EP1577494A1 - Geschweisste Turbinenwelle und Verfahren zur deren Herstellung - Google Patents

Geschweisste Turbinenwelle und Verfahren zur deren Herstellung Download PDF

Info

Publication number
EP1577494A1
EP1577494A1 EP04006394A EP04006394A EP1577494A1 EP 1577494 A1 EP1577494 A1 EP 1577494A1 EP 04006394 A EP04006394 A EP 04006394A EP 04006394 A EP04006394 A EP 04006394A EP 1577494 A1 EP1577494 A1 EP 1577494A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
turbine shaft
steam
pressure
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04006394A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner-Holger Heine
Norbert Thamm
Kai Dr. Wieghardt
Uwe Zander
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
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP04006394A priority Critical patent/EP1577494A1/de
Priority to CNB2005800157577A priority patent/CN100420825C/zh
Priority to US10/593,043 priority patent/US7771166B2/en
Priority to EP05715934A priority patent/EP1733123A1/de
Priority to PCT/EP2005/002558 priority patent/WO2005093218A1/de
Publication of EP1577494A1 publication Critical patent/EP1577494A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/026—Shaft to shaft connections
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/063—Welded rotors
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0466—Nickel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/13—Refractory metals, i.e. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W
    • F05D2300/132—Chromium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/171—Steel alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making

Definitions

  • the invention relates to a in a longitudinal direction aligned turbine shaft with a central region and two fixed in the longitudinal direction at the central region outer areas.
  • the invention also relates to a Method for producing a turbine shaft.
  • Every turbine or sub-turbine is understood by one Working medium is flowed through in the form of steam. in the The difference is gas turbines with gas and / or air as Flowed through the working medium, but completely different Temperature and pressure conditions are considered as the steam at a steam turbine. Unlike gas turbines instructs Steam turbines z. B. that of a sub-turbine inflowing Working medium with the highest temperature at the same time highest pressure.
  • a steam turbine usually includes one with blades occupied rotatably mounted turbine shaft, which within a Housing jacket is arranged. When flowing through from the Housing jacket formed inside the flow space with heated and pressurized steam is the Turbine wave over the blade by the steam in rotation added.
  • the blades of the turbine shaft are also called Blades labeled.
  • On the housing jacket are above
  • conventional stationary vanes are suspended, which grip into the spaces between the blades.
  • a Guide vane is usually at a first location held along an inside of the steam turbine casing. It is usually part of a vane ring, which comprises a number of vanes running along an inner circumference on the inside of the Steam turbine housing are arranged. Each one points Guide vane with her blade radially inward.
  • Steam turbines or steam turbine engines can be used in high-pressure, Medium-pressure or low-pressure turbine sections are divided.
  • the inlet temperatures and inlet pressures of high-pressure turbine sections Depending on the material used up to maximum 700 ° C or up to 300 bar.
  • a sharp one Separation between high-pressure, medium-pressure or low-pressure turbine sections has not been standardized in the professional world so far Are defined.
  • the DIN standard 4304 is a medium-pressure turbine section before, if this medium-pressure turbine part of a high-pressure turbine part upstream, which flows with live steam is and the effluent steam from the high-pressure turbine section is reheated in a reheater and in the Medium-pressure turbine section flows.
  • a low pressure turbine part is defined according to the standard DIN 4304 as a turbine, the the relaxed steam from a medium pressure turbine section as Main steam gets.
  • Compact sub-turbines are designed in designs that with Reverse flow or straight flow.
  • the "straight-flow” design flows the live steam in the Steam turbine and spreads substantially in Axial direction of the steam turbine through the high-pressure turbine section, then becomes the reheater unit for Returned boiler and passes from there into the medium-pressure turbine section.
  • the live steam flows through the outer housing and meets there essentially on the Center of the turbine shaft and then flows through the High-pressure turbine.
  • the after the high pressure part turbine outgoing relaxed steam is in one Reheater between superheated and the steam turbine a suitable location in front of the medium-pressure turbine section re-flowed.
  • the flow directions of the steam in the high-pressure turbine section and the medium-pressure turbine section are opposite here.
  • monobloc turbine shafts have been made of a material used in compact sub-turbines. Especially for high performance means the production This monobloc turbine shaft is an expensive solution.
  • One Another disadvantage of these monobloc turbine shafts is in that at the depositories relatively expensive Build up welds must be applied.
  • the object of the present invention is a turbine shaft specify that for use in compact sub-turbines is particularly suitable. Another object of the invention It is a process for the manufacture of a turbine shaft which is suitable for compact sub-turbines.
  • the task directed towards the turbine shaft is accomplished by a longitudinally aligned turbine shaft with a middle area and two in the longitudinal direction at middle area fortified outer areas dissolved, taking the middle area of a higher heat resistant material than the two outer areas is made.
  • the invention is based on the finding that above certain live steam inlet temperatures of e.g. above 565 ° C, for certain turbine shaft diameters and from certain speeds, z. B. 50 or 60 Hz, a Material change is required. Cause for it is predominantly an increasing creep under Centrifugal force.
  • a longitudinal three areas existing turbine shaft will create the opportunity Use materials with different properties can.
  • a trained from three areas turbine shaft is opposite to a monoblock turbine shaft with the same required properties much cheaper.
  • Turbine shaft opposite a monoblock turbine shaft on the material side superior and on the special cold and heat-resistant properties optimally matched.
  • the middle area is hereby made of a forged steel 9 to 12 wt .-% chromium produced and the two outer Areas are made of steels with 1 to 2 wt .-% chromium produced.
  • a forged steel with 9 to 12% by weight of chromium and one steel with 1 to 2% by weight Chrome the problem of increasing creep is the problem under centrifugal force, above certain parameters occur, such as high steam temperatures above 565 ° C, large rotor diameters and high speeds, e.g. 60 Hz solved.
  • the medium range of a forged steel with 10 wt .-% chromium and the two outer regions of steels with 2% by weight Chrome are produced.
  • the two outer ones Areas made of different materials become. This creates the opportunity for a respective field of application a suitable material use.
  • FIG 1 is a sectional view of a compact steam turbine 1 shown.
  • the compact turbine part 1 has a Outer housing 2, in which a turbine shaft 3 to the Rotation axis 4 is rotatably mounted.
  • the compact steam turbine 1 has an inner housing 5 with a High-pressure part 6 and a medium-pressure part 7. in the High-pressure part 6 different guide vanes 8 are attached.
  • the turbine shaft 3 is by means of bearings 10, 11th rotatably mounted.
  • the inner housing 5 is connected to the outer housing 2.
  • the steam turbine 1 has a high-pressure part 12 and a Medium pressure part 13 on.
  • the high pressure part 12 are Blades 14 attached.
  • In medium pressure are as well Blades 15 attached.
  • the Live steam can also have other temperatures and pressures exhibit.
  • the live steam flows through the individual Guide vanes 8 and blades 14 in the high pressure part 12 and This relaxes and cools down.
  • the turbine shaft 3 is characterized in a direction shown about the axis of rotation 4 in FIG Rotation offset.
  • FIG 2 is a section through a part of the turbine shaft 3 shown.
  • the turbine shaft 3 consists of a middle area 20 and two outer areas 21 and 22.
  • the turbine shaft 3 is in the storage area 23 with the Outer housing 5 stored.
  • the blades 14, 15 are not shown in detail.
  • the Fresh steam first hits the middle area 20 of the Turbine shaft 3 and relaxes in the high pressure part 6.
  • the Fresh steam cools down here.
  • the steam flows with a high Temperature back to the middle range 20.
  • the superheated steam initially flows at the location of the Mitteldruckeinström Anlagens 18 on the turbine shaft 3 and relaxes and cools towards the Middle pressure part 7 from.
  • the relaxed in the medium-pressure part 7 and cooled steam then flows out of the Compact Sub-turbine 1.
  • the central region 20 of the turbine shaft has a heat-resistant material.
  • the heat resistant material is a forged steel with 9 to 12 wt .-% chromium content.
  • the middle region may also be made of nickel-based materials. For this case, should the two outer areas 21 and 22 from 10 to 12 Wt .-% chromium share.
  • the two outer regions 21 and 22 consist in comparison to the middle region 20 of a less heat resistant Material.
  • the two outer regions 21 and 22 can be made Steels with 1 to 2 wt .-% chromium, or essentially of 3.5 wt .-% nickel are produced.
  • the two outer areas 21 and 22 do not have to be from the be made of the same material. Rather, it is expediently, the two outer regions 21 and 22 produce different materials.
  • the middle region 20 and the outer region 21 become connected by a weld 24. Of the middle area 20 will also be over another weld 25 connected to the outer region 22.
  • the turbine shaft 3 is here in a longitudinal direction with the Rotation axis 4 coincides formed.
  • the middle region 20 is made of a nickel-based material can be made, the outer areas of a Steel be prepared with 9 to 12 wt .-% chromium.
  • the turbine shaft 3 will be described as follows produced.
  • the middle region 20 becomes one made of heat-resistant material.
  • the one outer area 21st is made of a less heat resistant material than that of the middle area 20 produced.
  • the second outer area 22 is also made of a less heat-resistant material than the middle area 20 manufactured.
  • the middle one Area 20 is then connected to the two outer areas 21, 22 welded.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine in einer Längsrichtung (4) ausgerichteten Turbinenwelle (3) mit einem mittleren Bereich (20) und zwei in der Längsrichtung (4) am mittleren Bereich (20) befestigten äußeren Bereichen (21, 22), wobei der mittlere Bereich (20) aus einem hochwarmfesteren Material als die beiden äußeren Bereiche (21, 22) hergestellt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine in einer Längsrichtung ausgerichtete Turbinenwelle mit einem mittleren Bereich und zwei in der Längsrichtung am mittleren Bereich befestigten äußeren Bereichen. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenwelle.
Unter einer Dampfturbine im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Turbine oder Teilturbine verstanden, die von einem Arbeitsmedium in Form von Dampf durchströmt wird. Im Unterschied dazu werden Gasturbinen mit Gas und/oder Luft als Arbeitsmedium durchströmt, das jedoch völlig anderen Temperatur- und Druckbedingungen unterliegt als der Dampf bei einer Dampfturbine. Im Gegensatz zu Gasturbinen weist bei Dampfturbinen z. B. das einer Teilturbine zuströmende Arbeitsmedium mit der höchsten Temperatur gleichzeitig den höchsten Druck auf.
Eine Dampfturbine umfasst üblicher Weise eine mit Schaufeln besetzte drehbar gelagerte Turbinenwelle, die innerhalb eines Gehäusemantels angeordnet ist. Bei Durchströmung des vom Gehäusemantel gebildeten Innenraums des Strömungsraums mit erhitztem und unter Druck stehendem Dampf wird die Turbinenwelle über die Schaufel durch den Dampf in Drehung versetzt. Die Schaufeln der Turbinenwelle werden auch als Laufschaufeln bezeichnet. Am Gehäusemantel sind darüber hinaus üblicher Weise stationäre Leitschaufeln aufgehängt, welche in die Zwischenräume der Laufschaufeln greifen. Eine Leitschaufel ist üblicher Weise an einer ersten Stelle entlang einer Innenseite des Dampfturbinengehäuses gehalten. Dabei ist sie üblicher Weise Teil eines Leitschaufelkranzes, welcher eine Anzahl von Leitschaufeln umfasst, die entlang eines Innenumfangs an der Innenseite des Dampfturbinengehäuses angeordnet sind. Dabei weist jede Leitschaufel mit ihrem Schaufelblatt radial nach innen.
Dampfturbinen oder Dampfteilturbinen können in Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruck-Teilturbinen eingeteilt werden. Die Eingangstemperaturen und Eingangsdrücke bei Hochdruck-Teilturbinen können je nach eingesetztem Werkstoff bis zu maximal 700°C bzw. bis zu 300 bar betragen. Eine scharfe Trennung zwischen Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruck-Teilturbinen wurde in der Fachwelt bislang nicht einheitlich definiert.
Gemäß der DIN-Norm 4304 liegt eine Mitteldruck-Teilturbine vor, wenn dieser Mitteldruck-Teilturbine eine Hochdruck-Teilturbine vorgeschaltet ist, die mit Frischdampf angeströmt wird und der ausströmende Dampf aus der Hochdruck-Teilturbine in einem Zwischenüberhitzer zwischenüberhitzt wird und in die Mitteldruck-Teilturbine strömt. Eine Niederdruck-Teilturbine ist nach der Norm DIN 4304 als eine Turbine definiert, die den entspannten Dampf aus einer Mitteldruck-Teilturbine als Frischdampf erhält.
Es sind eingehäusige Dampfturbinen bekannt, die eine Kombination aus einer Hochdruck- und einer Mitteldruck-Dampfturbine darstellen. Diese Dampfturbinen sind gekennzeichnet durch ein gemeinsames Gehäuse und eine gemeinsame Turbinenwelle und werden auch als Kompakt-Teilturbinen bezeichnet.
Kompakt-Teilturbinen werden in Bauformen ausgebildet, die mit "Reverse-Flow" oder mit "Straight-Flow" bezeichnet werden. In der "Straight-Flow"-Bauform strömt der Frischdampf in die Dampfturbine und breitet sich im wesentlichen in Axialrichtung der Dampfturbine durch die Hochdruck-Teilturbine, wird dann zur Zwischenüberhitzereinheit zum Kessel zurückgeführt und gelangt von dort in die Mitteldruck-Teilturbine.
In der "Reverse-Flow"-Bauform strömt der Frischdampf durch das Außengehäuse und trifft dort im wesentlichen auf die Mitte der Turbinenwelle und strömt anschließend durch die Hochdruck-Teilturbine. Der nach der Hochdruckteil-Turbine ausströmende entspannte Dampf wird in einem Zwischenüberhitzer zwischenüberhitzt und der Dampfturbine an einer geeigneten Stelle vor der Mitteldruck-Teilturbine wieder eingeströmt. Die Strömungsrichtungen des Dampfes in der Hochdruck-Teilturbine und in der Mitteldruck-Teilturbine sind hierbei entgegengesetzt.
Durch die verschiedenen Temperaturen des Dampfes werden an die Turbinenwelle besondere Anforderungen gestellt. Im Einströmbereich der Hochdruck-Teilturbine werden warmfeste Eigenschaften gefordert. An den Enden der Turbinenwelle werden hohe Zeitstandsfestigkeiten unter Fliehkraft gefordert. Darüber hinaus werden gute Zähigkeitseigenschaften und Zugfestigkeiten gewünscht.
Bislang wurden aus einem Material bestehende Monoblock-Turbinenwellen in Kompakt-Teilturbinen eingesetzt. Insbesondere für hohe Leistungen bedeutet die Herstellung dieser Monoblock-Turbinenwellen eine teure Lösung. Ein weiterer Nachteil dieser Monoblock-Turbinenwellen besteht darin, dass an den Lagerstellen verhältnismäßig teure Auftragsschweißungen aufgebracht werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbinenwelle anzugeben, die für den Einsatz in Kompakt-Teilturbinen besonders geeignet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung einer Turbinenwelle anzugeben, die für Kompakt-Teilturbinen geeignet ist.
Die auf die Turbinenwelle hin gerichtete Aufgabe wird durch eine in einer Längsrichtung ausgerichtete Turbinenwelle mit einem mittleren Bereich und zwei in der Längsrichtung am mittleren Bereich befestigten äußeren Bereichen gelöst, wobei der mittlere Bereich aus einem hochwarmfesteren Material als die beiden äußeren Bereiche hergestellt ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass oberhalb bestimmter Frischdampfeingangstemperaturen von z.B. über 565°C, für bestimmte Turbinenwellendurchmesser und ab gewissen Drehzahlen, z. B. 50 oder 60 Hz, ein Werkstoffwechsel erforderlich ist. Ursache dafür ist überwiegend eine zunehmende Zeitstandserschöpfung unter Fliehkraft. Durch eine in Längsrichtung aus drei Bereichen bestehende Turbinenwelle wird die Möglichkeit geschaffen, Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften einsetzen zu können. Eine aus drei Bereichen ausgebildete Turbinenwelle ist gegenüber einer Monoblock-Turbinenwelle mit den gleichen geforderten Eigenschaften weitaus günstiger.
Zusätzlich ist eine aus drei Bereichen ausgebildete Turbinenwelle gegenüber einer Monoblock-Turbinenwelle werkstoffseitig überlegen und auf die besonderen kalt- und warmfesten Eigenschaften optimal abgestimmt.
In einer vorteilhaften Weitergestaltung werden die beiden äußeren Bereiche jeweils an dem mittleren Bereich durch eine Schweißung miteinander verbunden. Dadurch ist eine verhältnismäßig günstige Lösung geschaffen, eine kompakte Turbinenwelle für eine Kompakt-Teilturbine herzustellen.
Der mittlere Bereich wird hierbei aus einem Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom hergestellt und die beiden äußeren Bereiche werden aus Stählen mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom hergestellt. Durch die Kombination von einem Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom und einem Stahl mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom, wird das Problem der zunehmenden Zeitstandserschöpfung unter Fliehkraft, die oberhalb bestimmter Parameter auftreten, wie z.B. hohen Dampftemperaturen von über 565°C, großen Rotordurchmessern und hohen Drehzahlen, z.B. 60 Hz gelöst.
In einer weiteren vorteilhaften Weitergestaltung kann der mittlere Bereich aus einem Schmiedestahl mit 10 Gew.-% Chrom und die beiden äußeren Bereiche aus Stählen mit 2 Gew.-% Chrom hergestellt werden. Genauso können die beiden äußeren Bereiche aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, für einen jeweiligen Anwendungsbereich ein passendes Material einzusetzen.
Anhand der Beschreibung und der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei haben mit denselben Bezugszeichen versehene Komponenten die gleiche Funktionsweise.
Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
Figur 1
ein Schnittbild durch eine Kompakt-Teilturbine
Figur 2
ein Schnittbild durch einen Teil einer Turbinenwelle einer Kompakt-Teilturbine.
In der Figur 1 ist ein Schnittbild einer Kompakt-Dampfturbine 1 dargestellt. Die Kompakt-Teilturbine 1 weist ein Außengehäuse 2 auf, in dem eine Turbinenwelle 3 um die Rotationsachse 4 drehbar gelagert ist. Die Kompakt-Dampfturbine 1 weist ein Innengehäuse 5 mit einem Hochdruckteil 6 und einem Mitteldruckteil 7 auf. Im Hochdruckteil 6 sind verschiedene Leitschaufeln 8 angebracht.
Im Mitteldruckteil 7 ist ebenso eine Anzahl von Leitschaufeln 9 angebracht. Die Turbinenwelle 3 ist mittels Lagern 10, 11 drehbar gelagert.
Das Innengehäuse 5 ist mit dem Außengehäuse 2 verbunden.
Die Dampfturbine 1 weist einen Hochdruckteil 12 und einen Mitteldruckteil 13 auf. Im Hochdruckteil 12 sind Laufschaufeln 14 angebracht. Im Mitteldruck sind ebenso Laufschaufeln 15 angebracht.
Frischdampf mit Temperaturen von über 550°C und einem Druck von über 250 bar strömt in den Einströmbereich 16. Der Frischdampf kann auch andere Temperaturen und Drücke aufweisen. Der Frischdampf durchströmt die einzelnen Leitschaufeln 8 und Laufschaufeln 14 im Hochdruckteil 12 und wird hierbei entspannt und kühlt sich ab. Hierbei wird die thermische Energie des Frischdampfes in Rotationsenergie der Turbinenwelle 3 umgewandelt. Die Turbinenwelle 3 wird dadurch in eine um die Rotationsachse 4 dargestellte Richtung in Drehung versetzt.
Nach der Durchströmung des Hochdruckteils 6 strömt der Dampf aus einem Ausströmbereich 17 in einen nicht näher dargestellten Zwischenüberhitzer und wird dort auf eine höhere Temperatur gebracht. Dieser erhitzte Dampf wird anschließend über nicht näher dargestellte Leitungen in einen Mitteldruckeinströmbereich 18 in die Kompakt-Dampfturbine 1 eingeströmt. Der Zwischenüberhitzedampf strömt hierbei durch die Laufschaufel 15 und Leitschaufel 9 und wird hierdurch entspannt und kühlt sich ab. Die Umwandlung der kinetischen Energie des zwischenüberhitzten Dampfes in eine Rotationsenergie der Turbinenwelle 3 bewirkt eine Rotation der Turbinenwelle 3. Der im Mitteldruckteil 7 ausströmende und entspannte Dampf strömt aus einem Ausströmbereich 19 aus der Kompakt-Dampfturbine 1. Dieser ausströmende entspannte Dampf kann in nicht näher dargestellten Niederdruck-Teilturbinen eingesetzt werden.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch einen Teil der Turbinenwelle 3 dargestellt. Die Turbinenwelle 3 besteht aus einem mittleren Bereich 20 und zwei äußeren Bereichen 21 und 22.
Die Turbinenwelle 3 ist im Lagerbereich 23 mit dem Außengehäuse 5 gelagert.
Die Laufschaufeln 14, 15 sind nicht näher dargestellt. Der Frischdampf trifft zunächst auf den mittleren Bereich 20 der Turbinenwelle 3 und entspannt sich im Hochdruckteil 6. Der Frischdampf kühlt sich hierbei ab. Nach einer Zwischenüberhitzereinheit strömt der Dampf mit einer hohen Temperatur wieder in den mittleren Bereich 20. Der zwischenüberhitzte Dampf strömt zunächst an der Stelle des Mitteldruckeinströmbereichs 18 auf die Turbinenwelle 3 und entspannt sich und kühlt sich in Richtung des Mitteldruckteils 7 ab. Der im Mitteldruckteil 7 entspannte und abgekühlte Dampf strömt dann anschließend aus der Kompakt-Teilturbine 1.
Der mittlere Bereich 20 der Turbinenwelle weist ein hochwarmfestes Material auf. Das hochwarmfeste Material ist ein Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom-Anteil. In alternativen Ausführungsformen kann der mittlere Bereich auch aus Werkstoffen auf Nickel-Basis bestehen. Für diesem Fall, sollten die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 aus 10 bis 12 Gew.-% Chrom-Anteil bestehen.
Die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 bestehen im Vergleich zum mittleren Bereich 20 aus einem weniger hochwarmfesten Material. Die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 können aus Stählen mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom, oder im wesentlichen aus 3,5 Gew.-% Nickel hergestellt werden.
Die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 müssen nicht aus dem gleichen Material hergestellt sein. Vielmehr ist es zweckdienlich, die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 aus unterschiedlichen Materialien herzustellen.
Der mittlere Bereich 20 und der äußere Bereich 21 werden mittels einer Schweißung 24 miteinander verbunden. Der mittlere Bereich 20 wird ebenso über eine weitere Schweißung 25 mit dem äußeren Bereich 22 verbunden. Die Turbinenwelle 3 ist hierbei in einer Längsrichtung, die mit der Rotationsachse 4 übereinstimmt, ausgebildet.
Falls der mittlere Bereich 20 aus einem Werkstoff auf Nickel-Basis hergestellt wird, können die äußeren Bereiche aus einem Stahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom hergestellt werden.
Die Turbinenwelle 3 wird wie nachfolgend beschrieben hergestellt. Der mittlere Bereich 20 wird aus einem warmfesten Material hergestellt. Der eine äußere Bereich 21 wird aus einem weniger warmfesten Material als der des mittleren Bereiches 20 hergestellt. Der zweite äußere Bereich 22 wird ebenfalls aus einem weniger warmfesten Material als der des mittleren Bereiches 20 hergestellt. Der mittlere Bereich 20 wird anschließend mit den beiden äußeren Bereichen 21, 22 verschweißt.

Claims (7)

  1. Eine in einer Längsrichtung (4) ausgerichtete Turbinenwelle (3) mit einem mittleren Bereich (20) und zwei in der Längsrichtung (4) am mittleren Bereich (20) befestigten äußeren Bereichen (21, 22),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der mittlere Bereich (20) aus einem hochwarmfesteren Material als die beiden äußeren Bereiche (21, 22) hergestellt ist.
  2. Turbinenwelle (3) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden äußeren Bereiche (21, 22) jeweils mit dem mittleren (20) Bereich durch eine Schweißung (24, 25) verbunden sind.
  3. Turbinenwelle (3) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der mittlere Bereich (20) aus einem Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom hergestellt ist und die beiden äußeren Bereiche (21, 22) aus Stählen mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom hergestellt sind.
  4. Turbinenwelle (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die äußeren Bereiche (21, 22) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
  5. Turbinenwelle (3) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der mittlere Bereich (20) einen Werkstoff auf Nickel-Basis aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Turbinenwelle (3), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Herstellen eines mittleren Bereiches (20) aus einem warmfesten Material
    Herstellen eines äußeren Bereiches (21) aus einem weniger warmfesten Material als das des mittleren Bereiches (20)
    Herstellen eines zweiten äußeren Bereiches (22) aus einem weniger warmfesten Material als das des mittleren Bereiches (20)
    Verschweißen des mittleren Bereiches (20) mit den beiden äußeren Bereichen (21, 22).
  7. Dampfturbine,
    mit einer Turbinenwelle (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
EP04006394A 2004-03-17 2004-03-17 Geschweisste Turbinenwelle und Verfahren zur deren Herstellung Withdrawn EP1577494A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04006394A EP1577494A1 (de) 2004-03-17 2004-03-17 Geschweisste Turbinenwelle und Verfahren zur deren Herstellung
CNB2005800157577A CN100420825C (zh) 2004-03-17 2005-03-10 蒸汽轮机
US10/593,043 US7771166B2 (en) 2004-03-17 2005-03-10 Welded turbine shaft and method for producing said shaft
EP05715934A EP1733123A1 (de) 2004-03-17 2005-03-10 Geschweisste turbinenwelle und verfahren zur deren herstellung
PCT/EP2005/002558 WO2005093218A1 (de) 2004-03-17 2005-03-10 Geschweisste turbinenwelle und verfahren zur deren herstellung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04006394A EP1577494A1 (de) 2004-03-17 2004-03-17 Geschweisste Turbinenwelle und Verfahren zur deren Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1577494A1 true EP1577494A1 (de) 2005-09-21

Family

ID=34833624

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04006394A Withdrawn EP1577494A1 (de) 2004-03-17 2004-03-17 Geschweisste Turbinenwelle und Verfahren zur deren Herstellung
EP05715934A Withdrawn EP1733123A1 (de) 2004-03-17 2005-03-10 Geschweisste turbinenwelle und verfahren zur deren herstellung

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05715934A Withdrawn EP1733123A1 (de) 2004-03-17 2005-03-10 Geschweisste turbinenwelle und verfahren zur deren herstellung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7771166B2 (de)
EP (2) EP1577494A1 (de)
CN (1) CN100420825C (de)
WO (1) WO2005093218A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1800787A1 (de) 2005-12-20 2007-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen zwei metallischen Wellenstücken einer Welle sowie Welle, insbesondere eine Dampfturbinenwelle
EP1837483A1 (de) * 2006-03-20 2007-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Geschweisste Welle für Strömungsmaschinen
EP1860279A1 (de) * 2006-05-26 2007-11-28 Siemens Aktiengesellschaft Geschweisste ND-Turbinenwelle
EP1849959A3 (de) * 2006-04-26 2009-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Dampfturbine und Turbinenrotor
WO2011055179A1 (en) * 2009-11-05 2011-05-12 Alstom Technology Ltd Welding process for producing rotating turbomachinery
EP2518277B1 (de) 2009-12-21 2018-10-10 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Kühlverfahren und -vorrichtung in einer einzelflussturbine

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2412473A1 (de) * 2010-07-27 2012-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Schweißung von Halbschalen
US20120177494A1 (en) * 2011-01-06 2012-07-12 General Electric Company Steam turbine rotor with mechanically coupled high and low temperature sections using different materials
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
US20130177431A1 (en) * 2012-01-06 2013-07-11 General Electric Company Multi-material rotor, a steam turbine having a multi-material rotor and a method for producing a multi-material rotor
US9039365B2 (en) 2012-01-06 2015-05-26 General Electric Company Rotor, a steam turbine and a method for producing a rotor
CN103470309A (zh) * 2013-08-21 2013-12-25 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种分段组合式转子
DE102017211295A1 (de) * 2017-07-03 2019-01-03 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102017128261A1 (de) * 2017-11-29 2019-05-29 Man Energy Solutions Se Laufschaufel einer Strömungsmaschine und Verfahren zum Herstellen derselben

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57176305A (en) * 1981-04-24 1982-10-29 Hitachi Ltd Steam turbine rotor
US4962586A (en) * 1989-11-29 1990-10-16 Westinghouse Electric Corp. Method of making a high temperature - low temperature rotor for turbines
EP0964135A2 (de) * 1998-06-09 1999-12-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Rotor für eine Dampfturbine, der aus verschiedenen Werkstoffen zusammengeschweisst ist
DE10114612A1 (de) * 2001-03-23 2002-09-26 Alstom Switzerland Ltd Rotor für eine Turbomaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE787441A (fr) * 1971-08-23 1973-02-12 Alsthom Cgee Rotor soude
US6358004B1 (en) * 1996-02-16 2002-03-19 Hitachi, Ltd. Steam turbine power-generation plant and steam turbine
CN1291133C (zh) * 1996-02-16 2006-12-20 株式会社日立制作所 蒸汽涡轮机发电设备、蒸汽涡轮机叶片及该叶片的制造方法
FR2800124B1 (fr) * 1999-10-21 2004-03-19 Toshiba Kk Rotor combine de turbine a vapeur
US6962483B2 (en) * 2003-06-18 2005-11-08 General Electric Company Multiple alloy rotor
US6971850B2 (en) * 2003-06-18 2005-12-06 General Electric Company Multiple alloy rotor and method therefor
US7065872B2 (en) * 2003-06-18 2006-06-27 General Electric Company Method of processing a multiple alloy rotor
DE10348424A1 (de) * 2003-10-14 2005-05-19 Alstom Technology Ltd Geschweisster Rotor für eine thermische Maschine sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57176305A (en) * 1981-04-24 1982-10-29 Hitachi Ltd Steam turbine rotor
US4962586A (en) * 1989-11-29 1990-10-16 Westinghouse Electric Corp. Method of making a high temperature - low temperature rotor for turbines
EP0964135A2 (de) * 1998-06-09 1999-12-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Rotor für eine Dampfturbine, der aus verschiedenen Werkstoffen zusammengeschweisst ist
DE10114612A1 (de) * 2001-03-23 2002-09-26 Alstom Switzerland Ltd Rotor für eine Turbomaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MAGOSHI,R; NAKANO,T;KONISHI,T: "IJPGC2000-15007; Proceedings of 2000 International Joint Power Generation Conference Miami Beech, Florida, July 23-26, 2000; Development and Operating Experience of Welded Rotors for High-temperature Steam Turbines", 26 July 2000, XP002298811 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 0070, no. 24 (M - 189) 29 January 1983 (1983-01-29) *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1800787A1 (de) 2005-12-20 2007-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen zwei metallischen Wellenstücken einer Welle sowie Welle, insbesondere eine Dampfturbinenwelle
EP1837483A1 (de) * 2006-03-20 2007-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Geschweisste Welle für Strömungsmaschinen
EP1849959A3 (de) * 2006-04-26 2009-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Dampfturbine und Turbinenrotor
US7850423B2 (en) 2006-04-26 2010-12-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Steam turbine and turbine rotor
EP1860279A1 (de) * 2006-05-26 2007-11-28 Siemens Aktiengesellschaft Geschweisste ND-Turbinenwelle
WO2007137884A1 (de) * 2006-05-26 2007-12-06 Siemens Aktiengesellschaft Geschweisste nd-turbinenwelle
CN101454541B (zh) * 2006-05-26 2011-09-07 西门子公司 焊接的低压-涡轮机轴
US8083492B2 (en) 2006-05-26 2011-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Welded low-pressure turbine shaft
WO2011055179A1 (en) * 2009-11-05 2011-05-12 Alstom Technology Ltd Welding process for producing rotating turbomachinery
EP2518277B1 (de) 2009-12-21 2018-10-10 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Kühlverfahren und -vorrichtung in einer einzelflussturbine

Also Published As

Publication number Publication date
US7771166B2 (en) 2010-08-10
CN100420825C (zh) 2008-09-24
WO2005093218A1 (de) 2005-10-06
CN1954133A (zh) 2007-04-25
US20080159849A1 (en) 2008-07-03
EP1733123A1 (de) 2006-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1945911B1 (de) Dampfturbine
DE60036253T2 (de) Dampfturbinenschaufel für ein Dampfkraftwerk
EP1577494A1 (de) Geschweisste Turbinenwelle und Verfahren zur deren Herstellung
EP2342427B1 (de) Axial segmentierter leitschaufelträger für eine gasturbine
EP1186748A1 (de) Laufschaufel für eine Strömungsmaschine sowie Strömungsmaschine
EP1656497B1 (de) Diffusor zwischen verdichter und brennkammer einer gasturbine angeordnet
DE10016068C2 (de) Dampfturbine
EP1694943B1 (de) Turbomaschine
DE69929490T2 (de) Gasturbine
EP1735525B1 (de) Dampfturbine
DE102015121651A1 (de) Interne Kühlkanäle in Turbinenschaufeln
WO1997025521A1 (de) Turbinenwelle einer dampfturbine mit interner kühlung
EP0532907B1 (de) Axialdurchströmte Turbine
WO2006048401A1 (de) Optimierte turbinenstufe einer turbinenanlage sowie auslegungsverfahren
WO2017133819A1 (de) Gasturbinenbrennkammer mit wandkonturierung
EP2344730B1 (de) Innengehäuse für eine strömungsmaschine
EP2196628A1 (de) Leitschaufelträger
EP3015715A1 (de) Leitschaufelkranz für eine strömungsmaschine und strömungsmaschine
DE69633140T2 (de) Dampfturbinenkraftanlage
EP1788191B1 (de) Dampfturbine sowie Verfahren zur Kühlung einer Dampfturbine
DE102021130681A1 (de) Dampturbinen-laufschaufel und herstellungsverfahren und aufarbeitungsverfahren einer dampfturbinen-laufschaufel
EP1895094B1 (de) Drallgekühlte Rotor-Schweissnaht
DE60113826T2 (de) Turbolader mit Leitschaufelkranzankoppelung
DE102018209608A1 (de) Element eines Turbinenzwischengehäuses
DE631644C (de) Dampf- oder Gasturbinenanlage

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

AKX Designation fees paid
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20060322

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8566