DE19909056A1 - Housing for a thermal turbomachine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine thermische Turbomaschine, welches in zwei Gehäusehälften getrennt ist, wobei jede Gehäusehälfte aus jeweils mindestens zwei Gehäuseteilen (11, 12, 13, 14, 42) aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Das Gehäuse ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gehäuseteile (11, 12, 13, 14, 42) mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens zusammengefügt sind und die Art des verwendeten Werkstoffes den jeweiligen Temperaturanforderungen und mechanischen Belastungen im Betrieb angepasst ist.The invention relates to a housing for a thermal turbomachine, which is separated into two housing halves, each housing half consisting of at least two housing parts (11, 12, 13, 14, 42) each made of different materials. The housing is characterized in that the at least two housing parts (11, 12, 13, 14, 42) are joined together by means of an integral joining process and the type of material used is adapted to the respective temperature requirements and mechanical loads during operation.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Turbinenbaus. Sie betrifft ein Gehäuse für eine thermische Turbomaschine, welches aus verschiedenen Werkstoffen besteht.The invention relates to the field of turbine construction. It affects one Housing for a thermal turbo machine, which consists of different Materials.
Bekannt sind Gehäuse aus Stahlguss für thermische Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen. Die Gehäuse bestehen bevorzugt aus niedriglegierten CrMo- oder CrMoV-Stahlgusssorten. Der Einsatz von 9 bis 13%ige Cr-Legierungen für Turbinengehäuse ist ebenfalls bekannt. Üblicherweise werden die Gehäuse bzw. Gehäusehälften, welche hohen Temperaturen ausgesetzt sind, als ganzes Teil gegossen, d. h. sie bestehen aus einem einzigen Werkstoff. Vorgesehene Fertigungsschweissungen bzw. gelegentlich erforderliche Reperaturschweissungen werden mit dem gleichen oder einem dem Gehäusematerial verwandten Material vom jeweiligen Gusshersteller ausgeführt.Cast steel housings for thermal turbomachinery are known, especially steam turbines. The housings preferably consist of low-alloyed CrMo or CrMoV cast steel grades. The use of 9 to 13% Cr alloys for turbine housings are also known. Usually are the housing or housing halves, what high temperatures exposed, cast as a whole, d. H. they consist of one Material. Intended production welding or occasionally required Repair welds are made with the same or a Housing material related material executed by the respective cast manufacturer.
Zunehmende Mediumtemperaturen erfordern Werkstoffe mit zunehmenden Legierungsgehalten. Damit steigen einerseits die Kosten für solche Bauteile, andererseits stösst man, je nach gewählter Legierung, auch an Machbarkeitsgrenzen, die durch die Gusstechnik oder durch die Kapazität der Produktionsanlage gegeben sein können. Da in Zukunft beispielsweise im Dampfturbinenbau Temperaturen zwischen 540°C und 850°C erwartet werden, kommt der Wahl der richtigen Legierung am richtigen Ort eine besondere Bedeutung zu, vor allem in Hinblick auf Kosten, Machbarkeit und technische Eigenschaften. Letzteres betrifft beispielsweise das relative Dehnungsverhalten zwischen benachbarten Teilen, wie Gehäuse und Läufer.Increasing medium temperatures require materials with increasing Alloy contents. On the one hand, this increases the costs for such components, on the other hand, depending on the alloy selected, you also toast Feasibility limits imposed by the casting technology or by the capacity of the Production facility can be given. Because in the future, for example, Steam turbine construction temperatures between 540 ° C and 850 ° C are expected The choice of the right alloy in the right place is a special one Importance too, especially in terms of cost, feasibility and technical Characteristics. The latter concerns, for example, the relative expansion behavior between adjacent parts, such as housing and rotor.
Bekannt ist, die Läufer von Turbomaschinen aus verschiedenen Scheiben, welche gegebenenfalls aus unterschiedlichem Material bestehen, zusammenzuschweissen. Die Materialwahl hängt dabei von den jeweiligen Anforderungen ab. Dort, wo hohe Temperaturen herrschen, werden hochlegierte Scheiben verwendet, die mit niedriger legierten Scheiben zusammengeschweisst werden, sobald die Temperatur und die Beanspruchungen dies erlauben.It is known, the rotor of turbomachinery from different disks, which may consist of different material, to weld together. The choice of material depends on the respective Requirements. Where high temperatures prevail, high alloys are used Discs used that are welded together with lower alloy discs as soon as the temperature and the loads allow it.
Der Nachteil bei der Verwendung von grossen Gehäusen oder Gehäusehälften, welche aus einem einzigen Werkstoff bestehen, besteht darin, dass man z. B. beim Einsatz von Ni-Basislegierungen an die Grenzen der Machbarkeit stösst. Ausserdem sind die Kosten sehr hoch, weil der teure hoch- bzw. höchsttemperaturfeste Werkstoff auch in den Bereichen eingesetzt wird, in denen dessen Einsatz überhaupt nicht erforderlich ist.The disadvantage of using large housings or housing halves, which consist of a single material consists in that z. B. reaches the limits of feasibility when using Ni-based alloys. In addition, the costs are very high because the expensive high or High temperature resistant material is also used in the areas where whose use is not required at all.
Weiterhin harmonisieren die thermischen Dehnungen eines derartigen Gehäuses nicht mit denen der Welle, mit dem Nachteil, dass die Spiele zwischen feststehenden und rotierenden Teilen im Betrieb grösser werden als unbedingt erforderlich, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.Furthermore, the thermal expansions of such a housing harmonize not with those of the wave, with the disadvantage that the games between fixed and rotating parts become bigger than necessary during operation required, which has a negative impact on the efficiency of the machine.
Aus dem Turbinenbau sind auch Gehäuse bekannt, deren Teile aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Diese Gehäuseteile sind zusammengeschraubt, d. h. es existiert eine kraftschlüssige Verbindung. Als Beispiel sollen hier kombinierte Gehäuse aus Stahlguss- und Sphärogussbauteilen genannt werden, die mittels einer Flanschverbindung verbunden sind.Housings are known from turbine construction, the parts of which are made of different materials. These housing parts are screwed together, d. H. there is a non-positive connection. As For example, combined housings made of cast steel and Ductile iron components are called by means of a flange connection are connected.
Der Nachteil dieser mittels Flanschverbindungen verschraubten Gehäuse besteht darin, dass die Flanschverschraubungen Platz benötigen. Ausserdem sind sie bei Gehäusen, die mit höheren Drücken und Temperaturen belastet sind, kostenintensiv und problematisch abzudichten, vor allem bei Kreuzflanschen.The disadvantage of this housing screwed by means of flange connections is in that the flange fittings need space. They are also at Housings that are exposed to higher pressures and temperatures, costly and problematic to seal, especially with cross flanges.
Schliesslich besteht ein Nachteil der bekannten Gehäuse mit Trennebene und Trennflanschen, welche dicker sind als die Schale, darin, dass die Gehäuse durch die asymmetrische Form bei Erwärmung zum Ovalisieren neigen, was sich ungünstig auf die Spiele zwischen feststehenden und rotierenden Teilen und damit auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.Finally, there is a disadvantage of the known housing with parting line and Separating flanges, which are thicker than the shell, in that the housing through the asymmetrical shape when heated tend to ovalize what is unfavorable on the games between fixed and rotating parts and thus affects the efficiency of the machine.
Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbomaschinengehäuse zu entwickeln, welches kostengünstig herzustellen ist, bei dem die Werkstoffauswahl den jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst ist, die thermischen Differenzdehnungen zwischen Welle und Gehäuse minimiert sind und bei dem eine Ovalisation der Gehäuseteile während des Betriebes weitgehend vermieden werden kann.The invention tries to avoid all these disadvantages. You have the task to develop a turbomachine housing that is inexpensive is to be manufactured, in which the material selection corresponds to the respective Operating conditions is adjusted, the thermal differential expansions between the shaft and housing are minimized and in which an ovalization of the Housing parts can be largely avoided during operation.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Turbomaschinengehäuse, welches aus mindestens zwei Gehäuseteilen aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen besteht, dadurch erreicht, dass die mindestens zwei Gehäuseteile mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens zusammengefügt sind und die Art des verwendeten Werkstoffes den jeweiligen Temperaturanforderungen und mechanischen Belastungen im Betrieb der Maschine angepasst ist.According to the invention, this is the case with a turbomachine housing which consists of at least two housing parts made of different materials exists, achieved in that the at least two housing parts by means of a cohesive joining process are joined together and the type of used material the respective temperature requirements and mechanical loads during operation of the machine is adjusted.
Die Vorteile der Erfindung bestehen unter anderem darin, dass die Verschraubungen zwischen den einzelnen Gehäuseteilen wegfallen. Die Fugen sind mechanisch problemlos und unter allen Betriebszuständen dicht. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass das Gehäuse entsprechend den Betriebsanforderungen mit optimalen Werkstoffen wirtschaftlich günstig herstellbar ist und die thermische Flexibilität gegenüber den Lösungen nach dem bekannten Stand der Technik erhöht wird.The advantages of the invention include that Screw connections between the individual housing parts are eliminated. The joint are mechanically problem-free and tight under all operating conditions. As another Another advantage is that the housing according to the operating requirements is economical to manufacture with optimal materials and thermal Flexibility compared to the state-of-the-art solutions is increased.
Es ist besonders zweckmässig, wenn das Gehäuse in axialer Richtung aus verschiedenen Werkstoffen besteht. Die Werkstoffe für das Gehäuse sind dabei auf die Wahl des Wellenmaterials abgestimmt. Damit können vorteilhaft thermische Differenzdehnungen zwischen der Welle und dem Gehäuse minimiert werden.It is particularly useful if the housing in the axial direction different materials. The materials for the housing are included matched to the choice of shaft material. This can be advantageous thermal differential expansions between the shaft and the housing are minimized become.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse über den Umfang aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht. Dies führt vorteilhaft zu einer Reduktion der Ovalisationserscheinungen des Gehäuses.Furthermore, it is advantageous if the housing has different circumferences Materials with different coefficients of thermal expansion consists. This advantageously leads to a reduction in the signs of ovalization of the housing.
Als Fügeverfahren sind vorteilhaft Schweissverfahren, wie z. B. Elektroden- Schweissen von Hand, MIG (Metall-Inert-Gas)- und MAG (Metall-Aktiv-Gas)- Schweissen von Hand oder mittels Automaten, Unterpulver-Schweissen, Elektronenstrahlschweissen oder Laserstrahlschweissen, aber auch Lötverfahren vorgesehen. Damit sind je nach Beanspruchung und Material stoffschlüssige Verbindungen der Gehäuseteile wirtschaftlich herstellbar.As a joining process are advantageous welding processes such. B. Electrode Manual welding, MIG (metal inert gas) - and MAG (metal active gas) - Manual or automatic welding, submerged arc welding, Electron beam welding or laser beam welding, but also soldering processes intended. Depending on the load and material, they are cohesive Connections of the housing parts can be produced economically.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von einwelligen axialdurchströmten Dampfturbinen dargestellt.In the drawing, several embodiments of the invention are based on single-shaft axially flow-through steam turbines shown.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer doppelschaligen Hochdruckturbine in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung; Fig. 1 is a longitudinal section of a double-shell high pressure turbine in a first embodiment of the invention;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zudampf entlang der Linie II-II gemäss Fig. 1; FIG. 2 shows a cross section through the vaporization along the line II-II according to FIG. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt in der Nähe des Abdampfes entlang der Linie III-III gemäss Fig. 1; FIG. 3 shows a cross section in the vicinity of the exhaust steam along the line III-III according to FIG. 1;
Fig. 4 einen Längsschnitt einer doppelschaligen doppelflutigen Turbine in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung;4 shows a longitudinal section of a double-shell double-flow turbine in a second embodiment of the invention.
Fig. 5 ein Detail der Flanschverbindung in der Trennebene; Fig. 5 shows a detail of the flange in the separation plane;
Fig. 6 einen Schnitt senkrecht zur Turbinenachse durch eine beschaufelte Partie eines Gehäuses in einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung. Fig. 6 shows a section perpendicular to the turbine axis through a bladed part of a housing in a third embodiment of the invention.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Only the elements essential for understanding the invention are shown.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 6 näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and FIGS. 1 to 6.
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine doppelschalige Hochdruckdampfturbine mit einem erfindungsgemässen Gehäuse in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung, während die Fig. 2 und 3 Querschnitte der Hochdruckdampfturbine entlang der Linien II-II und III-III in Fig. 1 darstellen. Fig. 1 shows a longitudinal section of a double-shell high pressure steam turbine with an inventive housing in a first embodiment of the invention, while illustrating the Fig. 2 and 3 are cross-sections of the high pressure steam turbine taken along the lines II-II and III-III in Fig. 1.
Die Dampfturbine besteht im wesentlichen aus einer aus mehreren, hier vier Scheiben 1, 2, 3, 4 zusammengesetzten Welle, die die Laufschaufeln 51 trägt, einem Innengehäuse 11, 12, 13, welches die Leitschaufeln 50 trägt und einem Aussengehäuse 41. Das Innengehäuse ist dabei in einer horizontalen Ebene durch die Turbinenachse in zwei Gehäusehälften getrennt.The steam turbine essentially consists of a shaft composed of several, here four disks 1 , 2 , 3 , 4 , which carries the rotor blades 51 , an inner casing 11 , 12 , 13 which carries the guide vanes 50 and an outer casing 41 . The inner housing is separated in a horizontal plane by the turbine axis in two housing halves.
Die Scheiben 1, 2, 3 und 4 bestehen jeweils aus verschiedenen Werkstoffen. Sie sind nach bekanntem Stand der Technik mittels Zusammenschweissen miteinander verbunden, wie in Fig. 1 anhand der Wellenschweissnähte 5, 6, 7 zu erkennen ist. Die Scheibe 1, welche höchsten Temperaturen (ca. 620°C) ausgesetzt ist, besteht beispielsweise aus einem hochlegierten 9 bis 13%igen Cr- Stahl. Die Scheibe 2 ist vergleichsweise niedrigeren, aber immer noch hohen Temperaturen (ca. 560°C) ausgesetzt, sie ist daher z. B. aus einem niedriglegiertem CrMoV-Stahl hergestellt. Die Scheiben 3 und 4 müssen nur noch relativ moderate Temperaturen (ca. 450°C) aushalten und sind daher aus einem unlegierten Stahl gefertigt.The discs 1 , 2 , 3 and 4 each consist of different materials. According to the known prior art, they are connected to one another by means of welding, as can be seen in FIG. 1 by means of the wave weld seams 5 , 6 , 7 . The disc 1 , which is exposed to the highest temperatures (approx. 620 ° C.), consists for example of a high-alloy 9 to 13% Cr steel. The disc 2 is exposed to comparatively lower, but still high temperatures (approx. 560 ° C). B. made of a low-alloy CrMoV steel. The discs 3 and 4 only have to withstand relatively moderate temperatures (approx. 450 ° C) and are therefore made of an unalloyed steel.
Das Innengehäuse ist nun erfindungsgemäss wie die Welle aus verschiedenen Teilen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei Teilen 11, 12, 13 stoffschlüssig zusammengefügt, wobei das Gehäuseteil 11 mit dem Gehäuseteil 12 unter Bildung einer Rundnaht 15 zusammengeschweisst ist, und das Gehäuseteil 12 an seinem anderen Ende wiederum mit dem Gehäuseteil 13 unter Bildung einer Gehäuseschweissnaht (Rundnaht) 16 zusammengeschweisst ist. Als Schweissverfahren können dabei das Elektroden-Schweissen von Hand, MIG und MAG von Hand oder mittels Automaten, Unterpulver-Schweissen, Elektronenstrahlschweissen oder Laserstrahlschweissen zur Anwendung kommen.According to the invention, the inner housing, like the shaft, is now integrally joined from different parts, in the present exemplary embodiment from three parts 11 , 12 , 13 , the housing part 11 being welded to the housing part 12 to form a circular seam 15 , and the housing part 12 at its other end is in turn welded to the housing part 13 to form a housing weld seam (circular seam) 16 . Electrode welding by hand, MIG and MAG by hand or by means of automatic machines, submerged arc welding, electron beam welding or laser beam welding can be used as the welding process.
Das Gehäuseteil 11 für Höchsttemperaturanwendung besteht z. B. aus einem 9 bis 13%igen Cr-Stahl, das Gehäuseteil 12 für Hochtemperaturanwendung besteht z. B. aus einem niedriglegierten CrMoV-Stahl und das Gehäuseteil 13 für Niedrigtemperaturanwendung besteht z. B. aus einem unlegierten Stahl. Das Innengehäuse der Hochdruckdampfturbine ist somit in axialer Richtung aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt, wobei die Art des verwendeten Werkstoffes den jeweiligen Temperaturanforderungen und mechanischen Belastungen im Betrieb angepasst ist.The housing part 11 for maximum temperature application consists, for. B. from a 9 to 13% Cr steel, the housing part 12 for high temperature use consists, for. B. from a low-alloy CrMoV steel and the housing part 13 for low-temperature use consists, for. B. from an unalloyed steel. The inner casing of the high-pressure steam turbine is thus made of different materials in the axial direction, the type of material used being adapted to the respective temperature requirements and mechanical loads during operation.
Die Gehäuseteile 11, 12, 13 können je nach Gestaltung und Anforderungen gegossen oder geschmiedet sein, wobei sich die Teile 12 und 13 besonders zum Schmieden eignen.The housing parts 11 , 12 , 13 can be cast or forged depending on the design and requirements, the parts 12 and 13 being particularly suitable for forging.
Die Gehäuseteile können in der Giesserei, in der Schmiede oder bei einem geeigneten Lieferanten zusammengeschweisst werden.The housing parts can be in the foundry, in the forge or at one suitable suppliers are welded together.
Die beiden Gehäusehälften des Innengehäuses werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach dem Schweissen, Bearbeiten und der Montage der Beschaufelung mittels Schrumpfringen 21, 22, 23 zusammengehalten. Die Schrumpfringe 21, 22, 23 werden durch den Abdampfstrom gekühlt, so dass sie nicht aus hochlegierten teuren Materialien bestehen müssen, sondern beispielsweise aus kostengünstigen geschmiedeten niedriglegierten CrMoV- Stählen bestehen können.In the present exemplary embodiment, the two housing halves of the inner housing are held together after the welding, processing and assembly of the blading by means of shrink rings 21 , 22 , 23 . The shrink rings 21 , 22 , 23 are cooled by the exhaust steam flow, so that they do not have to consist of high-alloy, expensive materials, but instead can consist, for example, of inexpensive forged low-alloy CrMoV steels.
Bei Erhöhung der Dampftemperaturen auf z. B. 850°C können die einzelnen Teile
1, 2, 3, 4 der Welle und die Teile 12, 13, 14 des Innengehäuse vorteilhaft aus
folgenden Werkstoffen bestehen, wobei zwischen den einzelnen Teilen jeweils
eine Fertigungsschweissung vorgesehen ist:
When increasing the steam temperatures to z. B. 850 ° C, the individual parts 1 , 2 , 3 , 4 of the shaft and the parts 12 , 13 , 14 of the inner housing advantageously consist of the following materials, wherein a manufacturing weld is provided between the individual parts:
- - im Höchsttemperturbereich (ca. 620. . .850°C) Ni-Basislegierung- Ni-base alloy in the maximum temperature range (approx. 620 ... 850 ° C)
- - im Hochtemperaturbereich (ca. 560. . .620°C) 9 bis 13%iger Cr-Stahl- in the high temperature range (approx. 560 ... 620 ° C) 9 to 13% Cr steel
- - im Niedertemperaturbereich (ca. 450. . .560°C) CrMoV-Stahl.- In the low temperature range (approx. 450 ... 560 ° C) CrMoV steel.
Die Werkstoffwahl für die Teile 12, 13, 14 des Innengehäuses ist somit auf die Wahl des Wellenmaterial, d. h. der Teile 1 bis 4, abgestimmt. Beispielsweise geht aus Fig. 2, dem Querschnitt durch den Zudampf, hervor, dass die Wellenscheibe 1 und Teil 11 des Innengehäuses der Dampfturbine den gleichen Temperaturbedingungen (höchste Temperatur) unterworfen sind und daher aus dem gleichen Material gefertigt werden sollten, z. B. einer Ni-Basislegierung. Fig. 3 zeigt dagegen einen Querschnitt in der Nähe des Abdampfes, aus welchem hervorgeht, dass die Wellenscheibe 3 den gleichen Temperaturbedingungen (niedrige Temperatur) unterworfen ist wie das Innengehäuseteil 13 und daher die Teile 3 und 13 vorteilhaft aus dem gleichen Material, z. B. einem niedriglegierten CrMoV-Stahl gefertigt werden sollten.The choice of material for the parts 12 , 13 , 14 of the inner housing is thus matched to the choice of the shaft material, ie the parts 1 to 4 . For example, from Fig. 2, the cross section through the vapor, it appears that the wave washer 1 and part 11 of the inner casing of the steam turbine are subjected to the same temperature conditions (highest temperature) and should therefore be made of the same material, for. B. a Ni-based alloy. Fig. 3, however, shows a cross section near the exhaust steam, from which it can be seen that the wave washer 3 is subjected to the same temperature conditions (low temperature) as the inner housing part 13 and therefore the parts 3 and 13 advantageously made of the same material, for. B. should be made of a low-alloy CrMoV steel.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass thermische Turbomaschinen bis zu höchsten Drücken und Temperaturen wirtschaftlich gebaut werden können. Der Einsatz von teuren hochlegierten Werkstoffen ist auf ein Mindestmass reduziert. Die Gussteile sind von vergleichsweise bescheidenen Abmessungen, was die Lieferzeiten verbessert und einen günstigen Einfluss auf Machbarkeit, Kosten und Durchlaufzeiten bedeutet. Ausserdem können vorteilhaft viele Teile geschmiedet werden. Technisch gesehen erfüllen Teile, welche durch Schweissen verbunden sind, die höchsten Anforderungen.The advantages of the invention are that thermal turbomachines can be built economically at the highest pressures and temperatures. The use of expensive high-alloy materials is to a minimum reduced. The castings are of comparatively modest dimensions, which improves delivery times and has a positive impact on feasibility, Means costs and lead times. In addition, many parts can be advantageous be forged. Technically speaking, parts that pass through Welding is associated with the highest demands.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer doppelschaligen zweiflutigen Dampfturbine, wobei Fig. 4 einen Längsschnitt der Turbine darstellt und Fig. 5 ein Detail der Flanschverbindung in der Trennebene zeigt. Die dargestellte Dampfturbine kann sowohl eine Hochdruck- als auch eine Mitteldruckturbine sein. FIGS. 4 and Fig. 5 show a second embodiment of the invention with reference to a double-shell double-flow steam turbine, in which Fig. 4 shows a longitudinal section of the turbine and Fig. 5 shows a detail of the flange in the parting plane. The steam turbine shown can be both a high-pressure and a medium-pressure turbine.
Wie beim ersten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht jede der Turbinen im wesentlichen aus einer aus mehreren Teilen 1, 2, 3, 4 zusammengesetzten Welle, die die Laufschaufeln 51 trägt, einem Innengehäuse 11, 12, 13, welches die Leitschaufeln 50 trägt und einem Aussengehäuse 41. Die Wellenteile 1, 2, 3, 4 sind jeweils mittels der Schweissnähte 5, 6, 7 zusammengefügt, während die verschiedenen Gehäuseteile des Innengehäuses 11, 12, 13 mittels der mit 15 und 16 bezeichneten Gehäuseschweissnähte zusammengefügt sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel werden die Gehäusehälften nicht durch Schrumpfringe, sondern durch Flanschverschraubungen 43 zusammengehalten. Das Schraubenmaterial wird in Abhängigkeit vom Gehäusematerial gewählt. Das Schraubenmaterial und das Gehäusematerial sollten möglichst gleiche Ausdehnungkoeffizienten aufweisen.As in the first exemplary embodiment described above, each of the turbines essentially consists of a shaft which is composed of several parts 1 , 2 , 3 , 4 and which carries the rotor blades 51 , an inner housing 11 , 12 , 13 which carries the guide vanes 50 and an outer housing 41 . The shaft parts 1 , 2 , 3 , 4 are each joined together by means of the weld seams 5 , 6 , 7 , while the various housing parts of the inner housing 11 , 12 , 13 are joined together by means of the housing weld seams denoted by 15 and 16 . In contrast to the first exemplary embodiment, the housing halves are held together not by shrink rings but by flange screw connections 43 . The screw material is selected depending on the housing material. The screw material and the housing material should have the same expansion coefficients as possible.
Der Mantel muss ringsum zusammengeschweisst werden. Um Schweissarbeiten zu sparen und die erforderliche Flexibilität zu gewährleisten, werden die Flanschpartien nicht durchgeschweisst, was gut in Fig. 5 zu sehen ist.The coat must be welded all around. In order to save welding work and to ensure the required flexibility, the flange parts are not welded through, which can be seen well in FIG. 5.
Fig. 6 zeigt schliesslich in einem Schnitt senkrecht zur Turbinenachse durch eine beschaufelte Partie eines Gehäuses eine dritten Ausführungsvariante der Erfindung. An einer Gehäusewand 14 ist ein Flansch 42 mittels einer Gehäuselängsnaht 17 angeschweisst. Diese Längsnaht 17 kann sich je nach Anforderung auf einen Teil der Gehäuselänge oder gesamte Länge erstrecken. Die dicken und somit thermisch trägen Flanschpartien 42 bestehen aus einem Werkstoff mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die relativ dünne Gehäusewand 14. Als ein mögliches Beispiel sei hier genannt, dass der Trennflansch 42 aus einem CrMoV-Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 13 × 10-6 K-1 und die Gehäusewand 14 aus einem 9 bis 13%igem Cr-Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 11 × 10-6 K-1 bestehen. Durch Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten über den Umfang des Gehäuses werden die Ovalisationseffekte mindestens teilweise ausgeglichen und eine ungewollte Vergrösserung des Spiels zwischen rotierenden und stehenden Teilen der Maschine verhindert. Fig. 6 shows, finally, in a section perpendicular to the turbine axis by a bladed section of a housing of a third embodiment of the invention. A flange 42 is welded to a housing wall 14 by means of a longitudinal housing seam 17 . Depending on requirements, this longitudinal seam 17 can extend over part of the housing length or over the entire length. The thick and thus thermally inert flange parts 42 consist of a material with a higher coefficient of thermal expansion than the relatively thin housing wall 14 . As a possible example, it should be mentioned here that the separating flange 42 is made of a CrMoV steel with a thermal expansion coefficient of approximately 13 × 10 -6 K -1 and the housing wall 14 is made of a 9 to 13% Cr steel with a thermal expansion coefficient of approximately 11 × 10 -6 K -1 exist. By using materials with different coefficients of thermal expansion over the circumference of the housing, the ovalization effects are at least partially compensated for and an undesired increase in the play between rotating and stationary parts of the machine is prevented.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt. Die unterschiedlichen Gehäuseteile können beispielsweise anstelle mittels Schweissen auch mittels Löten zusammengefügt sein. Ebenso ist es denkbar, derartige Gehäuse auch bei anderen Turbomaschinen, z. B. Gasturbinen oder Axialverdichter, einzusetzen. Of course, the invention is not limited to that described Embodiment limited. The different housing parts can For example, instead of using welding, also joined by soldering his. It is also conceivable for such housings also for others Turbomachinery, e.g. B. gas turbines or axial compressors.
11
Wellenteil für Höchsttemperaturanwendung
Shaft part for maximum temperature application
22nd
Wellenteil für Hochtemperaturanwendung
Shaft part for high temperature application
33rd
Wellenteil für Niedrigtemperaturanwendung
Shaft part for low temperature application
44th
Wellenteil für Niedrigtemperaturanwendung
Shaft part for low temperature application
55
Wellenschweissnaht
Corrugated weld
66
Wellenschweissnaht
Corrugated weld
77
Wellenschweissnaht
Corrugated weld
1111
Gehäuseteil für Höchsttemperaturanwendung
Housing part for maximum temperature application
1212th
Gehäuseteil für Hochtemperaturanwendung
Housing part for high temperature application
1313
Gehäuseteil für Niedrigtemperaturanwendung
Housing part for low temperature application
1414
Gehäusewand
Housing wall
1515
Gehäuseschweissnaht (Rundnaht)
Housing weld seam (circular seam)
1616
Gehäuseschweissnaht (Rundnaht)
Housing weld seam (circular seam)
1717th
Gehäuseschweissnaht (Längsnaht)
Housing weld seam (longitudinal seam)
2121
Schrumpfring
Shrink ring
2222
Schrumpfring
Shrink ring
2323
Schrumpfring
Shrink ring
4141
Aussengehäuse
Outer housing
4242
Horizontaler Trennflansch
Horizontal separating flange
4343
Schraube
screw
5050
Leitbeschaufelung
Guide blading
5151
Laufbeschaufelung
Barrel blading
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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Owner name: ALSTOM, PARIS, FR |
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Representative=s name: ROESLER, U., DIPL.-PHYS.UNIV., PAT.-ANW., 81241 MU |
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