DE2102771A1

DE2102771A1 - Mehrschaliges Turbinengehäuse für hohe Drücke und hohe Temperaturen

Info

Publication number: DE2102771A1
Application number: DE19712102771
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.Masch-Techn. Wettingen; Huber Hans; Neuenhof; Dömer Wolfgang Kirchdorf; Rütti Willi Nussbaumen; Bellati (Schweiz). M
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-12-08
Filing date: 1971-01-21
Publication date: 1972-06-29
Also published as: DK132805C; AU3534871A; NL159467B; NL7116701A; CA948994A; DK132805B; AT316592B; US3773431A; SE406349B; AU456315B2; FR2117426A5; CH524758A

Description

Aktiengesellschaft Brown Boveri * Cie., Baden (Schweiz)

Mehrschaliges Turbinengehäuse für hohe Drücke und hohe Temperaturen.

Die Erfindung betrifft ein mehrsehaiiges Turbinengehäuse für hohe Drücke und Temperaturen, bestehend aus einem mehrstufigen, als Leitschaufelträger ausgebildeten, in einer Axialebene geteilten Innengehäuse und einem in einer Axialebene geteilten Aussengehäuse.

An Gehäuse für Dampfturbinen wird im allgemeinen, je nach Turbinenbauart, die generelle Anforderung gestellt, aen hohen Drücken und Temperaturen bei geringer Verformung und bei möglichst pleichmässiger Dehnung zwischen Gehäuse und Läufer standzuhalten, damit die günstigen kleinen Schaufel- und Dichtungsspiele bei allen Betriebszuständen gewährleistet werden können.

Bei hohen Drücken und Temperaturen wird die Wanddicke einfacher Turbinengehäuse 'für eine ausreichende Erfüllung dieser Forderungen zu gross, da die Wärmespannungen nicht oder nur sehr schwer beherrschbar werden. Ausserdera stellen die rrossen ^T:.^randdiol-:en eine neue

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Fehlermöglichkeit dar, weil dabei das Gussrisiko stark vergrössert wird. Man ist deshalb dazu übergegangen, Gehäuse von Dampfturbinen für hohe Drücke und Temperaturen in mehrschaliger Bauweise zu erstellen. Die dabei üblichste Methode ist in der Doppelraantelbauart zu sehen, die aus einen den Leitschaufelträger bildenden Innengehäuse und einem Äussengehäuse besteht, wobei letzteres unter dem verminderten SOufendruck oder Abdampfdruck bei niedriger Temperatur steht.

Durch den Uebergang zu noch grösseren Leistungseinheiten der Dampfturbinen, insbesondere durch die rasche Entwicklung der Kernreaktorkraftwerke, wurde die mehrschalige Bauweise den eingangs erwähnten Anforderungen nicht mehr gerecht. Die vergrösserten Dampfmengen , welche pro Turbineneinheit zu verarbeiten sind erfordern eine Ausweitung der Gehäusedimensionen, wobei die erforderliche Stufigkeit pro Einheit eine Erhöhung der Beanspruchung nach sicn zog und damit ein erneutes Ansteigen der Wandstärken bewirkte.

Daraus resultieren aber grosse Wanddicken der einzelnen Gehäuseschalen, die gusstechnisch schwer überwindbare Probleme aufwerfen und dem technischen Fortschritt Einhalt gebieten.

Man hat zwar versucht, die Schalen der Gehäuse zu teilen und nach dem Guss durch Schweissung zusammenzusetzen, doch bringt diese Methode keine befriedigende Lösung. Durch die Schweissung konnte die Herstellzeit für das gesamte Turbinengehäuse nicht verkürzt werden, sondern wurde eher- verlängert, obwohl das Risiko eines

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Gussausschusses etwas vermindert wurde. Aber die Gefahr der Lunker- oder Gasblasenbildung bei Verwendung von legiertem Stahlguss, beispielsweise 10 Ci-Mo910 nach DIN 17006, kann nicht ausgeschlossen werden. Ausserdem ist bei Einsatz von legierten Stahlgusssorten eine Schweissung derselben bei grossen Wandstärken nur unter grossem technischen Aufwand erreichbar, und in vielen Fällen sogar unmöglich, weil die Schweissbarkeit des Stahlgusses nicht mehr garantiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, alle oben angeführten Nachteile zu vermeiden und Turbinengehäuse zu schaffen, die den einleitenden Forderungen für hohe Drücke und hohe Temperaturen gerecht werden, und dabei unregelmässige Verformungskräfte des Gehäuses vom Leitschaufelträger fernzuhalten. Diese Aufgabe wird erfindungsge-mäss dadurch gelöst, dass das .ussengehäuse vollkommen verschweisst wird, wobei die Schale durch zwei in Radialebenen angeordnete Tragringe getragen wird, an denen das Innengehäuee abgestützt ist und die Tragringe im Fundament verankert sind.

Eine vorteilhafte Ausbildung nach der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet , dass die Schale mit mindestens einer wärmebeweglichen Durchführung für den Dampfeintritt zum Innengehäuse versehen 1st und der Dampfeintritt mit dem Innengehäuse starr verbunden ist.

Eii;e andere Ausführur.rsforiri der Erfindung ist mit dem Merkmal versehen, dass das Aussengehäuse nit Stützankern, die an den

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Böden der Schale und den Tragringen kraftübertragend befestigt sind, ausgerüstet ist.

Die Vorteile der erfindungsgemässen Bauart eines solchen Hochdruck-, in manchen Fällen auch Hochtemperatur-Mitteldruck-Gehäuses einer Dampfturbine ergeben sich einerseits aus der einfachen Herstellung und andererseits durch die bessere Beherrschbarkeit der auftretenden Verformungen. Ferner werden die Wand-· stärken der Gehäuseteile vermindert, woraus eine erhebliche Einsparung an Rohmaterial resultiert.

Die vereinfachte Herstellung ist durch die Verwendung von Blechen gegeben, die von der Kapazität der Giessereien unabhängig sind und deren Beanspruchung leichter bewältigt werden kann. Ausserdem braucht auf die exakte Abstimmung der Wandstärken, beispielsweise zwischen dem Zylinderboden und dem Mantel des Aussengeh&uses, keine oder zumindest weniger Rücksicht genommen werden als bei Gusstücken, da keine der gefährlichen Gusspannungen auftreten.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Turbinengehäuses in schematisierter Darstellung und zwar in Fig.l einen Längsschnitt,

Flg.2 eine Ansicht entlang der axialen Teilungseberie A-A in Fig.l,

Fig.3 einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig.l.

In Fig.1 ist im Leitschaufeltrager, im folgenden als Innengehäuse 11 bezeichnet, ein eingesetzter Rotor 2 mit der Walle 26 in schema-

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tischer Darstellung viiedergegeben. Das Innengehäuse 11 ruht an den Tragringen 6 über In Fig. 2 dargestellten Tatzen 12 auf, wobel die Kräfte, resultierend aus dem Eigengewicht des Innengehäuses H₃ den Rohrleitungsreaktionen und dem Betriebsdrehmoment, über die Keilführungen 13 und die in Fig.2 erkennbaren Fixpunkt-Auf hängungen l*i an die Tragringe 6 abgeleitet werden.

Das eigentliche Aussengehäuse 3 der Turbine wird durch die an den Tragringen 6 befestigte Schale gebildet, die aus den Böden 8, dem Anzapfraummantel 9» den Abdampfmänteln 10 und dem um die Teilungsebena angeordneten, geteilten Flansch 7 besteht. Die Stopfbüchsen 22 sind .im Aussengehäuse 3 in integrierter Bauweise angebracht, wobei die Durchführung der Welle 26 durch Böden 8 auf die freistehenden, nicht dargestellten Lagerböcke hinweist.

Zur exakten Längsführung des Dampfturbinengehäuses sind an den Böden 8 Führungen 17 angebracht, die mit entsprechenden Aufnahmen in den Lagerböcken übereinstimmen.

Im Innern des Aussengehäuses 3 sind an den Böden 8 Versteifungen 27 vorgesehen, die als Leitbleehe für den Abdampf ausgebildet sind und neben den ebenfalls am Boden 8 befestigten Stützankern 21 die Aufgabe haben, den Verformungen des Bodens, insbesondere im Bereich der Wellendurchführung, also der Stopfbüchsen 22_} entgegenzuwirken. Die Stützanker 21 sind mit ihrem anderen Ende an den Tragringen 6 befestigt, so dass die axialen Druckkräfte des Dampfes vom Aussengehäuse 3 an die Tragringe 6 abgeleitet werden. Die Stützanker 21

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sind in der V/eise angeordnet, dass sie eine zentrierende Wirkung hervorbringen, wobei von Vorteil ist, die Stützanker 21 einstellbar auszuführen, wie durch die Muffe 29 angedeutet ist.

Der zwischen den Tragringen 6 befestigte Anzapfraummantel 9 ist mit einer wärmebeweglichen Durchführung 20 für den Dampfeintritt 1 ausgerüstet, die im wesentlichen aus einem zwischen dem Aussengehäuse 3 und dem mit dem Innengehäuse 11 starr verbundenen Dampfeintritt 1 angeordneten Balg 30 besteht. Die Durchführung 20 ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt, so dass auch andere als die erkennbare Ausführung möglich sind.

Mit den Tragringen 6 sind die Zwischenboden 19 über bewegliche , nicht näher bezeichnete Abdichtungen 18 verbunden, wobei der Anzapfdampf durch die Schlitze 28 in den Anzapfraum k einströmen kann und über die im Mantel 9 angeordneten Anzapfdanpfstutzen 2 5 abgeleitet wird. Der Anzapfdampf wird beispielsweise anschü iesser.d einem Vorwärmer zugeführt.

Der Hauptteil des Arbeitsdampfes, der durch den Dampfeintritt 1 in das Innengehäuse 11 eintritt, verlässt dieses nach der Leistungsabgabe an den Rotor 2 entspannt, und gelangt in den Abdampfraum 5, von wo er über die Abdampfstutzen 24 beispielsweise in Kernkraftwerken zu einem Wasserabscheider und/oder zu einem Zwischenüberhitzer abgeleitet wird.

Di'.* Pfeile deuten auf die Dampf strömung hin, die innerhalb des Gehäuses während des Betriebes auftritt.

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Pig.2 zeigt eine Draufsicht nach der Linie A-A in Fig.l, wobei die gleichen Bezugszeiehen entsprechende Teile wie in Fig.l kennzeichnen.

Der in der axialen Teilungsebene verlaufende Flansch 7 ist mit den Tragringen 6 starr verbunden und wird in der Drehachse durch die Stopfbüchsen 22 unterbrochen, die ebenfalls starr in den Flansch 7 und den Boden 8 eingesetzt sind. An den Tragringen 6 ist die Fixpunktaufhangung Ik angeordnet, über welche die Axialkräfte des Innengehäuses 11 an die Tragringe 6 abgeleitet werden. ™ Hierzu sind noch die Tatzen 12 vorgesehen, die die Verbindung zwischen Innengehäuse 11 und Tragring 6 herstellen bzw. die Umfangskräfte, resultierend aus Betriebsdrehmoment und RohrIeI-tungsreaktionskräften, ableiten.

Am äusseren Umfang der Tragringe 6 greifen die im Fundament 16 eingelassenen oder eingesetzten Pratzen 15 an, deren Hauptaufgabe darin zu sehen ist, die Belastungen des Innengehäuses 11 zusammen mit jenen des AussengehSuses 3 an das Fundament 16 abzuführen. Λ

Fig.3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig.l, wobei gleiche Beaugszeichen entsprechenden Teilen in Fig.l und 2 zugeordnet sind. Die Tragringe 6 sind mit einer Fixierung 23 ausge^ rüstet, die in eine Nut 31 des Innengehäuses U eingreift und &o* mit die Einhaltung einer zentrischen Lage neben den Keilführungen 13 zwischen Innen- und Aussengehäuse gewahrleistet.

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Aus der. vorstehend Beschriebenen geht hervor, dass bei einem nach der erfindungsgemässen Art aufgebauten Turbinengehäuse die Tragringe 6 zusammen mit dem Plansch 7, den^Boden 8 und den Stützankern 21 das tragende Skelett des Gehäuses bilden, während die Käntel 9 und 10 nur die aus dem herrschenden Innendruck resultierenden Kräfte aufzunehmen haben, d.h. die Punktion einer äusseren Dichthülle übernehmen.

Dadurch wird es ermöglicht, dass das Innengehäuse frei dehnbar' gelagert oder angeordnet ist, ohne dass der Dehnung des Innen- " gehäuses vom Aussengehäuse herrührende Kräfte entgegenstehen.

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Claims

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Patentansprü c h e

l.y Mehr schaliges Turbinengehäuse für hohe Drücke und Temperaturen, bestehend aus einen mehrstufigen, als Leitschaufeitriger ausgebildeten, in einer Axialebene geteilten Innengehäuse und einem in einer Axialebene geteilten Aussengehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussengehä'use (3) vollkommen verschweisst ist, wobei die Schale (7 bis 10) durch zwei in Radialebenen angeordnete Tragringe (6) getragen viird, an denen das Innengehäuse (11) abgestützt ist und die Tragringe (6) im Fundament (16) verankert sind.

2". Kehrschaliges Turbinengehäuse nach Anspruch I₁. dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (7 bis 10) mit mindestens einer warmebeweglichen Durchführung (20) für den Dampfeintritt (1) zum Innengehäuse (11) versehen ist und der Dampfeintritt (1) mit dem Innengehäuse (11) starr verbunden ist.

3. Kehrschaliges Turbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussongehäuse (3) mit Stützankern (21) ausgerüstet ist, die an den Böden (8) der Schale (7 bis 10) und den Tragringen (6) kraftübertragend befestigt sind.

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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