EP1033478A2 - Gehäuse für eine thermische Turbomaschine - Google Patents

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EP1033478A2
EP1033478A2 EP00810115A EP00810115A EP1033478A2 EP 1033478 A2 EP1033478 A2 EP 1033478A2 EP 00810115 A EP00810115 A EP 00810115A EP 00810115 A EP00810115 A EP 00810115A EP 1033478 A2 EP1033478 A2 EP 1033478A2
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EP
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housing
thermal
welding
parts
turbomachine according
Prior art date
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Withdrawn
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EP00810115A
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Pierre Meylan
Richard Brendon Scarlin
Heinrich Klotz
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General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
ABB Alstom Power Switzerland Ltd
Alstom Schweiz AG
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Publication date
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Publication of EP1033478A2 publication Critical patent/EP1033478A2/de
Publication of EP1033478A3 publication Critical patent/EP1033478A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/403—Casings; Connections of working fluid especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2300/502—Thermal properties
    • F05D2300/5021—Expansivity
    • F05D2300/50212—Expansivity dissimilar

Definitions

  • the invention relates to the field of turbine construction. It affects one Housing for a thermal turbo machine, which consists of different Materials.
  • Cast steel housings for thermal turbomachinery are known, especially steam turbines.
  • the housings preferably consist of low-alloyed CrMo or CrMoV cast steel grades.
  • the use of 9 to 13% Cr alloys for turbine housings are also known.
  • the housing or housing halves what high temperatures exposed, cast as a whole, i.e. they consist of one Material. Intended production welding or occasionally required Repair welds are made with the same or a Housing material related material executed by the respective cast manufacturer.
  • Housings are known from turbine construction, the parts of which are made of different materials. These housing parts are screwed together, d. H. there is a non-positive connection. As for example, combined housings made of cast steel and Ductile iron components are called by means of a flange connection are connected.
  • the invention tries to avoid all these disadvantages. You have the task to develop a turbomachine housing that is inexpensive is to be manufactured, in which the material selection corresponds to the respective Operating conditions is adjusted, the thermal differential expansions between the shaft and housing are minimized and in which an ovalization of the Housing parts can be largely avoided during operation.
  • this is the case with a turbomachine housing which consists of at least two housing parts made of different materials exists, achieved in that the at least two housing parts by means of a cohesive joining process are joined together and the type of used material the respective temperature requirements and mechanical loads during operation of the machine is adjusted.
  • the advantages of the invention include that Screw connections between the individual housing parts are eliminated.
  • the joint are mechanically problem-free and tight under all operating conditions.
  • the housing according to the operating requirements is economical to manufacture with optimal materials and thermal Flexibility compared to the state-of-the-art solutions is increased.
  • the housing in the axial direction different materials.
  • the materials for the housing are included matched to the choice of shaft material. This can be advantageous thermal differential expansions between the shaft and the housing are minimized become.
  • the housing has different circumferences Materials with different coefficients of thermal expansion consists. This advantageously leads to a reduction in the signs of ovalization of the housing.
  • FIG. 1 shows in a longitudinal section with a double-shell high-pressure steam turbine a housing according to the invention in a first embodiment of the Invention while FIGS. 2 and 3 cross sections of the high pressure steam turbine represent along lines II-II and III-III in Fig. 1.
  • the steam turbine essentially consists of one, here four Disks 1, 2, 3, 4 composite shaft that carries the blades 51, an inner housing 11, 12, 13 which carries the guide vanes 50 and one Outer housing 41.
  • the inner housing is in a horizontal plane separated into two housing halves by the turbine axis.
  • the discs 1, 2, 3 and 4 each consist of different materials. she are according to the known prior art by means of welding connected to one another, as in FIG. 1 using the wave weld seams 5, 6, 7 is recognizable.
  • the disc 1, which highest temperatures (approx. 620 ° C) is made of a high-alloy 9 to 13% Cr steel, for example.
  • the disc 2 is comparatively lower, but still high Exposed to temperatures (approx. 560 ° C).
  • the discs 3 and 4 only have to can withstand relatively moderate temperatures (approx. 450 ° C) and are therefore from one unalloyed steel.
  • the inner housing like the shaft, is now made of different materials Parts, in the present exemplary embodiment from three parts 11, 12, 13 materially joined together, the housing part 11 with the housing part 12 is welded together to form a circular seam 15, and that Housing part 12 at its other end in turn with the housing part 13 below Formation of a housing weld seam (circular seam) 16 is welded together.
  • Electrode welding by hand MIG
  • MAG by hand or by machine, submerged arc welding, Electron beam welding or laser beam welding for use come.
  • the housing part 11 for maximum temperature application consists, for. B. from a 9th up to 13% Cr steel, the housing part 12 is made for high temperature application e.g. B. from a low-alloy CrMoV steel and the housing part 13 for Low temperature application exists e.g. B. from an unalloyed steel.
  • the inner casing of the high-pressure steam turbine is thus out in the axial direction different materials, the type of material used the respective temperature requirements and mechanical loads in the Operation is adjusted.
  • the housing parts 11, 12, 13 can, depending on the design and requirements be cast or forged, with the parts 12 and 13 especially for Suitable for forging.
  • the housing parts can be in the foundry, in the forge or at one suitable suppliers are welded together.
  • the two housing halves of the inner housing are presented here Embodiment after welding, machining and assembling the Blading held together by shrink rings 21, 22, 23.
  • the Shrink rings 21, 22, 23 are cooled by the exhaust steam flow, so that they do not have to consist of high-alloy expensive materials, but for example from inexpensive forged low-alloy CrMoV steels can exist.
  • the choice of material for the parts 12, 13, 14 of the inner housing is thus on Choice of shaft material, d. H. parts 1 to 4.
  • Fig. 2 the cross section through the vapor, that the wave washer 1 and part 11 of the inner casing of the steam turbine the same Temperature conditions (highest temperature) are subject and therefore off should be made of the same material, e.g. B. a Ni-based alloy.
  • Fig. 3 shows a cross-section in the vicinity of the exhaust steam, from which shows that the wave washer 3 the same temperature conditions (low temperature) is subjected as the inner housing part 13 and therefore the Parts 3 and 13 advantageously made of the same material, e.g. B. a low-alloy CrMoV steel should be made.
  • thermal turbomachines can be built economically at the highest pressures and temperatures.
  • the use of expensive high-alloy materials is to a minimum reduced.
  • the castings are of comparatively modest dimensions, which improves delivery times and has a positive impact on feasibility, Means costs and lead times.
  • many parts can be advantageous be forged.
  • parts that pass through Welding is associated with the highest demands.
  • FIG. 4 and 5 show a second exemplary embodiment of the invention on the basis of a double-shell, double-flow steam turbine, FIG. 4 a longitudinal section the turbine and Fig. 5 shows a detail of the flange connection in the Dividing plane shows.
  • the steam turbine shown can be both high pressure and also be a medium pressure turbine.
  • each of the Turbine essentially from one of several parts 1, 2, 3, 4 composite shaft, which carries the blades 51, an inner housing 11, 12, 13, which carries the guide vanes 50 and an outer housing 41 Shaft parts 1, 2, 3, 4 are each by means of the weld seams 5, 6, 7 put together while the various housing parts of the inner housing 11, 12, 13 by means of the housing weld seams denoted by 15 and 16 are put together.
  • the housing halves not by shrink rings, but by Flange fittings 43 held together.
  • the screw material is in Dependence on the housing material selected. The screw material and that Housing material should have the same coefficient of expansion as possible.
  • the coat must be welded all around. For welding work to save and ensure the necessary flexibility, the Flange parts not welded through, which can be seen well in FIG. 5.
  • FIG. 6 finally shows a third embodiment variant of the invention in a section perpendicular to the turbine axis through a bladed part of a housing.
  • a flange 42 is welded to a housing wall 14 by means of a longitudinal housing seam 17. Depending on requirements, this longitudinal seam 17 can extend over part of the housing length or over the entire length.
  • the thick and thus thermally inert flange parts 42 consist of a material with a higher thermal expansion coefficient than the relatively thin housing wall 14.
  • the separating flange 42 is made of a CrMoV steel with a thermal expansion coefficient of approximately 13x10 -6 K -1 and the housing wall 14 consist of a 9 to 13% Cr steel with a thermal expansion coefficient of about 11x10 -6 K -1 .
  • the invention is not limited to that described Embodiment limited.
  • the different housing parts can For example, instead of using welding, also joined by soldering his. It is also conceivable for such housings also for others Turbomachinery, e.g. B. gas turbines or axial compressors.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine thermische Turbomaschine, welches in §zwei Gehäusehälften getrennt ist, wobei jede Gehäusehälfte aus jeweils mindestens zwei Gehäuseteilen (11, 12, 13, 14, 42) aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Das Gehäuse ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gehäuseteile (11, 12, 13, 14, 42) mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens zusammengefügt sind und die Art des verwendeten Werkstoffes den jeweiligen Temperaturanforderungen und mechanischen Belastungen im Betrieb angepasst ist. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Turbinenbaus. Sie betrifft ein Gehäuse für eine thermische Turbomaschine, welches aus verschiedenen Werkstoffen besteht.
Stand der Technik
Bekannt sind Gehäuse aus Stahlguss für thermische Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen. Die Gehäuse bestehen bevorzugt aus niedriglegierten CrMo- oder CrMoV-Stahlgusssorten. Der Einsatz von 9 bis 13%ige Cr-Legierungen für Turbinengehäuse ist ebenfalls bekannt. Üblicherweise werden die Gehäuse bzw. Gehäusehälften, welche hohen Temperaturen ausgesetzt sind, als ganzes Teil gegossen, d.h. sie bestehen aus einem einzigen Werkstoff. Vorgesehene Fertigungsschweissungen bzw. gelegentlich erforderliche Reperaturschweissungen werden mit dem gleichen oder einem dem Gehäusematerial verwandten Material vom jeweiligen Gusshersteller ausgeführt.
Zunehmende Mediumtemperaturen erfordern Werkstoffe mit zunehmenden Legierungsgehalten. Damit steigen einerseits die Kosten für solche Bauteile, andererseits stösst man, je nach gewählter Legierung, auch an Machbarkeitsgrenzen, die durch die Gusstechnik oder durch die Kapazität der Produktionsanlage gegeben sein können. Da in Zukunft beispielsweise im Dampfturbinenbau Temperaturen zwischen 540 °C und 850 °C erwartet werden, kommt der Wahl der richtigen Legierung am richtigen Ort eine besondere Bedeutung zu, vor allem in Hinblick auf Kosten, Machbarkeit und technische Eigenschaften. Letzteres betrifft beispielsweise das relative Dehnungsverhalten zwischen benachbarten Teilen, wie Gehäuse und Läufer.
Bekannt ist, die Läufer von Turbomaschinen aus verschiedenen Scheiben, welche gegebenenfalls aus unterschiedlichem Material bestehen, zusammenzuschweissen. Die Materialwahl hängt dabei von den jeweiligen Anforderungen ab. Dort, wo hohe Temperaturen herrschen, werden hochlegierte Scheiben verwendet, die mit niedriger legierten Scheiben zusammengeschweisst werden, sobald die Temperatur und die Beanspruchungen dies erlauben.
Der Nachteil bei der Verwendung von grossen Gehäusen oder Gehäusehälften, welche aus einem einzigen Werkstoff bestehen, besteht darin, dass man z. B. beim Einsatz von Ni-Basislegierungen an die Grenzen der Machbarkeit stösst. Ausserdem sind die Kosten sehr hoch, weil der teure hoch- bzw. höchsttemperaturfeste Werkstoff auch in den Bereichen eingesetzt wird, in denen dessen Einsatz überhaupt nicht erforderlich ist.
Weiterhin harmonisieren die thermischen Dehnungen eines derartigen Gehäuses nicht mit denen der Welle, mit dem Nachteil, dass die Spiele zwischen feststehenden und rotierenden Teilen im Betrieb grösser werden als unbedingt erforderlich, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
Aus dem Turbinenbau sind auch Gehäuse bekannt, deren Teile aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Diese Gehäuseteile sind zusammengeschraubt, d. h. es existiert eine kraftschlüssige Verbindung. Als Beispiel sollen hier kombinierte Gehäuse aus Stahlguss- und Sphärogussbauteilen genannt werden, die mittels einer Flanschverbindung verbunden sind.
Der Nachteil dieser mittels Flanschverbindungen verschraubten Gehäuse besteht darin, dass die Flanschverschraubungen Platz benötigen. Ausserdem sind sie bei Gehäusen, die mit höheren Drücken und Temperaturen belastet sind, kostenintensiv und problematisch abzudichten, vor allem bei Kreuzflanschen.
Schliesslich besteht ein Nachteil der bekannten Gehäuse mit Trennebene und Trennflanschen, welche dicker sind als die Schale, darin, dass die Gehäuse durch die asymmetrische Form bei Erwärmung zum Ovalisieren neigen, was sich ungünstig auf die Spiele zwischen feststehenden und rotierenden Teilen und damit auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbomaschinengehäuse zu entwickeln, welches kostengünstig herzustellen ist, bei dem die Werkstoffauswahl den jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst ist, die thermischen Differenzdehnungen zwischen Welle und Gehäuse minimiert sind und bei dem eine Ovalisation der Gehäuseteile während des Betriebes weitgehend vermieden werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Turbomaschinengehäuse, welches aus mindestens zwei Gehäuseteilen aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen besteht, dadurch erreicht, dass die mindestens zwei Gehäuseteile mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens zusammengefügt sind und die Art des verwendeten Werkstoffes den jeweiligen Temperaturanforderungen und mechanischen Belastungen im Betrieb der Maschine angepasst ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen unter anderem darin, dass die Verschraubungen zwischen den einzelnen Gehäuseteilen wegfallen. Die Fugen sind mechanisch problemlos und unter allen Betriebszuständen dicht. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass das Gehäuse entsprechend den Betriebsanforderungen mit optimalen Werkstoffen wirtschaftlich günstig herstellbar ist und die thermische Flexibilität gegenüber den Lösungen nach dem bekannten Stand der Technik erhöht wird.
Es ist besonders zweckmässig, wenn das Gehäuse in axialer Richtung aus verschiedenen Werkstoffen besteht. Die Werkstoffe für das Gehäuse sind dabei auf die Wahl des Wellenmaterials abgestimmt. Damit können vorteilhaft thermische Differenzdehnungen zwischen der Welle und dem Gehäuse minimiert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse über den Umfang aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht. Dies führt vorteilhaft zu einer Reduktion der Ovalisationserscheinungen des Gehäuses.
Als Fügeverfahren sind vorteilhaft Schweissverfahren, wie z. B. Elektroden-Schweissen von Hand, MIG (Metall-Inert-Gas)- und MAG (Metall-Aktiv-Gas)-Schweissen von Hand oder mittels Automaten, Unterpulver-Schweissen, Elektronenstrahlschweissen oder Laserstrahlschweissen, aber auch Lötverfahren vorgesehen. Damit sind je nach Beanspruchung und Material stoffschlüssige Verbindungen der Gehäuseteile wirtschaftlich herstellbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von einwelligen axialdurchströmten Dampfturbinen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt einer doppelschaligen Hochdruckturbine in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 2
einen Querschnitt durch den Zudampf entlang der Linie II-II gemäss Fig. 1;
Fig. 3
einen Querschnitt in der Nähe des Abdampfes entlang der Linie III-III gemäss Fig. 1;
Fig. 4
einen Längsschnitt einer doppelschaligen doppelflutigen Turbine in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 5
ein Detail der Flanschverbindung in der Trennebene;
Fig. 6
einen Schnitt senkrecht zur Turbinenachse durch eine beschaufelte Partie eines Gehäuses in einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 6 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine doppelschalige Hochdruckdampfturbine mit einem erfindungsgemässen Gehäuse in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung, während die Fig. 2 und 3 Querschnitte der Hochdruckdampfturbine entlang der Linien II-II und III-III in Fig. 1 darstellen.
Die Dampfturbine besteht im wesentlichen aus einer aus mehreren, hier vier Scheiben 1, 2, 3, 4 zusammengesetzten Welle, die die Laufschaufeln 51 trägt, einem Innengehäuse 11, 12, 13, welches die Leitschaufeln 50 trägt und einem Aussengehäuse 41. Das Innengehäuse ist dabei in einer horizontalen Ebene durch die Turbinenachse in zwei Gehäusehälften getrennt.
Die Scheiben 1, 2, 3 und 4 bestehen jeweils aus verschiedenen Werkstoffen. Sie sind nach bekanntem Stand der Technik mittels Zusammenschweissen miteinander verbunden, wie in Fig. 1 anhand der Wellenschweissnähte 5, 6, 7 zu erkennen ist. Die Scheibe 1, welche höchsten Temperaturen (ca. 620 °C) ausgesetzt ist, besteht beispielsweise aus einem hochlegierten 9 bis 13%igen Cr-Stahl. Die Scheibe 2 ist vergleichsweise niedrigeren, aber immer noch hohen Temperaturen (ca. 560 °C) ausgesetzt, sie ist daher z. B. aus einem niedriglegiertem CrMoV-Stahl hergestellt. Die Scheiben 3 und 4 müssen nur noch relativ moderate Temperaturen (ca. 450 °C) aushalten und sind daher aus einem unlegierten Stahl gefertigt.
Das Innengehäuse ist nun erfindungsgemäss wie die Welle aus verschiedenen Teilen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei Teilen 11, 12, 13 stoffschlüssig zusammengefügt, wobei das Gehäuseteil 11 mit dem Gehäuseteil 12 unter Bildung einer Rundnaht 15 zusammengeschweisst ist, und das Gehäuseteil 12 an seinem anderen Ende wiederum mit dem Gehäuseteil 13 unter Bildung einer Gehäuseschweissnaht (Rundnaht) 16 zusammengeschweisst ist. Als Schweissverfahren können dabei das Elektroden-Schweissen von Hand, MIG und MAG von Hand oder mittels Automaten, Unterpulver-Schweissen, Elektronenstrahlschweissen oder Laserstrahlschweissen zur Anwendung kommen.
Das Gehäuseteil 11 für Höchsttemperaturanwendung besteht z. B. aus einem 9 bis 13%igen Cr-Stahl, das Gehäuseteil 12 für Hochtemperaturanwendung besteht z. B. aus einem niedriglegierten CrMoV-Stahl und das Gehäuseteil 13 für Niedrigtemperaturanwendung besteht z. B. aus einem unlegierten Stahl. Das Innengehäuse der Hochdruckdampfturbine ist somit in axialer Richtung aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt, wobei die Art des verwendeten Werkstoffes den jeweiligen Temperaturanforderungen und mechanischen Belastungen im Betrieb angepasst ist.
Die Gehäuseteile 11, 12, 13 können je nach Gestaltung und Anforderungen gegossen oder geschmiedet sein, wobei sich die Teile 12 und 13 besonders zum Schmieden eignen.
Die Gehäuseteile können in der Giesserei, in der Schmiede oder bei einem geeigneten Lieferanten zusammengeschweisst werden.
Die beiden Gehäusehälften des Innengehäuses werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach dem Schweissen, Bearbeiten und der Montage der Beschaufelung mittels Schrumpfringen 21, 22, 23 zusammengehalten. Die Schrumpfringe 21, 22, 23 werden durch den Abdampfstrom gekühlt, so dass sie nicht aus hochlegierten teuren Materialien bestehen müssen, sondern beispielsweise aus kostengünstigen geschmiedeten niedriglegierten CrMoV-Stählen bestehen können.
Bei Erhöhung der Dampftemperaturen auf z. B. 850 °C können die einzelnen Teile 1, 2, 3, 4 der Welle und die Teile 12, 13, 14 des Innengehäuse vorteilhaft aus folgenden Werkstoffen bestehen, wobei zwischen den einzelnen Teilen jeweils eine Fertigungsschweissung vorgesehen ist:
  • im Höchsttemperturbereich  (ca. 620...850 °C)   Ni- Basislegierung
  • im Hochtemperaturbereich  (ca. 560...620 °C)   9 bis 13%iger Cr-Stahl
  • im Niedertemperaturbereich  (ca. 450...560 °C)   CrMoV-Stahl.
Die Werkstoffwahl für die Teile 12, 13, 14 des Innengehäuses ist somit auf die Wahl des Wellenmaterial, d. h. der Teile 1 bis 4, abgestimmt. Beispielsweise geht aus Fig. 2, dem Querschnitt durch den Zudampf, hervor, dass die Wellenscheibe 1 und Teil 11 des Innengehäuses der Dampfturbine den gleichen Temperaturbedingungen (höchste Temperatur) unterworfen sind und daher aus dem gleichen Material gefertigt werden sollten, z. B. einer Ni-Basislegierung. Fig. 3 zeigt dagegen einen Querschnitt in der Nähe des Abdampfes, aus welchem hervorgeht, dass die Wellenscheibe 3 den gleichen Temperaturbedingungen (niedrige Temperatur) unterworfen ist wie das Innengehäuseteil 13 und daher die Teile 3 und 13 vorteilhaft aus dem gleichen Material, z. B. einem niedriglegierten CrMoV-Stahl gefertigt werden sollten.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass thermische Turbomaschinen bis zu höchsten Drücken und Temperaturen wirtschaftlich gebaut werden können. Der Einsatz von teuren hochlegierten Werkstoffen ist auf ein Mindestmass reduziert. Die Gussteile sind von vergleichsweise bescheidenen Abmessungen, was die Lieferzeiten verbessert und einen günstigen Einfluss auf Machbarkeit, Kosten und Durchlaufzeiten bedeutet. Ausserdem können vorteilhaft viele Teile geschmiedet werden. Technisch gesehen erfüllen Teile, welche durch Schweissen verbunden sind, die höchsten Anforderungen.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer doppelschaligen zweiflutigen Dampfturbine, wobei Fig. 4 einen Längsschnitt der Turbine darstellt und Fig. 5 ein Detail der Flanschverbindung in der Trennebene zeigt. Die dargestellte Dampfturbine kann sowohl eine Hochdruckals auch eine Mitteldruckturbine sein.
Wie beim ersten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht jede der Turbinen im wesentlichen aus einer aus mehreren Teilen 1, 2, 3, 4 zusammengesetzten Welle, die die Laufschaufeln 51 trägt, einem Innengehäuse 11, 12, 13, welches die Leitschaufeln 50 trägt und einem Aussengehäuse 41. Die Wellenteile 1, 2, 3, 4 sind jeweils mittels der Schweissnähte 5, 6, 7 zusammengefügt, während die verschiedenen Gehäuseteile des Innengehäuses 11, 12, 13 mittels der mit 15 und 16 bezeichneten Gehäuseschweissnähte zusammengefügt sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel werden die Gehäusehälften nicht durch Schrumpfringe, sondern durch Flanschverschraubungen 43 zusammengehalten. Das Schraubenmaterial wird in Abhängigkeit vom Gehäusematerial gewählt. Das Schraubenmaterial und das Gehäusematerial sollten möglichst gleiche Ausdehnungkoeffizienten aufweisen.
Der Mantel muss ringsum zusammengeschweisst werden. Um Schweissarbeiten zu sparen und die erforderliche Flexibilität zu gewährleisten, werden die Flanschpartien nicht durchgeschweisst, was gut in Fig. 5 zu sehen ist.
Fig. 6 zeigt schliesslich in einem Schnitt senkrecht zur Turbinenachse durch eine beschaufelte Partie eines Gehäuses eine dritten Ausführungsvariante der Erfindung. An einer Gehäusewand 14 ist ein Flansch 42 mittels einer Gehäuselängsnaht 17 angeschweisst. Diese Längsnaht 17 kann sich je nach Anforderung auf einen Teil der Gehäuselänge oder gesamte Länge erstrecken. Die dicken und somit thermisch trägen Flanschpartien 42 bestehen aus einem Werkstoff mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die relativ dünne Gehäusewand 14. Als ein mögliches Beispiel sei hier genannt, dass der Trennflansch 42 aus einem CrMoV-Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 13x10-6 K-1 und die Gehäusewand 14 aus einem 9 bis 13%igem Cr-Stahl mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 11x10-6 K-1 bestehen. Durch Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten über den Umfang des Gehäuses werden die Ovalisationseffekte mindestens teilweise ausgeglichen und eine ungewollte Vergrösserung des Spiels zwischen rotierenden und stehenden Teilen der Maschine verhindert.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt. Die unterschiedlichen Gehäuseteile können beispielsweise anstelle mittels Schweissen auch mittels Löten zusammengefügt sein. Ebenso ist es denkbar, derartige Gehäuse auch bei anderen Turbomaschinen, z. B. Gasturbinen oder Axialverdichter, einzusetzen.
Bezugszeichenliste
1
Wellenteil für Höchsttemperaturanwendung
2
Wellenteil für Hochtemperaturanwendung
3
Wellenteil für Niedrigtemperaturanwendung
4
Wellenteil für Niedrigtemperaturanwendung
5
Wellenschweissnaht
6
Wellenschweissnaht
7
Wellenschweissnaht
11
Gehäuseteil für Höchsttemperaturanwendung
12
Gehäuseteil für Hochtemperaturanwendung
13
Gehäuseteil für Niedrigtemperaturanwendung
14
Gehäusewand
15
Gehäuseschweissnaht (Rundnaht)
16
Gehäuseschweissnaht (Rundnaht)
17
Gehäuseschweissnaht (Längsnaht)
21
Schrumpfring
22
Schrumpfring
23
Schrumpfring
41
Aussengehäuse
42
Horizontaler Trennflansch
43
Schraube
50
Leitbeschaufelung
51
Laufbeschaufelung

Claims (8)

  1. Gehäuse für eine thermische Turbomaschine, welches in einer Ebene annähernd parallel zur Maschinenachse in zwei Gehäusehälften getrennt ist, wobei jede Gehäusehälfte aus jeweils mindestens zwei Gehäuseteilen (11, 12, 13, 14, 42) aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gehäuseteile (11, 12, 13, 14, 42) mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens zusammengefügt sind und die Art des verwendeten Werkstoffes den jeweiligen Temperaturanforderungen und mechanischen Belastungen im Betrieb angepasst ist.
  2. Gehäuse für eine thermische Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 12, 13) in axialer Richtung aus verschiedenen Werkstoffen besteht.
  3. Gehäuse für eine thermische Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14, 42) über den Umfang aus verschiedenen Werkstoffen mit jeweils unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht.
  4. Gehäuse für eine thermische Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeverfahren ein Schweissverfahren ist.
  5. Gehäuse für eine thermische Turbomaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Fügeverfahren ein Lötverfahren ist.
  6. Gehäuse für eine thermische Turbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweissverfahren Elektroden-Schweissen von Hand, MIG und MAG von Hand oder mittels Automaten, Unterpulver-Schweissen, Elektronenstrahlschweissen oder Laserstrahlschweissen vorgesehen sind.
  7. Gehäuse für eine thermische Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusehälften mit Hilfe von Schrumpfringen (21, 22, 23) zusammengehalten sind.
  8. Gehäuse für thermische Turbomaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusehälften mittels Flanschverschraubungen (43) zusammengehalten sind.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2101044A1 (de) * 2008-03-13 2009-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine mit geteiltem Innengehäuse
EP2119878A1 (de) * 2008-05-15 2009-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine mit geteiltem Innengehäuse
CH699864A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-14 Alstom Technology Ltd Dampfturbine.
EP2196628A1 (de) * 2008-12-10 2010-06-16 Siemens Aktiengesellschaft Leitschaufelträger
EP2211022A1 (de) * 2009-01-21 2010-07-28 Siemens Aktiengesellschaft Einlassspiralgehäuse für eine Dampfturbine und Dampfturbine
EP2336506A1 (de) * 2009-12-15 2011-06-22 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine in dreischaliger Bauweise
CN102581538A (zh) * 2012-03-16 2012-07-18 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 燃气轮机可转静叶机匣水平法兰装夹焊及回火装置
EP2479380A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-25 General Electric Company Schweißrotor, Dampfturbine mit einem Schweißrotor und Verfahren zur Herstellung eines Schweißrotors
EP2479378A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-25 General Electric Company Schweißrotor, Dampfturbine mit einem Schweißrotor und Verfahren zur Herstellung eines Schweißrotors
EP2479379A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-25 General Electric Company Schweißrotor, Dampfturbine mit einem Schweißrotor und Verfahren zur Herstellung eines Schweißrotors
EP3561242A1 (de) * 2018-04-24 2019-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Geschweisstes turbinengehäusesegment sowie turbinengehäuse

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE50208002D1 (de) † 2002-07-01 2006-10-12 Alstom Technology Ltd Rotor für eine rotierende thermische Maschine sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors
JP2005113721A (ja) * 2003-10-06 2005-04-28 Hitachi Ltd 蒸気タービン
DE10348424A1 (de) * 2003-10-14 2005-05-19 Alstom Technology Ltd Geschweisster Rotor für eine thermische Maschine sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors
CH698879B1 (de) * 2006-06-30 2009-11-30 Alstom Technology Ltd Strömungsmaschine.
DE102008000284A1 (de) * 2007-03-02 2008-09-04 Alstom Technology Ltd. Dampfturbine
CN101842555A (zh) * 2007-11-02 2010-09-22 阿尔斯通技术有限公司 确定热负荷涡轮机转子的剩余寿命的方法
DE102010012940A1 (de) * 2010-03-26 2011-09-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen einer Strömungsmaschine
EP2412473A1 (de) * 2010-07-27 2012-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Schweißung von Halbschalen
CN101905384B (zh) * 2010-07-29 2012-07-25 长沙赛尔机泵有限公司 压缩机机壳的焊装方法
CN103769541B (zh) * 2014-01-23 2017-02-01 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 蜗壳中心分模成型方法及其成型工装
EP3072624A1 (de) * 2015-03-23 2016-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Wellenelement, verfahren zum herstellen eines sich aus zwei unterschiedlichen werkstoffen zusammensetzenden wellenelements sowie entsprechende strömungsmaschine
JP6614503B2 (ja) * 2016-10-21 2019-12-04 三菱重工業株式会社 蒸気タービン及び蒸気タービンの制御方法
CN114542212A (zh) * 2022-03-09 2022-05-27 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种新型船用汽轮机倒车汽缸

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2219661A1 (de) * 1972-04-21 1973-10-31 Siemens Ag Verfahren zur herstellung von gehaeusen fuer dampfturbinen
US4551065A (en) * 1982-12-13 1985-11-05 Becker John H Composite horizontally or vertically split casing with variable casing ends
CH666937A5 (de) * 1985-01-31 1988-08-31 Bbc Brown Boveri & Cie Hochdruckdampfturbine.
DE4311675C2 (de) * 1993-04-08 1999-05-20 Abb Patent Gmbh Montagepaket für eine Turbine oder einen Turboverdichter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2101044A1 (de) * 2008-03-13 2009-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine mit geteiltem Innengehäuse
WO2009112299A1 (de) * 2008-03-13 2009-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine mit geteiltem innengehäuse
EP2119878A1 (de) * 2008-05-15 2009-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine mit geteiltem Innengehäuse
CH699864A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-14 Alstom Technology Ltd Dampfturbine.
EP2196628A1 (de) * 2008-12-10 2010-06-16 Siemens Aktiengesellschaft Leitschaufelträger
EP2211022A1 (de) * 2009-01-21 2010-07-28 Siemens Aktiengesellschaft Einlassspiralgehäuse für eine Dampfturbine und Dampfturbine
CN102803661A (zh) * 2009-12-15 2012-11-28 西门子公司 三壳结构类型的汽轮机
WO2011082984A1 (de) * 2009-12-15 2011-07-14 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine in dreischaliger bauweise
EP2336506A1 (de) * 2009-12-15 2011-06-22 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine in dreischaliger Bauweise
CN102803661B (zh) * 2009-12-15 2015-06-17 西门子公司 三壳结构类型的汽轮机
US9222370B2 (en) 2009-12-15 2015-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Steam turbine in a three-shelled design
EP2479380A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-25 General Electric Company Schweißrotor, Dampfturbine mit einem Schweißrotor und Verfahren zur Herstellung eines Schweißrotors
EP2479378A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-25 General Electric Company Schweißrotor, Dampfturbine mit einem Schweißrotor und Verfahren zur Herstellung eines Schweißrotors
EP2479379A1 (de) * 2011-01-21 2012-07-25 General Electric Company Schweißrotor, Dampfturbine mit einem Schweißrotor und Verfahren zur Herstellung eines Schweißrotors
US8944761B2 (en) 2011-01-21 2015-02-03 General Electric Company Welded rotor, a steam turbine having a welded rotor and a method for producing a welded rotor
CN102581538A (zh) * 2012-03-16 2012-07-18 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 燃气轮机可转静叶机匣水平法兰装夹焊及回火装置
CN102581538B (zh) * 2012-03-16 2014-08-13 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 燃气轮机可转静叶机匣水平法兰装夹焊及回火装置
EP3561242A1 (de) * 2018-04-24 2019-10-30 Siemens Aktiengesellschaft Geschweisstes turbinengehäusesegment sowie turbinengehäuse

Also Published As

Publication number Publication date
CN1266143A (zh) 2000-09-13
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DE19909056A1 (de) 2000-09-07
JP2000257404A (ja) 2000-09-19

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