EP1022439B1 - Gehäuse für eine Dampf- oder eine Gasturbine - Google Patents

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EP1022439B1
EP1022439B1 EP99810037A EP99810037A EP1022439B1 EP 1022439 B1 EP1022439 B1 EP 1022439B1 EP 99810037 A EP99810037 A EP 99810037A EP 99810037 A EP99810037 A EP 99810037A EP 1022439 B1 EP1022439 B1 EP 1022439B1
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EP
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flanges
facing away
wall thickness
facing
housing
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Josef Huster
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General Electric Technology GmbH
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Alstom Technology AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings

Definitions

  • the invention relates to a housing for a steam or gas turbine, which consists of a shell and two flanges.
  • Compressor housings for gas turbines consist of a shell and there are two flanges. These housings have upper and lower areas a pseudo flange on the shell.
  • these have the disadvantage that with Operation of the gas turbine due to the higher mean temperature in the area of Pseudo flange larger radial strains occur and thus the housing of deviates from its round shape.
  • These deformations lead to a reduced Efficiency because of the gap between the housing and the ends of the Turbine blades enlarged and steam or air unhindered at this point can flow through without performing work on the turbine.
  • Housing for steam turbines consist of a shell and there are two flanges and vertical ones in the horizontal flanges Have slots.
  • the radial becomes Round bowl shape is an ellipsoidal shape, with the bowl facing upwards expands and the two flanges are moved slightly inwards.
  • axial the radial effects affect due to the different temperature distribution different within the housing and thus also lead to one Deformation.
  • US-A-4,551,065 discloses a housing according to the preamble of claim 1.
  • GB-A-2 0 035 12 discloses a method of manufacturing a casing for a gas turbine.
  • expensive Constructions and assembly devices can be avoided.
  • the object is achieved in that the shell different Wall thicknesses in an upper area facing away from the flanges, in two middle areas and in two lower areas facing the flanges has, the wall thickness of the upper region facing away from the flanges compared to the wall thickness of the lower areas facing the flanges is reinforced and the wall thickness of the central areas is variable, so that the upper area facing away from the flanges and the lower area facing away from the flanges facing areas continuously merge.
  • An advantage of this invention is that by varying the wall thickness Shell of the housing undergoes deformation in an ellipsoidal shape both in radial Direction as well as in the axial direction is significantly reduced.
  • the housing has thus a slight radial play between the housing and the ends of the Turbine blades and thus has a significantly improved efficiency compared to the prior art.
  • Overall, the invention is a improved efficiency of 0.2% to 0.3% of a steam turbine achieved.
  • the single figure shows a section through an embodiment of a housing according to the invention.
  • the single figure shows a section through an embodiment of a Housing 1 according to the invention, which is used for steam or gas turbines becomes.
  • the entire case consists of two equal halves, only one of which is shown.
  • the housing 1 consists of a shell 2 and two flanges 3, soft for attachment to the flanges of the second half, not shown Housing 1 is used.
  • the wall thickness of the shell 2 varies in different areas.
  • An upper area 5 facing away from the flanges is opposite the lower one Flanges facing areas 7 reinforced. In the illustrated embodiment corresponds to the wall thickness of the upper region 5 facing away from the flanges 1.5 times the wall thickness of the lower areas facing the flanges 7.
  • the reinforcement of the upper region 5 facing away from the flanges no more than twice the Wall thickness of the lower areas 7 facing the flanges should have.
  • the upper area 5 facing away from the flanges and the lower area facing the flanges facing areas 7 are marked on each side by a central area 6 connected.
  • the wall thickness of these middle areas 6 varies, so that on each Since the two adjacent areas 5,7 merge continuously.
  • the upper area facing away from the flanges 5 at 45 ° around the central axis 4 of the housing 1. After that the middle area 6 adjoins on both sides with 15 °.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Dampf- oder eine Gasturbine, welches aus einer Schale und zwei Flanschen besteht.
STAND DER TECHNIK
Es sind Verdichtergehäuse für Gasturbinen bekannt, welche aus einer Schale und zwei Flanschen bestehen. Diese Gehäuse weisen im oberen und unteren Bereich der Schale einen Pseudoflansch auf. Diese haben aber den Nachteil, dass bei Betrieb der Gasturbine aufgrund der höheren mittleren Temperatur im Bereich des Pseudoflanschs grössere radiale Dehnungen auftreten und somit das Gehäuse von seiner runden Form abweicht. Diese Verformungen führen zu einem verringerten Wirkungsgrad, da sich der Spalt zwischen dem Gehäuse und den Enden der Turbinenschaufeln vergrössert und an dieser Stelle Dampf oder Luft ungehindert durchströmen kann, ohne Arbeit an der Turbine zu verrichten.
Es sind auch Gehäuse für Dampfturbinen bekannt, welche aus einer Schale und zwei Flanschen bestehen und welche in den horizontalen Flanschen vertikale Schlitze aufweisen. Das führt aber aufgrund der Temperaturverteilung in der Schale und den Flanschen dazu, dass die Schale durch die Befestigung der massiven Flansche mit Schrauben starken Verformungen unterworfen ist. Diese Verformungen wirken sich sowohl radial als auch axial auf das Gehäuse aus. Radial wird aus der runden Schalenform eine ellipsoide Form, indem sich die Schale nach oben ausdehnt und die beiden Flansche leicht nach innen verschoben werden. Axial wirken sich die radialen Effekte aufgrund der unterschiedlichen Temperaturverteilung innerhalb des Gehäuses verschieden aus und führen so ebenfalls zu einer Verformung. Diese Verformungen führen durch ein notwendiger vergrössertes Radialspiel zwischen dem Gehäuse und den Enden der Turbinenschaufeln zu einem geringeren Wirkungsgrad, da vermehrt Dampf ohne Arbeit an der Turbine zu verrichten durchströmen kann. Die Schlitze, welche die Trennflansche aufweisen, mindern insbesondere die axiale Verformung des Gehäuses, sind aber alleine nicht ausreichend, um die radialen Verformungen und damit den verringerten Wirkungsgrad zu verhindern.
Weiter sind Konstruktionen bekannt, welche die Verformung eines Dampfturbinengehäuses durch Schrumpfringe verhindern. Diese Konstruktionen haben aber den Nachteil, dass sie sehr teuer und spezielle Montagevorrichtungen dafür nötig sind.
US-A-4,551,065 offenbart ein Gehäuse entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
GB-A-2 0 035 12 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Gasturbine.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse für eine Dampf- oder eine Gasturbine zu konstruieren, weiches seine runde Form in Betrieb beibehält oder nur verhältnismässig geringe Verformungen aufweist, um so das Radialspiel zwischen dem Gehäuse und den Enden der Turbinenschaufeln zu verkleinern und den damit verbundenen geringeren Wirkungsgrad zu verhindern. Zudem sollen teure Konstruktionen und Montagevorrichtungen vermieden werden.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schale verschiedene Wandstärken in einem oberen, den Flanschen abgewandten Bereich, in zwei mittleren Bereichen und in zwei unteren, den Flanschen zugewandten Bereichen aufweist, wobei die Wandstärke des oberen, den Flanschen abgewandten Bereichs gegenüber der Wandstärke der unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche verstärkt ist und die Wandstärke der mittleren Bereiche variabel ist, so dass der obere, den Flanschen abgewandte Bereich und die unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche stetig ineinander übergehen.
Ein Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass durch die Variation der Wandstärke der Schale des Gehäuses eine Verformung in eine ellipsoide Form sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung deutlich vermindert wird. Das Gehäuse hat somit einen geringes Radialspiel zwischen dem Gehäuse und den Enden der Turbinenschaufeln und weist dadurch einen wesentlich verbesserten Wirkungsgrad gegenüber dem Stand der Technik auf. Insgesamt wird durch die Erfindung ein verbesserter Wirkungsgrad von 0.2 % bis 0.3 % einer Dampfturbine erreicht.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gehäuses.
WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gehäuses 1, welches für Dampf- oder Gasturbinen verwendet wird. Das gesamte Gehäuse besteht aus zwei gleichen Hälften, von denen nur eine dargestellt ist. Das Gehäuse 1 besteht aus einer Schale 2 und zwei Flanschen 3, weiche zur Befestigung an den Flanschen der nicht dargestellten zweite Hälfte des Gehäuses 1 dient. Die Wandstärke der Schale 2 variiert in verschiedenen Bereichen. Ein oberer, den Flanschen abgewandter Bereich 5 ist gegenüber den unteren, den Flanschen zugewandten Bereichen 7 verstärkt. In der dargestellten Ausführungsform entspricht die Wanddicke des oberen, den Flanschen abgewandten Bereichs 5 der 1.5fachen Wandstärke der unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche 7. Im welchem Masse der obere Bereich verstärkt wird, kann aber verschieden sein und hängt von der Auslegung der Turbine und somit vom Betriebsdruck und von der Betriebstemperatur ab. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Verstärkung des oberen, den Flanschen abgewandten Bereichs 5 nicht mehr als das zweifache der Wandstärke der unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche 7 haben sollte. Der obere, den Flanschen abgewandte Bereich 5 und die unteren, den Flanschen zugewandte Bereiche 7 werden auf jeder Seite durch einen mittleren Bereich 6 verbunden. Die Wandstärke dieser mittleren Bereiche 6 variiert, so dass auf jeder Seite beide angrenzenden Bereiche 5,7 stetig ineinander übergehen. Vorteilhaft ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der obere, den Flanschen abgewandte Bereich 5 mit 45° um die mittlere Achse 4 des Gehäuses 1 angeordnet. Im Anschluss daran schliesst sich zu beiden Seiten der mittlere Bereich 6 mit 15° an. Es sind aber auch andere Winkel denkbar, um eine erfindungsgemässe Wirkung der Konstruktion zu erhalten. Da die mittleren Bereiche 6 und besonders der obere, den Flanschen abgewandte Bereich 5 durch die dickere Wandstärke steifer als die nicht verstärkten unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche 7 sind, lassen sie während des Betriebs aufgrund der Temperaturverteilung weniger Verformungen zu. Die unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche 7 lassen sich mehr verformen und wirken wie ein Gelenk, welches zwischen den sehr massiv ausgearbeiteten und mit Schrauben befestigten Flanschen 3 und den teilverstärkten mittleren Bereichen 6 bzw. dem verstärkten oberen, den Flanschen abgewandten Bereich 5 ausgleichend wirkt. Insgesamt führt dies zu kleineren radialen und axialen Verformungen des Gehäuses 1 und so bleibt das Gehäuse 1 bei Betrieb der Turbine deutlich runder. Durch ein kleineres Radialspiel zwischen dem Gehäuse 1 und den Enden der nicht dargestellten Turbinenschaufeln wird so der Wirkungsgrad deutlich erhöht.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Gehäuse
2
Schale
3
Flansch
4
Mittlere Achse
5
Oberer Bereich
6
Mittlere Bereiche
7
Untere Bereiche

Claims (4)

  1. Gehäuse (1) für eine Dampf- oder eine Gasturbine, bestehend aus zwei halbzylindrischen Schalen (2), die in der Ebene der Gehäuseachse über Flansche (3) verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jede der Schalen (2) verschiedene Wandstärken in einem oberen, den Flanschen abgewandten Bereich (5), in zwei mittleren Bereichen (6) und in zwei unteren, den Flanschen zugewandten Bereichen (7) aufweist, wobei
    die Wandstärke des oberen, den Flanschen abgewandten Bereichs (5) gegenüber der Wandstärke der unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche (7) verstärkt ist und
    die Wandstärke der mittleren Bereiche (6) variabel ist, so dass der obere, den Flanschen abgewandte Bereich (5) und die unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche (7) stetig ineinander übergehen.
  2. Gehäuse (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der obere, den Flanschen abgewandte Bereich (5) in einem Winkel von 45° um die Mittelachse (4) des Gehäuses (1) angeordnet ist und die mittleren Bereiche (6) sich mit einem Winkel von 15° daran anschliessen.
  3. Gehäuse (1) nach Anspruch 3
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wandstärke des oberen, den Flanschen abgewandten Bereichs (5) maximal das 2fache der Wandstärke der unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche (7) hat.
  4. Gehäuse (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wandstärke des oberen, den Flanschen abgewandten Bereichs (5) das 1.5fache der Wandstärke der unteren, den Flanschen zugewandten Bereiche (7) hat.
EP99810037A 1999-01-20 1999-01-20 Gehäuse für eine Dampf- oder eine Gasturbine Expired - Lifetime EP1022439B1 (de)

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