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Hintergrund der Erfindung
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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlarchitektur für die Flansche
eines Dampfturbinengehäuses,
mit der die Leckage des Dampfes verhindert werden soll, die durch
ein Nachlassen der Befestigungskraft der Bolzen zur Befestigung
der Flansche entsteht.
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Stand der
Technik
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3 ist
ein Teilschnitt, der einen Teil des Gehäuses einer konventionellen
Dampfturbine zeigt, bei der das Bezugszeichen 10 ein oberes
Gehäuse und
das Bezugszeichen 11 ein unteres Gehäuse bezeichnet. Eine Dampfturbine
ist hermetisch durch diese beiden Gehäuse abgedichtet, um das Austreten
von Dampf zur Außenseite
zu verhindern. Die Bezugszeichen 12 und 13 sind
Flansche des oberen und unteren Gehäuses 10 und 11.
Die beiden Flansche 12 und 13 sind miteinander
verbunden und durch Bolzen 14 aneinander befestigt, die
in vorbestimmten Abständen
längs der
Achse der Turbine vorgesehen sind, um das obere und das untere Gehäuse 10 und 11 untereinander
zusammenzuhalten. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine
Wärmeisolation,
welche die Oberfläche
der Flansche 12 und 13, die oberen Teile der Bolzen 14 und
die Oberflächen des
oberen und unteren Gehäuses 10 und 11 wie dargestellt überdeckt.
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In
dem wie vorher aufgebauten Gehäuse
der Dampfturbine wird dieses durch Hochtemperaturdampf erhitzt,
weil der Dampf mit hoher Temperatur durch die innere Dampfturbine
strömt;
die Flansche 12 und 13 werden dadurch e benfalls
aufgeheizt und thermisch verformt. Durch diese thermische Verformung
unterliegen die Bolzen 14 einer thermischen Ausdehnung
und lassen die Befestigungskraft nach Wiederholungen des oben erwähnten Ablaufes schrittweise
niedriger werden. Wenn die Befestigungskraft abfällt, tritt Dampf als Leckstrom
durch die Verbindungsfläche
zwischen den Flanschen 12 und 13 aus. Weil die
Temperatur des Dampfes sehr hoch ist, ist eine solche Dampfleckage
gefährlich.
Darüber hinaus
beeinflussen größere Dampfleckagemengen die
Leistung der Dampfturbine. Um das Austreten von Dampf zu verhindern,
hat man bisher eine Kühlarchitektur
vorgesehen, wie sie in 4 gezeigt ist, wobei die Bezugszeichen 10 bis 15 die
gleichen Teile bezeichnen wie in 3. In diesem
Fall aber sind Löcher 25 in
vertikaler Richtung vorgesehen, die sich durch die Flansche 12 und 13 und
durch die Wärmeisolierung 15 im
Bereich der Bolzen 14 hindurch erstrecken, um zu verhindern,
dass die Bolzen 14 und die Flansche 12 und 13 sich
im Bereich der Bolzen thermisch verformen. Da der Umfang der Löcher 25 durch
den Dampf auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt wird, sorgt die
natürliche
Konvektion der Umgebungsluft 30 dafür, dass die Teile der Flansche
um die Bolzen 14 herum von selbst gekühlt werden.
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Bei
dem konventionellen Gehäuse
der Dampfturbine, wie es oben beschrieben wurde, wird auch das Gehäuse von
dem hochtemperierten Dampf auf eine hohe Temperatur aufgeheizt,
so dass auch die Bolzen, welche die Flansche zusammenhalten, thermisch
verformt werden, um schrittweise die Befestigungskraft abnehmen
zu lassen, so dass der Dampf durch die Verbindungsflächen der
Flanschen austreten kann. Wie in 4 gezeigt,
sind daher Öffnungen 25 in
den Flanschen 12, 13 und in der Wärmeisolation 15 rund
um die Bolzen 14 vorgesehen, um die Bolzen 14 und
die Flansche 12 und 13 um die Bolzen herum aufgrund
der natürlichen
Konvektion der Luft zu kühlen.
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Bei
der oben beschriebenen konventionellen Art, d.h. bei einer Durchbohrung
der Flansche 12 und 13, müssen Löcher nicht nur durch die Flansche 12 und 13,
sondern auch durch die Wärmeisolierung 15 vorgesehen
werden, und es ist ein erheblicher Aufwand für das Durchbohren der Löcher erforderlich. Dazu
kommt, dass die Löcher
sich mit dem Staub der Wärmeisolierung
zuset zen, so dass die Luft nicht immer aufgrund der natürlichen
Konvektion hindurchtreten kann, so dass zusätzliche Maßnahmen vorgesehen werden müssen.
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Aus
dem Abstract der japanischen Patentschrift
JP 1019 6312 ist eine Dampfturbine
bekannt, die eine Kühlarchitektur
für die
Flansche aufweist, die an einem oberen und einem unteren Gehäuse zur hermetischen
Abdeckung einer Dampfturbine vorgesehen wird. Die Flansche sind
mit Bolzen aneinander befestigt und mit einer Wärmeisolierung abgedeckt, welche
das obere und untere Gehäuse
und die Bolzen einschließt.
Die Kühlarchitektur
sieht einen Durchgang für
ein Kühlmedium
zwischen der vertikalen Außenseite
an den Endflächen
der Flansche vom oberen und unteren Gehäuse und der Wärmeisolierung
vor der durch Einführung
von Öffnungen
im Isolator und durch die Anordnung des Wärmeisolators im Abstand zu
der äußeren Endfläche der
Flansche gebildet wird.
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Die
vorliegende Erfindung sieht daher eine Kühlarchitektur vor, welche die
Flansche des Dampfturbinengehäuses
zuverlässig
auf der Basis einer natürlichen
Konvektion der Luft kühlt,
dadurch, dass Löcher
in der Wärmeisolierung
vorgesehen sind, aber nicht in den Flanschen, um die natürliche Konvektion von
Luft auf einfache Weise zu erreichen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
wird eine Dampfturbine mit einem oberen und einem unteren Gehäuse zur
hermetischen Abdeckung der Dampfturbine mit am oberen und am unteren
Gehäuse
gebildeten Flanschen vorgesehen, die durch Bolzen aneinander befestigt
und mit Wärmeisolatoren
abgedeckt sind, welche das obere und das untere Gehäuse und
die Bolzen einschließt,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlarchitektur Rohre zum Einleiten
der Luft umfasst, wobei die Rohre an einer den Bolzen gegenüberliegenden
Kontaktfläche
zwischen den Außenflächen der
Flansche und dem Wärmeisolator
zum Abdecken der Außenflächen der
Flansche angeordnet sind und sich über die Außenflächen des Wärmeisolators hinaus nach oben
und unten erstrecken.
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Bei
der Kühlarchitektur
sind die Rohre im Wärmeisolator
so vorgesehen, dass sie die Flansche kontaktieren. Die Flansche
werden durch den hochtemperierten Dampf auf hohe Temperatur aufgeheizt. Wenn
die Bolzen, welche die Flansche zusammenhalten, thermisch verformt
werden, nimmt die Befestigungskraft der Bolzen ab. Im vorliegenden
Fall aber werden die Flansche auf eine Temperatur aufgeheizt, die
höher als
die Temperatur der Umgebungsluft ist. Daher wird die Luft in die
Rohre von deren unteren Enden aus durch natürliche Konvektion eingeführt und
strömt
aus den oberen Enden wieder aus. Aufgrund dieser natürlichen
Konvektion werden die Flansche gekühlt und die Bolzen werden daran
gehindert, sich thermisch zu verformen um ihre Befestigungskräfte zu vermindern.
Weil daher die Befestigungskraft nicht abnimmt, entsteht kein Spalt
zwischen den beiden Flanschen und der Dampf kann nicht austreten.
Die Anzahl der Rohre kann in der Axialrichtung zunehmend vorgesehen
werden, um einen noch verlässlicheren
Kühleffekt
zu erreichen, wenn das für
notwendig erachtet wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt, der eine Kühlarchitektur
für die
Flansche eines Dampfturbinengehäuses
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt,
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2 einen Schnitt längs der Linie A-A in 1,
wobei
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2a ein Beispiel zeigt, bei dem ein Rohr für einen
Bolzen vorgesehen ist und
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2b ein Beispiel, bei dem drei Rohre für einen
Bolzen vorgesehen sind,
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3 ist
ein Schnitt durch Flanschteile einer konventionellen Dampfturbine
und
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine konventionelle Kühlarchitektur
für die
Flansche eines Dampfturbinengehäuses
zeigt.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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Die 1 ist
ein Schnitt, der eine Kühlarchitektur
für die
Flansche eines Dampfturbinengehäuses
nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem die Bezugszeichen 10 bis 15 die
gleichen Teile bezeichnen, wie beim Stand der Technik und die Beschreibung
dieser Teile wird daher nicht wiederholt. Die vorliegenden Erfindung sieht
Rohre vor, die mit den Bezugszeichen 20 versehen sind,
sowie einen Seitenwärmeisolator 15a,
was im Folgenden im Einzelnen beschrieben werden wird.
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In 1 sind
Rohre 20 beschrieben, die so montiert sind, dass sie an
den äußeren Endflächen der
Flansche 12 und 13 in der Nähe der Bolzen 14 anliegen.
Ein Wärmeisolator 15a ist
befestigt, um die äußeren Endflächen der
Flansche 12 und 13 zu überdecken. Die Rohre 20 besitzen
eine solche Länge, dass
ihre oberen Enden und die unteren Enden ausreichend weit über den
Wärmeisolator 15 hervorragen.
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Die 2 ist ein Teilschnitt längs der
Linie A-A der 1, bei dem die Bolzen 14 so
vorgesehen sind, dass sie eine vorbestimmte Teilung in der Längsrichtung
der Flansche 12 und 13 haben, um die beiden Flansche
untereinander zu verbinden. In 2a ist
ein Rohr 20 für
jeden Bolzen 14 in einer Lage gegenüber dem Bolzen 14 vorgesehen.
Wenn halbkreisförmige
Nuten 21 mit einem Durchmesser einer Hälfte des Rohres in den Flanschen
vorgesehen werden, um die Rohre 20 an den äußeren Endflächen der
Flansche 12 und 13 zu sichern, dann lassen sich
die Rohre 20 sehr leicht in diesen Nuten 21 durch
Schweißen
oder ähnliche
Methoden befestigen.
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Die 2b zeigt ein Beispiel, bei dem drei Rohre 20 jeweils
in der Nähe
jedes Bolzens 14 vorgesehen sind. Dadurch, dass die Anzahl
der Rohre zunimmt, lassen sich die Flansche 12 und 13 in
der Nähe
der Bolzen 14 effektiv Kühlen. Die übrige Anordnung, außer der
Anzahl der Bolzen, ist die gleiche, wie in 2a.
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Bei
der Flanschkühlanordnung,
nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel,
werden die Flansche aufgrund des Hochtemperaturdampfes auf etwa
400°C aufgeheizt,
so dass Umgebungsluft 30 in die Rohre 20 von deren
unteren Ende aus aufgrund der natürlichen Konvektion eintritt
und nach oben zu den oberen Enden der Rohre 20 strömt. Aufgrund
der natürlichen
Konvektion werden die Bolzen 14 und die Flansche 12 und 13 gekühlt, so
dass dadurch eine thermische Verformung der Bolzen 14 gemildert
wird, so dass der Abfall der Befestigungskräfte der Bolzen und eine Leckage
von Dampf kaum auftritt.
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Entsprechend
der Ausführungsform
der Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, werden Rohre 20 an
den Flanschen 12 und 13 des Dampfturbinengehäuses im
Bereich der Bolzen 14 angebracht, um die Bolzen 14 und
die Flansche 12 und 13 im Bereich der Bolzen durch
die natürliche Konvektion
von Luft zu kühlen.
Die Bolzen 14 verlieren daher nichts von ihrer Befestigungskraft
und eine Dampfleckage tritt nicht auf.
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Aufgrund
der Kühlarchitektur
tritt eine zuverlässige
Konvektion der Luft auf und die Bolzen und die Flansche im Bereich
der Bolzen werden durch die Luft gekühlt. Das Nachlassen der Befestigungskraft durch
thermische Verformung der Bolzen und die dadurch bewirkte Leckage
von Dampf wird verhindert.