DE967827C - Hochtemperaturturbine - Google Patents

Description

Je höher die Drücke und Temperaturen einer Turbine sind, um so mehr wird man nach Bauformen suchen müssen, die möglichst wenige axiale Teilfugen aufweisen. Denn da die Teilfuge durch stark voneinander abweichende Temperaturzonen verläuft (Beginn bis Ende der Entspannung), so treten leicht Verwerfungen und damit Undichtheiten ein. Wenn man schon nicht ohne Teilfuge auskommen kann, so ist es zweckmäßig, sie nicht nach außen, sondern nach innen zu verlegen, d. h., die Doppelgehäuseturbine zu verwenden, bei der der Leitschaufelträger nach Art eines besonderen Gehäuses in das Außengehäuse eingesetzt ist, wobei die günstigste Bauform das sogenannte Topfgehäuse ist. Die Teilfuge des Leitschaufelträgers liegt dann im Innern der Turbine und damit in einem Gebiet geringerer Temperaturdifferenzen in radialer Richtung. Dabei ist es häufig günstig, den Leitschaufelträger in seiner Längserstreckung mehrfach zu unterteilen, um an den kurzen Stücken dann entsprechend geringere Temperaturdifferenzen auch in axialer Richtung zu bekommen.

Bei der Hochtemperaturturbine kommt zu diesen Fragen noch die Baustofffrage hinzu. Denn die den höchsten Temperaturen ausgesetzten Teile müssen meistens aus austenitischem Baustoff hergestellt werden.

Die Erfindung bezieht sich nun auf die Ausbildung derartiger Turbinen, die in ihren den höchsten Temperaturen ausgesetzten Teilen aus austenitischen Baustoffen hergestellt werden müssen. Die Anwendung

derartiger Baustoffe stellt in verschiedener Hinsicht besondere und schwierige Anforderungen, insbesondere im Hinblick auf die Herstellbarkeit und Bearbeitbarkeit sowie auf die außerordentlich vergrößerten Wärmeausdehnungen. Hierbei darf weiter die Wirtschaftlichkeit derartiger Konstruktionen nicht außer Acht gelassen werden, zumal Baustoffe der genannten Art außerordentlich teuer sind.

Die sich ergebenden Fragen werden noch erheblich ίο schwieriger, wenn es sich um Turbinen mit Gleichdruckregelstufen handelt, die höchsten Beanspruchungen ausgesetzt sind und im allgemeinen einen erheblich größeren Durchmesser als die daneben vorhandenen Überdruckstufen aufweisen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Turbinen in der Weise auszubilden, daß nur die Regelstufe bzw. das Regelrad aus austenitischem Material hergestellt ist. Dabei wird das Regelrad als scheibenförmiger Körper wärmebeweglich zentrierend mit der Welle verbunden. Eine derartige Bauweise bedingt jedoch, daß innerhalb der Regelstufe bereits die Temperatur so weit gesenkt ist, daß die anschließenden Überdruckstufen, welche beispielsweise aus ferritischem oder ähnlichem Material bestehen, nicht durch den Dampf gefährdet werden können. Dieses bereitet unter Umständen erhebliche Schwierigkeiten, zumal im Regelbetrieb mit Schwankungen der Dampftemperatur bzw. einem sich ändernden Temperaturabfall in der Regelstufe gerechnet werden muß. Gegenstand der Erfindung ist nun eine Hochtemperaturturbine mit einer Regelstufe und einem Regelrad vorzugsweise verhältnismäßig großen Durchmessers und darauffolgenden Überdruckstufen kleineren Durchmessers, bei der für die den höchsten Temperaturen ausgesetzten Teile austenitische Baustoffe Anwendung finden, die sich dadurch auszeichnet, daß auch die der Regelstufe folgenden Schaufelreihen der Überdruckstufen nebst einer sie in an sich bekannter Weise tragenden zylindrischen Buchse aus austenitischem Werkstoff bestehen und diese Buchse mit dem austenitischen Radkörper zu einem gemeinsamen, mit der Welle nur durch eine Radialbolzenreihe verbundenen Laufradkörper vereinigt sind, wobei den Laufschaufeln dieses Laufradkörpers ein an sich bekannter besonderer, d. h. vom Gehäuse unabhängiger, als rotationssymmetrischer Ringverband ausgebildeter Leitschaufelträger mit einem unterteilten, die Leitschaufeln tragenden inneren Ring und einem geschlossenen Außenring aus dem gleichen Material wie der Laufradkörper zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht eine überaus vorteilhafte Ausbildung von für höchste Temperaturen bemessene Dampfturbinen, welche bei sicherster Gestaltung des Hochtemperaturteiles der Turbine eine wirtschaftliche und vorteilhafte Fertigung ermöglicht. Insbesondere ist auf die Einfachheit des Hochtemperaturteiles der Turbine hinzuweisen. Durch die Zusammenfassung der die Regelstufe und die ersten Überdruckstufen enthaltenden Läuferteile So sowie gegebenenfalls auch des umlaufenden Labyrinthträgerkörpers zu einem einzigen austenitischen Laufradkörper, der nur durch eine in der Ebene einer Radialschulter liegende Radialbolzenreihe mit der Welle verbunden und zentriert ist, kann die schwierige Bearbeitung austenitischer Teile außerordentlich verringert werden. Besonders fällt hierbei der Fortfall von Paßflächen sowie der Umstand ins Gewicht, daß nur eine einzige Radialbolzenreihe für die Befestigung der thermisch hochbeanspruchten Läuferteile benötigt wird.

Gegenüber der Anwendung eines gesonderten Radkörpers für die Regelstufe ergibt sich unter Umständen ein Gewinn an axialer Baulänge, da ein gesonderter Nabenkörper, der eine gewisse Länge nicht unterschreiten kann, nicht mehr vorhanden ist. Infolge der Zusammenfassung des Überdruckrades mit den zylindrischen Tragteilen für die Überdruckschaufehl und gegebenenfalls auch Labyrinthdichtungen wird eine wesentlich günstigere Kräfteverteilung erreicht, als dies bei Anordnung der Regelstufe auf einem gesonderten Radkörper der Fall ist. Die Verbindung des Radkörpers der Regelstufe mit dem die Überdruckstufen tragenden Zylinderkörper bzw. dem Tragkörper der Labyrinthdichtungen gewährleistet dabei für die teilbeaufschlagte Regelstufe, die infolge der Teilbeaufschlagung unsymmetrischen Kräften ausgesetzt sein kann, günstigste und ruhige Laufverhältnisse trotz der Verbindung mit der Welle nur durch eine einzige Radialbolzenreihe. Diese Art der Befestigung und Kraftübertragung des austenitischen Läuferkörpers für die Regelstufe und die ersten Überdruckstufen ermöglicht aber — abgesehen von den obenerwähnten Vorteilen — die günstigsten Verhältnisse für die Wärmeausdehnungen, die bei austenitischem Material besonders groß sind. Für die Wärmeausdehnung des austenitischen Läuferkörpers in radialer Richtung ist nun in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung, daß dem Überdruckteil des Läufers ein in sich geschlossener, einen Ringverband darstellender, von dem Gehäuse unabhängiger rota- too tionssymmetrischer Leitschaufelträger zugeordnet ist, der aus dem gleichen Material wie der die Laufschaufeln der Regelstufe und der folgenden Uberdruckstufe tragende austenitische Läuferkörper besteht. Diese Ausbildung gewährleistet, daß ohne Beeinträchtigung der Einbaufähigkeit der Leitschaufeln der Leitschaufelträger bezüglich der Wärmeausdehnung sich genau so verhält wie der die Laufschaufeln tragende Läuferkörper aus Austenit und daß ferner jegliches Unrundwerden des Leitschaufelträgers ausgeschlossen ist. An sich ist der Gedanke bereits bekannt, die Leitschauf elträgerhälften durch aufgeschrumpfte Ringe zusammenzuhalten.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. 1 ist die Turbinenwelle, 2 das Regelrad in Form einer auf die Welle lose aufgeschobenen und mit ihr über die Radialbolzen 3 verbundenen Buchse 4 aus austenitischem Werkstoff, die gemäß der Erfindung verlängert ist und eine Reihe von Überdruck-Laufschaufehi 5 aufnimmt. Die zugehörigen Leitschaufeln 6 sind in eine zweiteilige Buchse 7 mit einer konischen Außenfläche 8 einesetzt. Zum Zusammenhalten der beiden Hälften dient ein einteiliger Ring 9 mit einer entsprechenden konischen Innenbohrung, der sich nach dem Aufschieben gegen eine Schulter 10 des Leitschaufel-

trägers 7 legt. Die beiden Ringe 7 und 9 bestehen ebenfalls aus austenitischem Material, so daß sich die gleichen Ausdehnungsverhältnisse bei Erwärmung wie in dem die Laufschaufeln tragenden Läuferteil ergeben. Irgendwelche Verspannungsmittel sind also nicht erforderlich. Der weitere, in einer Achsebene unterteilte Leitschaufelträger 11 ist mit dem Ring 9 durch Radialbolzen 12 verbunden. 13 ist ein Dichtungsring zwischen dem Ring 9 und einem weiteren feststehenden Ring 14, der jedoch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unerheblich ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Hochtemperaturturbine mit einer Regelstufe und einem Regelrad vorzugsweise verhältnismäßig großen Durchmessers und darauf folgenden Überdruckstufen kleineren Durchmessers, bei der für die den höchsten Temperaturen ausgesetzten Teile austenitische Baustoffe Anwendung finden, dadurch gekennzeichnet, daß auch die der Regelstufe folgenden Schaufelreihen (5) der Überdruckstufen nebst einer sie in an sich bekannter Weise tragenden zylindrischen Buchse (4) aus austenitischem Werkstoff bestehen und diese Buchse mit dem austenitischen Radkörper (2) zu einem gemeinsamen, mit der Welle (1) nur durch eine Radialbolzenreihe (3) verbundenen Laufradkörper (2, 4) vereinigt ist, wobei den Laufschaufeln (5) dieses Laufradkörpers (2,4) ein an sich bekannter besonderer, d.h. vom Gehäuse unabhängiger, als rotationssymmetrischer Ringverband ausgebildeter Leitschaufelträger mit einem unterteilten, die Leitschaufeln (6) tragenden inneren Ring (7) und einem geschlossenen Außenring (9) aus dem gleichen Material wie der Laufradkörper (2) zugeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 198 130;
   schweizerische Patentschriften Nr. 250 469, 242 918, 262888;
   Zeitschrift »Konstruktion«, 1950, Heft 2, S. 42.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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