DE640392C - Verfahren zur Verminderung der Spaltweite in Turbinen - Google Patents

Description

Bei Turbinen, insbesondere vielstufigen Turbinen, spielen die Spaltverluste bekanntlich eine erhebliche Rolle, und es ist das Streben des Turbinenbauers, diese Spaltverluste so gering wie möglich zu machen. Diese Aufgabe ist von besonderer Bedeutung für solche Turbinen, die mit höheren Betriebstemperaturen arbeiten, insbesondere Heißdampf- und Gasturbinen.

Nun steht der vollkommenen Beseitigung der Spaltverluste eine Erscheinung sehr stark entgegen, welche als Kriechen der Läufer oder ihrer Teile, Scheiben und Ringe, im Betrieb auftritt.

Deswegen geht die Erfindung von dem Gedanken aus, die Teile der Turbinenläufer vor ihrem Einbau bzw. vor ihrer Beschaufelung und Fertigstellung einer Vorbehandlung unter Betriebsbedingungen mit der Wirkung zu unterwerfen, daß während dieser Vorbehandlung die Scheiben und Ringe so^ lange einer Vorbehandlung unterworfen werden, bis die während dieser Behandlung auftretende und schnell ansteigende Anfangskriechung beendet und die Kriechung in das Gebiet der praktisch unveränderlichen Kriechgeschwindigkeiten gelangt ist.

Die Erkenntnis, daß man durch entsprechende Vorbehandlung durch Wärme und mechanische Beanspruchung in einem Werkstück bleibende Dehnungen hervorrufen kann, ist bereits bekannt. -

Es ist auch ferner, aus ähnlichen Erwägungen heraus ein Verfahren vorgeschlagen worden, einen fertigen, mit Rädern und Beschaufeiungen zusammengebauten Turbinenläufer als Ganzes in einer auf Betriebstemperatur gehaltenen Kammer für längere Zeit den Betriebsverhältnissen ähnlichen mechanischen Belastungen zu unterwerfen, um auf diesem Wege vor dem Einbau des gesamten Turbinenläufers in ihm bleibende Dehnungen hervorzurufen.

Dieses letztere Verfahren ist wohl geieignet, brauchbare Ergebnisse 2iu erzielen, sofern der als Ganzes der Behandlung unterworfene Turbinenläufer derart gestaltet ist, daß sich die mechanischen und WärmebeanspBuchungen auf die einzelnen Turbinenräder in gleicher Weise auswirken können, 5c d. h. im wesentlichen nur brauchbar für die Vorbehandlung von kreisförmigen Turbinenläiufern mit über die ganze Länge praktisch gleichbleibendem Durchmesser.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

AIf Lysholm in Stockholm.

Für Turbinen, deren Schaufelträger jedoch ungleichen Abstand von der Achse haben, wie beispielsweise Radialturbinen, würde solche Behandlung nicht'zum Ziele füh nämlich bei diesen z. B. der innere der am nächsten angeordnete Ring mit wes höheren Temperaturen, aber wesentlich« 'ge-'¹-' ringeren Fliehkraftspannungen belastet ist als z. B. der äußerste Ring. Würde man also

ίο einen Radialturbinenläufer, der bekanntlich aus einer Mehrzahl von Ringen zusammengesetzt ist, so wie früher vorgeschlagen, als Ganzes der Wärme- und Vorbelastung unterwerfen,'so würde man die angestrebten bleibenden Verformungen oder die künstliche Hervorrufung der Kriechung nur in einem der Ringe, für den die Verhältnisse gerade passend sind, erreichen können, nicht aber für andere. Aus diesen Erwägungen heraus wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die Scheiben und Ringe von Turbinenläufern vor ihrem Zusammenbau der künstlichen Kriechbehandlung unter Zugrundelegung der sonst bei normalem Dauerbetrieb auftretenden Kriechung unterworfen werden. Durch hohe Temperaturen und entsprechende mechanische Beanspruchung können in den Rädern und Ringen die ihnen zukommenden bleibenden Dehnungen bzw. Kriechungen erzeugt werden, bevor der Zusammenbau der Turbine bzw. des Läufers erfolgt. Ein Schaufelring einer Radialturbine kann z. B. in der Weise behandelt werden, daß er in einem Ofen, dessen Temperatur der Betriebstemperatur oder mehr entspricht, mit seiner Betriebsdrehzahl so lange umläuft, bis die der Anfangskriechung entsprechende unveränderliche Verformung eingetreten ist. Statt die mechanischen Beanspruchungen durch die Fliehkraft hervorzurufen, kann auch derartig verfahren werden, daß in dem Schaufelring einer Radialturbine durch geeignete Vorrichtungen Spannungen erzeugt werden, die den Fliehkraftspannungen entsprechen und während einer der Anfangskriechzeit entsprechenden Dauer aufrechterhalten werden, wobei der Schaufelring ständig aiuf Betriebstemperatur oder höhere Temperatur gehalten wird.

Es ist für viele Fälle nicht notwendig, daß die Läufer während dev Kriechbehandlung bereits beschaufelt sind. Man kann z. B. die künstlichen Verformungen in Rädern und Ringen auf einem der vorstehend gezeigten Wege erzeugen und die Schaufeln nach der £:Kriechbehandlung in die Läufer einarbeiten, ^t; B. einfräsen, oder mit ihnen in bekannter '^l/eise, z. B. durch Schweißen, vereinigen und 'gegebenenfalls die geschweißten Läufer durch eine weitere Wärmebehandlung von den Schweißspannungen befreien.

Die Erläuterung der Erfindung zeigt, daß ihr Ziel der künstlichen Erzeugung der Anfangskriechung auf verschiedenen Wegen möglich ist. Das Wesentliche ist, daß der Läufer die Anfangskriechung bereits durchgemacht hat. bevor er fertiggestellt und in die Turbine eingebaut wird.

Man gelangt auf diese Weise zu sehr kleinen Spalten und erreicht dementsprechend eine sehr bedeutende Herabsetzung der Spaltverluste, ein Vorteil, der um so stärker in die Erscheinung tritt, je höher die Betriebstemperaturen und mechanischen Beanspruchungen der Läufer in der Turbine sind. Für Gas- ⁷S und Heiß dampf turbinen bedeutet dies eine bisher nicht erreichte Verbesserung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verminderung der Spaltweite in Turbinen durch Verminderung des Kriechens in den Läufern, bei welchem im Werkstoff des Läufers vor seinem Einbau durch mechanische Beanspruchung und Wärmebehandlung künstliche Kriechung hervorgerufen. wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder und Ringe von Turbinenläufern vor ihrem Zusammenbau der künstlichen Kriechbehandlung unter Zugrundelegung der sonst bei normalem Dauerbetrieb amftretretenden Kriechung unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder und Ringe vor ihrer Beschaufelung der Kriechbehandlung unterworfen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unbeschaufelten Räder und Ringe nach der Kriechbehanidlung mit den Schaufeln durch Schweißen vereinigt und die Schweißspannungen durch nochmalige Wärmebehandlung beseitigt werden.