EP2802748B1 - Strömungsmaschine mit schraubenkühlung - Google Patents

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EP2802748B1
EP2802748B1 EP13713767.5A EP13713767A EP2802748B1 EP 2802748 B1 EP2802748 B1 EP 2802748B1 EP 13713767 A EP13713767 A EP 13713767A EP 2802748 B1 EP2802748 B1 EP 2802748B1
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cooling
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F01D25/145—Thermally insulated casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/31—Retaining bolts or nuts

Definitions

  • the invention proposes to use a known per se cooling hole in the stud used for the screw, which is supplied on the one hand with a vapor located in the flow channel and on the other hand connected via adekanalauslass with the Strömungskanalabdampfraum.
  • the vapor from the flow channel has a higher pressure than the vapor in the Strömungskanalabdampfraum, so that a forced flow through the cooling channel in the stud has resulted, resulting in a cooling of the screw as a whole.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine umfassend ein Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil, einem Gehäuseunterteil und einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal, wobei der Strömungskanal einen Strömungskanalabdampfraum aufweist, wobei das Gehäuseteil über Schrauben mit dem Gehäuseunterteil verbindbar ist, wobei die Schraube als Stiftschraube ausgebildet ist und einen entlang der axialen Richtung der Stiftschraube ausgebildeten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal einen Kühlkanaleinlass und einen Kühlkanalauslass aufweist.
  • In Dampfkraftwerken werden Dampfturbinen eingesetzt, die eine elektrische Leistung von bis zu 1600 Megawatt aufbringen können. Aus thermodynamischen Gründen wird eine Dampfturbine in sogenannte Teilturbinen aufgeteilt, die eine gemeinsame Welle aufweisen.
  • In der Regel umfasst die Hochdruck-Teilturbine ein Innengehälse, das aus einem Oberteil und aus einem Unterteil besteht und mittels Schraubenverbindungen zusammengehalten ist. Infolge der hohen Temperaturen und des zeitlichen Verhalten der Temperaturänderung entstehen zeit- und temperaturabhängige Relaxationen. Dadurch kann es sein, dass die Verspannung des Gehäuses und somit die Dichtheit während des Betriebs nachlässt, was zu einer Leckage führen kann und mit einem Wirkungsgradverlust einhergeht.
  • Wünschenswert wäre es daher, eine möglichst für alle Dampfparameter stabile Verspannung zu haben. Dies kann durch ein verbessertes Design oder durch bessere, allerdings teurere Schraubenwerkstoffe ermöglicht werden.
  • Das Dokument DE 198 50 470 A1 beschreibt eine Verbindungsschraube in einer Dampfturbine.
  • In der WO 03/078799 A1 wird eine Schraube offenbart, durch die von unten ein Strömungsmedium nach oben geführt wird.
  • Weitere Kühlungsmethoden sind in den Dokumenten CH 306 453 A und US 2010/003071 A1 offenbart.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Verschraubung anzugeben, die bei verschiedenen Dampfparametern eine gute Verspannung aufweist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strömungsmaschine umfassend ein Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil, einem Gehäuseunterteil und einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal, wobei der Strömungskanal einen Strömungskanalabdampfraum aufweist, wobei das Gehäuseoberteil über Schrauben mit dem Gehäuseunterteil verbindbar ist, wobei die Schraube als Stiftschraube ausgebildet ist und einen entlang der axialen Richtung der Stiftschraube ausgebildeten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal einen Kühlkanaleinlass und einen Kühlkanalauslass aufweist, wobei der Kühlkanaleinlass strömungstechnisch mit dem Strömungskanal verbunden ist, wobei der Kühlkanalauslass strömungstechnisch mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist.
  • Somit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei den für die Verschraubung verwendeten Stiftschraube eine an sich bekannte Kühlbohrung zu verwenden, die einerseits mit einem im Strömungskanal befindlichen Dampf versorgt wird und andererseits über einen Kühlkanalauslass mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist. Der Dampf aus dem Strömungskanal weist einen höheren Druck auf als der Dampf im Strömungskanalabdampfraum, so dass eine Zwangsströmung durch den Kühlkanal in der Stiftschraube zur Folge hat, was zu einer Kühlung der Schraube insgesamt führt.
  • Die Stiftschraube umfaßt eine Mutter, wobei die Mutter Kühlkanalschlitze aufweist, die den Kühlkanal mit dem Strömungskanalabdampfraum strömungstechnisch verbinden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Somit wird also vorgeschlagen, in die Mutter Schlitze einzuarbeiten, die den durch den Kühlkanal in die Schraube strömenden Kühldampf umlenkt und zu dem Strömungskanalauslass, der mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist, verbindet. Dadurch kann an sich kein Kühldampf austreten, was zu einer Verbesserung der Dichtheit führt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuseunterteil eine Bohrung auf, die den Kühlkanaleinlass mit dem Strömungskanal verbindet.
  • Diese Bohrung kann in einer axialen Richtung des Gehäuseoberteils und -unterteils ausgeführt werden. Wichtig ist dabei, dass an einer geeigneten Stelle die Bohrung eine strömungstechnische Verbindung aufweist, die den geeigneten Dampf für den Kühldampf liefert.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels nun näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Verschraubung,
    Figur 2
    Gehäuseoberteil,
    Figur 3
    Gehäuseunterteil,
    Figur 4
    eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Mutter,
    Figur 5
    eine schematische Seitenansicht des Gehäuseoberteils und des Gehäuseunterteils.
  • Die Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine Teilansicht eines Gehäuseoberteils 1 und eines Gehäuseunterteils 2. Das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 bilden gemeinsam ein Gehäuse, das in einer nicht näher dargestellten Strömungsmaschine zum Einsatz kommt. Zwischen dem Gehäuseoberteil 1 und dem Gehäuseunterteil 2 ist ein Strömungskanal angeordnet (nicht näher dargestellt). In diesem Strömungskanal sind Lauf- und Leitschaufeln angeordnet, die die thermische Energie eines Dampfes in Rotationsenergie eines Rotors umwandeln. Das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 werden über Schrauben 3 miteinander verbunden. Dazu ist die Schraube 3 als Stiftschraube ausgebildet, d. h. dass die Schraube 3 keinen Schraubenkopf aufweist, sondern an beiden Enden ein Gewinde. Entlang der axialen Richtung der Stiftschraube ist ein Kühlkanal 4 ausgebildet, der zum einen mit einem Kühlkanaleinlass 5 und einem Kühlkanalauslass 6 verbunden ist.
  • Somit wird ein im Kühlkanaleinlass 5 einströmender Dampf durch den Kühlkanal 4 in axialer Richtung durch die Stiftschraube strömen und dabei die Stiftschraube abkühlen. Schließlich gelangt der Kühldampf in den Kühlkanalauslass 6.
  • Damit der Kühldampf aus dem Kühlkanal 4 in den Kühlkanalauslass 6 strömen kann, ist in der Mutter 7 ein Schlitz 8 angeordnet, durch den der Dampf in den Kühlkanalauslass 6 strömen kann. Der Kühlkanalauslass 6 ist über eine erste strömungstechnische Verbindung 9 mit dem Strömungskanalabdampfraum (nicht näher dargestellt) strömungstechnisch verbunden.
  • Der Kühlkanalauslass 6 ist strömungstechnisch über einen zwischen der Stiftschraube und dem Gehäuse, insbesondere Gehäuseoberteil 1 angeordneten Schraubenkühlkanal 14 mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden.
  • In ähnlicher Weise ist, wie in Figur 3 dargestellt, der Kanaleinlass über eine zweite strömungstechnische Verbindung 10 mit dem Strömungskanal verbunden, wobei zweckdienlicherweise eine strömungstechnische Verbindung nach einer Schaufelstufe realisiert wird, bei der die Dampfparameter für einen Kühlkanalkreislauf ideal sind.
  • Die Figur 2 zeigt das Gehäuseoberteil 1 mit dem Kühlkanalauslass 6 und der ersten strömungstechnischen Verbindung 9.
  • Die Figur 3 zeigt das Gehäuseunterteil 2 mit der zweiten strömungstechnischen Verbindung 10 und dem Kühlkanaleinlass 5.
  • Die Figur 4 zeigt die Mutter 7 der Schraube 3. Die Mutter 7 weist im Bereich des Gewindes 11 zumindest einen Schlitz 8 auf, durch den der Kühldampf strömen kann.
  • Die Figur 5 zeigt eine Seitenansicht in axialer Richtung 12 der Strömungsmaschine. Die Anordnung des Strömungskanals 13 sowie der Kühlkanaleinlass 5 sowie der Kühlkanalauslass 6 und die erste strömungstechnische Verbindung 9 und die zweite strömungstechnische Verbindung 10 sind in der Figur 5 zu erkennen.

Claims (5)

  1. Strömungsmaschine umfassend ein Gehäuse aus einem Gehaüseoberteil (1)
    einem Gehäuseunterteil (2) und einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal (13),
    wobei der Strömungskanal (13) einen Strömungskanalabdampfraum aufweist,
    wobei das Gehäuseoberteil (1) über Schrauben (3) mit dem Gehäuseunterteil (2) verbindbar ist,
    wobei die Schraube (3) als Stiftschraube ausgebildet ist und einen entlang der axialen Richtung der Stiftschraube ausgebildeten Kühlkanal (4) aufweist,
    wobei der Kühlkanal (4) einen Kühlkanaleinlass (5) und einen Kühlkanalauslass (6) aufweist,
    wobei der Kühlkanaleinlass (5) strömungstechnisch mit dem Strömungskanal (13) verbunden ist,
    wobei die Stiftsehraube eine Mutter (7) umfasst, die ein Gewinde (11) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kühlkanalauslass (6) strömungstechnisch über einen zwischen der Stiftschraube und dem Gehäuse angeordneten Schraubenkühlkanal (14) mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist,
    wobei die Mutter (7) im Bereich des Gewindes (11), Kühlkanalschlitze (8) umfasst, die den Kühlkanal (4) mit dem Strömungskanalabdampfraum strömungstechnisch verbinden.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
    wobei das Gehäuseunterteil (2) eine Bohrung aufweiset, die den Kühlkanaleinlass (5) mit dem Strömungskanal (13) verbindet.
  3. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Kühlkanaleinlass (5) im Gehäuseunterteil (2) angeordnet ist.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Kühlkanalauslass (6) im Gehäuseoberteil (1) angeordnet ist.
  5. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Anspüche,
    wobei die Strömungsmaschine als Dampfturbine ausgebildet ist.
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