EP1890002A1 - Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine sowie Strömungsmaschine - Google Patents

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EP1890002A1
EP1890002A1 EP06017044A EP06017044A EP1890002A1 EP 1890002 A1 EP1890002 A1 EP 1890002A1 EP 06017044 A EP06017044 A EP 06017044A EP 06017044 A EP06017044 A EP 06017044A EP 1890002 A1 EP1890002 A1 EP 1890002A1
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EP
European Patent Office
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turbomachine
stages
turbine
blades
flow channel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06017044A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Walkenhorst
Armin De Lazzer
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
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 filed Critical Siemens AG
Priority to EP06017044A priority Critical patent/EP1890002A1/de
Publication of EP1890002A1 publication Critical patent/EP1890002A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/04—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially axially
    • 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
    • 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
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/61—Assembly methods using limited numbers of standard modules which can be adapted by machining

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine and a method for producing a turbomachine.
  • a steam turbine or a gas turbine is understood.
  • a flow medium such as steam
  • the vapor relaxes and loses energy, causing a rotor to spin.
  • the present application preferably contemplates high-temperature steam turbines.
  • the present teaching can also be applied to medium-pressure or low-pressure steam turbines or other turbomachines.
  • the inlet parameters of the steam are at pressures up to 350 bar and temperatures above 700 ° C.
  • these steam parameters require the use of suitable materials for the turbine blades.
  • Turbine blades in this application are understood to mean both guide vanes and moving blades.
  • the materials for the turbine blades should have high-temperature properties. Therefore, high temperature alloys such as nickel or cobalt base alloys are used. However, such high temperature alloys that exhibit high thermal resistance are difficult to machine. This means that the production of these turbine blades results in a high error rate and a correspondingly high failure rate. The costs for the production of a steam turbine are thereby driven up.
  • Another object of the invention is to provide a turbomachine whose turbine blades can be formed inexpensively.
  • a turbomachine having at least two stages, which are designed such that the blade profiles of the blades and / or the guide blade profiles of the guide vanes are substantially identical.
  • the invention is based on the recognition that steam can be considered as an incompressible medium at very high pressures.
  • the increase in volume of such a vapor is comparatively small with decreasing pressure. This has the consequence that the cross-sectional area of the flow channel of a turbomachine does not change significantly over a few stages. Accordingly, the aerodynamic requirements for the turbine blade profiles change very little.
  • the invention is further based on the recognition that turbine blades for turbomachines can be produced from classical precision casting alloys, although the division surfaces of the turbine blades still have to be reworked.
  • turbomachine in such a way that at least two stages are formed such that the rotor blades or the stator blades are substantially identical. This has the consequence that the turbine blades can be produced in large numbers and used for various stages in the turbomachine. It is now not necessary to adapt the turbine blade profiles from stage to stage, as has hitherto been customary in the prior art, which increases the costs for producing the turbomachine. Rather, the turbine blades are made with identical turbine blade profiles.
  • the at least two stages are preferably the first stages of the steam turbine.
  • the pressures and steam temperatures at the entrance of the steam turbine are highest. Due to the relaxation of the steam, the temperature in the steam turbine decreases, so that the flow conditions change downstream of the steam turbine.
  • the turbomachine is designed for live steam temperatures of over 600 ° C.
  • the turbomachine is designed for live steam pressures of over 300 bar.
  • the turbomachine is designed such that at least two stages have different division ratios.
  • the invention provides to produce the division surfaces of the turbine blades in an oversize and then to edit such that the division ratio can be varied.
  • the flow conditions of individual stages can thereby be taken into account.
  • the turbomachine is designed such that the at least two stages have different stagger angles. Due to the production of the division surfaces of the turbine blades in the oversize, it is also possible, in addition to the possibility of providing different division ratios, to realize different stagger angle by reworking of the parting surfaces. Different stagger angles in different stages also lead to the possibility of considering the flow conditions of the individual stages.
  • the guide and / or blades are made of fine cast alloys.
  • the guide and / or blades are made of nickel or cobalt base alloy.
  • the object directed to the method is achieved by a method for producing a turbomachine, wherein substantially identical turbine blades are initially produced in larger numbers, wherein the dividing surfaces are initially present in an allowance and at least two stages of the steam turbine are performed with the identical turbine blades.
  • substantially identical turbine blades are produced in large numbers. Since the dividing surfaces usually have to be processed after production, it is imperative during production that the dividing surfaces are initially present in an allowance. This means that the dividing surface is deliberately made larger than required.
  • the identical turbine blades are installed in the steam turbine, wherein at least two stages of the steam turbine are performed with these turbine blades.
  • the division surfaces are processed in such a way that the division ratios of the at least two stages are different. It can thus be changed in a simple manner, two stages such that the flow conditions are taken into account. A first possibility to influence the flow conditions is given by a change of the division ratio. So that the division ratios are different from stage to stage, it is only necessary to edit the dividing surfaces, which is possible by simple milling quickly and inexpensively.
  • the division surface can be processed in such a way that the stagger angle can be changed in at least one stage.
  • the high-pressure steam turbine 1 comprises a housing 2 and a rotatably mounted rotor 3.
  • the rotatably mounted rotor 3 comprises a plurality of rotor blades 4, wherein in FIG. 1 only one turbine blade 4 is provided with the reference numeral 4.
  • the housing 2 comprises a plurality of guide vanes 5 projecting between the moving blades 4, wherein in FIG. 1 only one guide vane is provided with the reference numeral 5.
  • the guide or moving blades 4, 5 are distributed uniformly in the circumferential direction in the rule.
  • Circumferentially distributed blades 4 are also referred to as a blade row. Whereas, a circumferentially distributed vane structure is referred to as a vane row.
  • the formation of a guide blade row and a blade row is referred to as a stage.
  • a high-pressure steam turbine 1 typically includes several stages connected in series.
  • Such high-pressure steam turbines are preferably suitable for steam parameters of more than 630 ° C. and up to 350 bar.
  • a steam at these steam parameters has the property. to behave like an incompressible medium. This means that the increase in volume is very small with decreasing pressure, with the result that the cross-sectional area of the flow channel does not change significantly.
  • the flow channel 6 is arranged between the rotor 3 and the housing 2. The aerodynamic requirements for the turbine blade profiles 4, 5 barely change.
  • a turbine blade 4, 5 is shown.
  • the turbine blade 4, 5 shown in FIG. 2 may be a vane 5 or a rotor blade 4.
  • the turbine blade 5 comprises a blade profile 7.
  • the turbine blade 4, 5 is produced in large numbers by producing the turbine blade 4, 5 from precision casting.
  • the material used is high-temperature alloy.
  • nickel or cobalt-based alloys are suitable for this purpose.
  • the turbine blade 4, 5 comprises a blade root not shown in detail in FIG.
  • the turbine blade 4, 5 is produced such that the dividing surfaces 8 are present in an allowance.
  • a first manufacturing process step such turbine blades are milled by milling something at the dividing surfaces 12 in order to do so tolerance requirements.
  • the division ratios depend on the circumferential length 13 of the division surface 8. If a different pitch ratio is desired for a turbine blade row, only the pitch surface 12 needs to be decreased by a larger amount.
  • a first limit size is shown, which can be referred to as minimum processing. This means that up to this first line 11, the division surface at least must be processed because of the tolerance requirements.
  • the division surface can be milled down to the second line 10 or even to the third line 9. If the division surface is milled on the line 10 or 9, there is a different division ratio for the turbine blade row.
  • a supply of turbine blades 4, 5 can be produced in a simple and cost-effective manner, wherein consideration can be given to aerodynamic boundary conditions in that they can be changed by changing the dividing surface.
  • At least two stages are carried out in such a way, wherein preferably the first two stages are formed in such a way.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a turbine blade.
  • the difference from the embodiment according to FIG. 2 lies in the fact that a dividing surface 8 is not now milled parallel to the initial dividing surface 8, but at a certain angle.
  • the milled dividing surface is provided with the reference numeral 15. If the division surface 8 is provided with the staking angle adjustment surface 15, the turbine blade row thus produced receives a different stagger angle.
  • a steam turbine can be produced, which is inexpensive and easy.
  • the turbine blades 4, 5 can be easily manufactured in large quantities. The split ratio and the stagger angle can still be adjusted quickly and cost-effectively.
  • the steam turbine 1 preferably has a number of stages in the flow channel, which have a same and constant inner and outer diameter.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1), die derart ausgebildet ist, dass zumindest zwei Stufen mit Turbinenschaufeln (4, 5) versehen sind, die im Wesentlichen identisch sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine (1), wobei in einem ersten Schritt eine hohe Stückzahl an Turbinenschaufeln (4, 5) mit einem mit Aufmaß hergestellten Teilungsflächen hergestellt wird und anschließend die Teilungsfläche bearbeitet wird, um unterschiedliche Teilungsverhältnisse oder Staffelwinkel zu ermöglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine.
  • Unter einer Strömungsmaschine im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird beispielsweise eine Dampfturbine oder eine Gasturbine verstanden. Bei Dampfturbinen beispielsweise wird ein Strömungsmedium, beispielsweise Dampf, auf hohe Temperaturen und hohe Drücke gebracht und in die Dampfturbine eingeströmt. Der Dampf entspannt sich und verliert an Energie, die dazu führt, dass ein Rotor in eine Drehung versetzt wird.
  • Die vorliegende Anmeldung betrachtet vorzugsweise Hochtemperatur-Dampfturbinen. Die vorliegende Lehre kann aber auch auf Mitteldruck- oder Niederdruck-Dampfturbinen oder andere Strömungsmaschinen angewandt werden.
  • Aus thermodynamischer Sicht ist es von Vorteil, wenn die Eintrittsparameter des Dampfes auf Drücke bis zu 350 bar und Temperaturen von über 700°C liegen. Allerdings erfordern diese Dampfparameter den Einsatz geeigneter Materialien für die Turbinenschaufeln. Unter Turbinenschaufeln werden in dieser Anmeldung sowohl Leit- als auch Laufschaufeln verstanden. Die Materialien für die Turbinenschaufeln sollten hochwarmfeste Eigenschaften aufweisen. Daher werden hochwarmfeste Legierungen wie z.B. Nickel- oder Kobalt-Basislegierungen eingesetzt. Allerdings lassen sich solch hochwarmfeste Legierungen, die eine hohe thermische Beständigkeit zeigen, schlecht zerspanen. Das bedeutet, dass bei der Herstellung dieser Turbinenschaufeln eine hohe Fehlerquote und eine dementsprechend hohe Ausfallrate entsteht. Die Kosten für die Herstellung einer Dampfturbine werden dadurch in die Höhe getrieben.
  • Abhilfe wird geschaffen indem die Turbinenschaufeln feingegossen werden. Dies wird beispielsweise bei der Herstellung von Turbinenschaufeln im Gasturbinenbau durchgeführt. Da das Fertigungsverfahren gemäß der Feingusstechnik kompliziert und vergleichsweise kostspielig ist, rechtfertigt dieses Fertigungsverfahren seinen Einsatz erst bei größeren Stückzahlen. Abschätzungen zufolge lohnt sich das Fertigungsverfahren erst ab Mindeststückzahlen von 150 bis 200 Turbinenschaufeln. Im Gasturbinenbau kann diese Mindeststückzahl erreicht werden, da die Turbinenschaufeln wegen der Serienfertigung identisch sind. Im Dampfturbinenbau allerdings besteht das Problem, dass in der Regel die Dampfturbinen nicht in Serienfertigung hergestellt werden, sondern die Dampfturbinen kundenspezifisch ausgelegt und hergestellt werden.
  • Daher kommen die hochwarmfesten Legierungen im Dampfturbinenbau noch nicht zum Einsatz. Derzeit werden die Turbinenschaufeln aus dem Vollen gefräst, was aufwendig und kostenintensiv ist.
  • Wünschenswert wäre der Einsatz der hochwarmfesten Legierungen, wobei die Kosten bei der Herstellung nicht hoch sein sollten.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine anzugeben.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es eine Strömungsmaschine anzugeben, deren Turbinenschaufeln kostengünstig ausgebildet werden können.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strömungsmaschine, die zumindest zwei Stufen aufweist, die derart ausgebildet sind, dass die Laufschaufelprofile der Laufschaufeln und/oder die Leitschaufelprofile der Leitschaufeln im Wesentlichen identisch sind.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Dampf bei sehr hohen Drücken als ein inkompressibles Medium betrachtet werden kann. Die Volumenzunahme solch eines Dampfes ist mit abnehmendem Druck vergleichsweise klein. Dies hat zur Folge, dass die Querschnittsfläche des Strömungskanals einer Strömungsmaschine über einige Stufen hinweg sich nicht wesentlich ändert. Entsprechend ändern sich auch die aerodynamischen Anforderungen an die Turbinenschaufelprofile sehr gering.
  • Die Erfindung geht des Weiteren von der Erkenntnis aus, dass Turbinenschaufeln für Strömungsmaschinen aus klassischen Feingusslegierungen hergestellt werden können, wobei allerdings die Teilungsflächen der Turbinenschaufeln noch nachgearbeitet werden müssen.
  • Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, eine Strömungsmaschine dergestalt auszubilden, dass zumindest zwei Stufen derart ausgebildet sind, dass die Laufschaufeln bzw. die Leitschaufeln im Wesentlichen identisch sind. Dies hat zur Folge, dass die Turbinenschaufeln in hohen Stückzahlen hergestellt und für verschiedene Stufen in der Strömungsmaschine eingesetzt werden können. Es müssen nun nicht, wie bisher üblich im Stand der Technik, die Turbinenschaufelprofile von Stufe zu Stufe angepasst werden, was die Kosten zur Herstellung der Strömungsmaschine in die Höhe treibt. Vielmehr werden die Turbinenschaufeln mit identischen Turbinenschaufelprofilen hergestellt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • So ist es von Vorteil, wenn die Strömungskanalgeometrie über die zumindest zwei Stufen hinweg im Wesentlichen identisch ist. Dadurch ist die strömungstechnische Berechnung einfacher für die zwei Stufen, da die Bedingungen nahezu vergleichbar sind für die einzelnen Stufen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die zumindest zwei Stufen vorzugsweise die ersten Stufen der Dampfturbine. Naturgemäß sind die Drücke und Dampftemperaturen am Eingang der Dampfturbine am höchsten. Durch die Entspannung des Dampfes sinkt die Temperatur in der Dampfturbine, so dass sich die Strömungsverhältnisse stromabwärts der Dampfturbine ändern.
  • Vorzugsweise ist die Strömungsmaschine für Frischdampftemperaturen von über 600°C ausgelegt.
  • Vorzugsweise ist die Strömungsmaschine für Frischdampfdrücke von über 300 bar ausgelegt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Strömungsmaschine derart ausgeführt, dass zumindest zwei Stufen unterschiedliche Teilungsverhältnisse aufweisen. Durch die Erkenntnis, dass die Turbinenschaufeln bei der Herstellung mittels der Feingusslegierung nachbearbeitet werden müssen, sieht die Erfindung vor, die Teilungsflächen der Turbinenschaufeln im Aufmaß herzustellen und anschließend derart zu bearbeiten, dass das Teilungsverhältnis variiert werden kann. Auf vorteilhafte Weise können dadurch die Strömungsverhältnisse von einzelnen Stufen berücksichtigt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Strömungsmaschine derart ausgeführt, dass die zumindest zwei Stufen unterschiedliche Staffelwinkel aufweisen. Durch die Herstellung der Teilungsflächen der Turbinenschaufeln im Aufmaß ist es neben der Möglichkeit, unterschiedliche Teilungsverhältnisse bereitzustellen auch möglich, unterschiedliche Staffelwinkel durch Überarbeiten der Teilungsflächen zu realisieren. Unterschiedliche Staffelwinkel in unterschiedlichen Stufen führen ebenso zu der Möglichkeit, die Strömungsverhältnisse der einzelnen Stufen zu berücksichtigen.
  • Vorteilhafterweise werden die Leit- und/oder Laufschaufeln aus feingegossenen Legierungen hergestellt. Beispielsweise werden die Leit- und/oder Laufschaufeln aus Nickel- oder Kobaltbasislegierung hergestellt.
  • Die auf das Verfahren hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine, wobei im Wesentlichen identische Turbinenschaufeln zunächst in größeren Stückzahlen hergestellt werden, wobei die Teilungsflächen zunächst in einem Aufmaß vorliegen und zumindest zwei Stufen der Dampfturbine mit den identischen Turbinenschaufeln ausgeführt werden.
  • In einem ersten Verfahrensschritt werden im Wesentlichen identische Turbinenschaufeln in großen Stückzahlen hergestellt. Da in der Regel die Teilungsflächen nach der Herstellung bearbeitet werden müssen, wird bei der Herstellung zwingend vorgeschrieben, dass die Teilungsflächen zunächst in einem Aufmaß vorliegen. Das bedeutet, dass die Teilungsfläche bewusst größer hergestellt wird als erforderlich. In einem nächsten Verfahrensschritt werden die identischen Turbinenschaufeln in die Dampfturbine eingebaut, wobei zumindest zwei Stufen der Dampfturbine mit diesen Turbinenschaufeln ausgeführt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Teilungsflächen derart bearbeitet, dass die Teilungsverhältnisse von den zumindest zwei Stufen unterschiedlich sind. Es kann somit in einfacher Weise zwei Stufen derart verändert werden, dass die Strömungsverhältnisse berücksichtigt werden. Eine erste Möglichkeit, die Strömungsverhältnisse zu beeinflussen, ist durch eine Änderung des Teilungsverhältnisses gegeben. Damit die Teilungsverhältnisse von Stufe zu Stufe unterschiedlich sind, ist es lediglich erforderlich, die Teilungsflächen zu bearbeiten, was durch einfaches Fräsen schnell und kostengünstig möglich ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Teilungsfläche derart bearbeitet werden, dass der Staffelwinkel in zumindest einer Stufe verändert werden kann. In einer zweiten Variante der Änderung in Bezug auf die Strömungsverhältnisse ist es möglich, den Staffelwinkel zu ändern. Dazu ist es lediglich erforderlich, die Teilungsfläche quasi schräg abzufräsen, damit das Turbinenschaufelprofil den Anströmwinkel und somit den Staffelwinkel ändert.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • FIG 1
    eine schematische Darstellung einer Hochdruck-Dampfturbine,
    FIG 2
    eine Draufsicht auf eine Turbinenschaufel,
    FIG 3
    eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer Turbinenschaufel,
    FIG 4
    eine perspektivische Darstellung einer Turbinenschaufel.
  • In der FIG 1 ist eine Querschnittansicht einer Hochdruck-Dampfturbine 1 dargestellt. Die Hochdruck-Dampfturbine 1 umfasst ein Gehäuse 2 und einen drehbar gelagerten Rotor 3. Der drehbar gelagerte Rotor 3 umfasst mehrere Laufschaufeln 4, wobei in der FIG 1 lediglich eine Turbinenschaufel 4 mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist. Das Gehäuse 2 umfasst mehrere zwischen den Laufschaufeln 4 ragende Leitschaufeln 5, wobei in der FIG 1 lediglich eine Leitschaufel mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist. Die Leit- bzw. Laufschaufeln 4, 5 werden in Umfangsrichtung in der Regel gleichmäßig verteilt. Um den Umfang verteilte Laufschaufeln 4 werden auch als eine Laufschaufelreihe bezeichnet. Wohingegen eine um den Umfang verteilte Leitschaufelstruktur als Leitschaufelreihe bezeichnet wird. Das Gebilde aus einer Leitschaufelreihe und einer Laufschaufelreihe wird als Stufe bezeichnet. Eine Hochdruck-Dampfturbine 1 umfasst in der Regel mehrere nacheinander geschaltete Stufen.
  • Solche Hochdruck-Dampfturbinen eignen sich vorzugsweise für Dampfparameter von über 630°C und bis zu 350 bar. Ein Dampf bei diesen Dampfparametern hat die Eigenschaft. sich wie ein inkompressibles Medium zu verhalten. Das bedeutet, dass die Volumenzunahme mit abnehmendem Druck sehr klein ist, was dazu führt, dass die Querschnittsfläche des Strömungskanals sich nicht wesentlich ändert. Der Strömungskanal 6 ist zwischen dem Rotor 3 und dem Gehäuse 2 angeordnet. Die aerodynamischen Anforderungen an die Turbinenschaufelprofile 4, 5 ändern sich kaum.
  • In der FIG 2 ist eine Turbinenschaufel 4, 5 dargestellt. Die in der FIG 2 dargestellte Turbinenschaufel 4, 5 kann eine Leitschaufel 5 oder eine Laufschaufel 4 sein. Die Turbinenschaufel 5 umfasst ein Schaufelprofil 7. Die Turbinenschaufel 4, 5 wird in großen Stückzahlen hergestellt, indem die Turbinenschaufel 4, 5 aus Feinguss hergestellt wird. Vorzugsweise wird als Material hochwarmfeste Legierung verwendet. Dafür eignen sich insbesondere Nickel- oder Kobalt-Basislegierungen.
  • Die Turbinenschaufel 4, 5 umfasst einen in der FIG 2 nicht näher dargestellten Schaufelfuß. Im Feingussverfahren wird die Turbinenschaufel 4, 5 derart hergestellt, dass die Teilungsflächen 8 in einem Aufmaß vorliegen. In einem ersten Herstellungsverfahrensschritt werden solche Turbinenschaufeln durch Fräsen etwas an den Teilungsflächen 12 abgefräst, um damit Toleranzanforderungen genüge zu tun. Die Teilungsverhältnisse hängen von der Umfangslänge 13 der Teilungsfläche 8 ab. Wenn ein anderes Teilungsverhältnis für eine Turbinenschaufelreihe gewünscht ist, muss lediglich die Teilungsfläche 12 um einen größeren Betrag abgenommen werden. Durch die Linie 11 ist eine erste Grenzgröße dargestellt, die als Mindestbearbeitung bezeichnet werden kann. Das bedeutet, dass bis zu dieser ersten Linie 11 die Teilungsfläche zumindest bearbeitet werden muss wegen den Toleranzvorgaben. Sofern ein anderes Teilungsverhältnis gewünscht wird, kann die Teilungsfläche bis auf die zweite Linie 10 oder gar auf die dritte Linie 9 abgefräst werden. Sofern die Teilungsfläche auf die Linie 10 oder 9 abgefräst werden, ergibt sich ein anderes Teilungsverhältnis für die Turbinenschaufelreihe.
  • Somit kann in einfacher und kostengünstiger Art und Weise ein Vorrat an Turbinenschaufeln 4, 5 hergestellt werden, wobei auf aerodynamische Randbedingungen Rücksicht genommen werden kann, indem diese durch Änderung der Teilungsfläche verändert werden kann.
  • Zumindest zwei Stufen werden derart ausgeführt, wobei vorzugsweise die ersten beiden Stufen derart ausgebildet werdenn.
  • In der FIG 3 ist eine alternative Ausführungsform einer Turbinenschaufel zu sehen. Der Unterschied zu der Ausführungsform gemäß FIG 2 liegt darin, dass eine Teilungsfläche 8 nunmehr nicht parallel zur anfänglichen Teilungsfläche 8 abgefräst wird, sondern unter einem gewissen Winkel. Die abgefräste Teilungsfläche wird mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Sofern die Teilungsfläche 8 mit der Staffelwinkelanpassungsfläche 15 versehen ist, erhält die somit hergestellte Turbinenschaufelreihe einen anderen Staffelwinkel. So kann eine Dampfturbine hergestellt werden, die kostengünstig und einfach ist. Die Turbinenschaufeln 4, 5 können zwanglos in hohen Stückzahlen gefertigt werden. Das Teilungsverhältnis und der Staffelwinkel kann dennoch schnell und kostengünstig angepasst werden. Die Dampfturbine 1 weist vorzugsweise eine Anzahl von Stufen auf im Strömungskanal, die einen gleichen und konstanten Innen- und Außendurchmesser aufweisen.
  • Berechnungen und Überlegungen haben ergeben, dass bei einer identischen Auslegung der ersten vier bis fünf Stufen ein wirtschaftliches Gießen gewährleistet werden kann. Der mechanische Bearbeitungsaufwand wird gegenüber einer spezifisch ausgelegten feingegossenen Schaufel nicht signifikant erhöht, die Teilungsflächen müssen in jedem Fall bearbeitet werden. Da es sich dabei um ebene Flächen handelt, wird nur ein Schnitt je Fläche benötigt und es können größere Werkzeuge verwendet werden.
  • In jedem Fall entfällt der derzeit aufwendige Bearbeitungsschritt des Fräsens des Schaufelprofils.

Claims (17)

  1. Strömungsmaschine (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest zwei Stufen derart ausgebildet sind, dass die Laufschaufelprofile der Laufschaufeln (4) im Wesentlichen identisch sind.
  2. Strömungsmaschine (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest zwei Stufen derart ausgebildet sind, dass die Leitschaufelprofile der Leitschaufeln (5) im Wesentlichen identisch sind.
  3. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1 und 2.
  4. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    wobei die zumindest zwei Stufen in einem Strömungskanal angeordnet sind, wobei der Strömungskanal eine Strömungskanalgeometrie zur Begrenzung des Strömungskanals aufweist,
    wobei die Strömungskanalgeometrie über die zumindest zwei Stufen hinweg im Wesentlichen identisch ist.
  5. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die zumindest zwei Stufen als erste Stufen der Strömungsmaschine (1) ausgebildet sind.
  6. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    die für Frischdampftemperaturen von über 600°C ausgelegt ist.
  7. Strömungsmaschine (1) nach einem er vorhergehenden Ansprüche,
    die für Frischdampfdrücke von über 300 bar ausgelegt ist.
  8. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die zumindest zwei Stufen unterschiedliche Teilungsverhältnisse aufweisen.
  9. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die zumindest zwei Stufen unterschiedliche Staffelwinkel (15) aufweisen.
  10. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Leit- (5) und/oder Laufschaufeln (4) aus feingegossenen Legierungen hergestellt sind.
  11. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 10,
    wobei die Leit- (5) und/oder Laufschaufeln (4) aus Nickel- oder Kobaltbasislegierungen hergestellt sind.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine (1),
    wobei im Wesentlichen identische Turbinenschaufeln (4, 5) zunächst in größeren Stückzahlen hergestellt werden,
    wobei die Teilungsfläche (12) zunächst in einem Aufmaß vorliegen und zumindest zwei Stufen der Strömungsmaschine (1) mit den im Wesentlichen identischen Turbinenschaufeln (4, 5) ausgeführt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    bei dem die Teilungsflächen derart bearbeitet werden,
    dass die Teilungsverhältnisse von den zumindest zwei Stufen unterschiedlich sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    bei dem die Teilungsflächen (12) derart bearbeitet werden, dass der Staffelwinkel (15) in zumindest einer Stufe verändert werden kann.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
    bei dem die Teilungsflächen (12) gefräst werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
    bei dem die Turbinenschaufeln (4, 5) aus feingegossenen Legierungen hergestellt werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16,
    bei die Turbinenschaufel aus einer Nickel- oder Kobaltbasislegierung hergestellt wird.
EP06017044A 2006-08-16 2006-08-16 Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschine sowie Strömungsmaschine Withdrawn EP1890002A1 (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB212508A (en) * 1924-02-21 1924-11-27 Erste Bruenner Maschinen Fab Improvements in steam or gas turbines
FR2205927A5 (de) * 1972-11-08 1974-05-31 Bertin & Cie
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US4676716A (en) * 1984-02-17 1987-06-30 Vsesojuzny Nauchno-Issle-Dovatelsky Institut Burovoi Tekhniki Hydraulic multistage turbine of turbodrill

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Title
KALDERON D: "DESIGN OF LARGE STEAM TURBINES FOR FOSSIL AND NUCLEAR POWER STATIONS", DESIGN OF LARGE STEAM TURBINES FOR FOSSIL AND NUCLEAR POWER STATIONS, 1979, pages 1 - 13, XP002007571 *

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