ventileinheiten VE1 und VE2 durch zwei oder mehr kleinere, parallel arbeitende Stoppventile zu ersetzen, deren Dampf dann im stromabwärts liegenden (einzigen) Steuerventil zusammengeführt und von dort in die Dampfturbine eingespeist wird.

  

[0033]    In den Fig. 4, 5 und 6sind zu dieser Aufteilung drei verschiedene Möglichkeiten der Konfiguration dargestellt: In Fig. 4 umfasst die Ventileinheit VE3 ein Steuerventil V1 mit dem Antrieb A1 und zwei Stoppventile V2 und V3 mit den Antrieben A2 und A3. Der Dampf wird den Stoppventilen V2, V3 durch senkrecht zur Zeichenebene von unten kommende Dampfzuleitungen 22, 23 zugeführt. Die Stoppventile V2, V3 sind mit dem (einzigen) Steuerventil V1 über zwei Verbindungsleitungen 24, 25 verbunden. Das Steuerventil V1 speist den zusammengeführten Dampf über eine Anschlussleitung 19 mit Anschlussflansch 19 in die (nicht gezeigte) Dampfturbine ein. Die Verbindungsleitungen 24 und 25 sind dabei senkrecht zur Anschlussleitung 19 ausgerichtet.

  

[0034]    In einer alternativen Konfiguration (Fig. 5) bilden die Verbindungsleitungen 24 und 25 und die Anschlussleitung 19 der Ventileinheit VE4 eine Konfiguration in Form eines "Y". In einer weiteren alternativen Konfiguration (Fig. 6) bilden die Verbindungsleitungen 24 und 25 und die Anschlussleitung 19 der Ventileinheit VE5 eine gabelförmige Konfiguration. In allen drei Fällen kann wegen der Zusammenführung der Dampfströme im Steuerventil V1 auf "Y"-förmige Rohrstücke verzichtet werden.

  

[0035]    Wird das Prinzip der Erfindung auf das Innengehäuse 12 der Dampfturbine 10 (Fig. 1) angewandt, können gemäss Fig. 7die Teilschalen TS1, TS2 des wegen der Zugänglichkeit in einer ersten Trennebene T1 unterteilten Innengehäuses 12 in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung, z.B. entlang einer senkrecht zur Achse verlaufenden Trennebene T2, weiter unterteilt werden (Gehäuseteile G7, G8 in Fig. 7), um Grösse und Gewicht der einzelnen Gussstücke zu verringern. Auch hier lässt sich mit zusätzlichen Schrumpfringen, welche das Innengehäuse 12 aussen umschliessen, eine erhöhte mechanische Festigkeit erreichen.

BEZUGSZEICHENLISTE

  

[0036]    
<tb>10<sep>Mitteldruck-Dampfturbine


  <tb>11<sep>Aussengehäuse


  <tb>12<sep>Innengehäuse


  <tb>13, 14<sep>Dampfeinlass


  <tb>15<sep>Dampfauslass


  <tb>16<sep>Achse


  <tb>17, 18<sep>Dampfzuleitung


  <tb>19<sep>Anschlussleitung


  <tb>19<sep>Anschlussflansch


  <tb>20, 21<sep>Schrumpfring


  <tb>G<sep>Gehäuse (Ventileinheit)


  <tb>G1, G2, G3, G4<sep>Gehäuseteil


  <tb>G5, G6, G7, G8<sep>Gehäuseteil


  <tb>G21, G22<sep>Teilschale


  <tb>G31, G32<sep>Teilschale


  <tb>S1, .., S5<sep>Schweissnaht


  <tb>T1, T2<sep>Trennebene


  <tb>TS1, TS2<sep>Teilschale


  <tb>VE1, .., VE5<sep>Ventileinheit


  <tb>V1, V2, V3<sep>Ventil


  <tb>V11, V12<sep>Ventil


  <tb>V21, V22<sep>Ventil


  <tb>22, 23<sep>Dampfzuleitung


  <tb>24, 24, 24<sep>Verbindungsleitung


  <tb>25, 25, 25<sep>Verbindungsleitung



  TECHNICAL AREA

  

The present invention relates to the field of steam turbines. It relates to a steam turbine according to the preamble of claim 1.

STATE OF THE ART

  

Large steam power plants in the power range of about 1000 MW have steam turbine groups, which are divided into high pressure turbines, medium pressure turbines and low pressure turbines (see, for example, the article by L Busse et al., "World's highest capacity steam turbosets forthe lignite-fired Lippendorf power station", ABB Review 6/1997, pp. 13-22 (1997)). Figure 4 in said article shows the tangential delivery of superheated steam to the medium pressure steam turbine from two opposite sides via respective valve units, each comprising a stop valve and an intercept valve.

  

At present, a medium-pressure steam turbine of this size on each side of the turbine has a valve unit, as shown in Fig. 1 of the present application. The medium-pressure steam turbine 10 of FIG. 1, which is shown in the direction of view parallel to the axis 16 of the machine, has an outer housing 11 and an inner housing 12, which are both formed concentrically to the axis 16. The inner housing 12 encloses the (not visible) rotatably mounted rotor with the associated blading. The reheated steam flows tangentially from two opposite sides via steam inlets 13, 14 into a spirally shaped inlet region into the inner casing 12 where it is deflected in an axial direction, impinges on the blading of the rotor and exits through the steam outlet 15 again.

   The flow of steam through two steam supply lines 17, 18 is influenced by two valve units VE1 and VE2. Comparable valve units are known, for example, from document WO-A1-03 / 093653.

  

The valve units VE1 and VE2 of Fig. 1 consist essentially of a stop valve part V11 and V21 and a control valve part V12 and V22, which are actuated by (hydraulic) drives, respectively. The valves V11, .., V22 have within the valve unit - as can be seen in Fig. 2 of WO-A1-03 / 093653 - an approximately spherical shape. For large steam power plants (about 1100 MW), the spherical stop valve part V11 or V21 typically weighs 39 tons (with a diameter of 1100 mm) and the spherical control valve part V12 or V22 typically weighs 28 tons (with a diameter of 815 mm ). If the associated housing is conventionally manufactured as a one-piece casting, this has a weight of> 60 tons.

  

For steam turbines with an operating temperature of> 650 ° C, the full steam pressure exposed housing of the valve unit must be made of a nickel-based alloy. However, this has the following disadvantages:
The cost per kilogram of the material is very high.
It is fundamentally difficult for nickel-base alloys to work the internal surfaces of the workpieces. This is especially true for very large workpieces.
It is problematic to find manufacturers for casting such large workpieces of nickel-base alloys.
Due to the size of the castings, segregation of individual elements occurs during casting, resulting in defective areas of uneven composition in the workpiece. The extent of segregation depends on the size of the workpiece.

PRESENTATION OF THE INVENTION

  

It is therefore an object of the invention to provide a steam turbine of the type mentioned, which avoids the disadvantages of conventional solutions and is characterized in particular by a reduction in the size of the casting of a nickel-base alloy components.

  

The object is solved by the entirety of the features of claim 1. An essential point of the proposed solution relates to the division of a required large component of a nickel-based alloy into a plurality of smaller subcomponents, which are produced as separate castings and then joined together. This procedure is above all important and advantageous for very large turbines with an output power of e.g. > 500 MW. The proposed approach (more subcomponents, but each smaller in size or weight) can be applied to steam turbines in the invention not only to the arranged on a steam turbine valve units and their housing, but also to the inner casing of the steam turbine itself.

  

According to one embodiment of the invention, at least some of the housing parts are welded together to form the housing. For nickel-based alloys, only a small reduction in creep resistance under load due to a high internal pressure results at the weld seam compared with steel, so that a high mechanical strength of the welded body is ensured. Preferably, the housing parts are welded together in planes oriented perpendicularly and / or parallel to the flow direction of the vapor.

  

Another embodiment of the invention is characterized in that the steam turbine is a medium-pressure steam turbine, and that the housing consisting of a plurality of smaller housing parts is the inner casing of the medium-pressure steam turbine. In particular, the inner housing is subdivided into at least two partial shells along a dividing plane lying parallel to the axis of the steam turbine. For mechanical reinforcement of the inner housing can additionally reinforcing elements, in particular distributed in the axial direction arranged shrink rings, be provided which surround the inner housing firmly.

  

A further embodiment of the invention is characterized in that the steam turbine is a medium-pressure steam turbine that is arranged to control the steam supply to the medium-pressure steam turbine at least one valve unit to a steam inlet of the medium-pressure steam turbine, and that in a A plurality of smaller housing parts divided housing is the housing of the at least one valve unit.

  

Preferably, two opposing steam inlets are provided on the medium-pressure steam turbine, wherein each of the steam inlets is associated with a valve unit, and wherein the housing of both valve units are each divided into a plurality of smaller housing parts.

  

According to a development of the embodiment, each valve unit in the flow direction connected in series comprises a first valve and a second valve, which are housed together in the housing, wherein the first valve is designed as a stop valve and the second valve as a control valve.

  

In particular, the housing of each valve unit for the first and second valve each have a substantially spherical housing part, wherein the spherical housing parts are each subdivided into a number of partial shells, which are each connected to each other by means of at least one extending in the flow direction weld.

  

Furthermore, the housing of each valve unit has a steam inlet leading to the first valve, and the steam supply line is in each case formed as a one-piece housing part and connected to the housing part of the first valve by a weld seam extending in the circumferential direction.

  

Furthermore, the housing of each valve unit has an outgoing from the second valve connecting line, and the connecting line is in each case designed as a one-piece housing part and connected to the housing part of the second valve by a weld seam running in the circumferential direction.

  

In order to achieve a high mechanical strength despite the reduction in the material, reinforcing elements, in particular in the form of shrink rings, can be provided for mechanical reinforcement of the housing, which firmly enclose the housing at various points, in particular in the area of the spherical housing parts.

  

It is also conceivable to reduce the proportion of nickel-based alloy, according to another embodiment of the invention, the housing of each valve unit as an inner part of a double-walled housing construction form, the inner part of a nickel-based alloy and the outer part consists of a steel.

  

A further embodiment of the invention is characterized in that the steam turbine is a medium-pressure steam turbine that is arranged to control the steam supply to the medium-pressure steam turbine at least one valve unit to the medium-pressure steam turbine, and that the valve unit at least two similar, includes parallel valves. By dividing a valve into two parallel valves, the valves can be made smaller, resulting in a corresponding reduction in the size of the associated castings. Preferably, the at least two valves are designed as control valves to which the steam is supplied separately and behind which the steam is brought together.

  

However, the at least two valves can also be designed as stop valves to which the steam is supplied separately, wherein in the flow direction behind the two stop valves designed as a control valve third valve is arranged, at which the steam from the two stop valves is brought together.

  

The two stop valves are preferably connected to the one control valve via connecting lines, and the control valve is connected to the steam turbine via a connecting line, and the connecting lines are oriented perpendicular to the connecting line.

  

Alternatively, the connecting lines with the connecting line but also form a configuration in the form of a "Y".

  

Another alternative is that the connecting lines with the connecting line form a fork-shaped configuration.

BRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES

  

The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. Show it
<Tb> FIG. Fig. 1 is a partial cross-sectional cross-sectional view of a large medium-pressure steam turbine with two-sided steam supply and associated valve units for controlling the supply of steam, as is suitable for implementing the invention;


  <Tb> FIG. 2 <sep> in a perspective view of the divided into sub-elements housing a valve unit of Figure 1 according to an embodiment of the invention.


  <Tb> FIG. 3 <sep> in a perspective view of the subdivided into sub-elements and reinforced with additional shrink rings housing a valve unit of Figure 1 according to another embodiment of the invention.


  <Tb> FIG. 4 shows a simplified illustration of the division of the stop valve of a valve unit according to FIG. 1 into two smaller, parallel operating stop valves according to a further exemplary embodiment of the invention;


  <Tb> FIG. Fig. 5 is a view similar to Fig. 4 of another embodiment of the invention, in which the steam pipes are arranged in a "Y" configuration;


  <Tb> FIG. 6 in a representation comparable to FIG. 4, a further embodiment of the invention, in which the steam lines


  <Tb> <sep> respectively. tube are arranged in a fork-shaped configuration and


  <Tb> FIG. 7 <sep> in a perspective view of the divided into sub-elements inner casing of a steam turbine according to Fig. 1 according to an embodiment of the invention.

WAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

  

In Fig. 2 is a perspective view of the divided into sub-elements housing G a valve unit (VE1) of FIG. 1 according to an embodiment of the invention. The housing G is in the example in the flow direction of the steam, which enters through a steam supply line 17 and exits through a connecting line 19, divided into four housing parts G1, G2, G3 and G4. The housing part G1 is the connection line 19 with a connection flange 19. The housing part G4 is the steam supply line 17. The two housing parts G2 and G3 are substantially spherical and are part of the two valves V11 and V12 (FIG. 1), namely a stop valve and a control valve. The two housing parts G2 and G3 in turn consist of two half-shells, namely the upper half-shell G22 or G32 and the lower half-shell G21 or G31.

  

So that the valve unit VE1 can withstand the internal pressures of the steam flowing through, the half shells G21, G22 and G31, G32 are connected to each other by (longitudinal) weld seams S2 and S4 running parallel to the direction of flow. The housing parts G1, .., G4 are in turn connected by circumferentially extending welds S1, S3 and S5.

  

To reinforce the longitudinally welded, spherical housing parts G2 and G3 mechanically, can be provided or shrunk on the pipe socket of these housing parts additionally outer reinforcing elements, in particular according to FIG. 3Schrumpfringe 20, 21. Alternatively or in addition to the shrink rings 20, 21 can be used for reinforcement but also axially bolted flanges. Although only one shrink ring 20 or 21 is shrunk on the pipe socket for the valve drive in FIG. 3, further shrink rings can be provided between the two spherical housing parts G2 and G3 of the valves and between the housing part G2 and the connection flange 19.

   These further shrink rings must be moved in the axial direction to allow the longitudinal welding (welds S2, S4), and then heated and shifted to their final place.

  

It would be advantageous if the shrink rings 20, 21 had a higher coefficient of thermal expansion than the housing G (e.g., austenitic steel rings for a nickel base alloy housing). Alternatively, however, the rings could also be composed of ring segments, which can be mounted successively, as described and disclosed, for example, in the document DE-A1-19 758 160.

  

In order to further reduce the weight of the individual castings or housing parts made of nickel-based alloy, it is advantageous to produce colder sections of these parts from a cheaper steel with coefficients of expansion similar to the nickel-based alloy, e.g. made from a 1-2% CrMoV cast steel. The similar thermal expansion coefficients ensure that there are less stresses in the component during welding and during operation.

  

Further improvements can be achieved if the valve units are formed double-walled. In this case, only the inner part of a nickel-based alloy is performed with longitudinal welds and possibly additionally reinforced with shrink rings. The outer part is made of steel and possibly reinforced by flanges and / or longitudinal welds and / or shrink rings. In the space between the walls then a medium would circulate in order to limit the high temperatures to the inner part and to reduce the heat conduction to the outer part. The heat absorbed by this medium could then be used to improve the efficiency of the steam cycle.

  

The intermediate space between the inner and outer part can in particular be filled with cooling steam, wherein the pressure of the cooling steam can be greater or smaller than the vapor pressure in the interior of the inner part. Another variant empties the gap, for example, by connecting the outer part with the condenser via a pipeline, whereby almost vacuum is generated in the intermediate space. This vacuum acts as a thermal insulation between the inner and outer part and leads to a lower temperature in the outer part. This insulating effect can be enhanced by providing the inner wall of the outer part with a highly reflective surface, e.g. by a coating, as this reduces the heat transfer by radiation.

  

A reduction of the individual subcomponents can also be achieved by a "functional" decomposition, for example, instead of a larger valve with a large spherical housing part in a valve unit of the steam turbine two or more parallel smaller valves are used with smaller spherical housing parts. The steam for the steam turbine would then be separately supplied to the two or more smaller valves and merged behind the valves (e.g., by means of a "Y" shaped pipe) and fed into the steam turbine at one location. Such valve partitions can be made on both sides of the steam turbine when the feed takes place on opposite sides.

  

Even with a configuration of the valve units according to FIGS. 1-3, such a "functional" division or disassembly can be advantageously used: Since the spherical housing part G3 of the stop valve V11 or V21 is significantly larger than the spherical housing part G2 of the control valve V12 or V22, it is advantageous to replace the stop valve in both valve units VE1 and VE2 by two or more smaller, parallel stop valves whose vapor is then combined in the downstream (single) control valve and fed from there into the steam turbine.

  

FIGS. 4, 5 and 6 show three different possibilities of the configuration for this division: In FIG. 4, the valve unit VE3 comprises a control valve V1 with the drive A1 and two stop valves V2 and V3 with the drives A2 and A3. The steam is the stop valves V2, V3 supplied by perpendicular to the drawing plane from below steam supply lines 22, 23. The stop valves V2, V3 are connected to the (single) control valve V1 via two connecting lines 24, 25. The control valve V1 feeds the combined steam via a connection line 19 with connection flange 19 into the steam turbine (not shown). The connecting lines 24 and 25 are aligned perpendicular to the connecting line 19.

  

In an alternative configuration (Figure 5), the connection lines 24 and 25 and the connection line 19 of the valve unit VE4 form a configuration in the form of a "Y". In a further alternative configuration (FIG. 6), the connecting lines 24 and 25 and the connecting line 19 of the valve unit VE5 form a fork-shaped configuration. In all three cases can be dispensed with "Y" -shaped pipe sections due to the merger of the steam flows in the control valve V1.

  

If the principle of the invention is applied to the inner housing 12 of the steam turbine 10 (FIG. 1), the partial shells TS1, TS2 of the inner housing 12 subdivided in a first parting plane T1 for accessibility in the axial direction and / or in FIG Circumferential direction, eg along a dividing plane T2 extending perpendicular to the axis (housing parts G7, G8 in Fig. 7) to reduce the size and weight of the individual castings. Again, can be achieved with additional shrink rings, which surround the inner housing 12 outside, an increased mechanical strength.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

  

[0036]
<Tb> 10 <sep> medium-pressure steam turbine


  <Tb> 11 <sep> outer housing


  <Tb> 12 <sep> inner housing


  <tb> 13, 14 <sep> steam inlet


  <Tb> 15 <sep> steam outlet


  <Tb> 16 <sep> axis


  <tb> 17, 18 <sep> Steam supply


  <Tb> 19 <sep> Connection cable


  <Tb> 19 <sep> Flange


  <tb> 20, 21 <sep> Shrink Ring


  <tb> G <sep> housing (valve unit)


  <tb> G1, G2, G3, G4 <sep> housing part


  <tb> G5, G6, G7, G8 <sep> housing part


  <tb> G21, G22 <sep> Subshell


  <tb> G31, G32 <sep> Subshell


  <tb> S1, .., S5 <sep> Welding seam


  <tb> T1, T2 <sep> Separation level


  <tb> TS1, TS2 <sep> Subshell


  <tb> VE1, .., VE5 <sep> Valve unit


  <tb> V1, V2, V3 <sep> valve


  <tb> V11, V12 <sep> Valve


  <tb> V21, V22 <sep> Valve


  <tb> 22, 23 <sep> Steam supply


  <tb> 24, 24, 24 <sep> connection line


  <tb> 25, 25, 25 <sep> connection line

Claims

1. Steam turbine (10) with an operating temperature of more than 650 ° C, which steam turbine (10) comprises a thermally highly loaded, at least partially made of a nickel-based alloy by casting technology housing (12, G), characterized in that the housing (12, G) is divided into a plurality of smaller housing parts (G1, ..., G4, G21, G22, G31, G32, G5, G6, G7, G8) for ease of manufacture, which are connected together and together Housing (12, G) form.

2. Steam turbine according to claim 1, characterized in that at least some of the housing parts (G1, ..., G4, G21, G22, G31, G32, G5, G6, G7, G8) for forming the housing (12, G) with each other are welded (S1, ..., S5).

3. Steam turbine according to claim 2, characterized in that the housing parts (G1, .., G4, G21, G22, G31, G32, G5, G6) are welded together in planes oriented perpendicularly and / or parallel to the flow direction of the vapor.

4. Steam turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steam turbine is a medium-pressure steam turbine (10), and that of a plurality of smaller housing parts (G7, G8) existing housing, the inner housing (12) of the medium-pressure Steam turbine (10).

5. Steam turbine according to claim 4, characterized in that the inner housing (12) along a plane parallel to the axis (16) of the steam turbine separating plane (T1) is divided into at least two partial shells (TS1, TS2), and that for mechanical reinforcement of the inner housing (12) reinforcing elements, in particular distributed in the axial direction arranged shrink rings, are provided, which firmly surround the inner housing (12).

6. Steam turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steam turbine is a medium-pressure steam turbine (10) that for controlling the steam supply to the medium-pressure steam turbine (10) at least one valve unit (VE1, ..., VE5 ) is arranged at a steam inlet (13, 14) of the medium-pressure steam turbine (10) and that is divided into a plurality of smaller housing parts (G1, ..., G4; G21, G22, G31, G32; G5, G6) Housing the housing (G) of the at least one valve unit (VE, ..., VE5) is.

7. steam turbine according to claim 6, characterized in that at the medium-pressure steam turbine (10) has two opposing steam inlets (13, 14) are provided, that each of the steam inlets (13, 14) is associated with a valve unit (VE1, VE2), and that the housings (G) of both valve units (VE1, VE2) are each subdivided into a plurality of smaller housing parts (G1, .., G4, G21, G22, G31, G32, G5, G6).

8. Steam turbine according to claim 6 or 7, characterized in that each valve unit (VE1, VE2) in the flow direction connected in series comprises a first valve (V11, V21) and a second valve (V12, V22), which together in the housing (G) are housed, and that the first valve (V11, V21) as a stop valve and the second valve (V12, V22) are formed as a control valve.

9. Steam turbine according to claim 8, characterized in that the housing (G) of each valve unit (VE1, VE2) for the first and second valve (V11, V21 and V12, V22) each have a substantially spherical housing part (G2, G3) and in that the spherical housing parts (G2, G3) are each subdivided into a number of part shells (G21, G22 or G31, G32), which are connected to each other by means of at least one weld seam (S2 or S4) running in the direction of flow.

10. Steam turbine according to claim 9, characterized in that the housing (G) of each valve unit (VE1, VE2) has a first valve (V11, V21) leading steam supply line (17, 18), and that the steam supply line (17, 18) each formed as a one-piece housing part (G4) and with the housing part (G3) of the first valve (V11, V21) by a circumferentially extending weld (S5) is connected.

11. Steam turbine according to claim 9 or 10, characterized in that the housing (G) of each valve unit (VE1, VE2) has a second valve (V12, V22) outgoing connecting line (19), and that the connecting line (19) each as one-piece housing part (G1) is formed and connected to the housing part (G2) of the second valve (V12, V22) by a circumferentially extending weld (S1).

12. Steam turbine according to claim 9, characterized in that for the mechanical reinforcement of the housing (G) reinforcing elements, in particular in the form of shrink rings (20, 21) are provided, which the housing (G) at different locations, in particular in the spherical Enclosely enclose housing parts (G2, G3).

13. A steam turbine according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the housing (G) of each valve unit (VE1, VE2) is the inner part of a double-walled housing construction, and that the inner part of a nickel-based alloy and the outer part of a steel consists.

14. Steam turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steam turbine is a medium-pressure steam turbine (10) that for controlling the steam supply to the medium-pressure steam turbine (10) at least one valve unit (VE3, VE4, VE5) the medium-pressure steam turbine (10) is arranged, and that the valve unit (VE3, VE4, VE5) comprises at least two similar, parallel-operating valves (V2, V3).

15. Steam turbine according to claim 14, characterized in that the at least two valves are designed as control valves to which the steam is fed separately and behind which the steam is brought together.

16. steam turbine according to claim 14, characterized in that the at least two valves (V2, V3) are designed as stop valves to which the steam is supplied separately, and that in the flow direction behind the two stop valves (V2, V3) designed as a control valve third Valve (V1) is arranged, at which the steam from the two stop valves (V2, V3) is merged.

17. Steam turbine according to claim 16, characterized in that the two stop valves (V2, V3) are connected to the one control valve (V1) via connecting lines (24, 25; 24, 25; 24, 25) that the control valve (V1) is connected to the steam turbine via a connecting line (19), and that the connecting lines (24, 25) are oriented perpendicular to the connecting line (19).

18. Steam turbine according to claim 16, characterized in that the two stop valves (V2, V3) are connected to the one control valve (V1) via connecting lines (24, 25), that the control valve (V1) to the steam turbine via a connecting line (19 ), and that the connection lines (24, 25) to the connection line (19) form a configuration in the form of a "Y".

19. Steam turbine according to claim 16, characterized in that the two stop valves (V2, V3) are connected to the one control valve (V1) via connecting lines (24, 25) that the control valve (V1) with the steam turbine via a connecting line (19 ), and that the connecting lines (24, 25) to the connecting line (19) form a fork-shaped configuration.