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Die vorliegende Offenlegung bezieht sich allgemein auf eine Dampfturbine, und insbesondere auf ein Gehäuse für eine Dampfturbine.
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Turbomaschinen, wie beispielsweise Dampfturbinen, Gasturbinen, Zentrifugalverdichter und Axialverdichter können in verschiedenen Branchen zum Einsatz kommen. Turbinen kommen besonders verbreitet zum Einsatz in Kraftwerken, Triebwerksanwendungen, Gasturbinen sowie Kfz-Anwendungen. Dampfturbinen und Zentrifugalverdichter kommen auch häufig zum Einsatz in großtechnischen Anwendungen, beispielsweise in Ethylenanlagen, Ölraffinerien und in der Stromerzeugung.
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Dampfturbinen sind Geräte, die thermische Energie aus Druckdampf entnehmen und zur Ausführung von mechanischer Arbeit an einer rotierenden Ausgangswelle nutzen. Mehrstufige Dampfturbinen sind nach dem Stand der Technik gut bekannt. Zu einer typischen mehrstufigen Dampfturbine gehört ein Turbinengehäuse, in dem sich eine Reihe von Membranen und ein Rotor in Form einer mit Schaufeln versehenen Welle befinden. Der Hauptzweck des Gehäuses besteht dabei darin, dem in der Turbine herrschenden hohen Innendruck standzuhalten. Viele Dampfturbinen haben ein Gehäuse mit einer kreisförmigen Querschnittsform. Ein Dampfturbinen-Gehäuse muss einem hohen Innendruck standhalten, wobei das Risiko besteht, dass es undicht wird, was zu explosiven und gefährlichen Ergebnissen führen kann.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dampfturbine bereitzustellen, die eines oder mehrere der oben erwähnten Probleme ausräumt oder zumindest verringert.
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Dieser Zweck wird realisiert mit einer Dampfturbine gemäß Anspruch 1.
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Die Dampfturbine weist eine Gehäusebauart auf, die die Fähigkeit der Dampfturbine zur Abdichtung eines Spaltlinien-Flanschs zwecks Instandhaltung der internen Drücke in der Dampfturbine verbessert. Darüber hinaus weist die Dampfturbine vorzugsweise eine Gehäusebauart auf, die die auf das Gehäuse einwirkenden seitlichen Kräfte erhöht, um eine stärkere Dichtung an einer Spaltlinie in einem Flansch der Dampfturbine zu bewirken.
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In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Dampfturbine ein Gehäuse aufweisen, das einen inneren Hohlraum definiert, wobei das Gehäuse eine erste Gehäusehälfte und eine zweite Gehäusehälfte aufweist, die so miteinander verbunden sind, dass sie das Gehäuse bilden, wobei eine Innen- (auch als innere bezeichnete) Oberfläche der ersten Gehäusehälfte einen ersten Teil mit einer ersten Krümmung und einen zweiten Teil mit einer zweiten Krümmung aufweist, wobei die erste Krümmung und die zweite Krümmung unterschiedlich sind, und wobei eine Innen-Oberfläche der zweiten Gehäusehälfte einen ersten Teil mit einer ersten Krümmung und einen zweiten Teil mit einer zweiten Krümmung aufweist, wobei die erste Krümmung und die zweite Krümmung unterschiedlich sind.
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In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die erste Gehäusehälfte und die zweite Gehäusehälfte vorzugsweise bei einer Spaltlinie verbunden und/oder sind die erste Gehäusehälfte und die zweite Gehäusehälfte vorzugsweise mechanisch miteinander verbunden. Vorzugsweise bewirkt ein innerer Druck an der Spaltlinie, dass sich die jeweiligen Kanten der ersten Gehäusehälfte und der zweiten Gehäusehälfte aufeinander zu drehen, um eine Dichtung herbeizuführen. Optional weisen die erste und die zweite Gehäusehälfte jeweils vorzugsweise eine innere Oberfläche auf, die aus mindestens einem flachen Teil und einem im Wesentlichen gekrümmten Teil besteht. Weiterhin optional sind die erste und die zweite Gehäusehälfte vorzugsweise voneinander trennbar, wenn sie nicht miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weisen die erste und die zweite Gehäusehälfte jeweils vorzugsweise eine innere Oberfläche auf, die aus mindestens einem ersten flachen Teil, einem zweiten flachen Teil und einem im Wesentlichen gekrümmten Teil besteht. Der im Wesentlichen gekrümmte Teil der ersten und zweiten Gehäusehälfte ist vorzugsweise zwischen dem ersten flachen Teil und dem zweiten flachen Teil angeordnet. Die ersten flachen Teile und die zweiten flachen Teile der ersten und der zweiten Gehäusehälfte haben jeweils vorzugsweise eine Länge im Bereich von 2,54 mm bis 76,2 mm (0,1 Zoll bis 3 Zoll). Die inneren Oberflächen der ersten Gehäusehälfte und der zweiten Gehäusehälfte bilden vorzugsweise einen im Wesentlichen ovalförmigen Querschnitt.
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In einer anderen derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Dampfturbine ein Gehäuse aufweisen, das einen inneren Hohlraum definiert. Das Gehäuse weist vorzugsweise eine erste Gehäusehälfte und eine zweite Gehäusehälfte auf, die miteinander verbunden sind, um das Gehäuse zu bilden. Die erste und die zweite Gehäusehälfte weisen jeweils vorzugsweise eine innere Oberfläche auf, die aus mindestens einem flachen Teil und einem im Wesentlichen gekrümmten Teil besteht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine flache Teil der ersten und zweiten Gehäusehälften vorzugsweise einen ersten flachen Teil und einen zweiten flachen Teil auf. Der im Wesentlichen gekrümmte Teil der ersten und zweiten Gehäusehälften ist vorzugsweise zwischen dem ersten flachen Teil und dem zweiten flachen Teil angeordnet. Optional können die inneren Oberflächen der ersten und zweiten Gehäusehälften übereinstimmende Formen aufweisen.
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Es ist einsichtig, dass die oben erwähnten Eigenschaften zu anderen Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden verdeutlicht auf der Basis der diesbezüglichen bevorzugten Ausführungsformen, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen wird, in denen:
- eine Perspektivansicht einer Dampfturbine entsprechend einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt;
- eine Querschnittsansicht der Dampfturbine aus entlang der Linie A-A zeigt;
- eine Querschnittsansicht der Dampfturbine mit einer unterschiedlicher Querschnittsform entsprechend einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt;
- eine Querschnittsansicht der Dampfturbine mit einer unterschiedlicher Querschnittsform entsprechend einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt; und
- eine Querschnittsansicht der Dampfturbine mit einer unterschiedlichen Querschnittsform entsprechend einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung zeigt.
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Zu Zwecken der nachfolgenden Beschreibung werden die ggf. benutzten Begriffe der räumlichen Ausrichtung sich auf die bezifferte Ausführungsform beziehen, wie sie in den begleitenden Zeichnungen, Abbildungen ausgerichtet ist bzw. wie in der folgenden detaillierten Beschreibung anderweitig beschrieben wird. Es muss jedoch einsichtig sein, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen viele alternative Variationen und Konfigurationen annehmen können. Weiterhin muss einsichtig sein, dass die in den begleitenden Zeichnungen und Abbildungen abgebildeten bzw. in dem vorliegenden Dokument anderweitig beschriebenen spezifischen Bauteile, Geräte, Merkmale und Betriebsabläufe lediglich Beispielcharakter haben und nicht als einschränkend aufzufassen sind.
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Die vorliegende Offenlegung zielt, im Allgemeinen, ab auf eine Dampfturbine, und im Besonderen auf eine Gehäusebauart für eine Dampfturbine. Bestimmte bevorzugte und nicht einschränkende Aspekte der Systemkomponenten sind illustriert in den und . In einem Beispiel zielt die Offenlegung ab auf ein Dampfturbinen-Gehäuse, das eine ovale Querschnittsform hat. Während die vorliegende Offenlegung primär auf Dampfturbinen abzielt, muss einsichtig sein, dass diese hier erörterten Konzepte auch auf andere Turbomaschinen angewendet werden können, wie u.a. Zentrifugalkompressoren und Axialkompressoren.
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Im Hinblick auf die und wird eine Dampfturbine 2 entsprechend einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung illustriert und beschrieben. Zur Dampfturbine 2 kann ein Gehäuse 4 gehören, das einen inneren Hohlraum 6 definiert, der sich entlang einer Längsachse von Gehäuse 4 erstreckt. In einem Beispiel kann das Gehäuse 4 ein geteiltes zweiteiliges Gehäuse sein, das eine erste Gehäusehälfte 8 und eine zweite Gehäusehälfte 10 aufweist. Die erste und die zweite Gehäusehälfte 8, 10 können zusammengebaut werden, sodass sie das Gehäuse 4 für die Dampfturbine bilden. Die erste und die zweite Gehäusehälfte 8, 10 können operativ mit einer beliebigen mechanischen Vorrichtung miteinander verbunden werden, wie u.a. einer Vorrichtung auf Basis einer Verschraubung, einer Verriegelung oder irgendeiner anderen Vorrichtung, die die beiden Gehäusehälften 8, 10 operativ miteinander verbindet. Es wird außerdem in Erwägung gezogen, dass die Verbindung zwischen den Gehäusehälften 8, 10 gelöst werden kann, sodass sie voneinander getrennt werden können. Bei Verbindung sind die Gehäusehälften 8, 10 so konfiguriert, dass sie den inneren Hohlraum 6 definieren, der vom Gehäuse 4 gebildet wird. In einem Beispiel wird eine Abtriebswelle (nicht gezeigt) innerhalb des inneren Hohlraums 6 des Gehäuses 4 positioniert und erstreckt sich durch diesen hindurch.
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Wie in den und gezeigt, kommen die Gehäusehälften 8, 10, wenn sie zusammengebaut sind, an einer Spaltlinie 12 miteinander in Berührung. In einem Beispiel kommen die Gehäusehälften 8, 10 an einer waagerechten Spaltlinie miteinander in Berührung. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass die Gehäusehälften 8, 10 an einer senkrechten Spaltlinie oder einer Spaltlinie in irgendeinem anderen Winkel miteinander in Berührung kommen. Nach dem Zusammenbau wird von den Gehäusehälften 8, 10 an der Spaltlinie 12 eine Dichtung geschaffen, damit sichergestellt ist, dass keine Innendrücke von dem im Gehäuse 4 enthaltenen Dampf aus dem inneren Hohlraum 6 entweichen können. In einem Beispiel erstreckt sich die Spaltlinie 12 von einem stromabwärts befindlichen Ende 14 des Gehäuses 4 zu einem stromaufwärts befindlichen Ende 16 des Gehäuses 4. Mindestens eine Einlassöffnung 18 für den inneren Hohlraum 6 kann für die erste und zweite Gehäusehälfte 8, 10 vorgesehen werden, und das stromabwärts befindliche Ende 14 des Gehäuses 4 kann eine Austrittsöffnung für den inneren Hohlraum 6 definieren.
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Im Hinblick auf die weist das Gehäuse 4, in einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung, eine innere Oberfläche 20 auf, die einen ovalförmigen Querschnitt hat. Insbesondere die innere Oberfläche 22a, 22b jeder Gehäusehälfte 8, 10 bildet eine Hälfte der ovalen Form, wodurch der ovalförmige Querschnitt des Gehäuses 4 geschaffen wird. In einem Beispiel weisen die innere Oberfläche 22a der ersten Gehäusehälfte 8 und die innere Oberfläche 22b der zweiten Gehäusehälfte 10 eine übereinstimmende oder ähnliche Form auf. In einem Beispiel weist die erste Gehäusehälfte 8 einen ersten geraden Teil 24a, einen im Wesentlichen gekrümmten Teil 24b und einen zweiten geraden Teil 24c auf. Es wird in Erwägung gezogen, dass die ersten und zweiten geraden Teile 24a, 24c eine erste Krümmung haben können, während der im Wesentlichen gekrümmte Teil 24b eine zweite Krümmung hat, die von der erste Krümmung unterschiedlich ist. Der im Wesentlichen gekrümmte Teil 24b ist zwischen dem ersten geraden Teil 24a und dem zweiten geraden Teil 24c angeordnet. In einem Beispiel weist die zweite Gehäusehälfte 10 einen ersten geraden Teil 26a, einen im Wesentlichen gekrümmten Teil 26b und einen zweiten geraden Teil 26c auf. Es wird in Erwägung gezogen, dass die ersten und zweiten geraden Teile 26a, 26c eine erste Krümmung haben können, während der im Wesentlichen gekrümmte Teil 26b eine zweite Krümmung hat, die von der erste Krümmung unterschiedlich ist. Der im Wesentlichen gekrümmte Teil 26b ist zwischen dem ersten geraden Teil 26a und dem zweiten geraden Teil 26c angeordnet. Wenn die Gehäusehälften 8, 10 zusammen geformt werden, berühren sich der erste gerade Teil 24a der ersten Gehäusehälfte 8 und der erste gerade Teil 26a der zweiten Gehäusehälfte 10 gegenseitig, um einen größeren geraden Teil innerhalb des Gehäuses 4 zu bilden. In vergleichbarer Weise berühren sich, wenn die Gehäusehälften 8, 10 zusammen geformt werden, der zweite gerade Teil 24c der ersten Gehäusehälfte 8 und der zweite gerade Teil 26c der zweiten Gehäusehälfte 10 gegenseitig, um einen größeren geraden Teil innerhalb des Gehäuses 4 zu bilden. Wenn sie vollständig zusammengebaut sind, bilden die ersten geraden Teile 24a, 26a, die im Wesentlichen gekrümmten Teile 24b, 26b und die zweiten geraden Teile 24c, 26c der Gehäusehälften 8, 10 einen im Wesentlichen ovalförmigen Querschnitt innerhalb des inneren Hohlraums 6 des Gehäuses 4. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Länge der geraden Teile 24a, 24c, 26a, 26c in Abhängigkeit von den Innendrücken und den allgemeinen Gehäuseabmessungen, die in dem inneren Hohlraum 6 vorgesehen sind, angepasst werden können, um eine effektive Dichtung an der Spaltlinie 12 sicherzustellen. In einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung können sich die geraden Teile 24a, 24c, 26a, 26c zwischen 2,54 mm und 76,2 mm (0,1 Zoll und 3,0 Zoll) erstrecken. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, das andere Abmessungen für die geraden Teile 24a, 24c, 26a, 26c verwendet werden können, in Abhängigkeit von dem spezifischen Innendruck und den allgemeinen Gehäuseabmessungen der fraglichen Dampfturbine. Je mehr die Länge der geraden Teile 24a, 24c, 26a, 26c zunimmt, nimmt auch der an der Spaltlinie 12 erzeugte Druck zu.
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Im Hinblick auf die können die inneren Oberflächen 22a, 22b der ersten und zweiten Gehäusehälften 8, 10 eine Querschnittsform bilden, durch die eine seitliche Kraft parallel zu der Fläche, die gedichtet wird, entsteht. Beispielsweise können die inneren Oberflächen 22a, 22b der ersten und zweiten Gehäusehälften 8, 10 im Wesentlichen flache Teile, gekrümmte Teile, elliptische Teile oder irgendeine andere geeignete Form zur Bereitstellung dieser seitlichen Kräfte aufweisen. In einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung kann die innere Oberfläche 22a der ersten Gehäusehälfte 8 einen ersten Teil aufweisen, der eine erste Krümmung aufweist, und einen zweiten Teil, der eine zweite Krümmung aufweist, wobei sich die erste Krümmung und die zweite Krümmung voneinander unterscheiden. In einem Beispiel der vorliegenden Offenlegung kann die innere Oberfläche 22b der zweiten Gehäusehälfte 8 einen ersten Teil aufweisen, der eine erste Krümmung aufweist, und einen zweiten Teil, der eine zweite Krümmung aufweist, wobei sich die erste Krümmung und die zweite Krümmung voneinander unterscheiden.
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Wie in gezeigt, erzeugt der Innendruck (dargestellt durch die Pfeile 28) innerhalb des inneren Hohlraums 6 des Gehäuses 4 eine nach außen gerichtete Kraft auf die innere Oberfläche 20 des Gehäuses 4, was zu Leckage aus dem Gehäuse 4 führen kann. Durch die Verwendung eines ovalförmigen Querschnitts für das Gehäuse 4 wird das Leckagen-Potenzial erheblich verringert. Durch die geraden Teile 24a, 26a, 24c, 26c, die mit den Gehäusehälften 8, 10, benutzt werden, wird eine verbesserte Dichtung an der Spaltlinie 12 des Gehäuses 4 erzielt. Durch Bereitstellung der geraden Teile 24a, 26a, 24c, 26c über und unter der Spaltlinie 12 werden die seitlichen Kräfte auf das Gehäuse 4 erhöht. Die Kraft entspricht dem Druck multipliziert mit der Fläche einer bestimmten Oberfläche in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche. Je größer die Fläche, desto größer ist folglich die seitliche Kraft. Aufgrund der erhöhten seitlichen Kräfte, da die Gehäusehälften 8, 10 miteinander verbunden sind, drehen sich die inneren Kanten der geraden Teile 24a, 24c, 26a, 26c gegeneinander (wie von Pfeilen 30 angegeben), wodurch eine stärkere Dichtung an der Innenkante der Spaltlinie 12 geschaffen wird. Außer bei Dampfturbinen mit einem gespalteten Gehäuse, das eine kreisförmige Querschnittsform hat, tragen die geraden Teile 24a, 24c, 26a, 26c der Gehäusehälften 8, 10 der Dampfturbine 2 der vorliegenden Offenlegung dazu bei, die Dichtungsfähigkeiten des Gehäuses 4 an der Spaltlinie 12 zu erhöhen. Die Dampfturbinen mit einer kreisförmigen Querschnittsform stellen nicht dieselben erhöhten Dichtungsfähigkeiten an der Spaltlinie bereit, wie diese in der vorliegenden Offenlegung von den seitlichen Kräften bereitgestellt werden.
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Während mehrere Aspekte der Dampfturbine 2 in den begleitenden Abbildungen gezeigt und in den obigen Ausführungen detailliert beschrieben werden, sind weitere Aspekte für den Fachmann offensichtlich und von diesem leicht herstellbar, ohne den Geltungsbereich der Ansprüche zu verlassen. Folglich ist die obige Beschreibung eher illustrierend als einschränkend bezweckt. Die hier oben beschriebene Erfindung wird definiert von den beigefügten Ansprüchen, wobei alle Änderungen der Erfindung, die unter Bedeutung und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, ebenfalls unter ihren Geltungsbereich fallen sollen.
