DE102009003557A1

DE102009003557A1 - Dampfturbinenrotor und Verfahren zum Zusammenbau desselben

Info

Publication number: DE102009003557A1
Application number: DE102009003557A
Authority: DE
Inventors: Gregory E. Cooper
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2009-09-10
Also published as: RU2009107972A; RU2505681C2; FR2928404A1; JP2009216094A; US20090226315A1; US8282349B2

Abstract

Es ist ein Dampfturbinenrotor (200) geschaffen. Der Rotor enthält wenigstens einen Lagerungsabschnitt (202) und einen Dampfpfadabschnitt (214), der wenigstens ein Ende (230) aufweist. Das wenigstens eine Ende enthält ferner einen Flansch (238) und eine Bohrung (234), wobei der Flansch und die Bohrung für eine Verbindung mit dem wenigstens einen Lagerungsabschnitt konfiguriert sind.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Das Gebiet der Erfindung betrifft im Wesentlichen Dampfturbinen und insbesondere eine Rotoranordnung zur Verwendung in einer Dampfturbine.
Wenigstens einige bekannte Rotoren werden als ein einzelnes Schmiedestück hergestellt, das Rotorkopplungsenden, Lagerungsbereiche, Dichtungsabschnitte und einen Dampfpfadabschnitt enthält. Im Allgemeinen ist das Material, das zur Herstellung derartiger Rotoren verwendet wird, durch die Betriebsanforderungen und Spezifikationen in den Regionen des Rotors mit höherer Temperatur und höherem Druck vorgegeben. In wenigstens einigen bekannten Rotoren wird ein Hochleistungsstahl, wie z. B. 12Cr-Stahl, als ein Material in den Hochtemperatur- und Hochdruckregionen verwendet, da diese Materialart eine geeignete Festigkeit und Kriecheigenschaft für derartige Betriebsbedingungen besitzt. Jedoch kann die Herstellung eines gesamten Rotors aus einem derartigen Stahlmaterial teuer und nicht praktikabel sein.
Wenigstens einige andere bekannte Rotoren werden aus mehreren Schmiedestücken hergestellt, welche einzeln und getrennt hergestellte Rotorkopplungsenden, Lagerungsbereiche, Dichtungsabschnitte und/oder Dampfpfadabschnitte enthalten können. Mehrere Schmiedestücke ermöglichen die Verwendung von unterschiedlichen, besser geeigneten und/oder kosteneffektiveren Materialien in jedem Abschnitt des Rotors. Insbesondere bei Dampfturbinenrotoren, bei denen einzelne Komponenten des Rotors mechanisch miteinander gekoppelt sind, werden Materialien für die Rotoren im Allgemeinen auf der Basis angenommener Dampfbedingungen in den Hochdruck- und Niederdruckbereichen ausgewählt. Einfacherer Stahl, wie z. B. CrMoV-Stahl, kann zur Herstellung von Turbinenrotorkomponenten verwendet werden, die sich in den Bereichen niedrigerer Temperaturen und/oder Drücke befinden. Die Komponenten werden dann für den Betrieb miteinander verbunden. In einigen bekannten Rotoren werden die Komponenten miteinander mittels eines Schweißprozesses verbunden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt ist ein Dampfturbinenrotor geschaffen. Der Rotor enthält wenigstens einen Kopplungsabschnitt, wenigstens einen axial mit dem wenigstens einen Kopplungsabschnitt verbundenen Lagerungsabschnitt und einen wenigstens ein Ende aufweisenden Dampfpfadabschnitt, wobei das wenigstens eine Ende ferner einen Flansch und eine Bohrung aufweist, wobei der Flansch und die Bohrung zur Kopplung mit dem wenigstens einem Lagerungsabschnitt konfiguriert sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Turbinenmaschine geschaffen. Die Maschine enthält eine Turbine und einen sich axial durch die Turbine hindurch erstreckenden Rotor, wobei der Rotor wenigstens einen Lagerungsabschnitt, wenigstens einen axial mit dem wenigstens einem Lagerungsbereich gekoppelten Dichtungsabschnitt und einen wenigstens ein Ende aufweisenden Dampfpfadabschnitt aufweist, wobei das wenigstens eine Ende ferner einen Flansch und eine Bohrung aufweist, wobei der Flansch und die Bohrung für eine Kopplung mit dem wenigstens einem Lagerungsabschnitt konfiguriert sind.
In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Zusammenbau eines Turbinenrotors bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet eine Herstellung eines Dampfpfadabschnittes mit we nigstens einem Ende dergestalt, dass eine Bohrung und ein Flansch in jedem Ende definiert sind, eine Herstellung wenigstens eines Lagerungsabschnittes, der ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes zweites Ende aufweist, wobei die Herstellung jedes Lagerungsabschnittes ferner eine Herstellung eines im Wesentlichen zylindrischen Rotorbereichs, eine koaxiale Ausdehnung eines Presspassungsbereichs oder Überlagerungsbereichs von dem Rotorbereich aus und eine Konfiguration des Presspassungsbereiches zur Einführung in die Dampfpfadabschnittsbohrung aufweist, eine Ausdehnung eines Randabschnittes radial nach außen von dem Rotorbereich aus und eine Konfiguration des Randabschnitts zur Bereitstellung eines Bereichs zur Befestigung des Dichtungsabschnittes an dem Dampfpfadabschnitt, eine Kopplung eines Lagerungsabschnittes mit dem wenigstens einem ersten Ende des Dichtungsabschnittes und eine Kopplung des Dampfpfadabschnittes mit dem wenigstens einem Dichtungsabschnitt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer exemplarischen Gegenstrom-Dampfturbine;
2 ist eine schematische Ansicht eines exemplarischen Rotors, der bei der in 1 dargestellten Dampfturbine verwendet wird;
3 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Bereichs des in 2 dargestellten Rotors;
4 ist eine vergrößerte Endansicht des in 3 dargestellten Rotors; und
5 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer alternativen konischen Presspassung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer exemplarischen Gegenstrom-Dampfturbinenmaschine 100 mit einem Hochdruck-(HD)-Abschnitt 102 und einem Zwischendruck(ZD)-Abschnitt 104. Eine HD-Ummantelung oder ein HD-Gehäuse 106 ist axial in einen oberen und einen unteren Halbabschnitt 108 bzw. 110 unterteilt. In ähnlicher Weise ist eine ZD-Ummantelung 112 axial in einen oberen und einen unteren Halbabschnitt 114 bzw. 116 unterteilt. In der exemplarischen Ausführungsform sind die Ummantelungen 106 und 112 Innengehäuse. Alternativ bilden die Ummantelungen 106 und 112 Außengehäuse. Ein zwischen dem HD-Abschnitt 102 und dem ZD-Abschnitt 104 positionierter mittlerer Abschnitt 118 enthält einen Hochdruckdampfeinlass 120 und einen Zwischendruckdampfeinlass 122. In den Gehäusen 106 und 112 sind der HD-Abschnitt 102 bzw. ZD-Abschnitt 104 in nur einer von Traglagern 126 und 128 unterstützten Lageraufspannung angeordnet. Dampfdichtungsvorrichtungen 130 und 132 sind an der Innenseite jedes Achslagers 126 bzw. 128 angeordnet.
In der exemplarischen Ausführungsform erstreckt sich ein ringförmiger Abschnittsteiler 134 radial nach innen von dem mittleren Abschnitt 118 aus zu einer Rotorwelle 140 hin, die sich zwischen dem HD-Abschnitt 102 und dem ZD-Abschnitt 104 erstreckt. Insbesondere erstreckt sich der Teiler bzw. die Trenneinrichtung 134 in Umfangsrichtung um einen Bereich einer Rotorwelle 140 zwischen einem Einlassleitapparat 136 einer ersten HD-Stufe und einem Einlassleitapparat 138 einer ersten ZD-Stufe. Der Teiler 134 ist in einem Kanal 142 aufgenommen, der in einem Dichtungsgehäuse 144 definiert ist. Insbesondere ist der Kanal 142 ein C-förmiger Kanal, der sich radial in das Dichtungsgehäuse 144 hinein und um einen Außenumfang des Dichtungsgehäuses 144 herum derart erstreckt, dass eine Mittenöffnung des Kanals 142 radial nach außen weist.
Während des Betriebs nimmt der Hochdruckdampfeinlass 120 Hochdruck/Hochtemperatur-Dampf von einer Dampfquelle, wie z. B. einem (in 1 nicht dargestellten) beheizten Kessel, auf. Der Dampf wird von der Einlassleiteinrichtung 136 durch den HD-Abschnitt 102 geleitet, in welchem Arbeit aus dem Dampf entzogen wird, um die Rotorwelle 140 über mehrere (in 1 nicht dargestellte) Turbinenschaufeln oder Laufschaufeln, die mit der Welle 140 gekoppelt sind, drehen zu lassen. Jeder Schaufelsatz enthält eine zugehörige (in 1 nicht dargestellte) Statoranordnung, welche die Führung von Dampf zu den zugeordneten Schaufeln ermöglicht. Der Dampf verlässt den HD-Abschnitt 102 und wird zu dem Kessel zurückgeführt, wo er wieder erhitzt wird. Der wiedererhitzte Dampf wird dann dem Zwischendruckdampfeinlass 122 zugeführt und über den Einlassleitapparat 138 zu dem ZD-Abschnitt 104 bei einem geringeren Druck als demjenigen des in den HD-Abschnitt 102 eintretenden Dampfes, jedoch bei einer Temperatur, die angenähert gleich der Temperatur des in den HD-Abschnitt eintretenden Dampfes ist, zugeführt. Aus dem Dampf in dem ZD-Abschnitt 104 wird in einer ähnlichen Weise wie der für den HD-Abschnitt 102 eingesetzten über ein System rotierender und feststehender Komponenten Arbeit entzogen. Demzufolge ist ein Betriebsdruck in dem HD-Abschnitt 102 höher als ein Betriebsdruck in dem ZD-Abschnitt 104, so dass Dampf in dem HD-Abschnitt 102 die Tendenz hat, zu dem ZD-Abschnitt 104 hin über Leckagepfade zu strömen, die zwischen dem HD-Abschnitt 102 und dem ZD-Abschnitt 104 entstehen können.
In der exemplarischen Ausführungsform ist die Dampfturbine eine Gegenstrom-Hochdruck/Zwischendruck-Dampfturbinenkombination. Alternativ kann die Dampfturbine 100 bei jeder einzelnen Turbine, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Niederdruckturbinen, angewendet werden. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Verwendung bei Gegenstrom-Dampfturbinen beschränkt, sondern kann stattdessen bei Dampfturbinenkonfigurationen eingesetzt werden, die einflutige und zweiflutige Dampfturbinen umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf Dampfturbinen beschränkt, sondern kann auch bei Gasturbinenmaschinen eingesetzt werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Rotors 200, der bei der (in 1 dargestellten) Dampfturbine 100 eingesetzt werden kann. 3 zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht eines Bereichs des Rotors 200, und 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Endes des in 3 dargestellten Rotors. Insbesondere bildet in der exemplarischen Ausführungsform der Rotor 200 einen Teil einer (in 1 dargestellten) Rotorwelle 140, die sich durch den ZD-Abschnitt 104 der Turbine erstreckt. In der exemplarischen Ausführungsform erstreckt sich ein (nicht dargestellter) ähnlicher Rotorabschnitt von dem Rotor 200 aus durch den HD-Abschnitt 102. In einer alternativen Ausführungsform wird der Rotor 200 unabhängig bei einer einflutigen Dampfturbine eingesetzt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird der Rotor 200 bei einer zweiflutigen Dampfturbine eingesetzt. Der Rotor 200 enthält einen ersten Lagerungsabschnitt 202 und einen zweiten Lagerungsabschnitt 212. Ein Dampfpfadabschnitt 214 erstreckt sich zwischen den Lagerungsabschnitten 202 und 212.
In der exemplarischen Ausführungsform ist der Dampfpfadabschnitt 214 mit dem ersten Lagerungsabschnitt 202 und dem zweiten Lagerungsabschnitt 212 über eine Presspassung gekoppelt. Insbesondere ist in der exemplarischen Ausführungsform der Dampfpfadabschnitt 214 mit den Lagerungsabschnitten 202 und 212 durch Verschrauben und Aufschrumpfen der Abschnitte miteinander verbunden, wie dies nachstehend detaillierter beschrieben ist. Der Dampfpfadabschnitt 214 enthält mehrere Räder 220, die aus einem einteiligen Stück herausgearbeitet sind. In der exemplarischen Ausführungsform sind die Räder 220 aus einer Stahllegierung oder einem anderen Material, das für einen Einsatz in einer Dampfturbine geeignet ist, geschmiedet. In der exemplarischen Ausführungsform sind neun Räder 220 dargestellt. In alternativen Ausführungsformen kann der Dampfpfadabschnitt 214 jede geeignete Anzahl von Rädern 220 enthalten, die dem Rotor 200 ermöglichen, so wie hierin beschrieben zu funktionieren. Insbesondere bildet in der exemplarischen Ausführungsform jedes Rad 220 eine Stufe des Dampfpfadabschnittes 214. In einer alternativen Ausführungsform enthält jede Stufe des Dampfpfadabschnittes 214 eine Gruppe von Rädern 220, die es dem Rotor 200 ermöglicht, so wie hierin beschrieben zu funktionieren. In einer derartigen Ausführungsform enthält jede Gruppe von Rädern 220 eine beliebige geeignete Anzahl von Rädern 220, die es dem Rotor 220 ermöglichen, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Ferner enthält in einer derartigen Ausführungsform jedes Rad 220 ein stromaufwärts befindliches Element 222 und ein stromabwärts befindliches Element 224. Insbesondere enthält das stromaufwärtige Element 222 mehrere (nicht dargestellte) Schaufelblätter, und das stromabwärtige Element 224 ist so ausgerichtet, dass ein Raum zwischen den Schaufelblättern definiert ist, durch welchen hindurch eine Statoranordnung positioniert ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist das stromabwärtige Element 224 jedes Rades 220 mit einem stromaufwärtigen Element 222 eines benachbarten Rades 220 gekoppelt.
Der Dampfpfadabschnitt 214 ist mit einem ersten Ende 230 und einem gegenüberliegenden zweiten Ende 232 ausgebildet. Das Ende 230 ist mit einer Bohrung 234 ausgebildet, die wenigstens teilweise darin definiert und so bemessen ist, dass sie einen Lagerungsabschnitt 202 darin aufnimmt. In ähnlicher Weise ist das Ende 232 mit einer wenigstens teilweise darin definierten Bohrung 236 ausgebildet, die so bemessen ist, dass sie einen Lagerungsabschnitt 212 darin aufnimmt. Ferner ist jede Bohrung 234 und 236 axial und im Wesentlichen konzentrisch zu der Turbine 100 ausgerichtet. Jede Bohrung 234 und 236 hat eine Länge L₁, die sich von dem Ende 230 zu einer inneren Oberfläche 231 erstreckt und auch durch eine radiale Oberfläche 242 definiert ist. In der exemplarischen Ausführungsform hat das Ende 230 einen Radius R₁, und die Bohrung 234 hat einen Radius R₂, der kleiner als der Radius R₁ ist, so dass sich ein Flansch 238 in Umfangsrichtung um die Bohrung 234 herum erstreckt. In ähnlicher Weise hat das Ende 232 einen Radius R₃, und die Bohrung 236 hat einen Radius R₂, der kleiner als der Radius R₃ ist, so dass sich ein Flansch 240 in Umfangsrichtung um die Bohrung 236 herum erstreckt.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält jeder Flansch 238 und 240 mehrere darin definierte, in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Öffnungen 250. Jede Öffnung 250 ist in dem Ende 230 bzw. 232 definiert und hat einen Durchmesser D₁, der für die Aufnahme eines Befestigungsmechanismus 252 darin bemessen ist. Jede Öffnung 250 hat einen Mittelpunkt 253, der bei einem Radius R₄, in Bezug auf eine Rotationsachse der Turbine 100 gemessen, definiert ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist jeder Befestigungsmechanismus 252 ein Schraubenbolzen mit einem Kopfabschnitt 241 und einem Körperabschnitt 243, die für eine Kopplung der Lagerungsabschnitte 202 und 212 mit dem Dampfpfadabschnitt 214 konfiguriert sind.
Jeder Flansch 238 und 240 enthält auch mehrere darin definierte, in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Öffnungen 254. Jede Öffnung 254 ist in dem Ende 230 bzw. 232 definiert und hat einen Durchmesser D₂, der für die Aufnahme eines Ausrichtungsmechanismus 256 darin bemessen ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist jeder Ausrichtungsmechanismus 256 ein Stift, der ein (nicht dargestelltes) erstes Ende und ein (nicht dargestelltes) gegenüberliegendes zweites Ende enthält und der eine leichte Montage des Rotors 200 ermöglicht. Ferner hat jede Öffnung 254 einen Mittelpunkt 255, der bei einem in Bezug auf die Rotationsachse der Turbine 100 gemessenen Radius R₄ definiert ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist wenigstens eine Öffnung 254 zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Öffnungen 250 definiert.
Der Lagerungsabschnitt 202 ist mit dem Dampfpfadabschnitt 214 gekoppelt. In der exemplarischen Ausführungsform ist der erste Lagerungsabschnitt 202 aus einem einteiligen Stück einer Stahllegierung oder irgendeines anderen Materials geschmiedet, das zur Verwendung in einer Dampfturbine geeignet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist der erste Lagerungsabschnitt 202 aus einzelnen Komponenten geschmiedet, die unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verbindungsverfahrens, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, durch Verbolzung, Verschraubung, Verschweißung, Hartverlötung, Reibungssitz und/oder Schrumpfsitz, miteinander verbunden sind.
In der exemplarischen Ausführungsform ist der Lagerungsabschnitt 202 zur Einführung in die Bohrung 234 des Dampfpfadabschnittes 214 bemessen und geformt. In ähnlicher Weise ist der Lagerungsabschnitt 212 zur Einführung in die Bohrung 236 des Dampfpfadabschnittes 214 bemessen und geformt. Insbesondere enthält in der exemplarischen Ausführungsform jeder Lagerungs abschnitt 202 und 212 einen Presspassungs- bzw. Überlagerungsbereich 260, einen Randbereich 262 und einen Rotorbereich 264. Jeder Überlagerungsbereich 260 und jede Bohrung 234 sind miteinander über einen Presspassungssitz (d. h., Reibungssitz) so gekoppelt, dass der Bereich 260 axial und im Wesentlichen konzentrisch zu der Rotationsachse der Turbine 100 ausgerichtet ist. Insbesondere enthält jeder Überlagerungsbereich 260 eine Außenoberfläche 266, die mit der radialen Oberfläche 242 der Bohrung zusammenpasst.
Jeder Randbereich 262 erstreckt sich zwischen dem Überlagerungsbereich 260 und dem Rotorbereich 264 und hat einen Radius R₅, der größer als der Radius R₆ des Überlagerungsbereiches ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist der Radius R₅ angenähert gleich dem Radius R₁ des Dampfpfadabschnittendes 230. Insbesondere ist jeder Randbereich 262 axial und im Wesentlichen konzentrisch zu der Rotationsachse der Turbine 100 ausgerichtet. Jeder Randbereich 262 enthält eine stromaufwärts befindliche Oberfläche 270 und eine stromabwärts befindliche Oberfläche 272. Zwischen den Flächen 270 und 272 ist eine Länge L₂ definiert. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Länge L₂ kürzer als eine Länge L₁ des Überlagerungsbereichs. Jede Oberfläche 270 steht mit dem Ende 230 des Dampfpfadabschnittes in Kontakt. Ferner enthält in der exemplarischen Ausführungsform jeder Randbereich 262 eine abgeschrägte Oberfläche 278.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält jeder Randbereich 262 mehrere darin definierte, in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen 280. Jede Öffnung 280 erstreckt sich zwischen der stromaufwärts und der stromabwärts befindlichen Oberfläche 270 und 272, und jede Öffnung 280 besitzt einen bei einem Radius R₄ in Bezug auf die zentrale Rotationsachse der Turbine 100 definierten Mittelpunkt 283. In der exemplarischen Ausführungsform ist jede Öffnung 280 so eingesenkt, dass die Öffnung 280 einen Durchmesser D₃ und einen Durchgangsdurchmesser D₁ hat, der kleiner als der Durchmesser D₃ ist. Jede Öffnung 280 ist so bemessen, dass sie wenigstens einen Befestigungsmechanismus 252 darin aufnimmt, so dass jeder Befestigungsmechanismus 252 in jede Öffnung 280 durch die stromaufwärts befindliche Fläche 270 eingeführt wird, bis der Kopfabschnitt 241 jedes Befestigungsmechanismus 252 im Wesentlichen bündig mit dem Ende 230 des Dampfpfadabschnittes 214 ist. Während des Zusammenbaus des Rotors 200 wird jede Öffnung 280 im Wesentlichen konzentrisch zu jeder Öffnung 250 ausgerichtet, so dass wenigstens ein Befestigungsmechanismus 252 durch wenigstens eine Öffnung 250 und wenigstens eine Öffnung 280 eingeführt werden kann, um die Abschnitte 202 und 214 miteinander zu koppeln.
Jeder Randbereich 262 enthält ferner mehrere darin definierte, in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Öffnungen 282. Jede Öffnung 282 erstreckt sich zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Oberfläche 270 und 272 und besitzt einen bei einem Radius R₄ in Bezug auf die Rotationsachse der Turbine 100 definierten Mittelpunkt 285. In der exemplarischen Ausführungsform ist wenigstens eine Öffnung 282 zwischen jeweils zwei von in Umfangsrichtung benachbarten Öffnungen 280 definiert. In der exemplarischen Ausführungsform hat die Öffnung 282 einen Durchmesser D₂, der so bemessen ist, dass er wenigstens einen Ausrichtungsmechanismus 256 darin aufnimmt. Während des Zusammenbaus werden die Öffnungen 282 im Wesentlichen konzentrisch zu den Öffnungen 254 ausgerichtet, so dass wenigstens ein Ausrichtungsmechanismus 256 durch wenigstens eine Öffnung 282 und wenigstens eine Öffnung 254 eingeführt werden kann, um eine Ausrichtung der Abschnitte 202 und 214 zu ermöglichen. Jeder Ausrichtungsmechanismus 256 wird in jede Öffnung 282 durch die stromaufwärts befindliche Oberfläche 270 eingeführt, bis das (nicht dargestellte) zweite Ende des Ausrichtungsmechanismus im Wesentlichen bündig mit dem Ende 230 des Dampfpfadabschnittes 214 abschließt.
Jeder Randbereich 262 enthält auch mehrere darin definierte, in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Löcher 284. Jedes Loch 284 ist so bemessen und ausgerichtet, dass es wenigstens einen Auswuchtstopfen 286 darin aufnimmt. Jedes Loch 284 erstreckt sich über eine Länge L₃ hinweg von der Oberfläche 278 aus und ist unter einem Winkel θ in Bezug auf die zentrale Rotationsachse der Turbine 100 ausgerichtet. Ferner ist in der exemplarischen Ausführungsform jedes Loch 284 zwischen wenigstens einer Durchgangsöffnung 280 und 282 positioniert.
In der exemplarischen Ausführungsform erstreckt sich der Presspassungs- bzw. Überlagerungsbereich 260 im Wesentlichen koaxial von dem Rotorbereich 264 aus und ist für eine Einführung in die Dampfpfadabschnittsbohrungen 234 und 236 bemessen. Zusätzlich erstreckt sich in der exemplarischen Ausführungsform der Randbereich 262 von dem Rotorbereich 264 aus radial nach außen und derart, dass er einen Bereich für die Befestigung des Lagerungsabschnittes 202 an dem Dampfpfadabschnitt 214 bereitstellt. Jeder Rotorbereich 264 erstreckt sich von den Lagerungsabschnitten 202 bzw. 212 aus und verbindet diese. Insbesondere hat in der exemplarischen Ausführungsform der Rotorbereich 264 einen Radius R₇, der kleiner als der Radius R₁ und größer als der Radius R₂ ist.
Während des Zusammenbaus des Rotors 200 werden die Lagerungsabschnitte 202 und 212 mit entsprechenden Enden (230 und 232) des Dampfpfadabschnittes 214 mit einer Presspassung gemäß der Darstellung nach 3 gekoppelt. Wenigstens ein Ausrichtungsmechanismus 256 wird wenigstens teilweise in wenigstens eine Öffnung 254 eingeführt, um den Zusammenbau zu erleichtern und um eine Ausrichtung der Abschnitte 202 und 212 zu dem Abschnitt 214 zu ermöglichen. Ein Überlagerungsbereich 260 wird in die Bohrung 234 eingeführt, bis die stromaufwärtige Oberfläche 270 des Randbereiches im Wesentlichen an das Ende 230 des Dampfpfadabschnittes angrenzt, während in der exemplarischen Ausführungsform die Oberflächen 231 und 263 nicht miteinander in Kontakt stehen. In ähnlicher Weise wird der Überlagerungsbereich 260 in die Bohrung 236 eingeführt, bis die stromaufwärts befindliche Oberfläche 270 des Randbereichs im Wesentlichen an das Ende 230 des Dampfpfadabschnittes angrenzt, während die Oberflächen 231 und 263 nicht miteinander in Kontakt stehen. Die Öffnungen 250 werden im Wesentlichen konzentrisch zu den Öffnungen 280 ausgerichtet, und die Öffnungen 254 werden axial fluchtend zu den Öffnungen 282 ausgerichtet, wenn der Überlagerungsbereich 260 in die Bohrung 234 eingeführt wird. Anschließend wird dann ein Ausrichtungsmechanismus 256 durch die Öffnung 282 hindurch und in die Öffnung 254 hinein eingeführt.
Wenigstens ein Befestigungsmechanismus 252 wird in jede Öffnung 250 und 280 eingeführt. Insbesondere wird der Körperbereich 243 durch die Öffnungen 250 und 280 eingeführt, bis der Kopfabschnitt 241 mit der stromabwärts befindlichen Oberfläche 270 im Wesentlichen bündig liegt. Ferner wird in der exemplarischen Ausführungsform ein Auswuchtstopfen 286 in jedes Loch 284 eingeführt, um eine Auswuchtung des Rotors 200 zu ermöglichen. Alternativ kann eine beliebige Anzahl von Auswuchtstopfen 286 in die Löcher 284 eingesetzt werden, um die Funktion des Rotors 200, wie hierin beschrieben, zu ermöglichen.
Alternativ und wie in 5 dargestellt, kann ein schräger, konischer Presssitz verwendet werden, um eine Ankopplung des Lagerungsabschnittes 202 an den Dampfpfadabschnitt 214 zu ermöglichen. Der Dampfpfadabschnitt 214 hat ein erstes Ende 230 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 232. Das Ende 230 enthält eine darin definierte Bohrung 234, die für die Aufnahme des Lagerungsabschnittes 202 darin bemessen ist. In ähnlicher Weise enthält das Ende 232 eine darin definierte Bohrung 236, die für die Aufnahme des Lagerungsabschnittes 212 darin bemessen ist. Ferner ist jede Bohrung 234 und 236 im Wesentlichen konzentrisch zu der Rotationsachse der Turbine 100 ausgerichtet. Jede Bohrung 234 und 236 hat eine Länge L₁, die sich von dem Ende 230 zu der Oberfläche 231 erstreckt und auch durch eine radiale Oberfläche 242 definiert ist. In der exemplarischen Ausführungsform hat das Ende 230 einen Radius R₁, und die Bohrung 234 hat einen Außenradius R₈, der kleiner als der Radius R₁ ist, so dass sich ein Flansch 238 in Umfangsrichtung um die Bohrung 234 herum erstreckt. In ähnlicher Weise hat das Ende 232 einen Radius R₃, und die Bohrung 236 hat einen Radius R₈, der kleiner als der Radius R₃ ist, so dass sich ein Flansch 240 in Umfangsrichtung rings um die Bohrung 236 erstreckt. Zusätzlich und in einer alternativen Ausführungsform besitzt jede Bohrung 234 und 236 einen abnehmenden Radius entlang L₁, so dass die Bohrungsoberfläche 263 eine Radius R₉ hat, der kleiner als R₈ ist. Während des Zusammenbaus des Rotors 200 werden die Lagerungsabschnitte 202 und 212 mit den entsprechenden Enden 230 und 232 des Dampfpfadabschnittes 214 über einen konischen Presspassungssitz verbunden und beispielsweise unter Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren befestigt.
Exemplarische Ausführungsformen von Dampfturbinenrotoren sind vorstehend im Detail beschrieben. Die vorstehend beschriebenen Dampfturbinenrotoren und Verfahren zum Herstellen derartiger Rotoren ermöglichen die Herstellung von Rotoren aus mehreren Schmiedestücken und mehreren Komponenten, die individuell und gesondert voneinander gefertigte Rotorenden, Lage rungsabschnitte und Dampfpfadabschnitte enthalten können, während gleichzeitig der Bedarf an Schweißeinlagen an derartigen mehrfach geschmiedeten Rotoren beseitigt wird. Zusätzlich ermöglichen die hierin beschriebenen Verfahren einen geringeren Aufwand bei der Herstellung von Rotorkomponenten, die außerhalb der Hochtemperatur- und Hochdruckregionen liegen, so dass einfachere Materialien von geringerer Qualität in diesen Regionen verwendet werden können.
So wie hierin verwendet, sollte ein hierin in Singularform angegebenes Element oder Schritt mit dem vorangestellten Wort ”ein”, „eine”, „eines” oder „einer” nicht verstanden werden, als würde er eine Mehrzahl dieser Elemente oder Schritte ausschließen, sofern nicht ein derartiger Ausschluss explizit angegeben wird. Ferner sollen Bezugnahmen auf ”eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten, ausschließen.
Obwohl die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren im Zusammenhang mit der Herstellung eines Rotors für eine Dampfturbine beschrieben sind, dürfte es sich verstehen, dass die Vorrichtungen und Verfahren nicht auf Rotoren oder Dampfturbinen beschränkt sind. Ebenso sind die dargestellten Rotorkomponenten nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten des Rotors unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten verwendet werden können.
Obwohl die Erfindung in Form verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Rahmens und Schutzumfangs der Ansprüche in die Praxis umgesetzt werden kann.
Es ist ein Dampfturbinenrotor 200 geschaffen. Der Rotor enthält wenigstens einen Lagerungsabschnitt 202 und einen Dampfpfadabschnitt 214, der wenigstens ein Ende 230 aufweist. Das wenigstens eine Ende enthält ferner einen Flansch 238 und eine Bohrung 234, wobei der Flansch und die Bohrung für eine Verbindung mit dem wenigstens einen Lagerungsabschnitt konfiguriert sind.

100: Dampfturbine
102: HD-Abschnitt
104: ZD-Abschnitt
106: Gehäuse/Umhüllungen
108: Obere Halbabschnitte
110: Untere Halbabschnitte
112: Gehäuse/Umhüllungen
114: Obere Halbabschnitte
116: Untere Halbabschnitte
118: Mittlerer Abschnitt
120: Hochdruckdampfeinlass
122: Zwischendruckdampfeinlass
126, 128: Zapfenlager
130, 132: Dampfdichtungsvorrichtung
134: Teiler, Trenneinrichtung
136: Einlassleitapparat der HD-Stufe
138: Einlassleitapparat der ZD-Stufe
140: Rotorwelle
142: Kanal
144: Dichtungsgehäuse
200: Rotor
202: Erster Lagerungsabschnitt
212: Zweiter Lagerungsabschnitt
214: Dampfpfadabschnitt
220: Mehrere Räder
222: Stromaufwärts befindliches Element
224: Stromabwärts befindliches Element
230: Erstes Ende
231: Innere Oberfläche
232: Zweites Ende
234, 236: Bohrungen
238, 240: Flansche
241: Kopfabschnitt
242: Radiale Oberfläche
243: Körperabschnitt
250: Öffnungen
252: Befestigungsmechanismus
253: Mitte
254: Öffnungen
255: Mitte
256: Ausrichtungsmechanismus
260: Presssitz-, Überlagerungsbereich
262: Randbereich
263: Bohrungsfläche
264: Rotorbereich
266: Außenoberfläche
270: Stromaufwärts befindliche Oberfläche
272: Stromabwärts befindliche Oberfläche
278: Abgeschrägte Fläche
280, 282: Öffnungen
283: Mitte
284: Loch
285: Mitte
286: Auswuchtstopfen

Claims

Dampfturbinenrotor (200), aufweisend: wenigstens einen Lagerungsabschnitt (202); und einen Dampfpfadabschnitt (214) mit wenigstens einem Ende (230), wobei das wenigstens eine Ende ferner einen Flansch (238) und eine Bohrung (234) aufweist, wobei der Flansch und die Bohrung konfiguriert sind, um mit dem wenigstens einem Lagerungsabschnitt gekoppelt zu werden.
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 1, wobei der Flansch (238) ferner mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Befestigungsmechanismusöffnungen (250) und mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Ausrichtungsmechanismusöffnungen (254) aufweist.
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Lagerungsabschnitt (202) ferner aufweist: einen Rotorbereich (264); einen Überlagerungsbereich (260), der sich koaxial von dem Rotorbereich aus erstreckt und für eine Einführung in die Dampfpfadabschnittsbohrung (234) konfiguriert ist; und einen Randbereich (262), der sich von dem Rotorbereich radial nach außen erstreckt und dafür konfiguriert ist, einen Bereich zum Befestigen des Lagerungsabschnittes an dem Dampfpfadabschnitt bereitzustellen.
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 3, wobei der Randbereich (262) ferner aufweist: ein Befestigungssystem, das für die Kopplung des wenigstens einen Lagerungsabschnittes (202) mit dem wenigstens einen Dampfpfadabschnitt (214) konfiguriert ist; ein Ausrichtungssystem, das konfiguriert ist, um sicherzustellen, dass der Randbereich im Wesentlichen axial und konzentrisch zu der zentralen Rotationsachse des Rotors ausgerichtet ist; und ein zur Verringerung der Schwingung des Rotors konfiguriertes Auswuchtsystem.
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 4, wobei das Auswuchtsystem ferner aufweist: wenigstens eines von Auswuchtstopfenlöchern (284), die in Umfangsrichtung um eine Außenoberfläche (278) des Randbereiches (262) im Abstand zueinander angeordnet sind; und wenigstens einen Auswuchtstopfen (286).
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 4, wobei das Ausrichtungssystem ferner aufweist: wenigstens eine von Ausrichtungsmechanismusöffnungen (254), die in Umfangsrichtung um eine Außenoberfläche (278) des Randbereiches (262) im Abstand zueinander angeordnet sind; und wenigstens einen Ausrichtungsmechanismus (256).
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 4, wobei das Befestigungssystem ferner aufweist: wenigstens eine von Öffnungen (250), die in Umfangsrichtung um eine Außenoberfläche (278) des Randbereichs (262) im Abstand zueinander angeordnet sind und eine Hauptbohrungstiefe und eine Senkbohrungstiefe aufweisen; und wenigstens ein Befestigungsmittel (252), das ferner einen Kopfabschnitt (241) und einen Körperabschnitt (243) aufweist.
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Befestigungsmittel (252) ein Schraubenbolzen mit einem Kopfabschnitt (241) und einem Körperabschnitt (243) ist, der für eine Kopplung des Lagerungsabschnittes (202) mit dem Dampfpfadabschnitt (214) konfiguriert ist.
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine Ausrichtungsmechanismus (256) einen Stift mit einem ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende ist, der dafür konfiguriert ist, den Zusammenbau des Rotors zu erleichtern.
Dampfturbinenrotor (200) nach Anspruch 2, wobei der Überlagerungsbereich (260) mit dem Dampfpfadabschnitt (214) über einen Presssitz gekoppelt ist.