DE10353451A1

DE10353451A1 - Dampfturbine sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Dampfturbine

Info

Publication number: DE10353451A1
Application number: DE10353451A
Authority: DE
Inventors: Martin Reigl
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2003-11-15
Filing date: 2003-11-15
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US7165934B2; US20050106006A1

Abstract

Bei einer Dampfturbine (40) mit einem um eine Achse (47) drehbaren Rotor (18), der konzentrisch von einem Gehäuse (11) umschlossen ist, werden eine drastische Verkürzung der Anfahrzeiten und deutlich reduzierte Herstellungskosten dadurch erreicht, dass das Gehäuse (11) einen massiven hohlzylindrischen Grundträger (21) und mehrere, den Grundträger (21) konzentrisch umschließende Schalen (21, 12, 22, 13, 23, ..., 17, 27) umfasst, die aus einem gebogenen Blech hergestellt sind und zwischen denen mit Dampf füllbare Zwischenräume (48) vorgesehen sind.

Description

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

Dampfturbinen moderner Bauart für hohe Wirkungsgrade und hohe Dampfeintrittstemperaturen umfassen einen um eine Drehachse drehbaren Rotor, der von einem Gehäuse umschlossen ist. Das Gehäuse ist unterteilt in ein Innengehäuse, welches den Rotor konzentrisch umgibt, und ein Aussengehäuse, welches das Innengehäuse mit dem Rotor umschliesst. Zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse wird ein ringspaltförmiger Dampfkanal gebildet, durch den der Dampf zur Arbeitsleistung geleitet wird. Im Dampfkanal ist die Beschaufelung der Dampfturbine angeordnet, die aus abwechselnd angeordneten Kränzen von feststehenden Leitschaufeln und auf dem Rotor befestigten Laufschaufeln besteht. Die Leitschaufeln sind an der den Dampfkanal begrenzenden Innenwand des Innengehäuses angeordnet (siehe z.B. die EP-A1-0 952 311 oder die US-A-5,695,317 oder die US-B1-6,315,520 ).

Sowohl das Aussengehäuse als auch das Innengehäuse sind üblicherweise horizontal geteilte, dickwandige Gussteile aus einer vergleichsweise teuren, hochwarmfesten Legierung. Beim Aussengehäuse kommt beispielsweise ein Stahlguss zum Einsatz. Das besonders hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzte Innengehäuse besteht meist aus einer speziellen Nickelbasislegierung. In der Planung sind derzeit Dampfturbinen mit Dampfeintrittstemperaturen von etwa 700°C oder darüber. Es treten dabei Drücke von mehreren 100 bar, z. B. 350 bar, auf.

Die Anfahrzeit von Dampfturbinen der beschriebenen Art beträgt nach derzeitigen Abschätzungen mehrere Stunden, da die Rotoren und das Gehäuse aufgrund der grossen Dimensionen und Wandstärken lange brauchen, bis sie auf die Betriebstemperatur erwärmt werden können, ohne zu grosse thermische Spannungen zu erzeugen. Weitere Nachteile eines massiven Innengehäuses sind die hohen Kosten, da die Nickelbasislegierung ein sehr teures Material ist. Auch bestehen für solche grossen Gussstücke lange Lieferzeiten von mehreren Monaten. Da die Innengehäuse geteilt und die Teile über Flanschverbindungen miteinander verschraubt sind, sind massive Teilfugenflansche vorhanden, die einen erheblichen Anteil am gesamten Gehäusegewicht ausmachen. Entsprechend müssen auch grosse und teure Teilfugenschrauben für die Flanschverschraubung eingesetzt werden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine zu schaffen, welche die beschriebenen Nachteile bekannter Dampfturbinen vermeidet und sich insbesondere aufgrund einer neuartigen Gehäusekonstruktion durch eine stark verkürzte Anfahrzeit im Betrieb sowie eine kostengünstigere und schnellere Herstellung auszeichnet, und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, das Gehäuse aus einem massiven hohlzylindrischen Grundträger und mehreren, den Grundträger konzentrisch umschliessenden Schalen, die aus einem gebogenen Blech hergestellt sind, aufzubauen, wobei zwischen denen Schalen mit Dampf füllbare Zwischenräume vorgesehen sind. Anstelle eines massiven gegossenen Innengehäuses, das sowohl den Innendruck als auch den Schub aufnimmt, werden also Bleche, vorzugsweise in Standardabmessungen, in mehreren Schichten verwendet. Diese nehmen im wesentlichen nur den Innendruck auf. Im Grundträger sind – wenn das Gehäuse ein Innengehäuse ist – die Leitschaufeln montiert. Er nimmt im wesentlichen nur den Schub und das Lastmoment auf und überträgt den Schub auf die Axialführung und das Lastmoment auf die Auflagen. Über den Grundträger wird das Gehäuse gelagert und geführt. Der Grundträger ist fast nicht durch Innendruck beansprucht und kann deshalb mit geringer Wandstärke gebaut werden.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundträger sich aus einer Mehrzahl von in axialer Richtung hintereinander angeordneten und miteinander verbundenen, ringförmigen Trägersegmenten zusammensetzt, dass die Schalen tonnenförmig ausgebildet sind, wobei die nächstäussere Schale jeweils alle weiter innenliegenden Schalen sowohl in radialer als auch in axialer Richtung umschliesst, und dass die Schalen an den Stirnseiten jeweils mit einem der Trägersegmente des Grundträgers dampfdicht verbunden sind. Durch die axiale Aufteilung des Grundträgers in miteinander verbundene Segmente vereinfacht sich die Herstellung des Gehäuses erheblich.

Eine gute Zugänglichkeit für Montage und Wartung wird dadurch erreicht, dass der Grundträger und die Schalen in einer horizontalen Mittelebene in ein Ober- und Unterteil bzw. in obere und untere Segmenthälften und in Ober- und Unterschalen unterteilt sind, welche jeweils paarweise über Flanschverschraubungen miteinander verschraubt sind. Vorzugsweise sind zur Bildung der Flanschverschraubungen an den Ober- und Unterschalen jeweils Horizontalflansche angebracht, insbesondere angeschweisst.

Die Montage wird dadurch weiter vereinfacht, dass die Oberschalen jeweils mit den oberen Segmenthälften, vorzugsweise über einer Halbringflanschverbindung, verschraubt sind, und dass die Unterschalen mit den unteren Segmenthälften jeweils verschweisst sind.

Damit sich der Druckabfall von innen nach aussen auf die einzelnen Schalen richtig aufteilen kann, ist es vorteilhaft, dass die Trägersegmente des Grundträgers so miteinander verbunden sind, dass Dampf aus dem Inneren des Grundträgers in die Zwischenräume zwischen den Schalen strömen kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf für den Betrieb der Dampfturbine von aussen mittels wenigstens eines Einlassrohres durch alle Schalen des Gehäuses hindurch zum Rotor geleitet wird, und dass das wenigstens eine Einlassrohr beim Durchgang durch eine Schale jeweils mittels einer Kolbenringdichtung abgedichtet ist.

Insbesondere kann das Gehäuse ein Innengehäuse oder ein kombiniertes Innen- und Aussengehäuse sein, wobei zwischen dem Grundträger und dem Rotor ein Dampfkanal ausgebildet ist, in dem eine Leitschaufeln und Laufschaufeln umfassende Beschaufelung angeordnet ist, und wobei an der Innenwand des Grundträgers die Leitschaufeln der Beschaufelung befestigt sind. Das Gehäuse kann in diesem Fall ein- oder zweiflutig ausgebildet sein.

Das Gehäuse kann aber auch ein Aussengehäuse sein. Der Grundträger trägt auf der Innenseite dann keine Beschaufelung, sondern Dichtungen.

Bevorzugt sind die Schalen jeweils aus einem Standardblech aus einer hochwarmfesten Nickelbasislegierung, insbesondere aus Alloy 617, mit einer von der Lage der Schale im Gehäuse abhängigen Blechdicke von mehreren Millimetern, insbesondere zwischen 3 und 11 Millimetern, hergestellt.

In den äusseren Schalen, in denen die Dampftemperatur deutlich niedriger als in der inneren Schale ist, kann auch ein billigerer Werkstoff, vorzugsweise gewalztes Stahlblech, verwendet werden.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
1 in einem Querschnitt den Aufbau eines mehrschaligen Innengehäuses einer Dampfturbine gemäss einen ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 in einem vergrösserten Ausschnitt die Flanschverbindung einer Ober- und Unterschale des beispielhaften Innengehäuses aus 1;
3 im Längsschnitt ein zweiflutiges Innengehäuse der in 1 dargestellten Art mit den zentralen Einlassrohren für den Dampfeintritt;
4 in einer zu 3 vergleichbaren Darstellung ein einflutiges Innengehäuse der in 1 dargestellten Art;
5 in zwei Ansichten von der Seite und in axialer Richtung (Teilfiguren 5A und B) zwei obere Segmenthälften eines Grundträgers nach der Erfindung, die über kurze Rundstangen miteinanderverschweisst sind; und
6 in einer zu 5 vergleichbaren Darstellung die in einem Stück gegossene oder geschmiedete Oberhälfte eines Grundträgers nach der Erfindung, bei welcher der radiale Dampfdurchlass zwischen den Segmenten durch Bohrungen sichergestellt ist.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung beruht darauf, anstelle eines massiven, gegossenen Gehäuses bzw. Innengehäuses viele gebogene Bleche hintereinander anzuordnen. Da die Bleche vergleichsweise dünn sind und durch den zwischen ihnen liegenden Spalt gut voneinander thermisch isoliert sind, sind die Wärmespannungen gering. Das Gehäuse ist also für ein Anfahren in sehr kurzer Zeit geeignet. Weitere Vorteile sind:

– Die Lieferzeit ist deutlich niedriger als bei gegossenen Gehäusen, da die Bleche handelsüblich sind. Bei standardgemässen Abmessungen liegen die Bleche bereits in den Lagern des Handels vor. Alternativ kann ein eigenes Lager eingerichtet werden.
– Eine kleinere Menge an teurem Nickelbasis-Werkstoff ist erforderlich, und zwar aus drei Gründen: a) Aufgrund der Isolierung der Bleche voneinander nimmt die Temperatur von der inneren Schale zur äusseren Schale stark ab. Dadurch kann in den kälteren äusseren Schalen ein kostengünstigerer Werkstoff verwendet werden. b) Aufgrund des stärkeren Temperaturabfalls von der inneren Schale zur äusseren Schale im Vergleich zum herkömmlichen Gussgehäuse sind die Temperaturen in den äusseren Schalen niedriger. Entsprechend ist dort die Materialfestigkeit, die mit abnehmender Temperatur zunimmt, höher, so dass eine geringere Wandstärke der Schale ausreichend ist. c) Der massive Teilfugenflansch eines herkömmlichen Gussgehäuses stellt einen erheblichen Anteil am gesamten Gehäusegewicht dar. Bei den erfindungsgemässen Gehäusen sind aufgrund der geringen Druckdifferenz von Schale zu Schale nur sehr kleine Flansche erforderlich, die im Vergleich zur Gehäuseschale sehr leicht sind.
– Die Teilfugenschrauben der Flanschverschraubungen bei den in einer horizontalen Mittelebene geteilten Schalen können im Vergleich zu herkömmlichen Teilfugenschrauben sehr klein ausgeführt werden. Dadurch sind sie zum einen schneller lieferbar, da handelsübliches, dünnes Rohmaterial für die Fertigung verwendet werden kann. Zum anderen sind sie kostengünstiger herstellbar, da das handelsübliche Rohmaterial kostengünstiger ist, und da sie auf kleineren Maschinen gefertigt werden können.

Anstelle eines massiven gegossenen Innengehäuses, dass sowohl den Innendruck als auch den Schub aufnimmt, werden Bleche in Standardabmessungen in mehreren Schalen verwendet. Diese nehmen im wesentlichen nur den Innendruck auf. Im Grundträger sind die Leitschaufeln montiert. Er nimmt im wesentlichen nur den Schub und das Lastmoment auf und überträgt den Schub auf die Axialführung und das Lastmoment auf die Auflagen. Über den Grundträger wird das Gehäuse gelagert und geführt. Der Grundträger ist fast nicht durch Innendruck beansprucht und kann deshalb mit geringer Wandstärke gebaut werden.
1 zeigt in einer Querschnittsdarstellung anhand eines Ausführungsbeispiels das Grundprinzip: Dargestellt ist das Innengehäuse 11 einer Dampfturbine 10, das einen Rotor 18 konzentrisch umschliesst. Zwischen Rotor 18 und dem Innengehäuse 11 ist ein ringspaltförmiger Dampfkanal 20 frei gelassen, in welchem eine Leitschaufeln und Laufschaufeln umfassende Beschaufelung 19 angeordnet ist.
In Tonnenform gebogene Bleche mit einer Dicke von einigen Millimetern, vorzugsweise zwischen 2 und 11 Millimetern, bestehend aus den hier sechs Oberschalen (oberen Hälften) 12, 13, 14, 15, 16 und 17 und den sechs Unterschalen (unteren Hälften) 22, 23, 24, 25, 26 und 27, legen sich wie Zwiebelschalen um den Dampfkanal 20 und den Rotor 18. Ober- und Unterschalen sind über einen jeweils angeschweissten, kleinen Horizontalflansch 28, 29 (siehe auch 2) und eine Flanschverschraubung 30 miteinander fixiert. Die Leitschaufeln im Dampfkanal 20 sind auf einem Grundträger 21 montiert, der ebenfalls aus einem Oberteil 21a und einem Unterteil 21b besteht, die beide mittels eines kleinen Flansches (Horizontalflanschhälften 52, 53 in 5, 6) und einer Flanschverschraubung 30 miteinander fixiert sind. Zwischen den Ober- und Unterschalen 12,...,17 und 22,...,27 sind Zwischenräume 48 frei gelassen, die sich während des Betriebs über Öffnungen im Grundträger 21 mit Dampf füllen. Von Zwischenraum zu Zwischenraum der Ober- und Unterschalen 12,...,17 und 22,...,27 nimmt der Dampfdruck von innen nach aussen ab.
2 zeigt im vergrösserten Ausschnitt eine beispielhafte Horizontal-Flanschverbindung der Ober- und Unterschalen aus 1 (Flanschverschraubung 30 in 1). In 2 ist eine Oberschale 17 mit einem Flanschoberteil 28 verschweisst. Die Unterschale 27 ist mit dem Flanschunterteil 29 verschweisst. Die zugehörigen Schweissnähte sind mit dem Bezugszeichen 36 versehen. In Bohrungen 35 in Flanschoberteil 28 und -unterteil 29 ist ein Schraubbolzen 32 durchgesteckt, der mit Muttern 33 und 34 verspannt ist und die Teilfuge 31 zwischen Flanschoberteil 28 und Flanschunterteil 29 abdichtet.
3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweiflutiges Innengehäuse 11 einer Dampfturbine 40. Das Innengehäuse 11 umfasst wiederum einen Grundträger 21 mit Oberteil 21a und Unterteil 21b sowie Oberschalen 12,...,17 und Unterschalen 22,...,27. Der Rotor 18 dreht um die Achse 47. Auf beiden Seiten von zentralen Einlassrohren 37, 38 ist je eine Flut 44 und 45 mit der entsprechenden Beschaufelung 19 angeordnet. Der Dampf strömt durch die Einlassrohre 37 (oben) und 38 (unten) zum Rotor 18 und teilt sich dann auf in eine linke Flut 44 mit der Beschaufelung 19 und eine rechte Flut 45 mit der Beschaufelung 19. Die Einlassrohre 37 und 38 werden über Kolbenringdichtungen 39 (oben) und 41 (unten) durch die Oberschalen 12, 13, 14, 15, 16, 17 und die Unterschalen 22, 23, 24, 25, 26, 27 und den innersten Ring (Trägersegment 46') des Grundträgers 21 durchgeführt.
Der Grundträger 21 ist einerseits horizontal geteilt in einen Oberteil 21a und einen Unterteil 21b, und andererseits axial in Trägersegmente 46 (genauer: Segmenthälften 46a, b) unterteilt, welche auf den Innenseiten die Leitschaufeln der Beschaufelung 19 tragen und an welchen die Ober- und Unterschalen 12,...,17 und 22,...,27 befestigt sind. Im Beispiel der 3 sind zu beiden Seiten des innersten Trägersegments 46', durch das die Einlassrohre 37, 38 geführt werden, jeweils sechs Trägersegmente 46 (12 Segmenthälften 46a, b) vorgesehen. Die einzelnen Trägersegmente 46 sind so miteinander verbunden, dass Dampf aus dem Dampfkanal in die Zwischenräume 48 der Ober- und Unterschalen strömen kann. Zur Montage der Oberschalen 12, 13, 14, 15, 16, 17 ist es erforderlich, diese mit einer Halbringflanschverbindung 42 an die oberen Segmenthälften 46a des Grundträgers 21 anzuschrauben. Die Unterschalen 22, 23, 24, 25, 26, 27 können mit den unteren Segmenthälften 46b mittels Schweissnähten 43 verbunden werden.
Die Verbindung der Ober- und Unterschalen 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 22, 23, 24, 25, 26, 27 mit dem Grundträger 21 erfolgt in 3 axial jeweils etwa in Segmentmitte. Ist diese Schraub- bzw. Schweissverbindung aber am dampfstromabwärts gerichteten Ende des Trägersegmentes 46 angebracht, dann wird das Trägersegment 46 des Grundträgers 21 von einem Aussendruck beaufschlagt. Die Horizontalflanschschrauben, die Ober- und Unterteil 21a, b des Grundträgers 21 zusammenhalten, können dann sehr klein ausgeführt werden oder sie können auch ganz wegfallen.
4 zeigt einen Längsschnitt durch ein einflutiges Innengehäuse 11 einer Dampfturbine 50. Der Dampf strömt durch die Einlassrohre 37 (oben) und 38 (unten) zum Rotor 18 und dann nach links durch die Beschaufelung 19. Ein Restdampf strömt durch die auf der rechten Seite angeordnete Gehäusedichtung 49 (hier: Labyrinthdichtung). Die Einlassrohre 37 und 38 werden über Kolbenringdichtungen 39 (oben) und 41 (unten) durch die Oberschalen 12, 13, 14, 15, 16, 17 und die Unterschalen 22, 23, 24, 25, 26, 27 und das innere Trägersegment 46' des Grundträgers 21 durchgeführt. Das innere Trägersegment 46' trägt auf der linken Seite die ersten Leitschaufeln der Beschaufelung 19, auf der rechten Seite die Gehäusedichtungen 49. Die Trägersegmente 46 rechts dieses inneren Trägersegmentes 46' tragen die weiteren Gehäusedichtungen, die Trägersegmente 46 links dieses inneren Trägersegmentes 46' tragen die weiteren Leitschaufeln. Zwischen den Trägersegmenten 46, 46' sind Öffnungen, die dem Dampf ein Strömen in die Zwischenräume 48 der Ober- und Unterschalen ermöglichen. Zwischen den Trägersegmenten 46, 46', die die Gehäusedichtungen tragen, können diese Öffnungen entfallen. Dadurch wird ausgeschlossen, dass heisser Dampf aus den Dichtungen in die Zwischenräume 48 der Ober- und Unterschalen strömt. Die Dichtungen sollten aber so ausgelegt sein, dass die Druckdifferenz zwischen den Zwischenräumen 48 und den Dichtungen 49 gering ist. Vorzugsweise sollte der Druck in den Zwischenräumen geringfügig grösser sein, so dass im Falle einer Undichte kälterer Dampf aus dem Zwischenraum in die Dichtung strömt und nicht umgekehrt.
Zur Montage der Oberschalen 12, 13, 14, 15, 16, 17 ist es erforderlich, diese mit einer Halbringflanschverbindung 42 an die oberen Segmenthälften 46a des Grundträgers 21 anzuschrauben. Für den Fall, dass die Turbine nicht wieder auseinandergebaut werden muss, können die Oberschalen 12, 13, 14, 15, 16, 17 auch durch eine Schweissverbindung mit den oberen Segmenthälften 46a des Grundträgers 21 verbunden werden.
Die Unterschalen 22, 23, 24, 25, 26, 27 können wiederum mit den unteren Segmenthälften 46b mittels Schweissnähten 42 verbunden werden.
5 zeigt zwei obere Segmenthälften 46a eines Grundträgers 21. In dem dargestellten Beispiel sind die Segmenthälften 46a mit kurzen Rundstangen 51 z. B. durch Schweissen verbunden. Die Segmenthälften 46a selbst können beispielsweise aus gebogenem Blech oder geschmiedeten Halbringen bestehen. Dargestellt sind weiterhin die Rundstangen 51 für die noch nicht angeschweissten anschliessenden Segmenthälften. Die Leerräume zwischen den Rundstangen 51 erlauben das Strömen des Dampfes in die Zwischenräume 48 der Ober- und Unterschalen (siehe 3 und 4). An den Segmenthälften 46a sind Rundflansche 54 mit über den Umfang verteilten Bohrungen 55 angebracht, an welche die Oberschalen (12,...,17 in 1 bis 4) angeschraubt werden. Weiterhin sind Horizontalflanschhälften 52 und 53 angebracht, mit denen die dargestellten oberen Segmenthälften 46a an die zugehörigen, nicht dargestellten unteren Segmenthälften angeschraubt werden können.
6 zeigt die obere Hälfte bzw. das Oberteil 21a eines Grundträgers 21. Im Gegensatz zur 5 sind die Segmenthälften 46a dadurch verbunden, dass das gesamte Oberteil 21a des Grundträgers 21 in einem Stück gegossen oder geschmiedet ist. Die Dampfdurchlässigkeit in die Zwischenräume 48 der Ober- und Unterschalen (siehe 3 und 4) ist durch Bohrungen 56 gewährleistet. An den Segmenthälften 46a sind die Rundflansche 54 mit den Bohrungen 55 angebracht, an welche die Oberschalen angeschraubt werden. Weiterhin sind wiederum Horizontalflanschhälften 52 und 53 vorgesehen, mittels derer das dargestellte Oberteil 21a des Grundträgers 21 an das nicht dargestellte Unterteil 21b angeschraubt werden kann.
Die Pratzen und Stege für die Auflagen und Führungen der Gehäuse 11 sind in den Figuren nicht gezeigt. Pratzen und Stege werden beispielsweise an den äussersten Trägersegmenten 46 des Grundträgers 21 angebracht.
In den Figuren ist das Gehäuse 11 als Innengehäuse ausgeführt. Es kann jedoch auch ein Aussengehäuse in der erfindungsgemässen mehrschaligen Konstruktion mit stufenweisem Druckabbau ausgeführt werden. Anstelle der Grundträger-Segmente mit Beschaufelung (linke Seite in 4) werden auf beiden Seiten Grundträger-Segmente mit Gehäusedichtungen 49 (rechte Seite in 4) verwendet.
Die erfindungsgemäss gestalteten Innen- und Aussengehäuse können auch kombiniert werden. Beispielsweise werden in 4 eine oder mehrere Schalen aussen hinzugefügt, bei denen an die zugehörigen zusätzlichen Trägersegmente des Grundträgers nur Dichtungen angebracht sind. Durch diese zugefügten Schalen wird dann – analog zu den Einlassrohren 37 und 38 – ein Auslassrohr mit Kolbendichtungen geführt, durch das der Dampf nach aussen abströmen kann.
Die Herstellung der gebogenen Schalen (Ober- und Unterschalen) kann einfach und kostengünstig mit dem Verfahren des endgesteuerten Biegens erfolgen, wie es in der deutschen Patentschrift DE-C2-43 10 773 offenbart ist.
Für eine beispielhafte 400-MW-Dampfturbine mit HD- und MD-Teil sind beim HD-Teil 5 Schalen aus Alloy 617 erforderlich, die abgestufte Wandstärken von 9 bis 10,5 mm aufweisen. Der MD-Teil weist 3 Schalen aus Alloy 617 mit abgestuften Wandstärken von 3,8 bis 5,8 mm auf. Jeweils 3 Stufen der Turbine (3 Leitschaufelkränze und 3 Laufschaufelkränze) sind einem Trägersegment des Grundträgers zugeordnet.
Insgesamt ergeben sich mit der Erfindung die folgenden Vorteile:

– Anfahren einer 700 °C/720°C- Turbine innerhalb von wenigen Minuten möglich (anstelle von derzeit 5 Stunden).
– Reduzierte Lieferzeit für das Gehäuse.
– Kostenersparnis beim Gehäuse und den Gehäuseschrauben.
– Gehäuse: Anstelle von Guss (herkömmliche Konstruktion) werden Standardbleche, ggf. standardisiert, verwendet. Durch die Standardisierung entsteht ein Kostenvorteil. Dazu kommt ein Kostenvorteil, weil weniger Nickel-Basis-Werkstoff benötigt wird, da ein Wechsel zum nächst schlechteren Werkstoff unmittelbar in der nächsten „Zwiebelschale" möglich ist.
– Teilfugenschrauben: Kleine Schrauben sind Massenware oder jedenfalls überall zu fertigen und daher billig.
– Infolge Standardisierung können die Bleche und die einzelnen Segmente des Grundträgers auf Lager gehalten werden. Standardbleche können alternativ auch vom Lager des Blechherstellers bezogen werden. Dadurch wird die Lieferzeit drastisch reduziert, da man nicht von der langen Lieferzeit der Giesserei abhängig ist.

10, 40, 50: Dampfturbine
11: Gehäuse (Innengehäuse)
12,..,17: Oberschale
18: Rotor
19: Beschaufelung
20: Dampfkanal
21: Grundträger
21a: Oberteil (Grundträger)
21b: Unterteil (Grundträger)
22,..,27: Unterschale
28: Flanschoberteil (Horizontalflansch)
29: Flanschunterteil (Horizontalflansch)
30: Flanschverschraubung
31: Teilfuge
32: Schraubbolzen
33, 34: Mutter
35: Bohrung
36: Schweissnaht
37, 38: Einlassrohr
39, 41: Kolbenringdichtung
42: Halbringflanschverbindung
43: Schweissnaht
44, 45: Flut
46, 46': Trägersegment (Grundträger)
46a, b: Segmenthälfte
47: Achse
48: Zwischenraum
49: Gehäusedichtung (z.B. Labyrinthdichtung)
51: Rundstange
52,53: Horizontalflanschhälfte
54: Rundflansch
55: Bohrung
56: Bohrung
57: Mittelebene

Claims

Dampfturbine (10, 40, 50) mit einem um eine Achse (47) drehbaren Rotor (18), der konzentrisch von einem Gehäuse (11) umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) einen massiven hohlzylindrischen Grundträger (21) und mehrere, den Grundträger (21) konzentrisch umschliessende Schalen (21, 12, 22, 13, 23,...,17, 27) umfasst, die aus einem gebogenen Blech hergestellt sind, und zwischen denen mit Dampf füllbare Zwischenräume (48) vorgesehen sind.
Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (21) sich aus einer Mehrzahl von in axialer Richtung hintereinander angeordneten und miteinander verbundenen, ringförmigen Trägersegmenten (46, 46') zusammensetzt, dass die Schalen (12, 22, 13, 23,...,17, 27) tonnenförmig ausgebildet sind, wobei die nächstäussere Schale jeweils alle weiter innenliegenden Schalen sowohl in radialer als auch in axialer Richtung umschliesst, und dass die Schalen (12, 22, 13, 23,...,17, 27) an den Stirnseiten jeweils mit einem der Trägersegmente (46, 46') des Grundträgers (21) dampfdicht verbunden sind.
Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (21) und die Schalen (12, 22, 13, 23,...,17, 27) in einer horizontalen Mittelebene (57) in ein Ober- und Unterteil (21a, b) bzw. in obere und untere Segmenthälften (46a, b) und in Ober- und Unterschalen (12,...,17, 22,..., 27) unterteilt sind, welche jeweils paarweise über Flanschverschraubungen (30) miteinander verschraubt sind.
Dampfturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Flanschverschraubungen (30) an den Ober- und Unterschalen (12,..., 17, 22,..., 27) jeweils Horizontalflansche (28, 29) angebracht, insbesondere angeschweisst sind.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschalen (12,..., 17) jeweils mit den oberen Segmenthälften (46a), vorzugsweise über einer Halbringflanschverbindung (42), verschraubt sind, und dass die Unterschalen (22,...,27) mit den unteren Segmenthälften (46b) jeweils verschweisst sind.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägersegmente (46, 46') des Grundträgers (21) so miteinander verbunden sind, dass Dampf aus dem Inneren des Grundträgers (21) in die Zwischenräume (48) zwischen den Schalen (12, 22, 13, 23,..., 17, 27) strömen kann.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf für den Betrieb der Dampfturbine (10, 40, 50) von aussen mittels wenigstens eines Einlassrohres (37, 38) durch alle Schalen (21, 12, 22, 13, 23,..., 17, 27) des Gehäuses (11) hindurch zum Rotor (18) geleitet wird, und dass das wenigstens eine Einlassrohr (37, 38) beim Durchgang durch eine Schale jeweils mittels einer Kolbenringdichtung (39, 41) abgedichtet ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ein Innengehäuse oder ein kombiniertes Innen- und Aussengehäuse ist, dass zwischen dem Grundträger (21) und dem Rotor (18) ein Dampfkanal (20) ausgebildet ist, in dem eine Leitschaufeln und Laufschaufeln umfassende Beschaufelung (19) angeordnet ist, und dass an der Innenwand des Grundträgers (21) die Leitschaufeln der Beschaufelung (19) befestigt sind.
Dampfturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (21) sich aus einer Mehrzahl von in axialer Richtung hintereinander angeordneten und miteinander verbundenen, ringförmigen Trägersegmenten (46, 46') zusammensetzt, dass die Dampfturbine (10, 40, 50) eine Mehrzahl von Stufen umfasst, und dass jeweils mehrere aufeinanderfolgende, vorzugsweise drei, Stufen innerhalb eines Trägersegments (46, 46') angeordnet sind.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ein- oder zweiflutig ausgebildet ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ein Aussengehäuse ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen (12, 22, 13, 23,..., 17, 27) jeweils aus einem Standardblech aus einer hochwarmfesten Nickelbasislegierung, insbesondere aus Alloy 617, mit einer von der Lage der Schale im Gehäuse (11) abhängigen Blechdicke von mehreren Millimetern, insbesondere zwischen 3 und 11 Millimetern, hergestellt sind.
Verfahren zum Herstellen einer Dampfturbine (10, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalen bzw. Ober- und Unterschalen (12, 22, 13, 23,..., 17, 27) jeweils durch freies plastisches Biegen eines geraden Bleches, insbesondere durch ein Verfahren, wie es in der deutschen Patentschrift DE-C2-43 10 773 beschrieben ist, hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als gerades Blech ein Standardblech aus einer hochwarmfesten Nickelbasislegierung, insbesondere aus Alloy 617, verwendet wird.