DE19715966A1

DE19715966A1 - Leitschaufel für Dampfturbinen

Info

Publication number: DE19715966A1
Application number: DE19715966A
Authority: DE
Inventors: Carsten Binder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-10-29
Also published as: US6135711A; EP0872628A3; EP0872628A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufel für Dampf turbinen, die Kopf- und Fußstücke aufweist und die in Mehr fachanordnung, also in einer Vielzahl mit ihren Kopf- und Fußstücken im Turbinengehäuse je einen inneren und je einen äußeren Ring bilden.

Derartige Leitschaufeln werden häufig aus Temperguß herge stellt und dies stellt die eine Möglichkeit von zwei bekann ten Fertigungsarten dar. Bei der zweiten Fertigungsart be stehen die eigentlichen hohlen Leitschaufeln aus Blech, die in äußere und innere Halbringe eingeschweißt werden. Bei Leitschaufeln gemäß der ersten Fertigungsart muß zunächst ein hohes Gewicht, also ein kostspieliger Materialeinsatz hingenommen werden, ganz abgesehen davon, daß auch bei hoch wertigen Gußsorten, wie z. B. bei Temperguß erhebliche Nach arbeit erforderlich ist, um die vorgegebenen Toleranzen ein halten zu können. Hinzu kommt noch, daß trotz einer sorg fältigen Schleifbearbeitung die Strukturen bzw. die Ober fläche einem Vergleich mit geschliffenen Blechflächen nicht standhalten, eine Gegebenheit, unter der die Korrosions festigkeit leidet, welche mit für die Langlebigkeit verant wortlich ist. Ein schwerwiegender Nachteil bei der Gußfer tigung ist aber darin zu sehen, daß die Abreißkante aus Festigkeitsgründen nicht so spitzwinkelig wie bei Blechaus führungen ausgeführt werden kann, was erhebliche Wirkungs verluste mit sich bringt. Bei der zweiten Fertigungsart er geben sich durch das aufeinanderfolgende Einschweißen der eigentlichen Leitschaufeln in die Halbringe erhebliche Ver spannungen und Maßabweichungen, die nur in aufwendiger Weise beseitigt werden können, insbesondere deshalb, weil die äußeren und inneren Halbringe unterschiedliche Mengen an Energie aufnehmen, welche zu die vorliegende Problematik noch vertiefenden Ungleichgewichten führen, ganz abgesehen davon, daß die radialen Maßänderungen ein Problem für sich darstellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leit schaufeln anzugeben, die einmal verhältnismäßig leicht, also im Materialeinsatz kostengünstig sind, beim Vorliegen von Verzugserscheinungen nur tragbarer Nachbearbeitung bedürfen und zum anderen zumindest die eigentlichen Schaufeln solche Oberflächen und Abreißkanten haben, daß nicht nur vorzeitig Korrosionserscheinungen vermieden sind, sondern vor allem bei einer langen Funktionsfähigkeit ein hoher Wirkungsgrad gesichert erscheint. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß gemäß der Aufgabe der Erfindung gewissermaßen eine dritte Fertigungsart anzugeben ist, welche die geschilderten Nach teile nicht aufweist, zumindest aber den einen oder anderen Nachteil mindert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptan spruches. Eine Schweißkonstruktion ist vor allem deshalb von Vorteil, weil mit ihr auf engem Raum bzw. auf kurzem Weg Kräfte vom Entstehungsort zu den Abstützstellen gelei tet werden können, wodurch der Materialeinsatz und auch das Gewicht verringert werden können. Da die Leitschaufel sich aus Einzelteilen zusammensetzt, kann man auch Blech sorten zum Einsatz bringen, die unterschiedliche Festig keiten haben, so daß z. B. bei der Verwendung von hochwer tigen Blechsorten weiter an Gewicht eingespart werden kann. Wenn man keinen Wert auf besonders leichte Leitschaufeln legt, dann können für die Kopf- und Fußstücke preisgünstige und entsprechend starke Bleche nach Art von Kesselblechen zum Einsatz kommen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil einer Schweißkonstruktion besteht darin, daß man die eigentliche hohle Leitschaufel, also die Leitschaufel ohne Kopf- und Fußstücke aus einer Blechsorte herstellt, die in jedem Fall eine glatte Oberfläche hat, die dem auftreffenden Dampf einen geringen Widerstand entgegensetzt und - da das Material durch und durch feinstrukturiert ist - auch eine hohe Korrosions festigkeit besitzt, die sich günstig auf die Funktionsfähig keit und auf eine erhöhte Lebensdauer auswirkt. Da die er forderlichen Schweißarbeiten zweckmäßigerweise in stabilen Vorrichtungen durchgeführt werden, werden Verzugserschei nungen bzw. Toleranzabweichungen minimiert, die durch Schlei fen ohne große Schwierigkeiten beseitigt werden können. Aus all dem ergibt sich, daß mit der erfindungsgemäßen Schweiß- konstruktion tatsächlich ein Weg zu einer dritten, zweck mäßigen und - wegen der spitzwinkeligen Abreißkante - einen hohen Wirkungsgrad verbürgenden Fertigungsart gewiesen ist, mit der sich auch radiale Maßveränderungen beherrschen las sen. Die dritte Fertigungsart eignet sich auch - ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen - für die Herstellung von sogenannten Leitschaufelsegmenten mit zwei oder mehreren Schaufelelementen.

Bei einer Leitschaufel, bei der die einen Innenring bilden den Kopfstücke gegenüber einer Ringfläche eines Rotors ab gedichtet und die einen äußeren Ring bildenden Fußstücke in ortsfeste Aufnahmen des Turbinengehäuses eingehängt sind, ist es zweckmäßig, nach dem kennzeichnenden Teil des An spruches 2 vorzugehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß man zunächst die Kopf- und Fußstücke herstellt, in die dann die eigentliche Leitschaufel eingeschweißt wird. Damit kann man Verzugsverspannungen minimieren, was sich günstig auf die Nachbearbeitung auswirkt. Durch die Verwendung von Ste gen, Formstücken, Leisten od. dgl. lassen sich z. B. Hohl profile bilden, die mindestens in zwei Richtungen außer ordentlich stabil sind, zumal mit Leisten die Stabilität beeinflußt werden kann.

Wenn man die Kopfstücke der Leitschaufeln wirkungsvoll gegen über einer ringförmigen Dichtfläche abdichten will, empfiehlt es sich, nach Anspruch 3 vorzugehen.

Zur Verbindung bzw. zum Verspannen der Kopfstücke unterein ander wird es nach der Erfindung für zweckmäßig angesehen, sich der Lehre des Anspruches 4 zu bedienen.

Für die Gestaltung der Fußstücke der erfindungsgemäßen Leit schaufel ist es von Vorteil, wenn man sich die Lehre des An spruches 5 zunutze macht. Auf diese Weise erfüllt ein ein ziger Bauteil zwei Funktionen, nämlich die der Dampfführung und die der Verankerung im Turbinengehäuse.

Wenn man die unvermeidbaren Verzugserscheinungen auf ein Minimum reduzieren will, dann empfiehlt es sich, die Maß nahme nach Anspruch 6 zum Einsatz zu bringen. Das Laser schweißverfahren führt nicht nur zu besonders hochwertigen bzw. hochbelastbaren Schweißverbindungen, sondern es zeich net sich auch dadurch aus, daß es mit verringerter Energie zufuhr durchführbar ist, was - wie schon angedeutet - Ver zugserscheinungen minimiert.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschau licht und erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen aus einer Vielzahl von Leitschaufeln gebil deten Leitschaufelkranz, in Achsrichtung betrachtet;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 stark vergrößerte Leitschau fel in Achsrichtung des Leitschaufelkranzes gesehen, mit angedeuteten Nachbarschaufeln, und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht ein Leitschaufelkranz 1 aus einer Vielzahl von Leitschaufeln 2, von denen jede aus der eigentlichen Leitschaufel 3 und Fuß- und Kopfstücken 4, 5 gebildet ist. Letztere bilden gemeinsam je einen äußeren und je einen inneren Ring 6, 7.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß die Fuß- bzw. Kopf stücke 4, 5 aus Platten 8, 9 od. dgl. bzw. 10, 11 gebildet sind, die durch Stege 12 bzw. 13, 14 so miteinander verbun den sind, daß sich den Belastungen entsprechende Stücke 4, 5 ergeben. Es versteht sich, daß die Kopf- und Fußstücke 4, 5 so gekrümmt verlaufen, daß sich ggfs. auch vieleckige Ringe 6, 7 ergeben. Die Platte 9 des Fußstückes 4 ist gleichzeitig als Leitfläche ausgebildet. Das Kopfstück 5 weist noch einen radial gerichteten Steg 15 auf, der ggfs. dem Verspannen der Kopfstücke 5 untereinander dient. Mit 16 ist in Fig. 1 ein Rotor angedeutet, gegenüber dessen Ringfläche 17 der den Ro tor mit einem Luftspalt umgebende Ring 7 auf beliebige Weise, bevorzugt über eine Labyrinthdichtung abgedichtet ist. In Fig. 4 schließlich ist an einem Querschnitt durch die eigent liche Leitschaufel 3 die vorteilhafte, spitz auslaufende und einen hohen Wirkungsgrad verbürgende Abreißkante mit 18 bezeichnet. Da es sich hier sowieso um eine Schweiß konstruktion handelt, sind die Schweißnähte nicht veran schaulicht.

Claims

1. Leitschaufel für Dampfturbinen, die Kopf- und Fußstücke aufweist und die in Mehrfachanordnung, also in einer Vielzahl mit ihren Kopf- und Fußstücken im Turbinen gehäuse je einen inneren und je einen äußeren Ring bil den, gekennzeichnet durch die Ausbildung jeder Leit schaufel (2, vgl. auch 3) einschließlich ihrer Kopf- und Fußstücke (4, 5) als einheitliche Schweißkonstruktion aus korrosionsfesten Blechsorten.

2. Leitschaufel, bei der die einen Innenring bildenden Kopf stücke gegenüber einer Ringfläche abgedichtet und die einen äußeren Ring bildenden Fußstücke in ortsfeste Auf nahmen des Turbinengehäuses eingehängt sind, nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kopf- und Fußstücke (4, 5) bevorzugt zwei voneinander beabstandete Platten (8, 9 bzw. 10, 11) nach Art von Kesselblechen aufweisen, die durch Anordnung von Stegen, Formstücken, Leisten od. dgl. (vgl. 12-15) allseitig stabile Kopf- und Fußstücke (4, 5) ergeben, wobei die zueinander ge kehrten Platten (9, 10) der stabilen Stücke (4, 5) als Anschweißplatten für die Stirnenden der eigentlichen hohlen Schaufeln (3) dienen.

3. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die von der Anschweißplatte (10) beabstan dete Platte (11) eines jeden Kopfstückes (5) dem Krüm mungsradius einer ringförmigen Dichtfläche (17) angepaßt ist, wobei die Abdichtung zwischen der Ringfläche (17) des Rotors und der des Stators (vgl. 11) z. B. über eine Labyrinthdichtung beliebiger Gestaltung erfolgt.

4. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß jedes Kopfstück (5) zwischen den beiden mit einander verbundenen (vgl. 12) Platten (10, 11) einen ebenfalls mit ihnen verbundenen, radial nach außen weisen den Wandsteg (15) aufweist, der für die Verbindung bzw. Verspannung mit gleichartigen Nachbarstücken hergerichtet ist.

5. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anschweißplatte (9) eines jeden Fuß stückes (4) mit ihrer nach innen gekehrten Fläche gleich zeitig eine Dampfleitfläche bildet, während der außenlie gende Aufbau (vgl. 8, 13, 14) gekrümmt verlaufende Flächen aufweist, die der Einhängung im Gehäuse dienen.

6. Leitschaufel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß für die erforderlichen Schweißverbindungen der Schaufeln (2) das an sich bekannte Laserschweißen zum Einsatz kommt.