DE102014202744A1

DE102014202744A1 - Schutz vor Erosion und Erosionskorrosion an Stegen von Gußgehäusen

Info

Publication number: DE102014202744A1
Application number: DE102014202744.6A
Authority: DE
Inventors: Stefanie Randig; Mario Rolle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-20
Also published as: EP3060766A1; WO2015120997A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Gehäusevorrichtung (100) für eine Dampfturbine. Die Gehäusevorrichtung (100) weist einen Gehäusekörper (101) auf, welcher sich entlang einer Axialrichtung einer Turbinenwelle der Dampfturbine erstreckt und eine radial zur Turbinenwelle zeigende Innenfläche (102) aufweist. Die Innenfläche (102) umschließt zumindest teilweise ein Arbeitsvolumen, durch welches ein Arbeitsfluid der Dampfturbine führbar ist. Der Gehäusekörper (101) weist einen Innensteg (104) auf, welcher in Radialrichtung (112) von der Innenfläche (102) hervorragt. Der Innensteg (104) weist eine Axialfläche und eine Radialfläche (105) auf, welche angrenzend an die Axialfläche (106) ausgebildet ist. An einen Befestigungsring (103) ist ein Leitschaufelträger der Dampfturbine befestigbar. Der Befestigungsring (103) weist einen ersten Abdeckbereich (107) und einen zweiten Abdeckbereich (108) auf, wobei der Befestigungsring (103) an dem Innensteg (104) derart befestigt ist, dass der erste Abdeckbereich (107) die Axialfläche (106) und der zweite Abdeckbereich (108) die Radialfläche (105) abdeckt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gehäusevorrichtung für eine Dampfturbine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Gehäusevorrichtung für eine Dampfturbine.
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage werden Dampfturbinen mit Außengehäusen ausgestattet, an welchen Leitschaufelträger an Innenseiten der Außengehäuse befestigbar sind. Die Leitschaufelträger werden derart an einem Steg an einer Gehäuseinnenwand des Außengehäuses befestigt, dass die Leitschaufelträger einstellbar und justierbar sind, um die Ausrichtung der Leitschaufel und von Radialspalten exakt einzustellen.
Zur Fixierung der Leitschaufelträger an dem Außengehäuse werden die Fixierungsbereiche des Gehäuses in Form von Stegen ausgebildet, welche entlang der Umfangsrichtung an einer radial inneren Gehäuseoberfläche verlaufen. Zumeist werden die Leitschaufelträger an den Fixierungsbereichen bzw. Stegen mittels Schraubverbindungen oder mittels Nut-Feder-Verbindungen gebildet. Ferner wird ein Verbindungsbolzen verwendet, um den Leitschaufelträger mit dem Steg in Umfangsrichtung einzustellen.
Bei Dampfturbinen, bei welchen bis in das Nassdampfgebiet entspannt wird, kann bei Turbinenbauteilen (z.B. Außengehäusen bzw. die oben beschriebenen Stegen) aus Eisenguss Erosion bzw. Erosionskorrosion vorliegen, wodurch interne und externe Leckagen verursacht werden können. Speziell an den Stegen der Leitzeugträger und Dichtschalen kann es zur Erosion und Erosionskorrosion kommen, da dort infolge von Spaltströmungen die höchsten Dampfgeschwindigkeiten auftreten.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein korrosions- und erosionsbeständiges Gehäuse für eine Dampfturbine bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Gehäusevorrichtung, eine Dampfturbine sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Gehäusevorrichtung für eine Dampfturbine gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Gehäusevorrichtung für eine Dampfturbine bereitgestellt. Die Gehäusevorrichtung weist einen Gehäusekörper auf, welcher sich entlang einer Axialrichtung einer Turbinenwelle der Dampfturbine erstreckt und eine radial zur Turbinenwelle zeigende Innenfläche aufweist. Die Innenfläche umschließt zumindest teilweise ein Arbeitsvolumen, durch welches ein Arbeitsfluid der Dampfturbine führbar ist. Der Gehäusekörper weist einen Innensteg auf, welcher in Radialrichtung von der Innenfläche hervorragt.
Der Innensteg weist eine Axialfläche auf, deren Normale eine Komponente parallel zu der Axialrichtung aufweist. Insbesondere ist die Normale der Axialfläche parallel zu der Axialrichtung. Der Innensteg weist ferner eine Radialfläche auf, welche angrenzend an die Axialfläche ausgebildet ist, wobei eine Normale der Radialfläche eine weitere Komponente parallel zu der Radialrichtung aufweist. Insbesondere ist die Normale der Radialfläche parallel zu der Radialrichtung. Die Normale der Radialfläche ist z.B. rechtwinklig zu der Normale der Axialfläche und zusätzlich rechtwinklig z.B. zu einer weiteren Normalen der unten beschriebenen weiteren Axialfläche.
An einem Befestigungsring der Gehäusevorrichtung ist ein Leitschaufelträger der Dampfturbine befestigbar. Der Befestigungsring weist einen ersten Abdeckbereich und einen zweiten Abdeckbereich auf, wobei der Befestigungsring an dem Innensteg derart befestigt ist, dass der erste Abdeckbereich die Axialfläche und der zweite Abdeckbereich die Radialfläche abdeckt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Dampfturbine mit der oben beschriebenen Gehäusevorrichtung und einem Leitschaufelträgern beschrieben. Der Leitschaufelträger ist an dem Befestigungsring befestigt.
Eine Dampfturbine weist üblicherweise ein Außengehäuse und ein Innengehäuse auf. Zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse befindet sich das Arbeitsvolumen der Dampfturbine. In dem Arbeitsvolumen der Dampfturbine befinden sich die Laufschaufel und die Leitschaufeln der Dampfturbine. Ferner strömt durch das Arbeitsvolumen das Arbeitsfluid, zum Beispiel der Dampf, um die Laufschaufeln anzutreiben. Entsprechend ist der unten näher beschriebene Leitschaufelträger üblicherweise an dem Außengehäuse befestigt. Das Außengehäuse weist einen Dampfeinlass und einen Dampfauslass auf, um entsprechend Dampf in das Arbeitsvolumen einzuströmen oder entsprechend den Dampf aus dem Arbeitsvolumen auszuströmen.
Ferner weist die Dampfturbine die Turbinenwelle auf, welche relativ zu dem Außengehäuse drehbar angeordnet ist. Die Laufschaufeln sind an die Turbinenwelle gekoppelt.
Die Turbinenwelle definiert die „Axialrichtung“ der Dampfturbine und entsprechend des Gehäusekörpers (d.h. dem Außengehäuse oder den Innengehäuse). Eine Richtung, welche von dem Außengehäuse durch die Drehachse der Turbinenwelle verläuft und senkrecht zu der Axialrichtung ausgebildet ist, wird im Folgenden als „Radialrichtung“ bezeichnet. Eine Richtung, welche um die Drehachse der Turbinenwelle verläuft und gleichzeitig senkrecht zu der Axialrichtung und der Radialrichtung ausgebildet ist, wird im Folgenden als „Umfangsrichtung“ bezeichnet.
Der Gehäusekörper weist beispielsweise die Form einer röhrenförmigen Gehäuseschale auf. Insbesondere kann der Gehäusekörper einen tubularen bzw. röhrenförmigen Verlauf entlang der Axialrichtung der Dampfturbine aufweisen. Ferner kann der Gehäusekörper einen geschlossenen ringförmigen Querschnitt um die Turbinenwelle aufweisen. Alternativ kann der Gehäusekörper ein Gehäusesegment, d.h. zum Beispiel eine Halbschale, des Gehäuses der Dampfturbine darstellen.
An der Innenfläche des Gehäusekörpers ist der Innensteg ausgebildet, welcher in Radialrichtung von der Innenfläche in das Arbeitsvolumen hervorragt. Der Innensteg des Gehäusekörpers, welcher insbesondere entlang der Innenfläche in Umfangsrichtung verläuft, wird bevorzugt integral während des Gießens des Gehäusekörpers hergestellt.
Der Leitschaufelträger dient bei Dampfturbinen zur Befestigung der Leitschaufeln in dem Strömungsmaschinengehäuse bzw. dem Gehäusekörper. Der Leitschaufelträger kann kreisförmig ausgebildet sein. Ferner kann der Leitschaufelträger aus einer Vielzahl von Kreissegmenten bzw. Kreisbogensegmenten bestehen. Ein Kreissegment des Leitschaufelträgers kann beispielsweise eine Halbkreisform bzw. Bogenform aufweisen und entlang einer Gehäusehälfte der Turbine verlaufen.
Der Befestigungsring ist ein von dem Gehäusekörper strukturelle separates Bauteil. Der Befestigungsring kann ein offenes oder ein geschlossenes Ringprofil aufweisen, welches sich vollständig oder bereichsweise in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle entlang der Innenfläche des Gehäusekörpers erstreckt. Der Befestigungsring kann somit ein Ringsegment oder einen vollständig geschlossenen Ringprofil aufweisen.
Der Befestigungsring ist an dem Innensteg befestigt, z.B. mittels einer formschlüssigen Verbindung oder mittels einer Schweißverbindung. Der Befestigungsring weist beispielsweise Abdeckbereiche auf, wobei z.B. der erste Abdeckbereich (bzw. Abdeckfläche) des Befestigungsrings eine Axialfläche des Befestigungsrings mit einer Normalen im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung bildet und der zweite Abdeckbereich (bzw. Abdeckfläche) eine zu dem ersten Abdeckbereich abgewickelte Radialfläche des Befestigungsrings mit einer Normalen im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung bildet.
An dem Befestigungsring ist der Leitschaufelträgern befestigbar. Der erste Abdeckbereich oder zusätzlich der zweite Abdeckbereich bilden Auflageflächen für den Leitschaufelträger, auf welchen der Leitschaufelträger plan bzw. flächig auflegbar ist und mit Befestigungsmitteln befestigt werden kann. Der Befestigungsring befindet sich somit teilweise zwischen dem Innensteg des Gehäusekörpers und dem Leitschaufelträger.
Der Innensteg des Gehäusekörpers wird somit von dem Befestigungsring bzw. dessen Abdeckbereichen abgedeckt und vor Einwirkungen des Dampfes in dem Arbeitsvolumen geschützt. Die Erosion und die Korrosion greifen somit vornehmlich an Bereichen des Befestigungsrings anstatt an Bereichen des Gehäusekörpers an.
Innerhalb des Arbeitsvolumens weist der Dampf eine Strömungsrichtung ungefähr parallel zu der Axialrichtung auf. Die Axialfläche des Innenstegs ist insbesondere die Fläche, welche die stromaufwärts angeordnete Axialfläche des Innenstegs bildet und somit zuerst von dem Dampf angeströmt wird.
Eine weitere Axialfläche des Innenstegs ist diejenige Axialfläche, welche stromabwärts bezüglich der oben beschriebenen stromaufwärts angeordneten Axialfläche ausgebildet ist. Die weitere Axialfläche ist somit diejenige Axialfläche, welche stromabwärts ausgebildet wird und von welcher der Dampf abströmt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die weitere Axialfläche von Axialfläche beabstandeten angeordnet, wobei eine weitere Normale eine weitere Komponente parallel zu der Axialrichtung aufweist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Befestigungsring derart an dem Innensteg befestigt, dass der erste Abdeckbereich des Befestigungsrings die stromaufwärts ausgebildete Axialfläche des Innenstegs und mit dem zweiten Abdeckbereich die Radialfläche abdeckt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Befestigungsring eine U-Profilform auf, wobei der Befestigungsring entsprechend einen weiteren ersten Abdeckbereich aufweist, welcher abgewickelt zur dem zweiten Abdeckbereich ausgebildet ist. Der erste Abdeckbereich deckt somit die stromaufwärts ausgebildete Axialfläche des Innenstegs ab, der zweite Abdeckbereich deckt die Radialfläche des Innenstegs ab und der weitere erste Axialbereich deckt die weitere stromabwärts ausgebildete Axialfläche ab.
Somit deckt der Befestigungsring die gesamten Flächen des Innenstegs ab, welche in das Arbeitsvolumen von der Innenfläche heraus in das Arbeitsvolumen hineinragen. Somit wird ein vollumfänglicher Korrosions- und Erosionsschutz mittels des Befestigungsrings bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich, wie oben beschrieben, ein Material des Befestigungsrings von einem Material des Gehäusekörpers.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Befestigungsring aus Stahl, insbesondere aus 12% Chrom Stahl, gebildet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Gehäusekörper aus einem Gussmaterial, insbesondere aus Eisenguss, gebildet.
Ist der Befestigungsring aus Stahl gefertigt, kann dieser beispielsweise mittels Umformverfahren (z.B. Schmieden, Tiefziehen etc.) hergestellt werden. Daraus resultiert ein stark reduzierter Aufwand in der mechanischen Bearbeitung des Befestigungsrings, da Flächen des Befestigungsrings weniger nachgearbeitet werden müssen. Beispielsweise müssen bei Gussteilen alle Befestigungsflächen aufwändig und intensiv nachbearbeitet werden.
Ferner können bei dem Befestigungsring aus Stahl Schweißarbeiten, insbesondere an den Abdeckbereichen, vorschriftsgemäß durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Gehäusekörper an dem Innensteg einen ersten Befestigungsabschnitt auf und der Befestigungsring weist einen zweiten Befestigungsabschnitt auf. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind derart korrespondierend zueinander ausgebildet, dass der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt ineinandergreifen und somit eine formschlüssige Verbindung bilden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ragt der zweite Befestigungsabschnitt von dem ersten und/oder zweiten Abdeckbereich in Richtung Innensteg hervor. Der erste Befestigungsabschnitt ist als Außennut in der korrespondierenden Axialfläche und/oder Radialfläche ausgebildet.
Alternativ kann der erste Befestigungsabschnitt von der Axialfläche und/oder der Radialfläche hervorragen. Der zweite Befestigungsabschnitt ist als Außennut in den korrespondierenden Abdeckbereichen ausgebildet.
Der erste Befestigungsabschnitt ist insbesondere ein integraler Bestandteil des Gehäusekörpers. Entsprechend ist der zweite Befestigungsabschnitt ein integraler Bestandteil des Befestigungsrings. Mit anderen Worten ist der erste Befestigungsabschnitt einstückig mit dem Gehäusekörper ausgebildet und der zweite Befestigungsabschnitt einstückig mit dem Befestigungsring ausgebildet. Zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung können der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt derart ausgebildet sein, dass eine Nut-Federverbindung, beispielsweise eine Schwalbenschwanzverbindung oder dergleichen, ausbildbar ist.
Zur Ausbildung der (insbesondere in Radialrichtung wirkenden) formschlüssigen Verbindung kann der Befestigungsring mit seinem zweiten Befestigungsabschnitt auf den ersten Befestigungsabschnitt des Gehäusekörpers, z.B. entlang der Umfangsrichtung, aufgeschoben werden. Beispielsweise kann Innensteg als ersten Befestigungsabschnitt eine, z.B. sich in Umlaufrichtung erstreckende, Führungsschiene ausbilden, auf welcher der zweite Befestigungsabschnitt, welche als korrespondierend zu der Führungsschiene ausgebildete Nut ausgebildet sein kann, aufgeschoben werden kann.
Der zweite Befestigungsabschnitt kann ferner einen Gußanker aufweisen. Der Gußanker weist beispielsweise zwei voneinander abgespreizte Stäbe oder Bleche auf, welche in den Innensteg eindringen und verhaken. Der Gußanker kann beispielsweise während des Gießvorgangs des Gehäusekörpers in diesen eindringen. Der Gußanker weist beispielsweise dasselbe Material wie der Befestigungsring auf. Ferner kann der Gußanker an dem Befestigungsring angeschweißt werden oder integral mit dem Befestigungsring ausgebildet werden.
Alternativ kann, wie weiter unten im Detail beschrieben, die formschlüssige Verbindung bereits während des Herstellverfahrens der Gehäusevorrichtung gebildet werden. So kann beispielsweise der Befestigungsring während eines Gießprozesses des Gehäusekörpers mit diesem eine formschlüssige Verbindung herstellen.
Im Folgenden wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer (z.B. oben beschriebenen) Gehäusevorrichtung für eine Dampfturbine beschrieben.
Gemäß dem Verfahren wird ein Gehäusekörper hergestellt, welcher sich entlang einer Axialrichtung einer Turbinenwelle der Dampfturbine erstreckt und eine radial zur Turbinenwelle zeigende Innenfläche aufweist, wobei die Innenfläche ein Arbeitsvolumen, durch welches ein Arbeitsfluid der Dampfturbine führbar ist, zumindest teilweise umschließt. Der Gehäusekörper weist einen Innensteg auf, welcher in Radialrichtung von der Innenfläche hervorragt.
Der Innensteg weist eine Axialfläche auf, deren Normale eine Komponente parallel zu der Axialrichtung aufweist. Der Innensteg weist eine Radialfläche auf, welche angrenzend an die Axialfläche ausgebildet ist, wobei eine Normale der Radialfläche eine weitere Komponente parallel zu der Radialrichtung aufweist.
Ferner wird ein Befestigungsring, an welchem ein Leitschaufelträger der Dampfturbine befestigbar ist, hergestellt. Der Befestigungsring weist einen ersten Abdeckbereich und einen zweiten Abdeckbereich auf. Der Befestigungsring wird an dem Innensteg derart befestigt, dass der erste Abdeckbereich die Axialfläche abdeckt und der zweite Abdeckbereich die Radialfläche abdeckt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens weist das oben beschriebene Herstellen des Gehäusekörpers ein Bereitstellen einer Gießform auf, welche eine Negativform des Gehäusekörpers aufweist. Ferner wird ein flüssiges Gußmaterial in die Gießform eingegossen. Anschließend wird das Gußmaterial ausgehärtet, sodass nach dem Aushärten des Gußmaterials der Gehäusekörper aus der Gießform entnehmbar ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens weist das Herstellen des Gehäusekörpers ferner ein Positionieren des Befestigungsrings in der Gießform vor dem Schritt des Eingießens des flüssigen Gußmaterials auf. Nach dem Aushärten des Gußmaterials ist der Befestigungsring derart an dem Innensteg, insbesondere mittels Formschluss, befestigt, dass der erste Abdeckbereich die Axialfläche abdeckt und der zweite Abdeckbereich die Radialfläche abdeckt.
Mittels des oben beschriebenen Herstellerverfahrens wird der Befestigungsring vor dem Gießen des Gehäusekörpers an einer gewünschten Position innerhalb der Gießform platziert. Nach dem Gießen des Materials in die Gießform und nach dem Aushärten des Gießmaterials ist der Befestigungsring an einer gewünschten Position des Befestigungskörpers platziert und mittels eines Formschlusses fixiert. Da der Befestigungsring beispielsweise aus Stahl hergestellt wird und vor dem Gießvorgang hergestellt wurde, d.h. die entsprechenden Flächen (Abdeckflächen) bearbeitet wurden, ist nach dem Gießvorgang keine Nacharbeit mehr notwendig. Da kein zusätzlicher Bearbeitungsschritt nach dem Gießen an dem Befestigungsring notwendig ist führt dies zu einer schnelleren und einfacheren Herstellung der erfindungsgemäßen Gehäusevorrichtung.
Das Risiko der Erosions- und Erosionskorrosionsgefahr an Gussteilen (d.h. an de, Innensteg) wird somit durch den Einsatz des vergossenen Befestigungsrings, z.B. aus 12%-Chrom-Stahl, reduziert.
Der Befestigungsring aus Stahl schützt die Axialflächen und die Radialfläche des Innenstegs. Das erfindungsgemäße Herstellverfahren reduziert ferner den Fertigungsaufwand. Das Profil (Befestigungsring) wird z.B. bereits beim Gießprozess fest in das Gussgehäuse eingegossen. Damit entfallen die Vorbearbeitung am Innensteg für den Einpass eines Abschirmbleches, die zahlreichen Bohrungen zur Verschraubung des Abschirmbleiches mit dem Innensteg, die Schrauben selbst und das Anfertigen des Abschirmbleches.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gehäusevorrichtung für eine Dampfturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt eine schematische Darstellung des Innenstegs und des Befestigungsrings aus 1 und
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Herstellerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gehäusevorrichtung 100 für eine Dampfturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gehäusevorrichtung 100 weist einen Gehäusekörper 101 auf, welcher sich entlang einer Axialrichtung einer Turbinenwelle der Dampfturbine erstreckt und eine radial zur Turbinenwelle zeigende Innenfläche 102 aufweist. Die Innenfläche 102 umschließt zumindest teilweise ein Arbeitsvolumen, durch welches ein Arbeitsfluid der Dampfturbine führbar ist. Der Gehäusekörper 101 weist einen Innensteg 104 auf, welcher in Radialrichtung 112 von der Innenfläche 102 hervorragt. Der Innensteg 104 weist eine Axialfläche und eine Radialfläche 105 auf, welche angrenzend an die Axialfläche 106 ausgebildet ist. An einen Befestigungsring 103 ist ein Leitschaufelträger der Dampfturbine befestigbar. Der Befestigungsring 103 weist einen ersten Abdeckbereich 107 und einen zweiten Abdeckbereich 108 auf, wobei der Befestigungsring 103 an dem Innensteg 104 derart befestigt ist, dass der erste Abdeckbereich 107 die Axialfläche 106 und der zweite Abdeckbereich 108 die Radialfläche 105 abdeckt.
Die Dampfturbine weist üblicherweise als Gehäusekörper 101 ein Außengehäuse und ein Innengehäuse auf. Zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse befindet sich das Arbeitsvolumen der Dampfturbine. In dem Arbeitsvolumen der Dampfturbine befinden sich die Laufschaufel und die Leitschaufeln der Dampfturbine. Ferner strömt durch das Arbeitsvolumen das Arbeitsfluid, zum Beispiel der Dampf, um die Laufschaufeln anzutreiben.
In 1 ist der Gehäusekörper 101 beispielsweise als Außengehäuse dargestellt. Das Außengehäuse weist einen Dampfeinlass und einen Dampfauslass auf, um entsprechend Dampf in das Arbeitsvolumen einzuströmen oder entsprechend den Dampf aus dem Arbeitsvolumen auszuströmen (siehe Dampfströmung 109 in 1).
Die Turbinenwelle ist relativ zu dem Außengehäuse drehbar angeordnet. Die Laufschaufeln sind an die Turbinenwelle gekoppelt.
Der Gehäusekörper 101 weist, wie in 1 dargestellt, eine röhrenförmigen Gehäuseschale, insbesondere eine Gehäusehalbschale, auf. Insbesondere hat der Gehäusekörper 101 einen tubularen bzw. röhrenförmigen Verlauf entlang der Axialrichtung 111 der Dampfturbine aufweist.
An der Innenfläche des Gehäusekörpers 101 ist der Innensteg 104 ausgebildet, welcher in Radialrichtung 112 von der Innenfläche 102 in das Arbeitsvolumen hervorragt. Der Innensteg 104 des Gehäusekörpers 101, welcher insbesondere entlang der Innenfläche 102 in Umfangsrichtung 113 verläuft, wird bevorzugt integral während des Gießens des Gehäusekörpers 101 hergestellt.
Der Befestigungsring 103 ist ein von dem Gehäusekörper 101 strukturelle separates Bauteil. Der Befestigungsring 103 kann ein offenes oder ein geschlossenes Ringprofil aufweisen, welches sich vollständig oder bereichsweise in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle entlang der Innenfläche 102 des Gehäusekörpers 101 erstreckt. Der Befestigungsring 103 kann somit ein Ringsegment oder einen vollständig geschlossenen Ringprofil aufweisen.
Der Befestigungsring 103 ist an dem Innensteg 104 befestigt, z.B. mittels einer formschlüssigen Verbindung oder mittels einer Schweißverbindung. Der Befestigungsring 103 weist beispielsweise ein L-Profil auf, wobei z.B. der erste Abdeckbereich 107 (bzw. Abdeckfläche) des Befestigungsrings 103 eine Axialfläche des Befestigungsrings 103 mit einer Normalen im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung 111 bildet und der zweite Abdeckbereich 108 (bzw. Abdeckfläche) eine zu dem ersten Abdeckbereich 107 abgewickelte Radialfläche des Befestigungsrings 103 mit einer Normalen im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung 112 bildet.
An dem Befestigungsring 103 ist der Leitschaufelträgern befestigbar. Der erste Abdeckbereich 107 oder zusätzlich der zweite Abdeckbereich 108 bilden Auflageflächen für den Leitschaufelträger, auf welchen der Leitschaufelträger plan bzw. flächig auflegbar ist und mit Befestigungsmitteln befestigt werden kann. Der Befestigungsring 103 befindet sich somit teilweise zwischen dem Innensteg 104 des Gehäusekörpers 101 und dem Leitschaufelträger.
Der Innensteg 104 des Gehäusekörpers 101 wird somit von dem Befestigungsring 103 bzw. dessen Abdeckbereichen 107, 108 abgedeckt und vor Einwirkungen des Dampfes in dem Arbeitsvolumen geschützt. Die Erosion und die Korrosion greifen somit vornehmlich an Bereichen des Befestigungsrings 103 anstatt an Bereichen des Gehäusekörpers 101 an.
Innerhalb des Arbeitsvolumens weist der Dampf eine Strömungsrichtung 109 ungefähr parallel zu der Axialrichtung 111 auf.
Die weitere Axialfläche 114 ist von Axialfläche 106 in Axialrichtung 111 beabstandeten angeordnet, wobei eine weitere Normale eine weitere Komponente parallel zu der Axialrichtung 111 aufweist.
Der Befestigungsring 103 ist derart an dem Innensteg 104 befestigt, dass der erste Abdeckbereich 107 des Befestigungsrings 103 die stromaufwärts ausgebildete Axialfläche 106 des Innenstegs 104 und mit dem zweiten Abdeckbereich 108 die Radialfläche 105 des Innenstegs 104 abdeckt.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Innenstegs 104 und des Befestigungsrings 103 aus 1. Die Axialfläche 106 des Innenstegs 104 ist insbesondere die Fläche, welche die stromaufwärts angeordnete Axialfläche 106 des Innenstegs 104 bildet und somit zuerst von dem Dampf angeströmt wird.
Eine weitere Axialfläche 114 des Innenstegs 104 ist diejenige Axialfläche 114, welche stromabwärts bezüglich der oben beschriebenen stromaufwärts angeordneten Axialfläche 106 ausgebildet ist. Die weitere Axialfläche 114 ist somit diejenige Axialfläche 114, welche stromabwärts ausgebildet wird und von welcher der Dampf abströmt.
Der Gehäusekörper 101 weist an dem Innensteg 104 einen ersten Befestigungsabschnitt (z.B. eine Befestigungsnut oder Aufnahmebereiche für korrespondierende Befestigungsmittel/Gußanker 115) auf und der Befestigungsring 103 weist einen zweiten Befestigungsabschnitt (z.B. einen Gußanker 115) auf. Der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt sind derart korrespondierend zueinander ausgebildet, dass der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt ineinandergreifen und somit eine formschlüssige Verbindung bilden.
Der zweite Befestigungsabschnitt (Gußanker 115) ragt von dem ersten und/oder zweiten Abdeckbereich 107, 108 in Richtung Innensteg 104 hervor. Der erste Befestigungsabschnitt ist als Außennut in der korrespondierenden Axialfläche 106 und/oder Radialfläche 105 ausgebildet.
Der Gußanker 115 weist beispielsweise zwei voneinander abgespreizte Stäbe oder Bleche auf, welche in den Innensteg 104 eindringen und verhaken. Der Gußanker 115 kann beispielsweise während des Gießvorgangs des Gehäusekörpers in diesen eindringen. Der Gußanker 115 weist beispielsweise dasselbe Material wie der Befestigungsring 103 auf. Ferner kann der Gußanker 115 an dem Befestigungsring 103 angeschweißt werden oder integral mit dem Befestigungsring 103 ausgebildet werden.
In 3 wird ein Verfahren zum Herstellen einer (z.B. oben beschriebenen) Gehäusevorrichtung 100 für eine Dampfturbine dargestellt.
Gemäß dem Verfahren wird zunächst in Schritt 201 der Befestigungsring 103 hergestellt (z.B. mittels eines Umformverfahrens).
Anschließend wird in Schritt 202 eine Gießform bereitgestellt. Die Gießform weist eine Negativform des Gehäusekörpers 101 aufweist.
Der Befestigungsring 103 wird in Schritt 203 in der Gießform an einer vorbestimmten Position positioniert. Der Befestigungsring 103 wird insbesondere derart positioniert, dass der Befestigungsring 103 an dem Innensteg 104 derart (nach dem Schritt des Aushärtens) befestigt ist, dass der erste Abdeckbereich 107 die Axialfläche 106 abdeckt und der zweite Abdeckbereich 108 die Radialfläche 105 abdeckt.
Anschließend wird das Gußmaterial, z.B. Eisenguss, in Schritt 204 in die Gießform eingegossen. Der Befestigungsring 103 taucht z.B. mit dem Ankerbereich 115 in das flüssige Gußmaterial des Gehäusekörpers 101 im Bereich der Axialfläche 106 oder der Radialfläche 105 ein.
Nach dem Aushärten des Gußmaterials in Schritt 205 kann der Gehäusekörper 101 aus der Gießform entnommen werden. Nach dem Aushärten des Gußmaterials ragen die Gußanker 115 über die Radialfläche 105 oder die Axialfläche 106 des Innenstegs 104 in den Innensteg 104 hinein und bilden somit mit dem Innensteg 104 die formschlüssige Verbindung.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Gehäusevorrichtung (100) für eine Dampfturbine, die Gehäusevorrichtung (100) aufweisend einen Gehäusekörper (101), welcher sich entlang einer Axialrichtung (111) einer Turbinenwelle der Dampfturbine erstreckt und eine in Radialrichtung (112) zur Turbinenwelle zeigende Innenfläche (102) aufweist, wobei die Innenfläche (102) ein Arbeitsvolumen, durch welches ein Arbeitsfluid der Dampfturbine führbar ist, zumindest teilweise umschließt, wobei der Gehäusekörper (101) einen Innensteg (104) aufweist, welcher in Radialrichtung (112) von der Innenfläche (102) hervorragt, wobei der Innensteg (104) eine Axialfläche (106) aufweist, deren Normale eine Komponente parallel zu der Axialrichtung (111) aufweist, und wobei der Innensteg (104) eine Radialfläche (105) aufweist, welche angrenzend an die Axialfläche (106) ausgebildet ist, wobei eine Normale der Radialfläche (105) eine weitere Komponente parallel zu der Radialrichtung (112) aufweist, und einen Befestigungsring (103), an welchem ein Leitschaufelträger der Dampfturbine befestigbar ist, wobei der Befestigungsring (103) einen ersten Abdeckbereich (107) und einen zweiten Abdeckbereich (108) aufweist, wobei der Befestigungsring (103) an dem Innensteg (104) derart befestigt ist, dass der erste Abdeckbereich (107) die Axialfläche (106) abdeckt und der zweite Abdeckbereich (108) die Radialfläche (105) abdeckt.
Gehäusevorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Innensteg (104) eine weitere Axialfläche (114) aufweist, welche von der Axialfläche (106) beabstandet ist, wobei eine weitere Normale eine weitere Komponente parallel zu der Axialrichtung (111) aufweist.
Gehäusevorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei der Befestigungsring (103) einen weiteren ersten Abdeckbereich aufweist, wobei der Befestigungsring (103) ferner an dem Innensteg (104) derart befestigt ist, dass der weitere erste Abdeckbereich (107) die weitere Axialfläche (114) abdeckt.
Gehäusevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich ein Material des Befestigungsrings (103) von einem Material des Gehäusekörpers (101) unterscheidet.
Gehäusevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Befestigungsring (103) aus Stahl, insbesondere aus 12% Chrom Stahl, gebildet ist.
Gehäusevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Gehäusekörper (101) aus einem Gussmaterial, insbesondere aus Eisenguss, gebildet ist.
Gehäusevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gehäusekörper (101) an dem Innensteg (104) einen ersten Befestigungsabschnitt aufweist, wobei der Befestigungsring (103) einen zweiten Befestigungsabschnitt aufweist, wobei der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt derart korrespondierend zueinander ausgebildet sind, dass der erste Befestigungsabschnitt und der zweite Befestigungsabschnitt ineinandergreifen und somit eine formschlüssige Verbindung bilden.
Gehäusevorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, wobei der zweite Befestigungsabschnitt von dem ersten Abdeckbereich (107) und/oder dem zweiten Abdeckbereich (108) hervorragt, wobei der erste Befestigungsabschnitt als Außennut in der korrespondierenden Axialfläche (106) und/oder der Radialfläche (105) ausgebildet ist, wobei die Außennut derart korrespondierend zu dem zweiten Befestigungsabschnitt ausgebildet ist, dass der hervorstehende zweite Befestigungsabschnitt zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung in der Außennut angeordnet ist.
Dampfturbine, aufweisend eine Gehäusevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, und ein Leitschaufelträger, wobei der Leitschaufelträger an dem Befestigungsring (103) befestigt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Gehäusevorrichtung (100) für eine Dampfturbine, das Verfahren aufweisend Herstellen eines Gehäusekörpers (101), welcher sich entlang einer Axialrichtung (111) einer Turbinenwelle der Dampfturbine erstreckt und eine radial zur Turbinenwelle zeigende Innenfläche (102) aufweist, wobei die Innenfläche (102) ein Arbeitsvolumen, durch welches ein Arbeitsfluid der Dampfturbine führbar ist, zumindest teilweise umschließt, wobei der Gehäusekörper (101) einen Innensteg (104) aufweist, welcher in Radialrichtung (112) von der Innenfläche (102) hervorragt, wobei der Innensteg (104) eine Axialfläche (106) aufweist, deren Normale eine Komponente parallel zu der Axialrichtung (111) aufweist, und wobei der Innensteg (104) eine Radialfläche (105) aufweist, welche angrenzend an die Axialfläche (106) ausgebildet ist, wobei eine Normale der Radialfläche (105) eine weitere Komponente parallel zu der Radialrichtung (112) aufweist, und Herstellen eines Befestigungsrings (103), an welchem ein Leitschaufelträger der Dampfturbine befestigbar ist, wobei der Befestigungsring (103) einen ersten Abdeckbereich (107) und einen zweiten Abdeckbereich (108) aufweist, und wobei der Befestigungsring (103) an dem Innensteg (104) derart befestigt wird, dass der erste Abdeckbereich (107) die Axialfläche (106) abdeckt und der zweite Abdeckbereich (108) die Radialfläche (105) abdeckt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Herstellen des Gehäusekörpers (101) aufweist Bereitstellen einer Gießform, welche eine Negativform des Gehäusekörpers (101) aufweist, Eingießen eines flüssigen Gußmaterials in die Gießform, Aushärten des Gußmaterials, sodass nach dem Aushärten des Gußmaterials der Gehäusekörper (101) aus der Gießform entnehmbar ist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Herstellen des Gehäusekörpers (101) ferner aufweist Positionieren des Befestigungsrings (103) in der Gießform vor dem Schritt des Eingießens des flüssigen Gußmaterials, wobei nach dem Aushärten des Gußmaterials der Befestigungsring (103) an dem Innensteg (104) derart an dem Innensteg (104), insbesondere mittels Formschluss, befestigt ist, dass der erste Abdeckbereich (107) die Axialfläche (106) abdeckt und der zweite Abdeckbereich (108) die Radialfläche (105) abdeckt.