EP1002184B1 - Housing for a fan, pump or compressor - Google Patents

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EP1002184B1
EP1002184B1 EP98954169A EP98954169A EP1002184B1 EP 1002184 B1 EP1002184 B1 EP 1002184B1 EP 98954169 A EP98954169 A EP 98954169A EP 98954169 A EP98954169 A EP 98954169A EP 1002184 B1 EP1002184 B1 EP 1002184B1
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EP
European Patent Office
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component
fluid
wall
fluid conduit
fluid guide
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP98954169A
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German (de)
French (fr)
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EP1002184A1 (en
Inventor
Andreas Ulma
Ralf Kuhn
Max Wiesenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority claimed from DE1998134221 external-priority patent/DE19834221A1/en
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    • F01D9/06Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids

Definitions

  • the pipeline described can be a simple pipeline from a single pipe or an insulating one Pipe in a support arm made of an outer tube and laid in the outer tube and insulated against this inner tube consist.
  • An insulating pipeline is used for the supply of a hot fluid to a shaft seal or for discharge of a hot fluid from a shaft seal.
  • Such one hot fluid is e.g. Vapor coming into the camp for sealing purposes is supplied, or vapor, i.e. steam, which leaks out of the bearing, possibly through air and / or oil vapor is contaminated and must be removed.
  • the task for an initially mentioned Component solved in that at least one in the first material fluid guidance extending in regions in the circumferential direction is provided, which is open to the inner wall and is fluidly connected to the fluid line and wherein the fluid line fluidically with the inner wall connects the outside area.
  • the fluid line is preferred poured into the first material.
  • the component is preferably part of a half-shell Turbine housing, in particular an outer housing Steam turbine.
  • a turbine shaft in the area of a shaft seal, preferably comprising a fluid line system the fluid guide and the fluid line of the removal of Vapor vapor and another supply fluid line system of sealing steam.
  • a fluid line system for delivery Barrier steam has a pressure of approximately 1.05 bar (a slight overpressure) and in the fluid line system for suction a small negative pressure of about 1.0 bar set. This is a tightness of the shaft seal as well as the extraction of vapor from the steam.
  • the fluid line is preferably a simple pipeline to transport a fluid.
  • This fluid can have a temperature have, which with the temperature one through the fluid machine flowing fluid roughly matches, so that due to temperature differences of the fluids at best low thermal stresses can be expected.
  • A is preferably for a component mentioned at the beginning Fluid line system with a fluid guide and a fluid line, the latter also referred to as a line segment is that the inner wall fluidically with the Connects outer wall, the fluid guide at least in some areas is directed in the circumferential direction and for production a fluidic connection with the inner wall has at least one opening, in particular a slot.
  • a circumferentially extending fluid guide which a fluidic connection with the inner wall manufactures, forms part of a simple way Annular chamber, which requires no further mechanical processing requirement.
  • the fluid guide guided in the circumferential direction preferably forms a half ring, by joining together two components surrounding a shaft a complete die Wave surrounding ring is formed.
  • the fluid line system consisting of the Fluid guide 4A and the fluid lines 5 for supply or Removal of sealing steam and the fluid line system comprehensively the fluid guide 4B and the fluid line 6 for discharge of steam vapor shown in spatial representation, as in a component 1 of a half of a slit Turbine housing 10 are cast.
  • the fluid lines 5 and 6 are directed radially outwards and protrude from the component 1 so far that a welded connection with a Supply or discharge system, not shown, simple can be produced.
  • the semi-ring-shaped grooves Fluid guides 4A, 4B are slot-shaped to the turbine shaft 15 open.

Abstract

In a machine having a shaft with a shaft axis, an outer region, and a shaft seal, a component is provided for the shaft seal. The component has a cast part formed of a first metallic material directed along the shaft axis and has an inner wall shaped, at least in regions, in a circumferential direction relative to the shaft axis, and an outer wall directed towards the outer region. A fluid guide is disposed and formed in the cast part and runs in the circumferential direction, at least in regions, and opens into the inner wall. At least one fluid conduit formed of a second metallic material fluidically connects the inner wall to the outer region. The fluid conduit is also fluidically connected to the fluid guide.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für eine Wellendichtung einer Strömungsmaschine, aus einem gegossenen ersten metallischen Werkstoff. Das Bauteil ist entlang einer Wellenachse gerichtet und weist eine zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung zur Wellenachse geformte Innenwandung, eine einem Außenbereich zugewandte Außenwandung sowie eine Fluidleitung aus einem zweiten metallischen Werkstoff auf.The invention relates to a component, in particular for a Shaft seal of a fluid machine, from a cast first metallic material. The component is along one Directed shaft axis and has one at least in some areas inner wall formed in the circumferential direction to the shaft axis, an outer wall facing an outer area and one Fluid line from a second metallic material.

In der WO 97/04218 A1 ist ein Bauteil für einen Abdampfstutzen einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampfturbine, und für ein in dem Abdampfstutzen angeordnetes Lager der Strömungsmaschine beschrieben. Das Bauteil ist einstückig gegossen und hat einen Stutzenteil und/oder ein Lagerteil zur Aufnahme des Lagers sowie eine Traganordnung mit zumindest einem Tragarm. Das Bauteil weist eine Rohrleitung auf, welche durch ein Stutzenteil, einen Tragarm und ein Lagerteil hindurchführt und in das Bauteil eingegossen ist. Das Bauteil besteht aus einem Gußeisenwerkstoff, vorzugsweise einem Sphäroguß. Die Rohrleitung ist vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt. Die beschriebene Rohrleitung kann hierbei eine einfache Rohrleitung aus einem einzelnen Rohr oder eine isolierende Rohrleitung in einem Tragarm aus einem Außenrohr und in dem Außenrohr verlegten und gegen dieses isolierten Innenrohr bestehen. Eine isolierende Rohrleitung dient der Zufuhr eines heißen Fluides zu einer Wellendichtung oder zur Abfuhr eines heißen Fluides von einer Wellendichtung. Ein solches heißes Fluid ist z.B. Dampf, der dem Lager zu Abdichtungszwecken zugeführt wird, oder Wrasendampf, also Dampf, welcher aus dem Lager herausleckt, ggf. durch Luft und/oder Öldunst verunreinigt ist und abgeführt werden muß. Mit der Ausgestaltung des Bauteils gemäß der WO 97/04218 A1 wird die Zielrichtung verfolgt, mit möglichst geringem Aufwand ein Bauteil bereitzustellen, welches hinsichtlich der zur Versorgung des Lagers notwendigen Zu- und Ableitungen den verfügbaren Raum so gut wie möglich ausnutzt, um die Strömung des Strömungsmittels der Strömungsmaschine so wenig wie möglich zu beeinträchtigen. In der US-PS 5,392,605 sind eine Methode und ein Vorrichtung zur Reduzierung des Druckes eines unter hohem Druck stehenden brennbaren Gases beschrieben. Die Vorrichtung weist hierbei eine Dichtung für eine Welle auf, wobei in der Dichtung eine mit der Umgebung verbundene Ringnut vorgesehen ist, durch die das brennbare Gas abführbar ist. Weiterhin ist an die Dichtung die Welle umgebend ein Raumbereich angeschlossen, in den Luft oder ein Inertgas zuführbar ist.WO 97/04218 A1 describes a component for an evaporation nozzle a turbomachine, in particular a steam turbine, and for a bearing arranged in the exhaust pipe Flow machine described. The component is cast in one piece and has a nozzle part and / or a bearing part for Inclusion of the bearing and a support arrangement with at least a support arm. The component has a pipeline, which through a nozzle part, a support arm and a bearing part and is cast into the component. The component consists of a cast iron material, preferably one Nodular cast iron. The pipeline is preferably made of steel manufactured. The pipeline described can be a simple pipeline from a single pipe or an insulating one Pipe in a support arm made of an outer tube and laid in the outer tube and insulated against this inner tube consist. An insulating pipeline is used for the supply of a hot fluid to a shaft seal or for discharge of a hot fluid from a shaft seal. Such one hot fluid is e.g. Vapor coming into the camp for sealing purposes is supplied, or vapor, i.e. steam, which leaks out of the bearing, possibly through air and / or oil vapor is contaminated and must be removed. With the design of the component according to WO 97/04218 A1 becomes the target direction pursued to provide a component with the least possible effort, which with regard to the supply of the Storage necessary supply and discharge lines the available space takes advantage of the flow of fluid as much as possible to affect the turbomachine as little as possible. In U.S. Patent 5,392,605 there is a method and a Device for reducing the pressure of a high Pressure of flammable gas. The device has a seal for a shaft, in which Seal provided an annular groove connected to the environment through which the combustible gas can be removed. Still is a space is connected to the seal surrounding the shaft, in the air or an inert gas can be supplied.

In der DE-OS 18 17 012 ist eine Wellendichtungsanordnung für eine mit einem elastischen Fluid arbeitende Maschine mit einer Mehrzahl von Spaltdichtungen angegeben. Die Wellendichtung verfügt hierbei über eine Zuleitung von Sperrdampf, welcher an einer vor den üblichen Drossel- und Absperrventilen für eine Hochdruckdampfturbine liegenden Stelle abgenommen werden kann.In DE-OS 18 17 012 a shaft seal arrangement for a machine working with an elastic fluid with a Plurality of gap seals specified. The shaft seal has a supply of sealing steam, which on one in front of the usual throttle and shut-off valves removed for a high pressure steam turbine can be.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil, insbesondere für eine Wellendichtung einer Strömungsmaschine, anzugeben, durch welches hindurch Fluid von einem Außenbereich an eine Innenwandung oder umgekehrt gebracht werden kann.The object of the invention is to provide a component, in particular for to specify a shaft seal of a turbomachine by which passes fluid from an outer area to an inner wall or vice versa.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für ein eingangs genanntes Bauteil dadurch gelöst, daß in dem ersten Werkstoff eine zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung verlaufende Fluidführung vorgesehen ist, die zur Innenwandung geöffnet und strömungstechnisch mit der Fluidleitung verbunden ist und wobei die Fluidleitung die Innenwandung strömungstechnisch mit dem Außenbereich verbindet. Die Fluidleitung ist vorzugsweise in den ersten Werkstoff eingegossen.According to the invention, the task for an initially mentioned Component solved in that at least one in the first material fluid guidance extending in regions in the circumferential direction is provided, which is open to the inner wall and is fluidly connected to the fluid line and wherein the fluid line fluidically with the inner wall connects the outside area. The fluid line is preferred poured into the first material.

Die Fluidführung kann hierbei über mehrere Öffnungen oder insbesondere einen Schlitz mit der Innenwandung verbunden sein, insbesondere kann sie selbst schlitz- oder nutförmig, beispielsweise als eine Ringkammer, ausgeführt sein. Die Fluidführung ist hierbei vorzugsweise mechanisch, beispielsweise durch Fräsen, Drehen oder Erodieren sowie gegebenenfalls auf chemischem Wege, beispielsweise durch Ätzen, in dem ersten Werkstoff erzeugt. Mit einer zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung vorgesehenen Fluidführung, welche eine strömungstechnische Verbindung mit der Innenwand herstellt, ist auf einfache Art und Weise ein Teil einer Ringkammer gebildet, die mit dem Außenbereich für eine Zu- oder Abführung von Fluid kommuniziert. Die in Umfangsrichtung geführte Fluidführung bildet vorzugsweise einen Halbring, wobei durch Zusammenfügen zweier eine Welle umgebenden Bauteile ein vollständiger die Welle umgebender Ring gebildet wird.The fluid flow can be through several openings or in particular a slot connected to the inner wall in particular, it can itself be slit or groove-shaped, for example as an annular chamber. The Fluid guidance is preferably mechanical, for example by milling, turning or eroding and, if necessary by chemical means, for example by etching, in which generated the first material. With at least some areas provided in the circumferential direction fluid guide, which a establishes fluidic connection with the inner wall, part of an annular chamber is formed in a simple manner, the one with the outside area for an inlet or outlet communicated by fluid. The guided in the circumferential direction Fluid guidance preferably forms a half ring, whereby through Assembling two components surrounding a shaft is a complete one ring surrounding the shaft is formed.

Durch mechanische oder chemische Herstellung der Fluidführung in dem ersten Werkstoff wird die Fluidführung strömungstechnisch unmittelbar mit einer eingegossenen Fluidleitung verbunden. Die Fluidleitung kann mithin geometrisch einfach und einstückig ohne Schweißverbindungen hergestellt sein. Die Gefahr eines möglichen Eindringens von Gußmaterial beim Eingießen der Fluidleitung in den ersten metallischen Werkstoff in die Fluidleitung wird durch Verwendung einer Fluidleitung, insbesondere eines Rohres, die über keine Schweißnähte verfügt, gering gehalten. Durch die Verwendung der Fluidführung können geeignet gebogene Fluidleitungen, insbesondere Rohre, die lediglich der Zu- bzw. Abströmung dienen, und ohne Schweißnähte hergestellt sind, eingesetzt werden. Je nach dem erforderlichen Strömungsquerschnitt können hierbei ein oder zwei oder mehrere Fluidleitungen verwendet werden. Die strömungstechnische Verbindung zu den Fluidleitungen erfolgt nach dem Abgießen des ersten metallischen Werkstoffs unmittelbar durch Herstellung der Fluidführung.By mechanical or chemical production of the fluid guide In the first material, the fluid flow becomes fluid directly connected to a cast-in fluid line. The fluid line can therefore be geometrically simple and be made in one piece without welded connections. The danger a possible penetration of casting material when pouring the fluid line in the first metallic material in the fluid line is made using a fluid line, especially a pipe that has no welds, kept low. By using the fluid guide can suitably bent fluid lines, especially pipes, which only serve the inflow and outflow, and without Welds are made, are used. Depending on required flow cross section can be one or two or more fluid lines are used. The fluidic Connection to the fluid lines is made after the casting of the first metallic material immediately by producing the fluid guide.

Vorzugsweise ragt die Fluidleitung von der Außenwandung in den Außenbereich hinein. Durch dieses Herausragen aus der Außenwandung ist eine einfache Möglichkeit geschaffen, die Fluidleitung außerhalb des Bauteils an ein Zuleitungs- oder Ableitungssystem für ein Fluid anzuschließen. Der zweite Werkstoff ist hierzu vorzugsweise gut schweißbar, insbesondere ein Stahl, so daß durch Anschweißen der Fluidleitung an ein Ab- oder Zuleitungssystem eine dichte Verbindung einfach herstellbar ist. Die Fluidleitung kann außerhalb des Bauteils auch einen Flansch oder ähnliches für eine dichte Verbindung aufweisen. Hierdurch ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen, insbesondere durch den Wegfall der mechanischen Bearbeitung für Rohrleitungsanschlüsse, da an die eingegossenen Fluidleitung, z.B. in Form eines Rohres, direkt angeschweißt werden kann. Durch das Eingießen der Fluidleitung aus dem zweiten metallischen Werkstoff in den ersten metallischen Werkstoff aus im wesentlichen einem sphäroidischen Guß (auch als Sphäro-Guß bezeichnet) aus Eisen ist die Zuführung von Fluid aus dem Außenbereich zur Innenwandung und umgekehrt einfach herstellbar. Insbesondere wird hierdurch die Problematik des Schweißens von Rohrleitungen an Sphäro-Guß mit zum Teil ungenügender Festigkeit vermieden. Unter Sphäro-Guß wird hierbei ein Gußeisenwerkstoff verstanden, der sich im festen Zustand auszeichnet durch etwa kugelförmige Graphitausscheidungen in einer metallischen Matrix. Er unterscheidet sich damit von gewöhnlichem Gußeisen, welches flockenförmige Ausscheidungen von Graphit aufweist. Sphäro-Guß zeichnet sich unter anderem durch seine gute Gießbarkeit aus. Sphäro-Guß kann mit geringem Aufwand spanend bearbeitet werden, so daß Kontaktflächen eines Bauteils mit anderen Komponenten mit einer vorgegebenen Maßhaltigkeit ausführbar sind. Der zweite in den ersten Werkstoff einzugießende Werkstoff ist vorzugsweise ein Stahl, d.h. ein Eisenwerkstoff, der sich gegenüber einem Gußeisenwerkstoff durch einen deutlich geringeren Gehalt an Kohlenstoff und damit verbunden einer deutlich höheren Duktilität und einem wesentlich höheren Schmelzpunkt auszeichnet. Im allgemeinen schmilzt ein Stahl erst bei einer um 200 °C höheren Temperatur als ein Gußeisenwerkstoff. Dies bedeutet, daß ein Stahlrohr nicht schmilzt, wenn es in ein Bauteil eingegossen wird, d.h. in die zum Gießen des Bauteils vorgesehene Form eingebaut und mit dem flüssigen Gußeisenwerkstoff umgossen wird. Eine eventuell beeinträchtigte Formstabilität aufgrund der immerhin recht hohen Temperatur, der das Rohr ausgesetzt wird, kann dadurch begegnet werden, daß das Rohr mit Sand oder einem anderen geeigneten Füllstoff, insbesondere einem später aufschmelzbaren Füllstoff, gefüllt wird. Je nach Anwendungsfall des Bauteils können in Ansehung der Zweckbestimmung des Gußeisenwerkstoffs und des Stahls bestimmte Elemente zulegiert sein. Als schweißbarer Stahl kommt beispielsweise ein als ST37 bekannter Stahl in Betracht.The fluid line preferably protrudes from the outer wall the outside area. By protruding from the outer wall is an easy way to create that Fluid line outside the component to a supply line or Connect drainage system for a fluid. The second For this purpose, the material is preferably easy to weld, in particular a steel so that by welding the fluid line on a drainage or supply system makes a tight connection easy can be produced. The fluid line can be outside the component also a flange or the like for a tight connection exhibit. This results in considerable cost savings, in particular due to the elimination of mechanical processing for pipeline connections, since the cast in Fluid line, e.g. in the form of a tube, directly welded on can be. By pouring the fluid line from the second metallic material in the first metallic Material from essentially a spheroidal cast (also referred to as spheroidal cast iron) is the supply of Fluid from the outside to the inside wall and vice versa easy to manufacture. In particular, this raises the problem of welding pipelines to spheroidal cast iron with Part of insufficient strength avoided. Under spherical casting here understood a cast iron material that is in the solid Condition is characterized by approximately spherical graphite deposits in a metallic matrix. It is different with it from ordinary cast iron, which flake-shaped excretions of graphite. Spherical cast iron stands out among other things by its good castability. Spheroidal cast iron can be machined with little effort, so that Contact surfaces of a component with other components with a specified dimensional accuracy are executable. The second in the material to be cast in is preferred a steel, i.e. an iron material that is opposed to one Cast iron material due to a significantly lower content of Carbon and the associated higher ductility and has a much higher melting point. In general, steel only melts at around 200 ° C higher temperature than a cast iron material. This means, that a steel pipe does not melt when poured into a component will, i.e. into the one intended for casting the component Mold installed and with the liquid cast iron material is cast around. A possibly impaired form stability due to the quite high temperature of the pipe exposed can be countered by the fact that the pipe with sand or another suitable filler, in particular a filler that can be melted later. ever Depending on the application of the component, the Determination of the intended use of the cast iron material and steel Elements are alloyed. Comes as weldable steel for example, a steel known as ST37.

Die Fluidleitung (das Leitungssegment) und/oder die Fluidführung sind/ist vorzugsweise ein Rohr und hat weiter bevorzugt eine Wandstärke von über 5 mm, insbesondere zwischen 8 mm und 12 mm. Vor dem Eingießen der Fluidleitung in das Bauteil kann es an seiner Außenoberfläche Rippen oder ähnliche Erhöhungen aufweisen, welche bei Kontakt mit dem heißen geschmolzenen Gußeisenwerkstoff auf- oder anschmelzen und dadurch eine gute Verbindung und Abdichtung der Fluidleitung mit dem gegossenen ersten Werkstoff gewährleisten. Die Rippen können beispielsweise eine Höhe von 20 mm aufweisen.The fluid line (the line segment) and / or the fluid guide are / is preferably a tube and more preferred a wall thickness of over 5 mm, in particular between 8 mm and 12 mm. Before pouring the fluid line into the component it ridges or similar ridges on its outer surface which, when in contact with the hot molten Melt or melt cast iron material and thereby a good one Connection and sealing of the fluid line with the cast one ensure the first material. The ribs can, for example have a height of 20 mm.

Das Bauteil ist vorzugsweise Bestandteil eines halbschaligen Turbinengehäuses, insbesondere eines Außengehäuses einer Dampfturbine. Nach einem Zusammenbau des Turbinengehäuses umgibt das Bauteil eine Turbinenwelle im Bereich einer Wellendichtung, wobei vorzugsweise ein Fluidleitungssystem umfassend die Fluidführung und die Fluidleitung der Abfuhr von Wrasendampf und ein weiteres Fluidleitungssystem der Zufuhr von Sperrdampf dient. In dem Fluidleitungssystem zur Zuführung von Sperrdampf wird ein Druck von etwa 1,05 bar (ein leichter Überdruck) und in dem Fluidleitungssystem zur Absaugung von Wrasendampf ein geringer Unterdruck von etwa 1,0 Bar eingestellt. Hierdurch ist eine Dichtigkeit der Wellendichtung sowie eine Absaugung von Wrasendampf gewährleistet. The component is preferably part of a half-shell Turbine housing, in particular an outer housing Steam turbine. After assembling the turbine casing surrounds the component is a turbine shaft in the area of a shaft seal, preferably comprising a fluid line system the fluid guide and the fluid line of the removal of Vapor vapor and another supply fluid line system of sealing steam. In the fluid line system for delivery Barrier steam has a pressure of approximately 1.05 bar (a slight overpressure) and in the fluid line system for suction a small negative pressure of about 1.0 bar set. This is a tightness of the shaft seal as well as the extraction of vapor from the steam.

Die Fluidleitung ist vorzugsweise eine einfache Rohrleitung zum Transport eines Fluides. Dieses Fluid kann eine Temperatur haben, welche mit der Temperatur eines durch die Strömungsmaschine strömenden Fluids ungefähr übereinstimmt, so daß aufgrund von Temperaturunterschieden der Fluide allenfalls mit geringen thermischen Spannungen zu rechnen ist.The fluid line is preferably a simple pipeline to transport a fluid. This fluid can have a temperature have, which with the temperature one through the fluid machine flowing fluid roughly matches, so that due to temperature differences of the fluids at best low thermal stresses can be expected.

Vorzugsweise ist für ein eingangs genanntes Bauteil ein Fluidleitungssystem mit einer Fluidführung und einer Fluidleitung, letztere auch als Leitungssegment bezeichnet, vorgesehen ist, das die Innenwandung strömungstechnisch mit der Außenwandung verbindet, wobei die Fluidführung zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung gerichtet ist und zur Herstellung einer strömungstechnischen Verbindung mit der Innenwandung zumindest eine Öffnung, insbesondere einen Schlitz, aufweist.A is preferably for a component mentioned at the beginning Fluid line system with a fluid guide and a fluid line, the latter also referred to as a line segment is that the inner wall fluidically with the Connects outer wall, the fluid guide at least in some areas is directed in the circumferential direction and for production a fluidic connection with the inner wall has at least one opening, in particular a slot.

Der Schlitz wird vorzugsweise nach dem Abgießen mechanisch hergestellt, z.B. durch Drehen oder Zirkular-Fräsen. Die Fluidführung ist vorzugsweise als Rohr ausgebildet. Sie ist bevorzugt durch einen Werkstoff gebildet, der von dem ersten Werkstoff verschieden ist und je nach Anforderung mit dem zweiten Werkstoff für die Fluidleitung übereinstimmen kann. Die Fluidführung ist vorzugsweise in dem ersten Werkstoff eingegossen.The slot is preferably made mechanically after casting manufactured, e.g. by turning or circular milling. The Fluid guidance is preferably designed as a tube. she is preferably formed by a material from the first Material is different and depending on the requirement with the second material for the fluid line can match. The fluid guide is preferably in the first material cast.

Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Fluidführung, welche eine strömungstechnische Verbindung mit der Innenwand herstellt, bildet auf einfache Art und Weise einen Teil einer Ringkammer, welche keiner weiteren mechanischen Bearbeitung bedarf. Gegenüber der bisherigen Praxis kann man, insbesondere Ringkammern, für ein Wellendichtungssystem entweder direkt in eine Welle umgebendes Gehäuse einzugießen oder mechanisch zu bearbeiten, gibt das Bauteil mit den in Umfangsrichtung gerichteten Fluidführungen eine konstruktiv deutlich vereinfachte Ausgestaltung an. Dies gilt auch im Vergleich zu Kammern, welche durch den Einbau von Ringen oder Buchsen erzeugt werden. Die in Umfangsrichtung geführte Fluidführung bildet vorzugsweise einen Halbring, wobei durch Zusammenfügen zweier eine Welle umgebenden Bauteile ein vollständiger die Welle umgebender Ring gebildet wird.A circumferentially extending fluid guide, which a fluidic connection with the inner wall manufactures, forms part of a simple way Annular chamber, which requires no further mechanical processing requirement. Compared to previous practice, one can, in particular Annular chambers, for a shaft sealing system either directly pour into a shaft surrounding the housing or mechanically to process, gives the component with the in the circumferential direction directional fluid guides a constructively clear simplified design. This also applies in comparison to Chambers created by the installation of rings or bushings become. The fluid guide guided in the circumferential direction preferably forms a half ring, by joining together two components surrounding a shaft a complete die Wave surrounding ring is formed.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird das Bauteil näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisiert und nicht maßstäblich:

FIG 1
einen Längsschnitt durch eine Mitteldruck-Teildampfturbine,
FIG 2 und 3
eine jeweilige Anordnung mit zwei Fluidführungen und den zugeordneten Fluidleitungen in räumlicher Darstellung,
FIG 4
einen Längsschnitt durch eine Fluidleitung,
FIG 5
eine Anordnung mit zwei Fluidleitungssystemen in räumlicher Darstellung,
FIG 6
einen Schnitt senkrecht zur Wellenachse einer Dampfturbine analog Figur 1,
FIG 7 und 8
einen Schnitt entlang der Wellenachse durch das Fluidleitungssystem nach Figur 5.
The component is explained in more detail using the exemplary embodiments shown in the drawing. Some show schematically and not to scale:
FIG. 1
a longitudinal section through a medium pressure partial steam turbine,
2 and 3
a respective arrangement with two fluid guides and the associated fluid lines in a spatial representation,
FIG 4
a longitudinal section through a fluid line,
FIG 5
an arrangement with two fluid line systems in spatial representation,
FIG 6
2 shows a section perpendicular to the shaft axis of a steam turbine analogous to FIG. 1,
7 and 8
a section along the shaft axis through the fluid line system of Figure 5.

Die Bezugszeichen besitzen in jeder Figur jeweils die gleiche Bedeutung.The reference numerals have the same in each figure Importance.

In Figur 1 ist eine Strömungsmaschine 11, insbesondere eine Mitteldruck-Teildampfturbine, dargestellt. Diese weist eine entlang einer Wellenachse 8 gerichtete Turbinenwelle 15, ein die Turbinenwelle 15 umgebendes Innengehäuse 14 und ein das Innengehäuse 14 umgebendes Turbinengehäuse 10 (Außengehäuse) auf. Die Dampfturbine 11 ist zweiflutig ausgeführt und weist entsprechende fachbekannte Ausführungen bezüglich Dampfeinlaß, Dampfauslaß, Turbinenleitschaufeln und Turbinenlaufschaufeln auf, auf die hier nicht näher eingegangen wird. An zwei sich entlang der Wellenachse 8 entgegenliegenden Enden weist das Turbinengehäuse 10, welches aus zwei Hälften zusammengesetzt ist, eine Wellendichtung 9 sowie ein Bauteil 1 zur Zuführung von Sperrdampf und zur Abführung von Wrasendampf auf. Das Bauteil 1, welches ein integraler Bestandteil des gegossenen Turbinengehäuses 10 ist, weist eine an der Turbinenwelle 15 anliegende Innenwandung 2 sowie eine an einen das Außengehäuse 10 umgebenden Außenbereich 16 angrenzende Außenwandung 3 auf. Weiterhin weist es zwei als Halbringkammern ausgebildete Fluidführungen 4A, 4b auf, die axial voneinander beabstandet sind, und jeweils als eine halbkreisringförmige Nut ausgeführt sind (siehe Figur 2 und 3 gemäß einer ersten Ausführungsform und Figuren 5 bis 8 gemäß einer zweiten Ausführungsform). Gemäß der ersten Ausführungsform ist jede Fluidführung 4A, 4b zur Innenwandung 2 schlitzförmig zur Turbinenwelle 15 hin geöffnet. Jede Fluidführung 4A, 4B ist vorzugsweise nach dem Gießen des Bauteils 1 nachträglich mechanisch z.B. durch Drehen oder Zirkularfräsen, hergestellt. Durch die Fluidführung 4A ist Sperrdampf zwischen das Turbinengehäuse 10 und die Turbinenwelle 15 im Bereich der Wellendichtung 9 zuführbar. Die Fluidführung 4A ist hierzu strömungstechnisch mit zwei Fluidleitungen 5, die in den Außenbereich 16 hineinragen, verbunden (siehe Figur 2 und 3). Durch die Fluidführung 4B ist Wrasendampf absaugbar. Die Fluidführung 4B ist hierbei über eine Fluidleitung 6 mit dem Außenbereich 16 strömungstechnisch verbunden (siehe Figuren 2 und 3). Jede Fluidführung 4A, 4B bildet mit der strömungstechnisch verbundenen Fluidleitung 5, 6 ein Fluidleitungssystem zum Abführen bzw. Zuführen von Fluid von dem Außenbereich 16 zur Turbinenwelle 15 hin.In Figure 1 is a fluid machine 11, in particular one Medium pressure partial steam turbine, shown. This one Turbine shaft 15 directed along a shaft axis 8 the turbine shaft 15 surrounding the inner housing 14 and a Inner casing 14 surrounding turbine casing 10 (outer casing) on. The steam turbine 11 is double-flow and has correspondingly known designs regarding steam inlet, Steam outlet, turbine guide vanes and turbine blades on, which will not be discussed in more detail here. On two opposite ends along the shaft axis 8 has the turbine housing 10, which is composed of two halves is, a shaft seal 9 and a component 1 for Supply of sealing steam and for the removal of steam on. The component 1, which is an integral part of the cast turbine housing 10 has one on the turbine shaft 15 adjacent inner wall 2 and one to one Outer housing 10 surrounding outer area 16 adjacent outer wall 3 on. Furthermore, it has two half-ring chambers trained fluid guides 4A, 4b, which are axially apart are spaced, and each as a semicircular Are executed groove (see Figures 2 and 3 according to a first Embodiment and Figures 5 to 8 according to a second embodiment). According to the first embodiment, each is Fluid guide 4A, 4b to the inner wall 2 slot-shaped to the turbine shaft 15 open. Each fluid guide 4A, 4B is preferred after casting component 1 mechanically e.g. manufactured by turning or circular milling. Due to the fluid guide 4A, sealing steam is between the turbine housing 10 and the turbine shaft 15 in the area of the shaft seal 9 feedable. For this purpose, the fluid guide 4A is fluidically with two fluid lines 5 leading to the outside 16 protrude, connected (see Figures 2 and 3). By the fluid guide 4B is vapor vapor. The fluid flow 4B is here via a fluid line 6 to the outside area 16 fluidically connected (see Figures 2 and 3). Each fluid guide 4A, 4B forms with the fluidic connected fluid line 5, 6 a fluid line system for removing or supplying fluid from the outer region 16 towards the turbine shaft 15.

Weiterhin weist es gemäß der zweiten Ausführungsform zwei Fluidleitungssysteme auf, die axial voneinander beabstandet sind und jeweils eine halbkreisringförmige Fluidführung 4A, 4B (siehe Figur 5) besitzen. Die kreisringförmig ausgebildete Fluidführung 4A, 4B weist einen der Turbinenwelle 15 zugewandten, in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz 7 auf. Der Schlitz 7 wird vorzugsweise nach dem Abgießen mechanisch hergestellt. Durch den Schlitz 7 des einen Fluidleitungssystems 4A, 5 ist Sperrdampf zwischen das Turbinengehäuse 10 und die Turbinenwelle 15 im Bereich der Wellendichtung 9 zuführbar. Durch den Schlitz 7 des anderen Fluidleitungssystems 4B, 6 ist Wrasendampf absaugbar.Furthermore, according to the second embodiment, it has two Fluid line systems that are axially spaced apart are each a semicircular fluid guide 4A, 4B (see Figure 5). The circular one Fluid guide 4A, 4B has one of the turbine shaft 15 facing slot 7 extending in the circumferential direction. The slot 7 is preferably mechanical after casting manufactured. Through the slot 7 of a fluid line system 4A, 5 is sealing steam between the turbine housing 10 and the turbine shaft 15 in the area of the shaft seal 9 fed. Through the slot 7 of the other fluid line system 4B, 6, vapor can be extracted.

In Figur 2 sind das Fluidleitungssystem bestehend aus der Fluidführung 4A und den Fluidleitungen 5 zur Zuführung bzw. Abführung von Sperrdampf sowie das Fluidleitungssystem umfassend die Fluidführung 4B und die Fluidleitung 6 zur Abführung von Wrasendampf jeweils in räumlicher Darstellung gezeigt, wie sie in ein Bauteil 1 einer Hälfte eines längsgeteilten Turbinengehäuses 10 eingegossen sind. Die Fluidleitungen 5 und 6 sind radial nach außen gerichtet und ragen aus dem Bauteil 1 so weit hinaus, daß eine Schweißverbindung mit einem nicht dargestellten Zuleitungs- oder Ableitungssystem einfach herstellbar ist. Die halbringförmigen als Nuten ausgebildeten Fluidführungen 4A, 4B sind schlitzförmig zur Turbinenwelle 15 geöffnet.In Figure 2, the fluid line system consisting of the Fluid guide 4A and the fluid lines 5 for supply or Removal of sealing steam and the fluid line system comprehensively the fluid guide 4B and the fluid line 6 for discharge of steam vapor shown in spatial representation, as in a component 1 of a half of a slit Turbine housing 10 are cast. The fluid lines 5 and 6 are directed radially outwards and protrude from the component 1 so far that a welded connection with a Supply or discharge system, not shown, simple can be produced. The semi-ring-shaped grooves Fluid guides 4A, 4B are slot-shaped to the turbine shaft 15 open.

Die Fluidleitung 6 ist zwischen den Fluidleitungen 5 angeordnet. Die Fluidleitungen 5 sind im Bereich der nicht näher dargestellten Teilungsfuge der beiden Hälften des Turbinengehäuses 10 strömungstechnisch mit der Fluidführung 4A verbunden. Die Fluidleitung 6 ist im geodätisch tiefstliegendsten Bereich der Fluidführung 4B mit dieser strömungstechnisch verbunden; hierdurch ist die Abführung von Wrasendampf erleichtert. Die Fluidleitungen 5 sind jeweils als schweißnahtfreie Rohre ausgeführt. Gleiches gilt für die Fluidleitung 6, welche gemäß Figur 2 als gerades Rohr und gemäß Figur 3 als U-förmiges Rohr ausgebildet ist, wobei die strömungstechnische Verbindung mit der Fluidführung 4b im Scheitelbereich des U-förmigen Rohrs durch Schlitzen hergestellt ist. The fluid line 6 is arranged between the fluid lines 5. The fluid lines 5 are not in the area of the shown joint of the two halves of the turbine housing 10 fluidically connected to the fluid guide 4A. The fluid line 6 is at the deepest geodesic Area of the fluid guide 4B with this fluidically connected; this facilitates the removal of vapor from the vapor. The fluid lines 5 are each weld-free Pipes executed. The same applies to the fluid line 6, which according to Figure 2 as a straight tube and according to Figure 3 as U-shaped tube is formed, the fluidic Connection with the fluid guide 4b in the apex area of the U-shaped tube is made by slitting.

In Figur 4 ist eine Fluidleitung 5 ausschnittsweise in einem Längsschnitt dargestellt. Die Fluidleitung 5 ist als einfaches Rohrleitungsstück ausgeführt, welches an seiner Außenoberfläche 12 in Umfangsrichtung einen angeschweißten Ring 13 (Rippe 13) aufweist. Der Ring 13 weist eine umlaufende Spitze auf, die mit dem zu gießenden ersten metallischen Werkstoff des Bauteils 1 verschmilzt. Die Fluidleitung 6 kann analog ausgeführt sein.In FIG. 4, a section of a fluid line 5 is in one Longitudinal section shown. The fluid line 5 is simple Pipe piece executed, which on its outer surface 12 a welded ring 13 in the circumferential direction (Rib 13). The ring 13 has a circumferential tip on that with the first metallic material to be cast of component 1 melts. The fluid line 6 can be analog be executed.

Bei der Herstellung des Bauteils 1 werden die Fluidleitungen 5, 6, welche vorzugsweise aus einem Stahl bestehen, eingegossen, indem sie vor dem Guß des Bauteils 1 in die zugehörige Gußform eingebaut und mit dem Guß von dem Gußeisenwerkstoff eingehüllt werden. Da der Schmelzpunkt eines Stahls üblicherweise deutlich über dem Schmelzpunkt eines Gußeisenwerkstoffs liegt, schmelzen die Fluidleitungen 5, 6 bei dieser Prozedur nicht. Um zu verhindern, daß sie sich verbiegen oder anderweitig verformen, werden sie vor dem Guß mit einem geeigneten Füllstoff, insbesondere Sand, gefüllt und in einem Kernkasten fixiert. Zum Gießen des Bauteils 1, welches ein integraler Bestandteil des Turbinengehäuses 10 ist, stehen alle bekannten Form- und Gießverfahren zur Verfügung. Am kostengünstigsten und daher vorzugsweise, wird im Sandgußverfahren gegossen, d.h. die Gußform wird mit Sand gefüllt und der Gußeisenwerkstoff in die so gebildete Gußform abgegossen.When manufacturing component 1, the fluid lines 5, 6, which preferably consist of a steel, cast in, by before the casting of component 1 in the associated Mold installed and with the casting of the cast iron material be enveloped. Because the melting point of a steel is usually well above the melting point of a cast iron material lies, the fluid lines 5, 6 melt in this procedure Not. To prevent them from bending or otherwise deform, they are cast with a suitable one before casting Filler, especially sand, filled and in a core box fixed. For casting component 1, which is an integral Is part of the turbine housing 10, all known are Molding and casting processes available. The cheapest and therefore preferably, is cast using the sand casting process, i.e. the mold is filled with sand and the cast iron material poured into the mold thus formed.

Nach Eingießen der Fluidleitungen 5, 6 werden auf mechanische oder chemische Art und Weise in das Bauteil 1 halbkreisförmige Nuten (Fluidführungen 4A, 4B) eingebracht, die jeweils mit zumindest einer Fluidleitung 5 bzw. einer Fluidleitung 6 verbunden sind.After pouring the fluid lines 5, 6 are on mechanical or chemical way in the component 1 semicircular Grooves (fluid guides 4A, 4B) introduced, each with at least one fluid line 5 or one fluid line 6 are connected.

In Figur 5 sind das Fluidleitungssystem 4A, 5 zur Zuführung bzw. Abführung von Sperrdampf und das Fluidleitungssystem 4B, 6 zur Abführung von Wrasendampf in räumlicher Darstellung gezeigt, wie sie in ein Bauteil 1 einer Hälfte eines längsgeteilten Turbinengehäuses 10 eingegossen werden. Jedes der Fluidleitungssysteme besteht aus einer halbringförmigen Fluidführung 4A, 4B, an das ein Leitungssegment 5 (Fluidleitungssystem für Wrasendampf) bzw. zwei Leitungssegmente 6 (Fluidleitungssystem für Sperrdampf) angeschlossen ist bzw. sind. Die Leitungssegmente 5 und 6 sind jeweils radial nach außen gerichtet und ragen aus dem Bauteil 1 so weit hinaus, daß eine Schweißverbindung mit einem nicht dargestellten Zuleitungs- oder Ableitungssystem einfach herstellbar ist. Die halbringförmigen Fluidführungen 4A, 4B weisen jeweils einen Schlitz 7 in Umfangsrichtung auf, welcher einer Turbinenwelle 15 (siehe Figur 1) zugeordnet ist.In Figure 5, the fluid line system 4A, 5 are for supply or discharge of sealing steam and the fluid line system 4B, 6 shown in a spatial representation for the removal of vapor of steam, as in a component 1 of a half of a slit Turbine housing 10 are cast. Each of the Fluid line systems consist of a semi-ring shaped one Fluid guide 4A, 4B to which a line segment 5 (Fluid line system for steam) or two line segments 6 (fluid line system for sealing steam) connected is or are. The line segments 5 and 6 are each radial directed outwards and protrude from component 1 so far addition, that a welded joint with a not shown Supply or discharge system easy to manufacture is. The semi-annular fluid guides 4A, 4B have each have a slot 7 in the circumferential direction, which one Turbine shaft 15 (see Figure 1) is assigned.

Figur 6 zeigt in axialer Richtung einen mehrschichtigen Schnitt durch die Fluidleitungssysteme 4A, 5; 4B, 6 gemäß Figur 5, und zwar für eine untere Hälfte des Turbinengehäuses 10. Die Leitungssegmente 5, 6 sind gegenüber einer Vertikalen um einen jeweiligen spitzen Winkel geneigt.Figure 6 shows a multilayer in the axial direction Section through the fluid line systems 4A, 5; 4B, 6 according to FIG 5, for a lower half of the turbine housing 10. The line segments 5, 6 are opposite a vertical inclined at a respective acute angle.

In Figur 7 ist ein Schnitt parallel zur Wellenachse 8 durch das Bauteil 1 durch das Fluidleitungssystem 4A, 5 zur Zuleitung von Sperrdampf dargestellt. Das aus dem Bauteil 1 herausragende Leitungssegment 5 ist leicht gekrümmt geführt, so daß es in der selben, zur Wellenachse 8 senkrechten Ebene aus dem Bauteil 1 austritt, wie das Leitungssegment 6 des Fluidleitungssystems für Wrasendampf. Deutlich zu erkennen ist auch, daß die Fluidführung 4A des Fluidleitungssystems für Wrasendampf eine ringförmige Kammer mit einem Kreisquerschnitt bildet, welche über eine Öffnung 7, den Schlitz, mit der Innenwandung 2 verbunden ist.In FIG. 7, a section is made parallel to the shaft axis 8 the component 1 through the fluid line system 4A, 5 to the feed line represented by sealing steam. The one that stands out from component 1 Line segment 5 is slightly curved, so that it is in the same plane perpendicular to the shaft axis 8 the component 1 exits, such as the line segment 6 of the fluid line system for steam. Can be clearly seen also that the fluid guide 4A of the fluid line system for Vapor vapor is an annular chamber with a circular cross section forms, which via an opening 7, the slot the inner wall 2 is connected.

Analog zeigt Figur 8 einen Schnitt durch das Fluidleitungssystem für Wrasendampf mit dem Leitungssegment 6. Auch hier ist erkennbar, daß das Fluidleitungssystem durch die Fluidführung 4A eine Kammer mit kreisförmigem Querschnitt bildet. Die Leitungssegmente 5 und 6 sowie die Fluidführungen 4A, 4B können einen Durchmesser von über 10 cm aufweisen. Analogously, FIG. 8 shows a section through the fluid line system for vapor steam with the line segment 6. Here too recognizable that the fluid line system through the fluid guide 4A forms a chamber with a circular cross-section. The line segments 5 and 6 and the fluid guides 4A, 4B can have a diameter of over 10 cm.

Die Fluidführungen 4A, 4B und die Leitungssegmente 5, 6 bestehen vorzugsweise aus Stahl. Sie werden, wie oben bereits ausgeführt, eingegossen.The fluid guides 4A, 4B and the line segments 5, 6 exist preferably made of steel. You will, as above executed, poured.

Die Erfindung zeichnet sich durch ein Fluidleitungssystem in einem Bauteil, insbesondere für eine Wellendichtung, aus, bei dem eine in Umfangsrichtung gebogene Fluidführung zur Turbinenwelle hin geöffnet vorgesehen ist. An diese Fluidführung ist eine Fluidleitung, vorzugsweise in radialer Richtung gerichtet, vorgesehen, welche aus dem Bauteil herausragt und zumindest dort aus einem gut schweißbaren Werkstoff, insbesondere Stahl, besteht. Hierdurch ist durch Schweißen eine feste und dichte Verbindung mit einem Zuleitungs- oder Ableitungssystem erreichbar. Die Fluidleitung ist vorzugsweise schweißnahtfrei, so daß ein Eindringen von Gußmaterial in die Fluidleitung infolge von Schweißnähten verhindert ist. Vorzugsweise findet das Bauteil Anwendung bei einer Dampfturbine zur Zuführung von Sperrdampf und zur Abführung von Wrasendampf. Andere Einsatzgebiete können allgemein Rotationsmaschinen mit Wellendichtungen, wie z.B. Generatoren und Pumpen, sein.The invention is characterized by a fluid line system in a component, especially for a shaft seal, from a circumferentially curved fluid guide to the turbine shaft is provided towards the open. To this fluid flow is a fluid line, preferably directed in the radial direction, provided which protrudes from the component and at least there from a well weldable material, in particular Steel. This is a by welding firm and tight connection with a supply or discharge system reachable. The fluid line is preferred free of weld seams, so that penetration of casting material into the Fluid line is prevented due to welds. Preferably the component is used in a steam turbine for the supply of sealing steam and for the removal of steam. Other fields of application can generally be rotary machines with shaft seals, e.g. Generators and pumps, his.

Claims (16)

  1. Component (1), in particular for a shaft seal (9) of a turbomachine (11), the said component consisting of a cast first metallic material which is directed along a shaft axis (8) and which has an inner wall (2) shaped, at least in regions, in the circumferential direction relative to the shaft axis (8), an outer wall (3) directed towards an outer region (16), and at least one fluid conduit (5, 6) consisting of a second metallic material, characterized in that there is provided, in the first material, a fluid guide (4A, 4B) which runs in the circumferential direction, at least in regions, and which is opened to the inner wall (2) and is fluidically connected to the fluid conduit (5, 6), and in that the fluid conduit (5, 6) connects the inner wall (2) fluidically to the outer region (16).
  2. Component (1) according to Claim 1, characterized in that the fluid conduit (5, 6) is cast into the first material.
  3. Component (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the fluid guide (4A, 4B) consists of a further material, in particular of the second material.
  4. Component (1) according to Claim 3, wherein the fluid guide (4A, 4B) is cast into the first material.
  5. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid guide (4A, 4B) is of pipe-like design.
  6. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid guide (4A, 4B) opens to the inner wall (2) by means of a slot (7).
  7. Component (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the fluid guide (4A, 4B) is produced in the first material mechanically and/or chemically.
  8. Component (1) according to Claim 1, 2 or 7, characterized in that the fluid guide (4) is designed so as to be groove-like, in particular in the form of an annular chamber.
  9. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that two fluid guides (4A,; 4B), which are connected in each case to at least one fluid conduit (5; 6), are provided.
  10. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first material is a spheroidal cast iron essentially containing iron.
  11. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second material, in particular a steel, is weldable.
  12. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid conduit (5, 6) is a pipe.
  13. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid conduit (5, 6) and/or the fluid guide (4A, 4B) has a wall thickness of more than 5 mm, in particular between 8 mm and 12 mm.
  14. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it is connected to a semi-monocoque turbine casing (10).
  15. Component (1) according to one of the preceding claims, for a steam turbine (11), characterized in that a fluid conduit (6) serves for the discharge of vapour and a third fluid conduit (5) serves for the supply of sealing steam.
  16. Component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a pipe which has a rib (13) arranged on its outer surface (12) is used [lacuna] producing the said component as a fluid conduit (5, 6) and/or a fluid guide (4A, 4B).
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