DE102009007999A1

DE102009007999A1 - Leitringelement für Turbinen und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009007999A1
Application number: DE200910007999
Authority: DE
Inventors: Jürgen Krummel
Original assignee: HOBIS AG
Current assignee: HOBIS AG
Priority date: 2009-02-07
Filing date: 2009-02-07
Publication date: 2010-08-12
Also published as: WO2010089125A3; WO2010089125A2

Abstract

Ein Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) für Turbinen und ein Verfahren zu dessen Herstellung werden angegeben, wobei das Leitringelement ein geringes Gewicht besitzt und leicht herstellbar ist, aber dennoch allen Anforderungen an die Stabilität gerecht wird. Dazu sind die Strömungsflächen des Leitringelements (1a, 51a, 61a, 71a) aus im Verhältnis zum Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) kleinen Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) aufgebaut. Zur Herstellung eines Leitringelements (1a, 51a, 61a, 71a) werden Einzelelemente zu dem Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) miteinander verbunden, wobei die verschiedenen Arbeitsschritte des Verbindens der Einzelelemente untereinander und gegebenenfalls mit anderen Einzelelementen entweder gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander erfolgen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitringelement für Turbinen und auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leitringelements.
Bei Turbinen muss das Strömungsmedium, beispielsweise der Dampf einer Dampfturbine, im richtigen Winkel und mit der vorgegebenen Geschwindigkeit auf rotierende Laufschaufeln geleitet werden. Der Dampf gelangt in der Regel eingangsseitig über Dampfeintrittsdüsen zum ersten Schaufelrad der Dampfturbine und von hier über Zwischenböden mit Leitschaufeln, die als Turbinenleitkränze bezeichnet werden, zum nächsten Schaufelrad. In den Zwischenböden können Übergänge zur Dampfab- oder -einleitung in ein Rohr vorgesehen sein. Am Ende der Turbine wird das Strömungsmedium über einen Diffusor ausgeleitet. Dabei ähneln die Strömungskanäle der Dampfeintrittsdüsen weitgehend den in den Zwischenböden bzw. am Diffusor vor zu sehenden Strömungskanälen. In allen Fällen sind die aneinandergereihten Strömungskanäle in einem Ring angeordnet, der nachfolgend als Leitring bezeichnet wird.
Es gibt Turbinenleitkränze, bei denen die Leitschaufeln nur einseitig an einem mit dem Turbinengehäuse in Verbindung stehenden Außenring befestigt sind und mit ihren freien Enden zwischen den Laufschaufeln liegen, und andere Turbinenleitkränze, insbesondere solche mit langen Leitschaufeln im Bereich der Turbinenendstufen, die zur Stabilisierung zusätzlich einen Innenring aufweisen. Bei letzteren sind die Leitschaufeln somit durch die beiden Ringe beidseitig an ihren Enden fixiert und bilden mit diesen zusammen einen Strömungskanal.
Die verschiedenen Leitringe einer Turbine werden üblicherweise beim Zusammenbau der Turbine aus zwei Halbringen oder gegebenenfalls mehr Ringteilen zusammengesetzt, die nachfolgend als Leitringelemente bezeichnet werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird das technische Problem gelöst, ein Leitringelement für Turbinen und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, wobei das Leitringelement ein geringes Gewicht besitzt und leicht herstellbar ist, aber dennoch allen Anforderungen an die Stabilität gerecht wird.
Gelöst wird dieses Problem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungsflächen des Leitringelements aus im Verhältnis zum Leitringelement kleinen Segmentplatten aufgebaut sind. Das Leitringelement weist damit gegenüber dem Stand der Technik ein geringeres Gewicht auf und ist aus den einzelnen Segmentplatten leicht herstellbar. Die einzelnen Segmentplatten können jeweils eine Trennungsgeometrie aufweisen, die an die lokalen Anforderungen angepasst ist, z. B. bei Formübergängen.
Um die Stabilität des Leitringelements zu erhöhen, können Rippen und/oder Tragringelemente vorgesehen werden, die untereinander und/oder mit den Segmentplatten verbunden sind, so dass sich eine stabile aber dennoch leichte Konstruktion ergibt. Unter dem Begriff Tragringelement sollen dabei alle Bauteile fallen, die nicht so stark segmentiert sind wie die Segmentplatten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Segmentplatten und/oder die Rippen und/oder die Tragringelemente in Materialart und/oder Materialstärke und/oder Formgestaltung an die lokalen Anforderungen angepasst sind. Dadurch wird beispielsweise erreicht, dass in Bereichen mit geringer Belastung während des Betriebs der Turbine Segmentplatten mit geringer Materialstärke verbaut werden können, während in Bereichen mit hoher Belastung während des Betriebs der Turbine, beispielsweise im Bereich von Dampfab- oder -einleitungen oder im Bereich der Lagerung der Turbine Segmentplatten mit größerer Materialstärke verbaut werden können. Hiermit kann das Gewicht des Leitringelements weiter verringert und gleichzeitig die Stabilität in stark belasteten Bereichen erhöht werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Segmentplatten im beispielsweise im Bereich von Dampfab- oder -einleitungen in ein Rohr strömungsgünstig zu gestalten.
Zur Herstellung der Leitringelemente wird vorgeschlagen, dass die Segmentplatten untereinander und/oder mit den Rippen und/oder mit den Tragringelementen mittels eines Lötverfahrens, eines Strahlschweißverfahrens, eines Lichtbogenschweißverfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren verschweißt sind. Dabei soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass Rippen oder Tragringelement nur vorzusehen sind, wenn dies durch die Anforderungen an die Stabilität oder die Konstruktion notwendig ist.
Ein besonders einfacher Aufbau der Segmentplatten ergibt sich, wenn die Trennung der Segmentplatten durch eine Ebene erfolgt, die parallel zur Rotorachse der Turbine verläuft.
Zur Verbesserung der Strömungseigenschaften kann vorgesehen werden, dass die Segmentplatten geformt und/oder auf der Strömungsseite mechanisch bearbeitet sind.
Auf der anderen Seite kann es aber auch genügen, dass die Segmentplatten eben ausgeführt sind, was eine besonders einfache Herstellung der Segmentplatten ermöglicht.
Bei einem Leitringelement mit Rippen können die Rippen aufgesetzt sein, d. h. die Segmentplatten werden unmittelbar miteinander verbunden und die Rippen auf die Segmentplatten aufgesetzt. Alternativ ist es auch möglich, dass die Rippen die Segmentplatten als Zwischenelemente verbinden, d. h. die Segmentplatten werden an beiden Seiten einer Rippe angelegt und mit der Rippe verbunden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Leitringelement als Turbinenleitkranzelement ausgebildet, indem Leitschaufeln vorgesehen sind. Die Leitschaufeln können in bekannter Weise hohle oder massive Schaufeln sein. Die Leitschaufeln können mit den Segmentplatten als Kopf- und/oder Fußplatten versehen werden, wobei die Leitschaufeln entweder erst mit den Segmentplatten verbunden und dann die Segmentplatten untereinander verbunden werden oder die Leitschaufeln können mit den schon ringförmig miteinander verbundenen Segmentplatten verbunden werden. Nähere Einzelheiten zu den verschiedenen Herstellungsverfahren werden weiter unten zu dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert. Die einzelnen Segmentplatten können jeweils eine Trennungsgeometrie aufweisen, die an die lokalen Anforderungen angepasst ist, z. B. derart, dass die Anbindungskontur der Leitschaufeln vollständig oder zumindest weitgehend auf der Segmentplatte liegt, so dass der Innenraum einer hohlen Leitschaufel vollständig abgedeckt ist.
Vorteilhafterweise entspricht die Anzahl der Segmentplatten und/oder der Rippen im wesentlichen der Anzahl der Leitschaufeln.
Die Gestaltung der Segmentplatten kann an die Leitschaufeln angepasst sein, so dass die Anbindungskontur jeder Leitschaufel vollständig auf einer Segmentplatte liegt. Damit kann jede Leitschaufel mit genau einer Segmentplatte verbunden werden.
Die Verbindung der die Leitschaufeln mit den Segmentplatten kann ebenfalls mittels eines Lötverfahrens, eines Strahlschweißverfahrens, eines Lichtbogenschweißverfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren erfolgen.
Wenn das Turbinenleitkranzelement auch einen Innenring aufweisen soll, wird vorgeschlagen, dass ein weiteres erfindungsgemäßes Leitringelement vorgesehen ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Leitringelement als Diffusorelement ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Leitringelements werden Einzelelemente zu dem Leitringelement miteinander verbunden, wobei die verschiedenen Arbeitsschritte des Verbindens der Einzelelemente untereinander und gegebenenfalls mit anderen Einzelelementen entweder gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander erfolgen.
Die Einzelelemente bei der Durchführung des Verfahrens können Segmentplatten und/oder Rippen und/oder Tragringelemente sein.
Bei einer ersten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leitringelements werden die Segmentplatten untereinander verschweißt. Soweit vorhanden, werden die verschweißten Segmentplatten anschließend mit Tragringelementen verschweißt. Wenn zusätzlich auch Rippen vorgesehen sind, werden schließlich die Rippen mit den Segmentplatten und gegebenenfalls den Tragringelementen verschweißt. Hierbei erfolgt eine strukturelle Verbindung der Segmentplatten untereinander, wodurch Tragringelemente eingespart oder zumindest dünner ausgeführt werden können. Die Dimensionierung der Einzelelemente kann so gewählt werden, dass Gewicht und Kosten eingespart werden können.
Bei einer zweiten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leitringelements werden die Segmentplatten und, soweit vorhanden, die Tragringelemente und Rippen gleichzeitig miteinander verschweißt. Es ist damit nur ein Arbeitsgang zur Herstellung des Leitringelements erforderlich.
Bei einer dritten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leitringelements werden zunächst die Tragringelemente und Rippen zu einer Unterschweißgruppe miteinander verschweißt. Anschließend werden die Segmentplatten untereinander und mit der Unterschweißgruppe verschweißt. Hierbei sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Teilungsflächen der Segmentplatten geringer, so dass eine weniger aufwändige Gestaltung möglich ist. Eine strukturelle Schweißnaht befindet sich zwischen den Segmentplatten und den Tragringelementen. Aufgrund der Steifigkeit durch die Tragringelemente entsteht weniger Verzug beim Schweißen.
Bei einer vierten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leitringelements werden zunächst die Segmentplatten und Rippen untereinander zu einer Unterschweißgruppe verschweißt. Anschließend wird diese Unterschweißgruppe mit den Tragringelementen verschweißt. Mit dieser Variante ist es möglich, die Segmentplatten mit den Rippen vollständig strukturell zu verbinden, auch wenn ein Tragringelement konstruktionsgemäß axial innerhalb der Segmentplatten liegt. Besonders vorteilhaft kann diese Variante verwendet werden, wenn die Rippen als Zwischenelemente zwischen den Segmentplatten vorgesehen sind.
Bei einer fünften Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leitringelements werden zunächst die Segmentplatten und Tragringelemente untereinander zu einer Unterschweißgruppe verschweißt. Anschließend wird diese Unterschweißgruppe mit den Rippen verschweißt. Mit dieser Variante ist es möglich, die Segmentplatten mit den Tragringelementen vollständig strukturell zu verbinden, da andernfalls die Rippen eine durchgehende Schweißnaht verhindern.
Die vierte und fünfte Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leitringelements sind besonders vorteilhaft beim Strahlschweißen einsetzbar, da hier keine abgesetzten Schweißnähte vorliegen.
Wenn das Leitringelement als Turbinenleitkranzelement ausgebildet wird, können als weitere Einzelelemente Leitschaufeln vorgesehen werden. Die Segmentplatten dienen in diesem Fall als Kopfplatten und/oder Fußplatten der Leitschaufeln. Als Innenringelement des Turbinenleitkranzes kann als weiteres Einzelelement ein weiteres Leitringelement vorgesehen sein.
Bei einer ersten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Turbinenleitkranzelements wird zunächst ein Außenringelement aus Segmentplatten als Fußplatten und, soweit vorhanden, Rippen und Tragringelementen sowie ein Innenringelement aus Segmentplatten als Kopfplatten und, soweit vorhanden, Rippen und Tragringelementen hergestellt. Anschließend werden die Leitschaufeln in die Außen- und Innenringelemente eingeschweißt. Bei diesem Verfahren sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Teilungsflächen der Segmentplatten geringer und die Segmentplatten können in ihrer Beschnittkontur einfach gestaltet werden.
Bei einer zweiten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Turbinenleitkranzelements werden zunächst die Leitschaufeln mit den Segmentplatten als Kopf- und Fußplatten verschweißt. Anschließend werden die Leitschaufeln mit Segmentplatten untereinander verschweißt. Schließlich werden, soweit vorhanden, Trageringelemente im Außen- und Innenbereich angeschweißt und zuletzt, soweit vorhanden, Rippen angeschweißt. Hierbei erfolgt eine strukturelle Verbindung der Segmentplatten untereinander, wodurch Tragringelemente eingespart oder zumindest dünner ausgeführt werden können. Die Dimensionierung der Einzelelemente kann so gewählt werden, dass Gewicht und Kosten eingespart werden können. Darüber hinaus kann die strukturelle Schweißnaht zwischen den Segmentplatten als Kopf- und Fußplatten und den Leitschaufeln auf einer kostengünstigen Schweißanlage ausgeführt werden. Die Schweißnaht ist dabei gut zugänglich und damit sauberer und hochwertiger ausführbar. Gleichzeitig treten weniger radiale Spannungen beim Verschweißen der Leitschaufeln mit den Segmentplatten als Kopf- und Fußplatten und im Betrieb der Turbine auf.
Bei einer dritten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Turbinenleitkranzelements werden zunächst die Leitschaufeln mit den Segmentplatten als Kopf- und Fußplatten verschweißt. Anschließend werden die Tragringelemente im Außenbereich mit Rippen verschweißt. Schließlich werden die Leitschaufeln mit den Segmentplatten verschweißt mit den Tragringelementen mit Rippen und dem Innenring. Hierbei sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Teilungsflächen der Segmentplatten geringer, so dass eine weniger aufwändige Gestaltung möglich ist. Eine strukturelle Schweißnaht befindet sich zwischen den Segmentplatten und den Tragringelementen. Aufgrund der Steifigkeit durch die Tragringelemente entsteht weniger Verzug beim Schweißen. Darüber hinaus kann die strukturelle Schweißnaht zwischen den Segmentplatten als Kopf- und Fußplatten und den Leitschaufeln auf einer kostengünstigen Schweißanlage ausgeführt werden. Die Schweißnaht ist dabei gut zugänglich und damit sauberer und hochwertiger ausführbar. Gleichzeitig treten weniger radiale Spannungen beim Verschweißen der Leitschaufeln mit den Segmentplatten als Kopf- und Fußplatten und im Betrieb der Turbine auf.
Bei einer vierten Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Turbinenleitkranzelements werden die Leitschaufeln mit den Segmentplatten als Kopf- und Fußplatten und, soweit vorhanden, die Tragringelemente und Rippen gleichzeitig miteinander verschweißt. Es ist damit nur ein Arbeitsgang zur Herstellung des Turbinenleitkranzelements erforderlich.
Bei einer fünften Variante des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Turbinenleitkranzelements werden zunächst die Leitschaufeln mit Segmentplatten als Fußplatten verschweißt. Anschließend werden die Segmentplatten der Leitschaufeln miteinander verschweißt. Eine Unterschweißgruppe Innenringelement wird aus Tragringelementen und Segmentplatten als Kopfplatten sowie, soweit vorhanden, Rippen hergestellt. Schließlich werden die Leitschaufeln mit Segmentplatten mit äußeren Tragringelementen und der Unterschweißgruppe Innenringelement verschweißt. Bei dieser Variante kann die strukturell besonders wichtige Schweißnaht zwischen der Leitschaufel und der Segmentplatte als Fußplatte einfach und hochwertig ausgeführt werden. Ein möglicher Verzug zwischen Kopf und Fuß wird vermieden. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Teilungsflächen der Segmentplatten wird verringert. Das Kopfende der Leitschaufel kann vor dem Verschweißen mit der Segmentplatte als Kopfplatte bearbeitet werden, da es bereits fixiert ist.
Die Verbindung der Einzelelemente erfolgt bei den verschiedenen Verfahrensvarianten vorteilhafterweise mittels eines Lötverfahrens, eines Strahlschweißverfahrens, eines Lichtbogenschweißverfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren.
Soweit erforderlich, um die gewünschte Genauigkeit des Herstellungserzeugnisses zu erreichen, kann zwischen und/oder nach den einzelnen Arbeitsschritten eine Wärmebehandlung und/oder mechanische Bearbeitung erfolgen.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Außenrings eines Turbinenleitkranzes,
2 eine Ansicht in Richtung des Pfeils II der 1,
3 eine Ansicht in Richtung des Pfeils III der 1,
4 eine vergrößerte rückwärtige Detailansicht des Außenrings,
5 einen des Außenrings mit einem Innenring,
6 und 7 perspektivische Ansichten einer Leitschaufel mit Segmentplatten als Kopfplatte und Fußplatte,
8 eine perspektivische Ansicht einer anderen Leitschaufel mit Segmentplatten als Kopfplatte und Fußplatte,
9 eine Ansicht eines Turbinenleitkranzes ,
10 eine Ansicht von der Rückseite der 9,
11 eine vergrößerte Detailansichten des Turbinenleitkranzes,
12 eine Seitenansicht eines anderen Turbinenleitkranzes,
13 eine perspektivische Ansicht eines Leitrings,
14 eine vergrößerte Detailansicht der 13,
15 eine vergrößerte Detailansicht eines anderen Leitrings,
16 ein Diffusorelement,
17 eine Ansicht in Richtung des Pfeils XVII der 16 und
18 eine vergrößerte rückwärtige Ansicht des Diffusorelements.
In den 1 bis 4 ist ein Außenring 1 eines Turbinenleitkranzes dargestellt. Der Außenring 1 besteht aus zwei Außenringelementen 1a, die miteinander verbunden sind. Die Außenringelemente 1a bestehen aus aus zwei Tragringelementen 2, 3, die mit einer Vielzahl von Rippen 4 verschweißt sind. Die Verbindung der Außenringelemente 1a ist über Verbindungsrippen 4a hergestellt, was in bekannter Weise, etwa durch verschrauben erfolgen kann.
Die Tragringelemente 2, 3 bestehen aus verhältnismäßig dickem Blechmaterial, wogegen die Rippen 4 von verhältnismäßig dünnem Blechmaterial gebildet werden. Die Materialstärke der Tragringelemente 2, 3 und der Rippen 4 ist dabei an die lokalen Anforderungen angepasst.
Wie insbesondere aus der Detailansicht der 4 zu sehen ist, besitzt das Außenringelement 1a nicht zuletzt aufgrund der Ausgestaltung der Rippen 4, die alle eine gleiche Form aufweisen, eine hohe Stabilität bei geringem Gewicht. Falls erforderlich können die Rippen in Materialart, Materialstärke und/oder Formgestaltung angepasst werden. Es wird ebenfalls deutlich, dass die Schweißnähte für die Verbindung der Rippen 4 mit den Tragringelementen 2, 3 leicht zugänglich sind und eine einfache Gestaltung besitzen, so dass der Herstellungsvorgang für das Außenringelement 1a gut automatisierbar ist.
Wie später noch deutlich wird, sind die Rippen 4 dort angeordnet, wo bei dem fertigen Turbinenleitkranz im Betrieb die maximalen Spannungen durch die Leitschaufeln in die Segmentplatten eingeleitet werden. Darüber hinaus besitzen die Rippen 4 in der Mitte spezielle Anlageflächen 5, an denen die Fußplatten der Leitschaufelelemente mit den Rippen 4 verschweißt werden.
Das Außenringelement 1a kann sowohl für die Herstellung eines Turbinenleitkranzelements mit als auch ohne Innenring verwendet werden.
In der 5 ist dem Außenring 1 ein Innenring 11 aus Innenringelementen 11a zugeordnet worden. Die Innenringelemente 11 bestehen aus zwei Tragringelementen 12, 13, die im Inneren jeweils mit einem Blechhalbzylinder 14 verschweißt sind.
Die in den 6 und 7 dargestellten Leitschaufelelemente 21 umfassen eine Leitschaufel 22, die in bekannter Weise als hohle oder massive Leitschaufel 22 hergestellt ist.
Die Leitschaufel 22 ist mit Segmentplatten als Kopfplatte 23 und Fußplatte 24 verschweißt. Wie aus den Ansichten zu erkennen, können die Schweißnähte für die Leitschaufelelemente 21 leicht automatisiert hergestellt werden, weil sie von allen Seiten gut zugänglich sind und für einen Turbinenleitkranz eine Vielzahl gleicher Leitschaufelelemente 21 angefertigt werden.
Aus der Zeichnung ist ebenfalls ersichtlich, dass die Kopfplatte 23 und Fußplatte 24 so gestaltet ist, dass sie sich zum Leiten eines Strömungsmediums eignen, indem sie geformt und/oder auf der Strömungsseite mechanisch bearbeitet ist. Darüber hinaus ist die Gestaltung der Segmentplatten als Kopfplatte 23 und Fußplatte 24 an die Leitschaufeln 22 angepasst, so dass die Anbindungskontur jeder Leitschaufel vollständig auf einer Segmentplatte als Kopfplatte 23 und Fußplatte 24 liegt.
In der 8 ist ein anderes Leitschaufelelement 25 dargestellt, das aus einer Leitschaufel 26 mit Segmentplatten als Kopfplatte 27 und Fußplatte 28 besteht.
Die Segmentplatten als Kopfplatte 27 und Fußplatte 28 sind so ausgestaltet, dass die Trennung der Segmentplatten in der Turbine eingebaut durch eine Ebene erfolgt, die parallel zur Rotorachse der Turbine verläuft. Dadurch ergibt es sich, dass die Anbindungskontur jeder Leitschaufel 26 nicht vollständig auf einer Segmentplatte als Kopfplatte 27 und Fußplatte 28 liegt. Die Leitschaufeln 26 stehen also über die Kopfplatte 27 und Fußplatte 28 teilweise hinaus.
Die Kopfplatten 23 bzw. 27 und Fußplatten 24 bzw. 28 mehrerer Leitschaufelelemente 21 bzw. 25 lassen sich zu einem Ring zusammenfügen, wie sich aus den nachfolgenden Figuren ergibt.
Der in den 9 bis 11 dargestellte Turbinenleitkranz 31 umfasst zwei Turbinenleitkranzelemente 31a mit jeweils einem Außenringelement 1a, einem Innenringelement 11a und einer Vielzahl von Leitschaufelelementen 21.
Die Leitschaufelelemente 21 sind mit ihren Fußplatten 24 an die Tragringelemente 2, 3 angeschweißt und mit ihren Kopfplatten 23 an den Tragringelementen 12, 13 angeschweißt. Darüber hinaus sind die Fußplatten 24, wie schon oben erwähnt, mit den Anschlagflächen 5 der Rippen 4 verschweißt.
Insgesamt ergibt sich damit ein Turbinenleitkranz 31, der den Anforderungen der Praxis bei geringem Gewicht gerecht wird. Darüber hinaus erkennt man aus der Zeichnung, dass die Anordnung und Gestaltung der Schweißnähte eine Automatisierung der Herstellung ermöglicht aufgrund der Vielzahl an gleichen Schweißvorgänge. Sowohl die Herstellung der einzelnen Elemente des Turbinenleitkranzes 31, also der Außenringelemente 11a, Innenringelemente 11a und die Leitschaufelelemente 21, als auch die Herstellung des Turbinenleitkranzes 31 können damit automatisiert werden.
Zum Abdichten des Strömungskanals sind die Stoßstellen der Kopfplatten 23 und Fußplatten 24 miteinander verschweißt. Auch dieser Schweißvorgang kann aufgrund der Lage und Form der Schweißnähte automatisiert erfolgen.
In der 11 sind durch strichliert gezeichnete Linien die Lage der Kopfplatten 27 und Fußplatten 28 der anderen Leitschaufelelemente 25 angedeutet. Die Trennung der Segmentplatten als Kopfplatten 27 und Fußplatten 28 erfolgt durch eine Ebene, die parallel zur Rotorachse der Turbine verläuft.
Die 12 zeigt einen anderen Turbinenleitkranz 41.
Der Turbinenleitkranz 41 umfasst einen Außenring 42, der neben den Tragringelementen 2, 3, welche wiederum mit Rippen 4 verschweißt sind, ein weiteres Tragringelement 43 besitzt. Die Tragringelemente 3, 43 sind über Rippen 44 miteinander verschweißt. An den Rippen 44 ist ein Leitringelement 45 für das Strömungsmedium angeschweißt. Daneben ist das Tragringelement 2 über Rippen 46 mit einem Leitringelement 47 verschweißt.
Zur Herstellung des Außenrings 42 werden die Tragringelemente 2, 3, 43 mit den Rippen 4, 44, 46 und den Leitringelementen 45, 47 verschweißt. In den Außenring 42 werden anschließend zur Herstellung des Turbinenleitkranzes 41 Leitschaufelelemente 21 mit ihren Fußplatten 24 eingeschweißt.
Bei dem Turbinenleitkranz 42 bilden die Leitschaufeln 22 gemeinsam mit den Fußplatten 24 und den Leitringelementen 45, 47 den Strömungskanal für das Strömungsmedium.
In den 13 und 14 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein anderer Leitring 51 dargestellt, der aus zwei Leitringelementen 51a besteht.
Die Leitringelemente 51a bestehen aus miteinander verschweißten Segmentplatten 52, 53, auf die im Bereich der die Segmentplatten 52, 53 verbindenden Schweißnähte im Außenbereich Rippen 54 aufgesetzt und verschweißt sind.
Der Leitring 51 weist einen Übergang 55 der Dampfab- oder -einleitung in ein Rohr in der Turbine auf. Dazu sind die Segmentplatten 53 in der Formgestaltung an den Rohrübergang angepasst, wie dies besonders deutlich aus 14 hervorgeht. Darüber hinaus ist die Materialstärke der Segmentplatte 53 größer als die Materialstärke der Segmentplatten 52. Auch die Materialstärke des Übergangs 55 ist gegenüber der Materialstärke der Segmentplatte 53 vergrößert. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Leitring 51 beim Betrieb den erhöhten Beanspruchungen im Bereich der Dampfab- oder -einleitung gewachsen ist, und dennoch ein möglichst geringes Gesamtgewicht aufweist.
15 zeigt eine Detailansicht eines anderen Leitringelements 61a, das ohne Rippen lediglich aus miteinander verschweißten Segmentplatten 62, 63 besteht.
Das Leitringelement 61a weist einen Übergang 65 der Dampfab- oder -einleitung in ein Rohr in der Turbine auf. Dazu sind die Segmentplatten 63 in der Formgestaltung an den Rohrübergang angepasst und die Materialstärke der Segmentplatte 63 ist größer als die Materialstärke der Segmentplatten 62. Auch die Materialstärke des Übergangs 65 ist gegenüber der Materialstärke der Segmentplatte 63 vergrößert.
In den 16 bis 18 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Diffusorelement 71a dargestellt, bei dem es sich um die untere Hälfte des Diffusors einer Turbine handelt.
Das Diffusorelement 71a besteht aus Segmentplatten 72, 73, zwischen denen sich Rippen 74 als Zwischenelemente befinden. Die Segmentplatten 72, 73 sind mit den Rippen 74 verschweißt. An den beiden Enden des Diffusorelements 71a befinden sich Verbindungsrippen 74a, mit denen die beiden Hälften des Diffusors bei der Montage der Turbine miteinander verbunden werden.
Die Segmentplatten 73 weisen Aussparungen 75 zur Aufnahme der Lager der Turbine auf. Im Hinblick auf die im Bereich der Lager der Turbine auftretenden Belastungen ist die Materialstärke der Segmentplatten 73 größer als die Materialstärke der Segmentplatten 72, wie dies aus der Darstellung der 18 hervorgeht. In der 18 ist auch zu erkennen, dass die Materialstärke der unmittelbar neben den Segmentplatten 73 befindlichen Segmentplatten 72 größer ist als die Materialstärke der übrigen Segmentplatten 72. Insgesamt wird erreicht, dass das Diffusorelement 71a in der Turbine allen Beanspruchungen des Betriebs gewachsen ist und dennoch ein möglichst geringes Gewicht aufweist.
Die Erfindung ist dabei nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind weitere Ausbildungen erfindungsgemäßer Leitringelemente und deren Herstellungsverfahren denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

1: Außenring
1a: Außenringelement
2: Tragringelement
3: Tragringelement
4: Rippen
4a: Verbindungsrippen
5: Anlagefläche
11: Innenring
11a: Innenringelement
12: Tragringelement
13: Tragringelement
14: Blechhalbzylinder
21: Leitschaufelelement
22: Leitschaufel
23: Kopfplatte
24: Fußplatte
25: Leitschaufelelement
26: Leitschaufel
27: Kopfplatte
28: Fußplatte
31: Turbinenleitkranz
31a: Turbinenleitkranzelement
41: Turbinenleitkranz
42: Außenring
43: Tragringelement
44: Rippen
45: Leitringelement
46: Rippen
47: Leitringelement
51: Leitring
51a: Leitringelement
52: Segmentplatte
53: Segmentplatte
54: Rippen
55: Übergang
61a: Leitringelement
62: Segmentplatte
63: Segmentplatte
65: Übergang
71a: Diffusorelement
72: Segmentplatte
73: Segmentplatte
74: Rippen
74a: Verbindungsrippen

Claims

Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) für Turbinen, dessen Strömungsflächen aus im Verhältnis zum Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) kleinen Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) aufgebaut sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (4, 44, 46, 54, 74) vorgesehen sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Tragringelement (2, 3, 12, 13, 43) vorgesehen ist.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) und/oder die Rippen (4, 44, 46, 54, 74) und/oder die Tragringelemente (2, 3, 12, 13, 43) in Materialart und/oder Materialstärke und/oder Formgestaltung an die lokalen Anforderungen angepasst sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) untereinander und/oder mit den Rippen (4, 44, 46, 54, 74) und/oder mit den Tragringelementen (2, 3, 12, 13, 43) mittels eines Lötverfahrens, eines Strahlschweißverfahrens, eines Lichtbogenschweißverfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren verschweißt sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) durch eine Ebene erfolgt, die parallel zur Rotorachse der Turbine verläuft.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) geformt und/oder auf der Strömungsseite mechanisch bearbeitet sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) eben ausgeführt sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (4, 44, 46) aufgesetzt sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (74) die Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) als Zwischenelemente verbinden.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als Turbinenleitkranzelement (31a) ausgebildet ist, indem Leitschaufeln (22, 26) vorgesehen sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Segmentplatten (23, 24, 27, 28) und/oder der Rippen (4) im wesentlichen der Anzahl der Leitschaufeln (22, 26) entspricht.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung der Segmentplatten (23, 24) an die Leitschaufeln (22) angepasst ist, so dass die Anbindungskontur jeder Leitschaufel (22) vollständig auf einer Segmentplatte (23, 24) liegt.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln 22, 26) mit den Segmentplatten (23, 24, 27, 28) mittels eines Lötverfahrens, eines Strahlschweißverfahrens, eines Lichtbogenschweißverfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren verschweißt sind.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Leitringelement (11a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist.
Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als Diffusorelement (71a) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Leitringelements (1a, 51a, 61a, 71a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Einzelelemente zu dem Leitringelement (1a, 51a, 61a, 71a) miteinander verbunden werden, wobei die verschiedenen Arbeitsschritte des Verbindens der Einzelelemente untereinander und gegebenenfalls mit anderen Einzelelementen entweder gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge nacheinander erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente Segmentplatten (23, 24, 27, 28, 52, 53, 62, 63, 72, 73) und/oder Rippen 4, 44, 46, 54, 74) und/oder Tragringelemente (2, 3, 12, 13, 43) sind.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitringelement als Turbinenleitkranzelement (31a) ausgebildet wird, indem als weitere Einzelelemente Leitschaufeln (22, 26) vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Einzelelemente ein weiteres Leitringelement (11a) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Einzelelemente mittels eines Lötverfahrens, eines Strahlschweißverfahrens, eines Lichtbogenschweißverfahrens oder einer Kombination dieser Verfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen und/oder nach den einzelnen Arbeitsschritten eine Wärmebehandlung und/oder mechanische Bearbeitung erfolgt.