WO2011069982A1 - Innengehäuse für eine strömungsmaschine - Google Patents

Innengehäuse für eine strömungsmaschine Download PDF

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Christian Cukjati
Heinz Dallinger
Thomas Müller
Norbert Thamm
Andreas Ulma
Michael Wechsung
Uwe Zander
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
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Definitions

  • Turbomachine wherein the housing comprises a first part and a second part.
  • a steam turbine conventionally includes a rotatably mounted rotor and a housing disposed about the rotor. Between the rotor and the inner housing, a flow channel is formed.
  • the housing in a steam turbine must be able to fulfill several functions.
  • the guide vanes are arranged in the flow channel on the housing and, secondly, the inner housing must withstand the pressure and the temperatures of the flow medium for all load and special operating cases.
  • nickel-based alloys are suitable, since they can be used at high temperatures. withstand.
  • the use of such a nickel-based alloy is associated with new challenges.
  • the cost of nickel-based alloys is comparatively high and also the manufacturability of nickel-based alloys, eg by limited casting possibility be ⁇ limits.
  • the use of nickel-based materials must be minimized.
  • the nickel-based materials are poor heat conductors.
  • the temperature gradients over the wall thickness are so rigid that thermal stresses are comparatively high.
  • Steam turbines which are designed for high pressures and high steam temperatures, usually have an inner housing and an outer housing.
  • the outer casing is usually
  • Outer housing is designed as a pot housing.
  • Steam turbines have an inner housing, which consists of an upper part and a lower part.
  • the distance of the horizontal parting line to the center of the steam turbine is defined by the required cross-section, which is used for the
  • the dimensioning of the parting screw is done via the cross-sectional area in the parting line.
  • the invention begins, whose task is to provide a housing in which smaller dimensioned parting screws can be used.
  • Flow of the inflow channel may be that of
  • the part-joint screws can be arranged closer to the center of the turbine, thus reducing the size of the part-joint screw
  • the first part and / or the second part has
  • Figure 1 is a sectional view through a
  • the steam turbine 1 shown in Figure 1 is a
  • the steam turbine 1 comprises an outer housing 2 and an inner housing 3.
  • the inner housing 3 comprises a first part 3a and a second part 3b.
  • the first part 3a and the second part 3b is formed via a vertical parting line 5.
  • the first part 3a and the second part 3b will not talk about
  • the vertical parting line 5 refers to a horizontal line 6, which corresponds to the natural horizontal in operation.
  • the vertical parting line 5 does not have to be rotated exactly 90 ° with respect to the horizontal line 6. Rather, the vertical parting line in an angular range of -10 ° to + 10 ° relative to the theoretically exact vertical line, which is rotated 90 ° relative to the horizontal line 6, may be formed.
  • the first part 3a and the second part 3b each have an inflow opening 7, via which a steam flows in operation into a flow channel, not shown.
  • Outer housing 2 has a horizontal parting line 8. Therefore, the outer case 2 has an upper part 2a and a lower part 2b.
  • the steam turbine 1 can be used in the high pressure range or in the medium pressure range.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Innengehäuse (3, 3a, 3b) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Dampfturbine, wobei das Innengehäuse (3, 3a, 3b) ein erstes Teil (3a) und ein zweites Teil (3b) umfasst, wobei zwischen dem ersten Teil (3a) und dem zweiten Teil (3b) eine vertikale Teilfuge (5) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Innengehäuse für eine Strömungsmaschine
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine
Strömungsmaschine, wobei das Gehäuse ein erstes Teil und ein zweites Teil umfasst.
Unter einer Strömungsmaschine wird beispielsweise eine Dampf¬ turbine verstanden. Eine Dampfturbine weist üblicher Weise einen drehbar gelagerten Rotor und ein Gehäuse, das um den Rotor angeordnet ist auf. Zwischen dem Rotor und dem Innen- gehäuse ist ein Strömungskanal ausgebildet. Das Gehäuse in einer Dampfturbine muss mehrere Funktionen erfüllen können. Zum einen werden die Leitschaufeln im Strömungskanal am Gehäuse angeordnet und zum zweiten muss das Innengehäuse den Druck und den Temperaturen des Strömungsmediums für alle Last- und besondere Betriebsfälle standhalten. Bei einer
Dampfturbine ist das Strömungsmedium Dampf. Des Weiteren muss das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass Zu- und Abführun¬ gen, die auch als Anzapfungen bezeichnet werden, möglich sind. Eine weitere Funktion, die ein Gehäuse erfüllen muss, ist die Möglichkeit, dass ein Wellenende durch das Gehäuse durchgeführt werden kann.
Bei den im Betrieb auftretenden hohen Spannungen, Drücken und Temperaturen ist es erforderlich, dass die Werkstoffe geeig- net ausgewählt werden sowie die Konstruktion derart gewählt ist, dass die mechanische Integrität und Funktionalität er¬ möglicht wird. Dafür ist es erforderlich, dass hochwertige Werkstoffe zum Einsatz kommen, insbesondere im Bereich der Einströmung und der ersten Leitschaufelnuten.
Für die Anwendungen bei Frischdampftemperaturen von über 650°C, wie z.B. 700°C, sind Nickel-Basis-Legierungen geeignet, da sie den bei hohen Temperaturen auftretenden Belastun- gen standhalten. Allerdings ist die Verwendung einer solchen Nickel-Basis-Legierung mit neuen Herausforderungen verbunden. So sind die Kosten für Nickel-Basis-Legierungen vergleichsweise hoch und außerdem ist die Fertigbarkeit von Nickel- Basis-Legierungen, z.B. durch beschränkte Gussmöglichkeit be¬ grenzt. Dies führt dazu, dass die Verwendung von Nickel- Basis-Werkstoffen minimiert werden muss. Des Weiteren sind die Nickel-Basis-Werkstoffe schlechte Wärmeleiter. Dadurch sind die Temperaturgradienten über der Wandstärke so starr, dass Thermospannungen vergleichsweise hoch sind. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass bei der Verwendung von Nickel- Basis-Werkstoffen die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Auslass der Dampfturbine steigt.
Es werden derzeit verschiedene Konzepte verfolgt, um eine Dampfturbine bereitzustellen, die für hohe Temperaturen und für hohe Drücke geeignet ist. So ist es bekannt, eine aus mehreren Teilen umfassende Innengehäusestruktur in eine
Außengehäusestruktur einzuarbeiten gemäß dem Artikel Y.
Tanaka et al . "Advanced Design of Mitsubishi Large Steam Turbines", Mitsubishi Heavy Industries, Power Gen Europe, 2003, Düsseldorf, May 06.-08., 2003.
Es ist ebenso bekannt, ein Innengehäuse aus zwei Teilen aus¬ zubilden gemäß DE 10 2006 027 237 AI.
In der DE 342 1067 wird ebenfalls eine mehrkomponentige
Innengehäusestruktur offenbart sowie in der DE 103 53 451 AI.
Dampfturbine, die für hohe Drücke und hohe Dampftemperaturen ausgelegt sind, weisen in der Regel ein Innengehäuse und ein Außengehäuse auf. Das Außengehäuse ist in der Regel
zweiteilig ausgeführt und weist eine horizontale Teilfuge auf, wobei Ausführungsformen bekannt sind, in der das
Außengehäuse als Topfgehäuse ausgebildet ist. Das
Innengehäuse ist in der Regel zweiteilig ausgeführt und weist ebenso eine horizontale Teilfuge auf. Das Innengehäuse weist Einströmöffnungen auf, die ausreichend dimensioniert sein müssen, um den für die Leistungserzeugung notwendigen und über die Dampfventile zugeführten Dampfmassen bzw. Dampf olumenstrom aufzunehmen. Darüber hinaus müssen der Dampfmassen- und der Dampf olumenstrom gleichmäßig zu der Turbinenbeschaufelung geführt werden. Herkömmliche
Dampfturbinen weisen ein Innengehäuse auf, das aus einem Oberteil und aus einem Unterteil besteht. Der Abstand der horizontalen Teilfuge zu der Dampfturbinenmitte wird durch den erforderlichen Querschnitt definiert, der für die
Durchleitung des Dampfmassenstromes benötigt wird. Durch diese Definition sind auch die Erfordernisse für die
Teilfugenschrauben definiert. Die Teilfugenschraubenauslegung muss dabei derart dimensioniert sein, dass die Schraubenkraft ausreicht, um die aus dem Dampfdruck und der
Querschnittsfläche resultierende Druckkraft entgegenzuwirken und somit die Teilfugendichtigkeit zu gewährleisten. Je größer diese Durchtrittsfläche gewählt wird, umso größer müssen die Schrauben sein bzw. muss der Schraubenwerkstoff aus einem höherwertigen Material bestehen.
Bei einem Innengehäuse mit horizontaler Teilfuge erfolgt die Einströmung über zwei Einströmöffnungen im Unterteil. Die
Versorgung des Oberteils erfolgt über die Durchtrittsfläche im Bereich der horizontalen Teilfuge.
Die Dimensionierung der Teilfugenschrauben erfolgt über die Querschnittsfläche in der Teilfuge. Bei großen
Querschnittsflächen müssen höherwertige Schraubenauslegungen eingesetzt werden.
Wünschenswert wäre es, ein Innengehäusedesign zu haben, bei dem die Anforderungen an die Teilfugenschrauben geringer sind .
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Gehäuse anzugeben, bei dem geringer dimensionierte Teilfugenschrauben eingesetzt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gehäuse gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Die Erfindung geht von dem Aspekt aus, dass eine horizontale Teilfuge beim Innengehäuse entfallen kann und stattdessen eine vertikale Teilfuge eingesetzt wird. Die vertikale
Teilfuge befindet sich somit in der 12- und 6Uhr-Position . Durch die vertikale Teilfuge und die damit verbundene
Beströmung des Einströmkanals kann die der
Schraubendimensionierung zu Grunde liegende
Querschnittsfläche reduziert werden. Die Teilfugenschrauben können näher zur Turbinenmitte angeordnet werden, womit eine Reduzierung der für die Teilfugenschraubenauslegung
dimensionierenden Druckflächen einhergehen. Ein Effekt davon ist, dass kleinere Schraubengrößen eingesetzt werden können. Des Weiteren kann ein minderwertigerer Schraubewerkstoff sowie kleinere Innengehäusegussstücke verwendet werden. Die führt insgesamt zu einer Kostenreduktion. Das erste Teil und/oder das zweite Teil weist
Einströmöffnungen auf, die vorteilhafter Weise im
Wesentlichen symmetrisch ausgeführt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Dies soll das Ausführungsbeispiel nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird hier auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung:
Figur 1 eine Schnittdarstellung durch eine
Strömungsmaschine. Die in Figur 1 dargestellte Dampfturbine 1 ist eine
Ausführungsform einer Strömungsmaschine. Die Dampfturbine 1 umfasst ein Außengehäuse 2 und ein Innengehäuse 3 auf.
Innerhalb des Innengehäuses 3 ist ein nicht näher
dargestellter Rotor um eine Rotationsachse 4 drehbar
gelagert. Das Innengehäuse 3 umfasst ein erstes Teil 3a und ein zweites Teil 3b. Das erste Teil 3a und das zweite Teil 3b wird über eine vertikale Teilfuge 5 ausgebildet. Das erste Teil 3a und das zweite Teil 3b wird über nicht näher
dargestellte Teilfugenschrauben an der vertikalen Teilfuge 5 zusammengehalten. Die vertikale Teilfuge 5 bezieht sich dabei auf eine horizontale Linie 6, die im Betrieb der natürlichen Horizontalen entspricht. Die vertikale Teilfuge 5 muss hierbei nicht exakt um 90° gegenüber der horizontalen Linie 6 gedreht sein. Vielmehr kann die vertikale Teilfuge in einem Winkelbereich von -10° bis +10° gegenüber der theoretisch exakten vertikalen Linie, die 90° gegenüber der horizontalen Linie 6 gedreht ist, ausgebildet sein. Das erste Teil 3a und das zweite Teil 3b weisen jeweils eine Einströmöffnung 7 auf, über die im Betrieb ein Dampf in einen nicht näher dargestellte Strömungskanal strömt. Das
Außengehäuse 2 weist eine horizontale Teilfuge 8 auf. Daher weist das Außengehäuse 2 ein Oberteil 2a und ein Unterteil 2b auf. Die Dampfturbine 1 kann im Hochdruckbereich oder im Mitteldruckbereich eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Gehäuse umfassend ein Innengehäuse (3, 3a, 3b) und ein um das Innengehäuse (3, 3a, 3b) angeordnetes
Außengehäuse (2, 2a, 2b) für eine Strömungsmaschine, wobei das Innengehäuse (3, 3a, 3b) ein erstes Teil (3a) und ein zweites Teil (3b)umfasst,
wobei das Außengehäuse ein erstes Außengehäuseteile (2a) und ein zweites Außengehäuseteil (2b) aufweist, wobei zwischen dem ersten (2a) und zweiten (2b)
Außengehäuseteil eine horizontale Teilfuge (8)
ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem ersten Teil (3a) und dem zweiten Teil (3b) eine vertikale Teilfuge (5) ausgebildet ist.
2. Gehäuse nach Anspruch 1,
wobei die vertikale Teilfuge (5) um 90° gegenüber der horizontalen Teilfuge (8) gedreht ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das erste Teil (3a) und/oder das zweite Teil (3b) Einströmöffnungen (7) aufweist.
4. Gehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei das Innengehäuse (3, 3a, 3b) zum Aufnehmen eines um eine Rotationsachse (4) drehbar gelagerten Rotors ausgebildet ist.
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das erste Teil (3a) und das zweite Teil (3b) mittels Teilfugenschrauben miteinander verbunden sind.
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