DE1601843A1 - Turbinengehaeuse - Google Patents

Description

• Turbinengehäuse Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von in Turbinen auftretenden Wärmespannungen. Insbesondere beim Anfahren können über die Warmstreckgrenze der verwendeten Werkstoffen hinausgehende Spannungen auftreten, die zu Rissen und/oder zu bleibenden Deformationen und dadurch zu Undichtigkeiten führen. Besonders gefährdet sind die Teilfugenflanache, in denen wegen ihrer relativ großen Wärmekapazität und der geringen Wärmeleitfähigkeit des Materials unzulässig hohe Temperaturdifferenzen entstehen können.
• Es ist z.B. bekannt zur Vermeidung der vorgenannten Schwierigkeiten die Anfahrgeschwindlgkeit der Turbinen in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen mindestens zwei Meßstellen zu begrenzen.
• Man hat zum Temperaturausgleich auch schon die Flansche des Turbinengehäuses beheizt, indem durch angeso"hweißte Halbrohre Dampf geleitet wurde (BBC-Nachrichten, 1958, S. 362).
• Die Erfindung stellt sich die Aufgabe mit einfachen Mitteln, selbsttätig einen schnelleren Temperaturausgleich an den durch Wärmespannungen gefährdeten Stellen der Turbine zu erreichen. Sie geht zum Teil von den bekannten Gesetzmäßigkeiten aus, die dem Wärmettbertragungsrahr (Atomkernenergie, 1965, S. 395) zugrunde liegen. Es besteht lm wesentlichen aus einem abgeschlos- senen Rohr. Seine Innenseite trägt eine Schicht von kapillarer Struktur, welche mit einer benetzenden Flüssigkeit getränkt ist. Wird an einem Ende Wärme zugeführt und am anderen Ende abgeführt, dann verdampft an ersterem Ende Flüssigkeit aus der kapillaren Schicht, Der Dampf strömt zum anderen Ende und kondensiert dort unter Wärmeabgabe. Das Kondensat wird von der Schicht aufgesaugt und galant infolge der Kapillarkraft an das erstere Ende zurück. Derartige Wärmeleitrohre wurden bisher bei Reaktoren in Raumfluggeräten verwendet, um die Abwärme des Reaktors auf den Außenmantel dieser Geräte zu transportieren, von wo sie in den Weltraum apgestrahlt wird.
• Auf der Erdoberfläche kann der Transport der gondensattröpfchen durch ihr Gewicht erfolgen. Zu diesem Zwecke genügtes, daß das Wärmeübertragungsrohr zur Horizontalen geneigt ist und die Stelle mit der höchsten Temperatur an der tiefsten Stelle ist. Insbesondere kann in diesem Falle die Innenwandung des Rohres glatt sein.
• Der Erfindung liegt die Idee zugrunde mittels dieser Effekte die Ausbildung unzulässig großer Temperaturdifferenzen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, c°" zum Ausgleich von Temperaturdifferenzen innerhalb der Wandung des Gehäuses Kanäle mit einem bei den auftretenden Temperaturen an den Stellen höherer Temperatur verdampfenden und den Stellen niedriger Temperatur kondensierenden Medium vorgesehen sind.
• Im allgemeinen sind die Teilfugen der Turbinengehäuse und damit ihre Flanschen im wesentlichen horizontal angeordnet.. Erfindungsgemäß sind in den Flanschen die Kanäle vorzugsweise radial angeordnet, wobei ihre_Zängsachse gegenüber der Horizontalen schwach geneigt ist, so daß das Kondensat zum Turbineninnern hin fließen kann. Die Kanäle können zum Turbineninnern hin offen oder geschlossen sein. Sie enthalten im letzteren Falle ein an den Steilen höherer Temperatur verdampfendes und an den Stellen niedriger Temperatur kondensierendes Medium. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Flanschen waagerecht angeordnete Kanäle vorgesehen, die eine kapillare Wandung aufweisen und mit einem die kapillare Wandung benetzenden an den Stellen höherer Temperatur verdampfenden und an den Stellen niedriger Temperatur kondensierenden Medium teilweise gefüllt sind. In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind benachbarte Kanäle. mit in unterschiedlichen Temperaturbereichen verdampfenden und kondensierenden Medien teilweise gefüllt, wobei offene und geschlossene Kanäle in beliebiger Folge angeordnet sind. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen konventionell ausgeführten Flansch, die Fig. 2 bis 4 geben je ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wieder. In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuseoberteil, mit 2 das Gehäuseunterteilt mit 3 bzw. 4 der obere bzw. untere Flansch einer Dampfturbine bezeichnet. Beim Anfahren der Turbine strömt heißer Dampf von rund 550oCelsius in das Gehäuse. Wird die Turbine sehr schnell angefahren, so heizt sich zunächst die Innenseite des Gehäuses rasch auf. In den Flanschen 3 bzw. 4 bilden sich zwischen den Stellen 5 und 6 bzw. 7 und 8 Tempera-turdifferenzen aus, die unzulässig hohe Werte annehmen können. Gemäß Fig. 2 sind erfindungsgemäß in den Flanschen 3 bzw. 4 zum Turbineninnern hin offene Kanäle 9 bzw. 10 angeordnet, die gegen die Horizontale geneigt sind. Beim Hochfahren der Turbine gelangt Dampf in diese Kanäle 9,10 und gibt seine Verdampfungswärme unter Flüssigkeitsbildung ab. Die Flüssigkeit gleitet in Form von Tröpfchen entlang der geneigten Wandung in das Turbineninnere zurück, wo sie wieder verdampft. Auf diese Weise erfolgt ein weitaus wirksamerer Wärmetransport als durch reine Wärmeleitung. Er erfolgt so lange bis die Kanalwandungen eine Temperatur angenommen haben, bei der eine Kondensation nicht mehr stattfindet. Zur Verbesserung des Wärmetransportes oberhalb dieses Bereiches sind nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung abgeschlossene Kanäle vorgesehen, die gemäß Fig. 3 ebenfalls gegen die Hori-zontale geneigt sind. Die geschlossenen Kanäle 11 bsw. 12 sind mit einer Flüssigkeit 13 geiiült; deren Verdampfungs- bzw. Kondensationstemperatur entsprechend gewählt ist. Die Flüssigkeit 13 verdampft in dem dem Turbineninnern benachbarten heisseren Teil der Kanäle, kondensiert an den kälteren und höher gelegenen Stellen der Kanalwandung, wobei das Kondensat wieder infolge der Neigung der Bohrung an die wärmere Stelle zurückfließt und sich der Vorgang ebenfalls wiederholt. Um beim Hochfahren der Turbine in dem ganzen überstrichenen Temperaturbereich die Wärme auf diese Weise abführen zu können, werden in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in den Flanschen offene und geschlossene Kanäle abwechselnd angeordnet und in den verschiedenen geschlossenen Kanälen verschiedene Flüssigkeiten vorgesehen. Dabei ist unter Flüssigkeit allgemein ein Medium zu verstehen, das in einem vorgegebenen Temperaturintervall flüssig ist. So wechseln beispielsweise in einem Flansch ein zum Turbineninnern hin offener Kanal, ein geschlossener Kanal mit Caesium und ein geschlossener mit Quecksilber oder-Natrium einander in mehrfacher Folge ab. Der Wärmetransport erfolgt in der dargelegten Weise in den offenen Kanälen in einem Temperaturbereich von 20 bis 3000C. Mit Caesium gefüllte Kanäle könnten in einem Temperaturbereich von 4400C bis 7400C, mit Natrium gefüllte in einem Bereich von 600°C bis 110 Anwendung finden, mit Quecksilber von 1500C bis 4500C.
• Fig. 3 stellt zugleich einen Anwendungsfall bei einer Gasturbine dar. Da es sich bei dieser um kein-dampfförmiges Betriebsmittel handelt, müssen alle Kanäle geschlossen sein; ein Teil von ihnen kann auch Wasser als Medium enthalten.

  Gemäß Fig. 4 sind die Kanäle 14 bzw. 15 mit einer kapillar

  wirkenden Schicht 16 bzw. 17, beispielsweise aus einem mbhr-

  lagigen Metalldrahtnetz besteht, ausgekleidet. Sie sind mit einem benetzenden Medium 18 teilweise gefüllt, dessen Menge derart bemessen ist, daß die Schicht völlig getränkt ist. Beim Hochfahren der Turbine wird in den den Stellen 5 bzw. 7 benachl

  barten Teilen der Kanäle 14 bzW. 15 aus der gapillarschicht das

  Medium verdampft, wobei der Dampf an den tellen 6 bzw. 8 be-

  nachbarten Teilen der Kanäle unter Abgabe der Kondensations- wärme kondensiert und als Flüssigkeit von der Schicht wieder an die geheizten Enden transportiert wird. Die kapillar wirkenden Schichten in den verschiedenen Kanälen können ebenfalls abwechselnd mit Flüssigkeiten von verschieden- er Siedetemperatur getränkt sein, so--daß ebenfalls der gesamte Temperaturbereich überstrichen wird. Je nach Platzverhältnissen können die erfindungsgemäß vorge- sehenen Kanäle auch in zwei oder mehreren Zagen übereinander angeordnet sein. Je größer die Temperaturdifferenz zwischen den verschiedenen Stellen ist, umso mehr Wärme wird an die kälteren Stellen transportiert. Es besteht somit ein Selbstregelungseffekt, der eine Anpassung des Energietransportes an die Größe der jeweils herrschenden Temperaturdifferenz selbsttätig bewirkt. Es liegt im Flamen der Erfindung, diese bei Turbinenanlagen überall dort anzuwenden, wo sich unzulässig hohe Temperatur- differenzen ausbilden können. Schließlich müssen die erfindungsgemäß vorgeseheneh Kanäle nicht unbedingt innerhalb der Wandung des Gehäuses bzw. der Flansche vorgesehen werden. In Fällen, wo dies im Hinblick auf die Platzverhältnisse schwieri oder unzweckmäßig ist, können die Wärmeübertragungsrohre auch von außen auf das Gehäuse bzw. den Flansch°'aufgeschweißt werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Turbinengehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Temperaturdifferenzen innerhalb der Wandung des Ge- häuses Kanäle mit einem bei den auftretenden Temperaturen an den Stellen höherer Temperatur verdampfenden und an den Stellen mit niedriger Temperatur kondensierenden Medium vorgesehen sind. 2. Turbinengehäuse mit im wesentlichen waagerecht angeordneter Teilfuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den zugehörigen Flanschen die Kanäle (9,10,11,12) vorzugs- weise radial angeordnet sind, wobei ihre Längsachse gegen- , über der Horizontalen schwach geneigt ist, iso daß das Kon- densat zum Turbineninnern hin fließen kann. (Fig. 2 u. 3) 3. Turbinengehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9,10) zum Turbineninnern hin offen sind. (Fig 2) Turbinengehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (11,12) zum Turbineninnern hin geschlossen sind und ein an den Stellen höherer Temperatur verdampfen des und an den Stellen niedriger Temperatur kondensieren- des Medium enthalten. 5. Turbinengehäuse mit im wesentlichen waagerecht angeordneter) Teilfuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in de zugehörigen Flanschen waagerechte Kanäle (14,15) angeordnet sind, die eine kapillare Wandung (16) bzw.»(17) aufweisen und mit einem die kapillare Wandung benetzenden, an den Stellen höherer Temperatur verdampfenden und an den Stellen niedriger Temperatur kondensierenden Medium teilweise ge- füllt sind. (Fig. 4) 6. Turbinengehäuse mit im wesentlichen waagerecht angeordnete Teilfuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Kanäle mit in unterschiedlichen Temperaturbereichen verdampfenden Medien gefüllt sind. Turbinengehäuse mit im wesentlichen 'Waagerecht angeordnete Teilfuge nach einem oder mehreren der Änaprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß offene und geschlossene Kanäle in beliebiger Folge angeordnet sind.