DE1910200A1

DE1910200A1 - Verfahren zur Befestigung der Duesen an Turbinengehaeuseteilen und danach hergestellte Duesenbefestigungsanordnung

Info

Publication number: DE1910200A1
Application number: DE19691910200
Authority: DE
Inventors: Rudolf Wickl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-02-28
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1970-09-17
Also published as: CH502512A; NL7001800A; GB1280763A; FR2037442A5; BE746650A

Description

Verfahren zur Befestigung der Düsen au Turbinengehäuseteilen und danach hergestellte Düsenbefestigungsanordnung

Die bisherige Ausführung der Düsen und deren Befestigung im Düsenkasten bzw. Innengehäuse bei Dampfturbinen sieht in der Regel aus dem Vollen gefertigte Düsen bzw. ganze Düsenringe vor, die durch Formsehluß und ggf. durch zusätzliche Schweißung im Düsenkasten gehalten werden. Die Fertigung von Düsen aus dem Vollen ist relativ aufwendig. Die Befestigung der Düsen im Düsenkasten ergibt hohe Beanspruchungen der Formschlußverbindung. Die Düsen werden in der Regel aus 13 #-igem Chromstahl hergestellt, während der Düsenkasten aus einem niedrig legierten Stahl ist. Beim Verschweißen der beiden Stähle sind besondere Vorkehrungen notwendig. Die verschiedenen Ausdehnungs-Koeffizienten dieser Stähle ergeben im Betrieb zudem hohe Beanspruchungen der Schweißnähte. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der geschilderten Schwierigkeiten eine fertigungstechnisch einfachere und im Betrieb sicherere Befestigung der Düsen in ihrem Düsenkasten bzw. Innengehäuse zu ermöglichen.

Gegenstand der Erfindung ist nunmehr ein Verfahren zur Befestigung der Düsen an Turbinengehäuseteilen, insb. an Düsenkästen oder Innengehäuseteilen, vorzugsweise für Dampfturbinen. Die Erfindung besteht darin, daß in die den Dampfdurchlaßquerschnitt der Düsen begrenzenden feststehenden Wandteile durch eines der elektrischen Abtrageverfahren mittels dem Düsenschaufelprofil entsprechender Elektroden etwa radial orientierte Aufnahmeöffnungen eingearbeitet bzw. eingesenkt werden, wobei zumindest die Aufnahmeöffnungen eines Wandteils als Durchgangsöffnungen ausgeführt werden, daß die einzelnen DUeenschaufeln von der Außenseite der Durchgangsöffnungen durch letztere hindurch eingeschoben und mit ihrem Einschiebende in die anderen, zugehörigen Aufnahtfteöffnungen des gegenüberliegenden Wandteils eingefügt werden und daß durch Verschließen der Durchgangsöffnungen die Düsen

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gegen Herausfallen gesichert und der Spalt zwischen den Düsen und den sie umfassenden Wandteilen abgedichtet wird. Unter elektrischem Abtragverfahren wird hier wie im folgenden bevorzugt eine Bearbeitung durch Funkenerosion oder durch elektrochemisches Senken verstanden. £urch die Erfindung lassen sich eine Reihe beachtlicher Vorteile erzielen, die insb. in folgendem zu sehen sind:

1. Für die Düsen kann gezogenes oder gefrästes Stangenmaterial verwendet werden; eine Fertigung aus dem Vollen ist nicht erforderlich.

2. Zusätzliche Formschlußverbindungen entfallen. Die Beanspruchung der Düse entspricht der eines zweiseitig aufliegender Balkens.

3. Wärmespannungen, die aus den verschiedenen Ausdehnungs-Koeffizienten von Düse und Düsenkasten resultieren, lassen sich auf einfache Weise vermeiden.

Wie schon erwähnt, kann für das erfindungsgemäße Verfahren relativ preiswertes gezogenes oder gefrästes Stangenmaterial verwendet werden; in diesem Zusammenhang sieht die Erfindung vor, daß prismatische Elektroden und Düsenschaufeln verwendet und demgemäß die Aufnahme- und Durchgangsöffnungen der jeweiligen Schaufel in Flucht zueinander eingearbeitet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden nach dem Einfügen der Düsenschaufein in ihre Aufnahme- und Durchgangsöffnungen letztere durch dichtendes Anschweißen von Deckstreifen oder -platten abgedeckt. Die Beanspruchung dieser Deckstreifen oder -platten ist denkbar gering, da sie lediglich den Formschluß abzusichern und den Spalt zwischen Düsenprofil und Düsenkasten abzudichten brauchen. Beim Verschließen der Durchgangsöffnungen können gemäß einem weitern Verfahrensmerkmal die Schaufeln zugleich mit den sie umgebenden Wandteilen verbunden, insb. ver-

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schweißt werden, so daß damit ein definierter Fixpunkt ihrer Längsdehnung geschaffen ist.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine DUsenbefestigungsanordnung, die nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt ist und die sich dadurch auszeichnet, daß die Schaufeln in ihrer Längsrichtung mit Spiel gegenüber ihren AufnahmeÖffnungen angeordnet sind, derart, daß eine Relativdehnung zwischen DUsen und der sie umgebenden Wandteile zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen ermöglicht ist. In bevorzugter Ausführungsform ist ein Spal.t zwischen dem Einschiebende und der zugehörigen Aufnahraeöffnunpc (radial äußerer Führung) vorgesehen. Die Schaufeln bzw. Düsen können sich nunmehr von radial innen nach außen gerichtet ungehindert In ihrer Längsrichtung dehnen, d. h. relativ zu den sie umgebenden Wandteilen aus anderem Material und mit anderem Ausdehnungs-Koeffizienten, Damit bei größerer] Dampfkräften oder Schwingungen die Düsenschaufeln eindeutig fixiert sind, ohne daß ihre Wärmedehnung behindert ist, ist es wie erwähnt, vorteilhaft, wenn die Düsenschaufeln an einem Ende mit den sie umgebenden Wand teilen verbunden und insb. verschweißt sind.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung das Verfahren nach der Erfindung sowie zwei Ausführungsbeiepiele für eine nach diesem Verfahren hergestellte Befestigungeanordnung näher erläutert. Es zeigen:

Flg. 1 einen Düsenkasten, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit seinen Düsen versehen ist, ausschnittsweise zum Teil im Schnitt und in perspektivischer Darstellung,

Fig. 1a eine einzelne Düsenschaufel perspektivisch,

Fig. 2 zum Teil im Schnitt quer zur Turbinenlängsachse das Einströmende einer Hochdruckturbine mit erfindungsgemäß ausgestalteten riisenkästen, wobei hier die Schraffur fortgelasser ist.

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Der in Fig. 1 dargestellte Düsenkasten kann so wie in Fig. 2 Teil eines Frischdampfeinsatzes sein, welcher den Dampf zu einer nachgeschalteten Gleichdruck-Regelstufe oder unmittelbar in die Beschaufelung einer Überdruckturbine leitet; er kann jedoch auch für Turbinen der Gleichdruckbauart Anwendung finden und bei Dampfturbinen mit Außen- und Innengehäuse Teil des Innengehäuses sein. In Fig. 1 ist die Dampfströmungsrichtung durch die Pfeile 1 angedeutet, die die DUsenschaufeln 2 umgebenden radial außen liegenden Wandteile des Dlisenkastens 3 sind mit A. bezeichnet, die radial innen liegenden Wandteile mit 5. Der Begriff "radial" bezieht sich, wie üblich, auf die in Fig. 2 dargestellte Turbinenlängsachse 6. Zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Düsenkastenanordnung wird so vorgegangen, daß in die den Dampfdurchlaßquerschnitt 7 der Düsen 8, welch letztere leweils zwischen der benachbarten Düsenschaufeln 2 gebildet sind, begrenzenden feststehenden Wandteile 4. 5 durch elektrische Abtragverfahren zunächst dem Profil der Düsenschaufeln 2 entsprechende Aufnahme öffnungen 9 (in den radial außen liegenden Wandteilen 4.) und 10 (in den radial innen liegenden Wandteilen 5) eingearbeitet werden. Die wesentlich radiale .Senkrichtung ist durch Pfeil 11 angedeutet. Eine einzelne Düsenschaufel ist in Fig. 1a perspektivisch und schematisch dargestellt. Wesentlich ist, daß die Aufnalraeöffnungen 9, 10 dem Profil der einzusetzenden Schaufeln genau entsprechen, damit eine satte Anlage gewährleistet ist. Die ir der: Wandteiler 4· einzuarbeitenden Aufnahmeöffnungen 9 sind als Sacklöcher, wie* ersichtlich, ausgeführt, während die in den radial innen liegenden Wandteilen 5 einzuarbeitenden Aufnahmeöffnungen 10 als Durehgaagsöffnungen ausgeführt sind. Das ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die Elektrode in einem Arbeitsgang in der Richtung 11 sich den Weg zunächst durch den Wandteil 5 bahnen und anschließend das Material aus dem Wandteil 4 in der erforderlichen Tiefe abarbeiten kann. Sind die Aufnahmeöffnungen 9, 10 für den Düsenkasten in der dargestellten Weise eingearbeitet, so können die eineeinen Düsenschaufeln 2 mit ihrem Einschiebende 2a zunächst durch die Öffnungen 10 durchgeschoben werden, und zwar so weit, daß sie mit ihrem Einschiebende 2a in die Aufnahmeöffnungen 9 gelangen, wobei ihr anderes

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' Ende 2b mit der Außenseite der Wandteile 5 etwa bündig abschließt. Der Spalt 12 zwischen Düsenschaufeln 2 und Wandteilen 5 muß nunmehr dampfdicht verschlossen werden, und die Schaufeln 2 müssen gegen Herausfallen gesichert werden. Das kann vorteilhaft dadurch geschehen, daß zumindest die Außenbereiche dieses Spaltes 12 durch eine Schweißraupe verschlossen werden; fertigungstechnisch noch günstiger ist es, wenn wie dargestellt auf die Oberfläche des Wandteiles 5 eine Deckplatte 13 gelegt und mit dem Wandteil 5 dichtend verschweißt wird (Schweißraupen 13a, 13b). Die Schweißraupe 13b ist zugleich mit den Schaufeln 2 verschweißt und fixiert letztere an ihrem Ende 2b in ihrer Längsrichtung. Aus Vorstehendem geht hervor, daß das beschriebene Verfahren die Verwendung von prismatischen Elektroden und Düsenschaufeln, d.h. gezogenem Schaufelmaterial, gestattet. Demgemäß liegen die Aufnahmeöffnungen 9 und die Durchgangsöffnungen 10 der jeweiligen Schaufel 2 in Flucht zueinander. Die radiale Erstreckung des Dampfdurchlaßquerschnittes 7 ist mit h bezeichnet; diese Größe entspricht der dem Dampffluß ausgesetzten Schaufelhöhe. Damit eine ungehinderte Relativdehnung zwischen den Schaufeln 2 bzw. den Düsen 2, 8 einerseits und den sie umgebenden Wandteilen 4, 5 andererseits ermöglicht ist, sind die Schaufeln 2 so angeordnet, daß ein Spalt 14 zwischen ihren Einschiebenden 2a und dem Boden der Aufnahmeöffnungen 9 verbleibt. Dieser Spalt ist in Fig. 1 übertrieben dargestellt. Das Spiel bzw. der Spalt 14 ist zweckmäßigerweise zwischen dem Einschiebende 2a und der zugehörigen Aufnahmeöffnung 9, welche eine radial außen liegende Führung bildet, vorgesehen. Damit ist ermöglicht, daß durch die Dichtschweißung 13a, 13b zugleich der Fixpunkt für die Schaufeln 2 in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann.

Fig. 2 zeigt mehrere Düsenkasten 3¹ in einer zur Fig. 1 etwas ab-'gewandelten Ausführungsform, welche in tetragonaler Drehachsensymmetrie bezüglich der Längsachse 6 eines Hochdrucktopfgehäuses 15 angeordnet sind. Diese Düsenkasten 3' sitzen an von außen in stutzenartige Gehäuseanformungen 16 einfügbaren Frischdampfeinsätzen 17. Letztere weisen zur Zentrierung jeweils Ringkragen 18 'auf, die mit konischen Anlageflächen 19 versehen und von Über-

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wurfmuttern 20 gegen den Dampfdruck gehalten werden, wobei letzte re in ein Innengewinde 21 der Anformungen 16 eingeschraubt und
zwischen den Kragen 18 und den Überwurfmuttern 20 U-förmige, elastische Dichtungsringe 22 eingefügt sind. Im übrigen Bind gleiche Teile zu Fig. 1 bzw. 1a mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
so der DampfdurchlaSquersehnitt 7 und die DampfeinströmungsrichtUHg 1. Die radial innen liegenden Wandteile sind, wie ersichtlich, an die Form des Dampfdurchlaßquerschnittes 7 angepaßt und
verlaufen im wesentlichen bogenförmig, damit die Länge der Durchgangsöffnungen 10 überall gleich ist. Mit 23 ist noch eine Wellen kontur angedeutet.

8 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

PLA 68/0733 - 7 Patentansprüche

1. verfahren zur Befestigung der Dtteen an Turbinerfgehäuseteilen, ^-^insb. an Düsenkasten oder Innergehäuseteilen, vorzugsweise für Dampfturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß in die den Dampfdurchlaßquerschnitt der Düsen begrenzenden feststehenden Wand teile durch elektrische Abtragverfahren mittels dem Düsenschaufelprofil entsprechender Elektroden etwa radial orientier te Aufnahmeöffnungen eingearbeitet bzw. eingesenkt werden, wobei zumindest die Aufnahmeöffnungen eines Wandteils als Durchgangsöffnungen ausgeführt werden, daß die einzelnen Düsenschaufeln von der Außenseite der Durchgangsöffnungen durch letztere hindurch eingeschoben*und mit ihrem Einschiebende in die anderen, zugehörigen Aufnahmeöffnungen des gegenüberliegenden Wandteils eingefügt werden und daß durch Verschließen der Durchgangsöffnungen die Düsen gegen Herausfallen gesichert und der Spalt zwischen den Düsen und den sie umfassenden Wandteilen abgedichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnungen mittels elektrolytischer Elektro-Eroeion (EC-Verfahren bzw. elektrochmiech.es Senken) in die Wandteile eingearbeitet werden. /

3« Verfahren nach. Anspruch 1» dadurch, gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnungen mittels funkeneroeiver Abtragverfahren in die Wandteile eingearbeitet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekenn-

zeichnet, daS prismatische Elektroden und Düsenschaufein (gezogenes Schaufelmaterial} verwendet und demgemäß die Aufnahmeund Durchgangsöffnungen der jeweiligen Schaufel in Flucht zueinander eingearbeitet werden,

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einfügen der Düsenschaufeln in ihre Auf-

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nähme-' und Durchgangsöffnungen letztere durch dichtendes Anschweißen von Deckstreifen oder -platten abgedeckt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenschaufeln an einem Ende mit den sie umgebenden Wandteilen verbunden, insb. verschweißt werden..

7. Gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellte Düsenbefestigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in ihrer Längsrichtung mit Spiel gegenüber ihren Aufnahmeöffnungen angeordnet sind, derart, daß eine Relativdehnung zwischen*Düsen und den sie umgebenden Wand teilen zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen ermöglicht ist.

8. Düsenbefestigung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Spalt zwischen dem Einschiebende und der zugehörigen Aufnahmeöffnung (radial äußere Führung) vorgesehen ist.

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