WO1999042705A1 - Turbinengehäuse - Google Patents

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WO1999042705A1
WO1999042705A1 PCT/DE1998/003607 DE9803607W WO9942705A1 WO 1999042705 A1 WO1999042705 A1 WO 1999042705A1 DE 9803607 W DE9803607 W DE 9803607W WO 9942705 A1 WO9942705 A1 WO 9942705A1
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WO
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housing
partial area
outer housing
turbine
turbine housing
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Application number
PCT/DE1998/003607
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Henkel
Uwe Zander
Edwin Gobrecht
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to JP2000532621A priority patent/JP4213863B2/ja
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Priority to DE59805746T priority patent/DE59805746D1/de
Priority to US09/622,614 priority patent/US6345953B1/en
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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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings

Definitions

  • the present invention relates to a turbine housing with an inner housing which is surrounded by an outer housing, in particular for steam turbines.
  • the inner housing and the outer housing each have a first, upper section and a second, lower section. These sections are often designed as separate housing parts.
  • An inner housing outer surface is spaced apart from an outer housing inner surface.
  • the aim of the article is to obtain selection criteria for the steels to be used based on calculated and determined temperature distributions. From the thermal expansions determined, all the necessary clearances and gaps can then be suitably dimensioned, which is of particular importance when two workpieces with different expansion coefficients are stepped on. In addition, the temperature distributions determined in this way should be able to derive guidelines on how to heat known turbines from the cold state and at what speed load changes are to be made without creeping processes in the material being caused by excessive stress.
  • the object of the present invention is to keep a curvature of the turbine housing low during cooling. 2
  • the invention is based on the knowledge that be a steam turbine, which has a turbine outer casing and a turbine inner casing or a guide vane carrier, occur after the turbine has been switched off and between the respective housings or between the outer housing and a vane carrier on. These can lead to the fact that both housings bend, which leads to undesirable tensions and bridging of the game. This means that in unfavorable cases turbine blades can graze the housing and cause rubbing damage.
  • the curvature that occurs when the outer house cools naturally is also referred to as "cat hump" because of its appearance.
  • the turbine case has an inner case that is one
  • Inner housing is also understood to mean a guide vane carrier.
  • the inner housing and the outer housing are each divided into a first, upper section and a second, lower section.
  • An inner housing outer surface and an outer housing inner surface are spaced apart from one another.
  • the inner housing outer surface and the opposite outer housing inner surface 0 ⁇ are designed in at least part of their respective first subarea so that there is less heat transfer due to radiation have as at least in a part of their respective second partial area.
  • a first, particularly advantageous embodiment for the formation of a lower heat transfer due to radiation provides that the inner housing in the first partial area on the inner housing outer surface has a first emission number that has a smaller value than a second emission number of the second partial area on the inner housing outer surface . It has proven to be advantageous for temperature compensation if the first emission number has a value below 0, t> and the second emission number has a value above 0.5.
  • the s is also to be considered depending on the material used for the inner and outer housing. In order to avoid stresses in the housings themselves, both housings mostly consist of a similar material.
  • the emission number of the respective material can still be decisively influenced by suitable surface treatment, e.g. by roughening the surface in order to obtain a suitable emission number.
  • the surface is preferably processed in such a way that the material properties such as strength and corrosion behavior are at most insignificantly influenced.
  • a development of the use of different emission numbers in the first, upper partial area and second, lower partial area provides for the inner housing outer surface that a material in the first partial area has a smaller emission 4 has number as a further material, but which is now applied to the inner housing outer surface in the second partial area.
  • a material to be applied is used which has a higher emission number than the inner housing.
  • a desired positive radiation effect can be amplified in this way.
  • An oxide ceramic for example zirconium oxide, is preferably used as the material to be applied.
  • other coating materials with a suitable radiation property and connectivity to the material of the housing can also be used.
  • a coating material preferably also has corrosion resistance in water vapor.
  • the oxide ceramic can be applied reliably and in a manner that is durable over a long period of time, using common housing material 1 ⁇ I, for example GGG-40.
  • a suitable technique for applying a thin layer of oxide ceramic is, for example, plasma spraying.
  • the type of application, as well as the oxide ceramic itself, further ensure that a high chemical resistance to the media occurring in the turbine housing is ensured.
  • the coating material in this case preferably has a coefficient of thermal expansion, which is also suitable with regard to transient temperature conditions to keep the risk of chipping from the housing material small.
  • a further embodiment for achieving a lower heat transfer by radiation in a part of the first partial area of the inner housing outer surface to the opposite outer housing surface in relation to a part of the second partial area of the inner housing outer surface is achieved in that at least part of the second partial area of the outer 5 housing inner surface has a larger absorption number than a part of the first portion of the outer housing inner surface. This also results in increased heat input into the second, lower section of the outer housing. This also leads to an equalization of the outer housing temperatures. Since the driving temperature gradient for natural convection between the inner housing and the outer housing is thereby reduced, this design also counteracts natural convection.
  • a further development of the configuration of the second partial area with a larger absorption number has a third material in the second partial area on the inner surface of the outer housing.
  • This third material has a higher absorption number than a fourth material of the outer housing inner surface in the first partial area.
  • This third material is either the material of the outer housing inner surface in the second partial area itself, the surface of which has been processed accordingly, or d- ;.
  • the material can also be an appropriate material which is applied to the inner surface of the outer housing in the second partial area.
  • Another possibility for changing the absorption numbers between the first, upper partial area and the second, lower partial area of the outer housing inner surface is to change the outer housing inner surface in the first, upper partial area so that it has a lower absorption number than the outer housing. Inner surface of the second, lower section.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of the invention in which a material is applied to an inner surface of the outer housing
  • FIG. 2 shows a temperature distribution, as it results from neglecting natural convection due to radiation effects in the embodiment according to FIG. 1 after the turbine has been switched off,
  • Figure 3 is a schematic perspective view of an outer housing
  • Figure 4 shows a further embodiment of the invention, in which a further material is applied to an inner surface of the outer housing.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a turbine housing 1.
  • the turbine housing 1 has an inner housing 2 and, preferably concentrically thereto, an outer housing 3.
  • a guide vane carrier could also be provided.
  • the inner housing 2 and the outer housing 3 are spaced apart from one another in such a way that an intermediate h ri u 1 results.
  • This intermediate space 4 is filled with a gaseous medium, in particular steam in a steam turbine, which is capable of convection.
  • the inner housing 2 and the outer housing 3 each open into a first, upper subarea 5 and a second, lower subarea 6.
  • the outer housing 3 is a cast housing (GGG-40) made using spheroidal graphite.
  • the associated thermal conductivity is approximately 30 W / mK.
  • the thickness of the outer housing 3 is approximately 100 to 150 mm.
  • the outer housing inner surface 8 in the first, upper partial area 5 has a first absorption number al, which is smaller than a second absorption number a2 in a part of the second, lower partial area 6. Either the outer housing inner surface 8 is specially treated in the second, lower partial area 6 or in the first, upper partial area 5.
  • the particularly advantageous solution shown here provides for the application of a first material 9 on the inner surface of the outer housing in the second partial region 6.
  • the first material 9 forms a thin layer having low material thickness, so that the second due to the opposite to the first absorption number greater al Abs' orptionsiere a2 better radiation heat receiving cable resistance not due to excessive heat conduction canceled.
  • the first material 9 extends here in an angular range of approximately 90 °.
  • the angular range can also be considerably smaller or also larger, for example depending on a heat gradient over the length of the turbine.
  • first material 9 radiant heat absorbs better than a second material 10 in the first portion 5, taking the second portion "" a considerably larger heat flow than without the first material 9. This affects the thermal convection current QC in the first portion 5 against and leads to a smaller temperature difference between the first portion 5 and second portion 6 during shutdown of the turbine.
  • extremely resilient first material 9 has zirconium oxide (Zr0 2) CrV ie ⁇ en which is advantageously applied by plasma spraying. such Even with a small thickness, the layer is able to withstand even more aggressive media in the intermediate space 4.
  • this oxide ceramic also has an absorption number of approximately 0.9, which is considerably higher than an absorption number v on about 0.25 for an outer case 3 made of the material mentioned above. It should also be noted that the first absorption number a x and also the second absorption number a 2 are dependent on the temperature. If the temperature changes during the cooling process after the turbine is switched off, zirconium oxide also fulfills the requirement to have a high absorption number over a wide temperature range.
  • Figure 2 shows an XY coordinate system.
  • the X axis indicates a measured temperature of the outer housing inner surface 8 from FIG. 1.
  • the Y axis shows the location of the measurement in degrees.
  • a schematic view of the outer housing 3 with a subdivision corresponding to a calculation grid is given in FIG.
  • the degree is from minus 90 ° starting in the second, lower subarea 6 from FIG. 1 and increasing to the indication of plus 90 ° in the first, upper subarea 5 corresponding to FIG. 1. Due to the different absorption numbers, this results in just because of the changed.
  • Radiation conditions fj in temperature difference between the first partial area 5 and the second partial area 6 of at most ⁇ T 27 K.
  • This temperature difference ⁇ T caused by the radiation equals an otherwise at least 50 K large temperature difference between the first partial area 5 and the second partial area 6 at least partially if different absorption numbers are not used.
  • the first absorption number ai in the first partial area 5 has a value of less than 0.5
  • the second absorption number a 2 in the second partial area ⁇ has a value of more than 0.5.
  • FIG. 4 shows a further embodiment in order to use the thermal radiation to compensate for temperature differences.
  • the same components as in FIG. 1 are also provided with the same reference symbols.
  • the outer housing inner surface 8 has a third material 11 in the first partial area 5.
  • the third absorption 9 number a 3 of this third material 11 is smaller than the absorption number a 4 of the outer housing inner surface 8 in the second partial region 6.
  • the inner housing outer surface 7 in the second partial region 6 has a fourth material 12.
  • the inner housing outer surface 7 in the first partial area 5 has a first emission number ei, which has a smaller value than a second emission number e 2 and this fourth material 12.
  • the first emission number ei has a value below 0.5 and that second emission number e 2 have a value above 0.5.
  • a higher radiant heat flow QS flows from the inner housing outer surface 7 to the outer housing inner surface 8 in the second partial region 6 than in the first partial region 5. This in turn also leads to the heat convection current QK being made more uniform by the temperatures in the outer housing 3 is counteracted.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse (1) mit einem Innengehäuse (2), das von einem Außengehäuse (3) umgeben ist, wobei das Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) jeweils einen ersten, oberen Teilbereich (5) und einen zweiten, unteren Teilbereich (6) aufweisen, und mit einer Innengehäuse-Außenfläche (7) und einer Außengehäuse-Innenfläche (8), die voneinander beabstandet sich gegenüberliegen. Die Innengehäuse-Außenfläche (7) weist zumindest in einem Teil des ersten Teibereiches (5) einen geringeren Wärmeübergang durch Strahlung zur gegenüberliegenden Außengehäuse-Innenfläche (8) auf als zumindest in einem Teil des zweiten Teilbereiches (6) der Innengehäuse-Außenfläche (7). Dies kann durch geeignete Oberflächenbeschichtungen in den jeweiligen Bereichen mit unterschiedlichen Absorptions- und/oder Emmissionszahlen (a1, a2) erreicht werden. Dadurch gelingt ein Temperaturausgleich zwischen Oberseite und Unterseite der jeweiligen Gehäuse (2, 3), wodurch ein Verkrümmen der Gehäuse beim Abkühlen vermieden wird.

Description

1 Beschreibung
Turbinengehäuse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Turbinengehäuse mit einem Innengehäuse, das von einem Außengehäuse umgeben ist, insbesondere für Dampfturbinen. Das Innengehäuse und das Außengehäuse weisen jeweils in einen ersten, oberen Teilbereich und einen zweiten, unteren Teilbereich auf. Oft sind diese Teilbereiche als gesonderte Gehäuseteile ausgebildet.
Eine Innengehäuse-Außenfläche liegt dabei einer Außengehäuse- Innenfläche beabstandet gegenüber.
In dem Artikel "Temperaturermittlung in Turbinengehäusen" von Robert Erich, in: Allgemeine Wärmetechnik, Zeitschrift für
Wärme-, Kälte- und Verfahrenstechnik, Bd. 9, 1959, Seiten 163 bis 182, wird die unterschiedliche Erwärmung einzelner Konstruktionselemente einer Dampfturbine beim Anfahren sowie bei
unterschiedlichen Erwär ungen treten Verformungen des Materials auf sowie Spannungen, die sich den durch den Dampfdruck bedingten Spannungen überlagern. Ziel des Artikels ist es, anhand von berechneten und ermittelten Temperaturverteilungen Auswahlkriterien für die zu verwendenden Stähle zu erhalten. Aus den ermittelten Wärmedehnungen lassen sich sodann sämtliche erforderlichen Spiele und Spalten geeignet bemessen, was beim Σu-cu.üΛentreten zweier Werkstücke mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von besonderer Wichtigkeit ist. Darüber hinaus sollen durch die so ermittelten Temperaturverteilungen Richtlinien ableitbar sein, wie bekannte Turbinen aus dem kalten Zustand anzuwärmen und mit welcher Geschwindigkeit Laständerungen vorgenommen werden sollen, ohne daß Kriechvorgänge im Material durch Überbeanspruchung hervorgerufen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verkrümmung des Turbinengehäuses beim Abkühlen gering zu halten. 2
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit einem Turbinengehause mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhangigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß be einer Dampfturbine, die ein Turbinen-Außengehause und ein Turbinen-Innengehause oder einen Leitschaufeltrager aufweist, treten nach dem Abschalten der Turbine an und zwischen den jeweiligen Gehäusen bzw. zwischen dem Außengehause und einem Leitschaufeltrager Temperaturdifferenzen auf. Diese können dazu fuhren, daß beide Gehäuse sich verkr mmen, was zu unerwünschten Spannungen und zu Spieluberbruckungen fuhrt. Dies bedeutet, daß in ungunstigen Fallen Turbinenschaufeln das Ge- hause streifen können und dabei Anstreifschaden verursachen. Die beim naturlichen Abkühlen des Außengehauses auftretende Verkrümmung wird wegen ihrer Erscheinungsform auch mit "Katzbuckeln" bezeichnet.
Das Turbinengehause hat ein Innengehause, das von einem
Außengehause umgeben ist. Unter "Innengehause" wird im folgenden au:n ein Leitschaufeltrager verstanden. Das Innengehause und das Außengehause sind jeweils in einen ersten, oberen Teilbereich und einen zweiten, unteren Teilbereich aufge- teilt. Eine Innengehause-Außenflache und eine Außengehause- Innenflache liegen sich voneinander beabstandet gegen ber. Die Innengehause-Außenflache und die gegenüberliegende Außen- gehause-Innenflach0 σind zumindest m einem Teil ihres jeweiligen ersten Teilbereiches so gestaltet, daß sie dort einen geringeren Wärmeübergang durch Strahlung aufweisen als zumindest in einem Teil ihres jeweiligen zweiten Teilbereiches. Dadurch gelingt es, daß nach einem Abschalten der Turbine vermieden wird, daß das Außengehause gegenüber dem Innengehause zu schnell abkühlt. Wurde die Innengehause-Außenflache nämlich einen in etwa gleichen Wärmeübergang zur gegenüberliegenden Außengehause-Innenflache im ersten und im zweiten Teilbereich aufweisen, wurde im oberen Bereich eine nicht un- 3 erhebliche Auftriebsströmung in dem von beiden gegenüberliegenden Flächen gebildeten Zwischenraum initiiert werden. Diese Auftriebsströmung würde einen höheren Wärmeeintrag im ersten, oberen Teilbereich des Außengehäuses bewirken. Bei Abkühlung durch Naturkonvektion läßt sich nun erfindungsgemäß aufgrund des geringeren Wärmeüberganges im ersten Teilbereich ein Temperaturausgleich schaffen, so daß die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten, oberen Teilbereich und dem zweiten, unteren Teilbereich erheblich unter bisher bekannten Tempera- turdifferenzen von über 50 Kelvin bei natürlicher Abkühlung ohne Zusatzmaßnahmen liegen können.
Eine erste, besonders vorteilhafte Ausgestaltung zur Ausbildung eines geringeren Wärmeüberganges aufgrund von Strahlung sieht vor, daß das Innengehäuse im ersten Teilbereich auf der Innengehäuse-Außenfläche eine erste Emissionszahl aufweist, die einen kleineren Wert hat als eine zweite Emissionszahl des zweiten Teilbereiches auf der Innengehäuse-Außenfläche. Als vorteilhaft zum Temperaturausgieich hat es sich erwiesen, wenn die erste Emissionszahl einen Wert unterhalb von 0,t> und die zweite Emissionszahl einen Wert oberhalb von 0,5 hat. Die s ist auch in Abhängigkeit von dem verwendeten Material für das Innen- bzw. Außengehäuse zu betrachten. Um Spannungen nämlich in den Gehäusen selbst zu vermeiden, bestehen beide Gehäuse zumeist jeweils aus einem gleichartigen Material. Die Emissionszahl des jeweiligen Materials kann durch geeignete Oberflächenbearbeitung noch entscheidend beeinflußt werden, z.B. durch gezieltes Aufrauhen der Oberfläche, um dadurch eine geeignete Emissionszahl zu erhalten. Vorzugsweise er- folgt die Bearbeitung der Oberfläche so, daß die Materialeigenschaften wie Festigkeit und Korrosionsverhalten allenfalls unwesentlich beeinflußt werden.
Eine Weiterbildung der Ausnutzung unterschiedlicher Emissi- onszahlen im ersten, oberen Teilbereich und zweiten, unteren Teilbereich sieht für die Innengehäuse-Außenfläche vor, daß ein Material im ersten Teilbereich eine kleinere Emissions- 4 zahl aufweist als ein weiteres Material, das nun aber auf die Innengehäuse-Außenfläche im zweiten Teilbereich aufgetragen ist. Dadurch ist es möglich, die bisher verwendeten Materialien für Innen- bzw. Außengehäuse auch weiterhin nutzen zu können. Es wird ein aufzutragendes Material verwendet, daß eine im Vergleich zum Innengehäuse höhere Emissionszahl aufweist. Ein gewünschter positiver Strahlungseffekt ist auf diese Weise verstärkbar. Bevorzugt wird als aufzutragendes Material eine Oxidkeramik, z.B. Zirkonoxid, verwendet. Wei- terhin können auch andere Beschichtungsmaterialien mit einer geeigneten Strahlungseigenschaft und Anbindungsfähigkeit an das Material des Gehäuses verwendet werden. Ein Beschich- tungsmaterial weist vorzugsweise auch eine Korrosionsbeständigkeit in Wasserdampf auf. Die Schichtdicke, mit der das Be- schichtungsmaterial aufgebracht wird, kann z.B. im Bereich zwischen 50 μm und 100 μm liegen. Diese bietet zum einen die Eigenschaft einer besonders hohen Emissionszahl, beispielsweise von e=0,8 oder höher. Zum anderen kann die Oxidkeramik a f gängiges Cehäuεsmater 1 ~I, beispielsweise GGG-40, zuver- lässig und betriebsdauerfest aufgebracht werden. Eine geeignete Technik zur Aufbringung einer dünnen Schicht der Oxidkeramik ist beispielsweise das Plasmaspritzen. ^c Art der Aufbringung, sowie auch die Oxidkeramik selbst, stellen weiterhin sicher, daß auch eine hohe chemische Beständigkeit gegen- über den im Turbinengehäuse auftretenden Medien sichergestellt ist. Das Beschichtungsmaterial weist hierbei vorzugsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der auch im Hinblick auf transiente Temperaturzustände geeignet ist, die Gefahr eines Abplatzens von dem Gehäusematerial klein zu halten.
Eine weitere Ausbildung zur Erlangung eines geringeren Wärmeüberganges durch Strahlung in einem Teil des ersten Teilbereiches der Innengehäuse-Außenfläche zur gegenüberliegenden Außengehäusefläche im Bezug zu einem Teil des zweiten Teilbereiches der Innengehäuse-Außenfläche wird dadurch erzielt, daß zumindest ein Teil des zweiten Teilbereiches der Außenge- 5 häuse-Innenflache eine größere Absorptionszahl aufweist als ein Teil des ersten Teilbereiches der Außengehäuse-Innenfläche. Dadurch gelingt ebenfalls ein verstärkter Wärmeeintrag in den zweiten, unteren Teilbereich des Außengehäuses. Dieses führt ebenfalls wieder zu einer Vergleichmäßigung der Außen- gehäusetemperaturen. Da dadurch das treibende Temperaturgefälle für die Naturkonvektion zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse verkleinert wird, wirkt auch diese Ausbildung der Naturkonvektion entgegen.
Eine Weiterbildung der Ausgestaltung des zweiten Teilbereiches mit einer größeren Absorptionszahl weist im zweiten Teilbereich auf der Außengehäuse-Innenfläche ein drittes Material auf. Dieses dritte Material hat eine höhere Absorpti- onszahl als ein viertes Material der Außengehäuse-Innenfläche im ersten Teilbereich. Dieses dritte Material ist entweder das Material der Außengehäuse-Innenfläche im zweiten Teilbereich selbst, wobei dessen Oberfläche entsprechend bearbeitet worden ist, oder d-;. ritt Material kann auch ein zuaäLOi- ches Material sein, welches auf die Außengehäuse-Innenfläche im zweiten Teilbereich aufgetragen ist. Eine weitere Möglichkeit für eine Änderung der Absorptionsiahlen zwischen dem ersten, oberen Teilbereich und dem zweiten, unteren Teilbereich der Außengehäuse-Innenfläche besteht darin, die Außengehäuse- Innenfläche im ersten, oberen Teilbereich so zu verändern, daß diese eine geringere Absorptionszahl aufweist als die Außengehäuse-Innenfläche des zweiten, unteren Teilbereiches.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, bei der auf einer Außengehäuse-Innenfläche ein Material aufgetragen ist, 6 Figur 2 eine Temperaturverteilung, wie sie sich unter Vernachlässigung von Naturkonvektion durch Strahlungseffekte bei der Ausführung nach Figur 1 nach Abstellen der Turbine ergibt,
Figur 3 die schematische perspektivische Ansicht eines Außengehäuses und
Figur 4 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der ein weiteres Material auf einer Außengehäuse-Innenfläche aufgetragen ist.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Turbinengehäuses 1. Das Turbinengehäuse 1 weist ein Innengehäuse 2 so- wie, vorzugsweise konzentrisch dazu, ein Außengehäuse 3 auf. Anstelle eines Innengehäuses 2 könnte auch ein Leitschaufeltrager vorgesehen sein. Das Innengehäuse 2 und das Außengehäuse 3 sind so voneinander beabstandet, daß sich ein Zwi- πr-h ri u 1 ergibt. Dieser Zwischenraum 4 ist m t einem gas- förmigen Medium, insbesondere Dampf bei einer Dampfturbine, gefüllt, welches konvektionsfähig ist. Das Innengehäuse 2 und das Außengehäuse 3 lüpsen sich jeweils in einen ersten, oberen Teilbereich 5 und in einen zweiten, unteren Teilbereich 6 aufteilen.
Betrachtet man nun einen Wärmestrom durch das Turbinengehäuse 1, so ergibt sich ein innerer Wärmestrom Qi durch das Innengehäuse 2 sowie ein äußerer Wärmestrom Qa durch das Außengehause 3. Innerhalb der beiden Gehäuse 2, 3 vollzieht sich ein Leitungswärmestrom, der jeweils abhängig ist von der Wärmeleitfähigkeit. Beispielsweise ist das Außengehäuse 3 ein unter Verwendung von Kugelgraphit hergestelltes Gußgehäuse (GGG-40) . Die dazugehörige Wärmeleitfähigkeit beträgt ungefähr 30 W/mK. Die Dicke des Außengehäuses 3 beträgt etwa 100 bis 150 mm. Zwischen dem Innengehäuse 2 und dem Außengehäuse 3 tritt zum einen eine Wärmeübertragung durch einen Wärmekon- vektionsstrom QK sowie durch einen Strahlungswärmestrom QS 7 auf. Letzterer wirkt von der Innengehäuse-Außenfläche 7 zur Außengehäuse-Innenfläche 8. Die Außengehäuse-Innenfläche 8 im ersten, oberen Teilbereich 5 weist eine erste Absorptionszahl al auf, die kleiner ist als eine zweite Absorptionszahl a2 in einem Teil des zweiten, unteren Teilbereiches 6. Entweder wird dazu die Außengehäuse-Innenfläche 8 im zweiten, unteren Teilbereich 6 oder im ersten, oberen Teilbereich 5 besonders behandelt. Die hier dargestellte, besonders vorteilhafte Lösung sieht das Auftragen eines ersten Materials 9 auf der Außengehäuse-Innenfläche im zweiten Teilbereich 6 vor. Das erste Material 9 bildet eine dünne Schicht mit geringer Materialdicke, so daß die aufgrund der gegenüber der ersten Absorptionszahl al größeren zweiten Abs'orptionszahl a2 bessere Strahlungswärmeaufnahme nicht durch einen zu hohen Wärmelei- tungswiderstand wieder aufgehoben wird. Das erste Material 9 erstreckt sich hier in einem Winkelbereich von etwa 90°. Der Winkelbereich kann jedoch auch erheblich kleiner oder aber auch größer ausfallen, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Wärmegefälle über die Länge der Turbine. Dadurch, άO -0~- erste Material 9 Strahlungswärme besser aufnimmt als ein zweites Material 10 im ersten Teilbereich 5, nimmt der zweite Teilbereich '" einen erheblich größeren Wärmestrom auf als ohne das erste Material 9. Dieses wirkt dem Wärmekonvektions- strom QK im ersten Teilbereich 5 entgegen und führt zu einer geringeren Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Teilbereich 5 und dem zweiten Teilbereich 6 beim Abschalten der Turbine. Als äußerst belastbares erstes Material 9 hat sich Zirkoniumoxid (Zr02) crv-ieεen, welches vorteilhafterweise durch Plasmaspritzen aufgebracht ist. Eine derartige Schicht ist selbst bei geringer Dicke in der Lage, auch bei aggressiveren Medien im Zwischenraum 4 standzuhalten. Bei einer Strahlungstemperatur von ungefähr 350° C, wie sie für einen längeren Zeitraum beim Abschalten einer Turbine auftritt, besitzt außerdem diese Oxidkeramik eine Absorptionszahl von un- gefähr 0,9. Dieses liegt erheblich höher als eine Absorptionszahl von ungefähr 0,25 bei einem Außengehäuse 3 aus dem oben erwähntem Material. Weiterhin ist zu beachten, daß die erste Absorptionszahl ax und auch die zweite Absorptionszahl a2 von der Temperatur abhängig sind. Bei zeitlicher Änderung der Temperatur während des Abkühlvorganges nach Abschalten der Turbine erfüllt Zirkoniumoxid auch die Anforderung, über einen breiten Temperaturbereich eine hohe Absorptionszahl aufzuweisen.
Figur 2 zeigt ein XY-Koordinatensystem. Die X-Achse gibt eine gemessene Temperatur der Außengehäuse-Innenfläche 8 aus Figur 1 an. Die Y-Achse gibt den Ort der Messung in Gradzahlen wieder. Zur Verdeutlichung des Ortes der Messung ist in Figur 3 eine schematisierte Ansicht des Außengehäuses 3 mit einer Unterteilung entsprechend einem Berechnungsgitter angegeben. Entsprechend der Y-Achse in Figur 2 verläuft die Gradangabe von minus 90° beginnend im zweiten, unteren Teilbereich 6 aus Figur 1 hochlaufend zu der Angabe von plus 90° im ersten, oberen Teilbereich 5 entsprechend der Figur 1. Aufgrund der unterschiedlichen Absorptionszahlen ergibt sich allein aufgrund der geänderter. Strahiungsbedingungen fj i.n Temperaturun- terschied zwischen dem ersten Teilbereich 5 und dem zweiten Teilbereich 6 von maximal Δ T = 27 K. Dieser aufgrund der Strahlung bewirkte Temperaturunterschied Δ T gleicht einen ansonsten um mindestens 50 K großen Temperaturunterschied zwischen dem ersten Teilbereich 5 und zweiten Teilbereich 6 bei NichtVerwendung unterschiedlicher Absorptionszahlen zumindest teilweise aus. Um dieses Ergebnis sicherzustellen, ist es vorteilhaft, daß die erste Absorptionszahl ai im ersten Teilbereich 5 einen Wert von unterhalb 0,5 und die zweite Absorptionszahl a2 im zweiten Teilbereich β einen Wert oberhalb von 0,5 aufweisen.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung, um die Wärmestrahlung zum Ausgleich von Temperaturunterschieden auszunutzen. Dabei sind zur Vereinfachung in Figur 4 gleiche Bauteile wie in Figur 1 auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zum einen weist die Außengehäuse-Innenfläche 8 im ersten Teilbereich 5 ein drittes Material 11 auf. Die dritte Absorptions- 9 zahl a3 dieses dritten Materials 11 ist kleiner als die Absorptionszahl a4 der Außengehäuse-Innenfläche 8 im zweiten Teilbereich 6. Zum anderen weist die Innengehäuse-Außenfläche 7 im zweiten Teilbereich 6 eine viertes Material 12 auf. Die Innengehäuse-Außenfläche 7 im ersten Teilbereich 5 hat eine erste Emissionszahl ei, welche einen kleineren Wert hat als eine zweite Emissionszahl e2 und dieses vierten Materials 12. Bevorzugt ist es, daß die erste Emissionszahl ei einen Wert unterhalb von 0,5 und die zweite Emissionszahl e2 einen Wert oberhalb von 0,5 aufweisen. Auf diese Weise fließt im zweiten Teilbereich 6 ein höherer Strahlungswärmestrom QS von der Innengehäuse-Außenfläche 7 zu der Außengehäuse-Innenfläche 8 als in dem ersten Teilbereich 5. Auch dieses führt wiederum dazu, daß dem Wärmekonvektionsstrom QK durch eine Vergleich- mäßigung der Temperaturen im Außengehäuse 3 entgegen gewirkt wird.

Claims

10 Patentansprüche
1. Turbinengehäuse (1) mit einem Innengehäuse (2) , das von einem Außengehäuse (3) umgeben ist, wobei das Innengehäuse (2) und das Außengehäuse (3) jeweils einen ersten, oberen Teilbereich (5) und einen zweiten, unteren Teilbereich (6) aufweisen, und mit einer Innengehäuse-Außenfläche (7) und einer Außengehäuse-Innenfläche (8), die voneinander beabstandet sich gegenüberliegen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Innengehäuse-Außenfläche (7) und die gegenüberliegende Außengehäuse-Innenfläche (8) zumindest in einem Teil ihres jeweiligen ersten Teilbereiches (5) so gestaltet sind, daß sie dort einen geringeren Wärmeübergang durch Strahlung aufweisen als zumindest in einem Teil ihres jeweiligen zweiten Teilbereiches (6) .
?. Tϊ.irhJ "engehäuee (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e K e n n z e i c h n e t , daß zumindest ein Teil des zweiten Teilbereichs (β) der Außengehäuse-Innenfläche (8) eine größere Absorptionszahl (a2) aufweist als ein Teil des ersten Teilbereichs (5) der Außengehäuse-Innenfläche (8) .
3. Turbinengehäuse (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Außengehäuse-Innenfläche (8) im zweiten Teilbereich (6) ein erstes Material (9) aufweist, das eine größere Absorptionszahl (a2) aufweist als die Absorptionszahl (ai) eines zweiten Materials (10) der Außengehäuse-Innenfläche (8) im ersten Teilbereich (5) .
4. Turbinengehäuse (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das erste Material (9) auf die Außengehäuse-Innenfläche (8) aufgetragen ist. 11
5. Turbinengehäuse (1) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das erste Material (9) eine Oxidkeramik ist.
6. Turbinengehäuse (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein drittes Material (11) auf die Außengehäuse-Innenfläche (8) im ersten Teilbereich (5) aufgetragen ist, dessen Absorptionszahl (a3) kleiner ist als eine Absorptionszahl (ai) der Außengehäuse-Innenfläche (8) im zweiten Teilbereich (6).
7. Turbinengehäuse (1) nach Anspruch 4, 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Mate- rial (9; 11) mittels Plasmaspritzen aufgetragen ist.
8. Turbinengehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine erste Absorptionszahl (ai) im ersten Teilbereich (5) eine Wert unterhalb von 0,5 und eine zweite Absorptionszahl (a2) im zweiten Teilbereich (6) einen Wert oberhalb von 0,5 aufweisen.
9. Turbinengehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die
Innengehäuse-Außenfläche (7) im ersten Teilbereich (5) eine erste Emissionszahl (ei) aufweist, die einen kleineren Wert hat als eine zweite Emissionszahl (e2) des zweiten Teilbereiches (6) auf der Innengehäuse-Außenfläche (7).
10. Turbinengehäuse (1) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Emissionszahl (ei) einen Wert unterhalb von 0,5 und die zweite Emissionszahl (e2) einen Wert oberhalb von 0,5 auf- weist. 12 11. Turbinengehäuse (1) nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein viertes Material (12) auf die Innengehäuse-Außenfläche (7) aufgetragen ist.
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