Dampfturbine mit geteiltem Innengehäuse

Abstract

 Innengehäuse (4) für eine Dampfturbine,
wobei das Innengehäuse (4) ein erstes Innengehäuseteil (4a) und ein zweites Innengehäuseteil (4b) umfasst, wobei das erste Innengehäuseteil (4a) aus einem hochwarm-festeren Material besteht als das zweite Innengehäuseteil (4b),
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Innengehäuseteil (4a) und das zweite Innengehäuseteil (4b) über eine lösbare Verbindung (10) miteinander verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Innengehäuse für eine Dampfturbine, wobei das Innengehäuse ein erstes Innengehäuseteil und ein zweites Innengehäuseteil umfasst, wobei das erste Innengehäuseteil aus einem hochwarmfesteren Material besteht als das zweite Innengehäuseteil.

[0002] Der Wirkungsgrad einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampfturbine, hängt u. a. von der Temperatur des einströmenden Frischdampfes ab. Je höher die Temperatur des Frischdampfes umso höher ist der zu erwartende Wirkungsgrad. Derzeit existieren Bestrebungen, die Dampftemperatur des Frischdampfes, die derzeit bei ca. 620°C liegt, auf Temperaturen von bis zu 700°C bzw. über 700°C zu steigern. Solch hohe Temperaturen führen zu hohen thermischen Belastungen von einzelnen Komponenten wie z. B. dem Innengehäuse. Bei den vorgenannten hohen Temperaturen müssen entweder geeignete Kühlungsmöglichkeiten eingesetzt oder geeignete Materialien verwendet werden. Materialien auf der Grundlage der sogenannten Nickel-Basis-Werkstoffe sind geeignet für den Einsatz in Dampfturbinen, die mit Temperaturen über 700°C beaufschlagt werden können.

[0003] Allerdings sind die Kosten für Nickel-Basis-Werkstoffe vergleichsweise hoch. Daher sollte der Gewichtsanteil von Nickel-Basis-Komponenten möglichst gering gehalten werden. Außerdem sollte aus herstellungstechnischen Gründen das Maximalgewicht der Gehäuseteile des Innengehäuses nicht zu hoch werden.

[0004] Es sind Innengehäuse bekannt, die aus einem ersten Werkstoff und einem zweiten Werkstoff gefertigt sind, wobei das Innengehäuse eine Schweißung aufweist, wobei der erste Werkstoff mit dem zweiten Werkstoff miteinander verschweißt wird.

[0005] Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, ein Innengehäuse für eine Dampfturbine anzugeben, das für hohe Temperaturen und große Leistungen geeignet ist und vergleichsweise kleine Großkomponenten aufweist.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Innengehäuse für eine Dampfturbine, wobei das Innengehäuse ein erstes Innengehäuseteil und ein zweites Innengehäuseteil umfasst, wobei das erste Innengehäuseteil aus einem hochwarmfesteren Material besteht als das zweite Innengehäuseteil, wobei das erste Innengehäuseteil und das zweite Innengehäuseteil über eine lösbare Verbindung miteinander verbunden ist.

[0007] Diese Aufgabe wird auch gelöst durch ein Innengehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei das erste Innengehäuseteil und das zweite Innengehäuseteil über eine wärmebewegliche Verbindung miteinander verbunden ist.

[0008] Die Erfindung geht demnach den Weg, statt ein komplettes, aus einem Material gefertigtes Innengehäuse, zwei Innengehäuseteile zu verwenden, die über eine lösbare Verbindung miteinander verbunden sind. Das erste Innengehäuseteil ist hierbei aus einem hochwarmfesteren Material als das zweite Innengehäuseteil ausgebildet. Der in die Dampfturbine eintretende Frischdampf kann daher zu dem ersten Innengehäuseteil geführt werden, da das hochwarmfeste Material den thermischen Bedingungen standhalten kann.

[0009] Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Dehnungen des ersten Innengehäuseteils und des zweiten Innengehäuseteils werden diese miteinander wärmebeweglich verbunden. Der Vorteil ist unter anderem darin zu sehen, dass beweglich aufgehängte Bauteile geringere Spannungen ertragen müssen.

[0010] Durch eine lösbare Verbindung des ersten Innengehäuseteils mit dem zweiten Innengehäuseteil ist eine bessere Transport- und Montagemöglichkeit gegeben. Das erste Innengehäuseteil und das zweite Innengehäuseteil lassen sich jeweils separat für sich transportieren, was zu einem Vorteil führt, da die jeweiligen Innengehäuseteile für sich genommen ein vergleichsweise hohes Gewicht aufweisen. Ein einziges Bauteil umfassend dem ersten Innengehäuseteil und dem zweiten Innengehäuseteil würde ein vergleichsweise hohes Gewicht aufweisen, was sich nachteilig auf den Transport und die Montage auswirkt.

[0011] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.

[0012] In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Innengehäuseteil aus einem Nickel-Basis-Werkstoff gefertigt. Nickel-Basis-Werkstoff ist für die Beaufschlagung mit Frischdampf hoher Temperatur geeignet. Daher ist es vorteilhaft, nur den Bereich des Innengehäuses mit einem Nickel-Basis-Werkstoff zu fertigen, der thermisch stark belastet ist.

[0013] Die Innengehäuseteile sind axial über eine Art Nut-Feder miteinander verbunden. Dadurch ist eine axiale Fixierung der Innengehäuseteile zueinander sichergestellt. Außerdem ist eine axiale Kraftübertragung, z. B. durch Schubkräfte aus dem Innendruck, gewährleistet. Des Weiteren ist eine Abdichtung der Innengehäuseteile möglich, wobei eine radiale Wärmebeweglichkeit gewährleistet ist. Die Auflage- und Führungselemente sollten derart ausgebildet sein, dass sie die Wärmedehnung nicht behindern und die Gehäuse zueinander zentrieren sowie die Kräfte aus dem Gewicht und dem Drehmoment übertragen können.

[0014] In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das zweite Innengehäuseteil eine Konsole auf, auf der das erste Innengehäuseteil tragend gelagert ist. Die Konsole kann hierbei als ein Vorsprung ausgebildet werden, der eine Auflagefläche aufweist, auf der das erste Innengehäuseteil tragend gelagert werden kann. Dies ist eine vergleichsweise konstruktiv einfache Lösung, eine lösbare Verbindung herzustellen.

[0015] Vorteilhafterweise weist das erste Innengehäuseteil eine Pratze auf, die zum Auflegen auf die Konsole ausgebildet ist. Das erste Innengehäuseteil und das zweite Innengehäuseteil werden somit über ein Konsole-Pratze-Paar lösbar miteinander verbunden. Damit eine Verschiebung des ersten Innengehäuseteils gegenüber dem zweiten Innengehäuseteil vermieden ist, weist die Konsole Mittel auf, die eine Verschiebung verhindern. Diese Mittel sind als Vorsprünge auf der Konsole ausgebildet, wobei die Pratze an dem Vorsprung anliegt. Ein Verschieben des zweiten Innengehäuseteils gegenüber dem ersten Innengehäuseteil wird verhindert, da die Pratze gegen das Mittel stößt. Die Ausbildung eines Vorsprungs auf der Konsole ist eine vergleichsweise konstruktiv einfache Lösung, mit der eine Verschiebung verhindert werden kann.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Dichtung zwischen dem ersten Innengehäuseteil und dem zweiten Innengehäuseteil vorgesehen. Da das Innengehäuse in der Regel einen Anfahr- und Abfahr-Zyklus erfährt, bei der das Innengehäuse abwechselnd erwärmt und abgekühlt wird, sind Bewegungen des ersten Innengehäuseteils gegenüber dem zweiten Innengehäuseteil aufgrund Wärmeausdehnungen möglich. Solche Wärmeausdehnungen könnten zu Undichtheiten an der Verbindung zwischen dem ersten Innengehäuseteil und dem zweiten Innengehäuseteil führen. Mittels einer Dichtung zwischen dem ersten Innengehäuseteil und dem zweiten Innengehäuseteil wird daher vermieden, dass ein unerwünschter Leckdampf zwischen dem ersten Innengehäuseteil und dem zweiten Innengehäuseteil ausströmt.

[0017] In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein drittes Innengehäuseteil vorgesehen, wobei das erste Innengehäuseteil zwischen dem zweiten Innengehäuseteil und dem dritten Innengehäuseteil angeordnet ist. Insbesondere bei Mitteldruck-Teilturbinen ist das Innengehäuse derart ausgebildet, dass das Strömungsmedium in zwei Richtungen entlang strömt, wobei die Richtungen entgegengesetzt zueinander sind. In der Regel wird solch eine Anordnung als zweiflutige Dampfturbine bezeichnet.

[0018] Das erste Innengehäuseteil bildet demnach den Mittelteil des Innengehäuses, das mit dem Frischdampf beaufschlagt wird. Das zweite Innengehäuseteil und das dritte Innengehäuseteil werden quasi links und rechts an das Innengehäuseteil lösbar verbunden. Die lösbare Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Innengehäuseteil kann zu der lösbaren Verbindung zwischen dem ersten und dritten Innengehäuseteil identisch ausgeführt werden. Insbesondere weist das dritte Innengehäuseteil eine zweite Konsole auf, auf der das erste Innengehäuseteil tragend gelagert ist.

[0019] Das erste Innengehäuseteil wird hierbei aus einem Nickel-Basis-Werkstoff gefertigt.

[0020] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren dieselbe Bedeutung.

Es zeigen:

[0021] 

Figur 1

eine Querschnittsansicht einer Mitteldruck-Teilturbine;

Figur 2

eine Querschnittsansicht einer wärmebeweglichen Verbindung;

Figur 3

eine schematische Darstellung eines Innengehäuses.

[0022] Die Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Mitteldruck-Teilturbine 1. Die Mitteldruck-Teilturbine 1 umfasst im Wesentlichen einen um eine Rotationsachse 2 drehbar gelagerten Rotor 3. Der Rotor 3 weist nicht näher dargestellte Laufschaufeln auf. Um den Rotor 3 ist ein Innengehäuse 4a, 4b, 4c angeordnet, wobei das Innengehäuse 4 ein erstes Innengehäuseteil 4a, ein zweites Innengehäuseteil 4b und ein drittes Innengehäuseteil 4c aufweist. Das erste Innengehäuseteil 4a, das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte Innengehäuseteil 4c weisen nicht näher dargestellte Leitschaufeln auf, die gemeinsam mit den Laufschaufeln einen Strömungskanal 5 bilden, durch den ein Strömungsmedium geführt wird. Die Mitteldruck-Teilturbine 1 umfasst des Weiteren ein um den Rotor 3 und dem Innengehäuse 4 angeordnetes Außengehäuse 6. Frischdampf strömt zunächst über einen nicht näher dargestellten Frischdampfstutzen in einen Frischdampfbereich 7. Anschließend bewegt sich der Frischdampf entlang einer ersten Strömungsrichtung 8a und einer zweiten Strömungsrichtung 8b im Strömungskanal 5. Im Strömungskanal 5 wird der Dampf entspannt und kühlt dabei ab. Nach der Durchströmung des Strömungskanals 5 strömt der entspannte und abgekühlte Dampf über einen Abdampfbereich 9 aus der Mitteldruck-Teilturbine 1 aus.

[0023] Der in den Frischdampfbereich 7 einströmende Frischdampf kann Temperaturen von über 620°C, insbesondere bis über 720°C aufweisen. Das erste Innengehäuseteil 4a wird aus einem Nickel-Basis-Werkstoff hergestellt, wobei das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte Innengehäuseteil 4c aus einem weniger hochwarmfesten Material gefertigt ist.

[0024] Das erste Innengehäuseteil 4a, das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte Innengehäuseteil 4c sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 2 ausgebildet und weisen jeweils ein oberes und ein unteres Gehäuseteil auf. Das Außengehäuse 6 umfasst ebenfalls ein oberes und ein unteres Gehäuseteil. Das erste Innengehäuseteil 4a wird über Tragekonsolen, die nicht näher dargestellt sind und Mittenführungen im Außengehäuse 6 gelagert.
Ebenso könnte das erste Innengehäuseteil 4a auch über das zweite 4b und dritte Innengehäuseteil 4c mittels Auflagen und Zentrierungen gehalten sein, wenn das zweite Innengehäuse 4b und das dritte Innengehäuse 4c ihrerseits über Auflagen und Mittenführungen zum Außengehäuse 6 gehalten werden. Dabei ist eine Axialfixierung am ersten Innengehäuseteil 4a und zweiten Innengehäuseteil 4b vorgesehen. Das erste Innengehäuseteil 4a, das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte Innengehäuseteil 4c sind axial miteinander verbunden.

[0025] Das erste Innengehäuseteil 4a wird über eine wärmebewegliche Verbindung 10 sowohl mit dem zweiten Innengehäuseteil 4b als auch mit dem dritten Innengehäuseteil 4c verbunden.

[0026] In einer nicht näher dargestellten alternativen Ausführungsform wird das erste Innengehäuseteil 4a über nicht näher dargestellte Tragekonsolen und Mittenführungen an den Innengehäusen 4b und 4c gelagert. Das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte Innengehäuseteil 4c werden ihrerseits im Außengehäuse 6 über Tragekonsolen, die nicht näher dargestellt sind, gelagert sowie mit Mittenführungen im Außengehäuse 6 geführt.

[0027] Ein wesentlicher Aspekt ist, dass die Innengehäuseteile 4a, 4b und 4c wärmebeweglich zueinander ausgebildet sind.
In der wärmebeweglichen Verbindung findet gleichzeitig auch eine Abdichtung statt. Das Abdichten erfolgt im Wesentlichen durch das metallische Auflegen, da die Kräfte, die an solchen Verbindungen übertragen werden, sehr groß sind.

[0028] Die lösbare Verbindung 10 weist hierbei eine Konsole 11 auf, die am zweiten Innengehäuseteil 4b und am dritten Innengehäuseteil 4c angeordnet ist, wobei das erste Innengehäuseteil 4a auf der Konsole tragend gelagert ist. Dazu weist das erste Innengehäuseteil 4a eine Pratze 12 auf, die zum Auflegen auf die Konsole 11 ausgebildet ist. Die Konsole 11 weist Mittel 13 zur Verhinderung einer Verschiebung des ersten Innengehäuseteils 4a gegenüber dem zweiten Innengehäuseteil 4b auf. Das Mittel 13 ist als Vorsprung auf der Konsole 11 ausgebildet, wobei die Pratze 12 an diesem Vorsprung anliegt.

[0029] In der Figur 2 ist die lösbare Verbindung 10 näher dargestellt. Die lösbare Verbindung stellt die Verbindung des ersten Gehäuseteils 4a mit dem zweiten Gehäuseteil 4b dar. Die Mittel 13 verhindern ein Verschieben der Pratze 12 in der Konsole 11. Dadurch ist eine wärmebewegliche Verschiebung des ersten Innengehäuses 4a gegenüber dem ersten Innengehäuse 4b wirksam vermieden.

[0030] In der Figur 3 ist eine schematische Darstellung des Innengehäuses 4 zu sehen. Das erste Innengehäuseteil 4a wird hierbei über lösbare Verbindungen 10, die durch Konsolen 11 und Pratzen 12 realisiert werden, mit dem zweiten Innengehäuseteil 4b bzw. dem dritten Innengehäuseteil 4c miteinander verbunden.

[0031] Das erste Innengehäuseteil 4a kann durch eine Ummantelung 14, die aus Stahlblechen gefertigt wird, wirksam vor störenden Dampftemperaturen im Abdampfbereich 9 geschützt werden. Durch die Trennung des Innengehäuses 4 in ein erstes Innengehäuseteil 4a, einem zweiten Innengehäuseteil 4b und einem dritten Innengehäuseteil 4c ist eine deutliche Reduzierung des Stückgewichts der einzelnen Innengehäuseteile möglich. Dazu können Gehäuseverformungen über die Steuerung der Kühldampftemperatur wirksam beeinflusst werden.

[0032] Vereinfacht dargestellt gibt es für die Auflage der Innengehäuseteile 4a, 4b und 4c zueinander grundsätzlich zwei Möglichkeiten.
Zum einen ist das erste Innengehäuseteil 4a über das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte 4c gelagert und mittengeführt, wobei das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte Innengehäuseteil 4c ihrerseits im Außengehäuse 6 gelagert und mittengeführt sind.
Zum anderen ist das erste Innengehäuseteil 4a direkt im Außengehäuse 6 gelagert und mittengeführt. Das zweite Innengehäuseteil 4b und das dritte Innengehäuseteil 4c sind jeweils auf der Verbindungsseite zu dem ersten Innengehäuseteil 4a an das erste Innengehäuseteil 4a fixiert mittels Auflagen und Mittenführungen sowie noch einmal zusätzlich auf der jeweiligen Abströmseite im Außengehäuse 6 mittels Auflagen und Mittenführungen.

Ansprüche

1. Innengehäuse (4) für eine Dampfturbine,
wobei das Innengehäuse (4) ein erstes Innengehäuseteil (4a) und ein zweites Innengehäuseteil (4b) umfasst,
wobei das erste Innengehäuseteil (4a) aus einem hochwarmfesteren Material besteht als das zweite Innengehäuseteil (4b),
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Innengehäuseteil (4a) und das zweite Innengehäuseteil (4b) über eine lösbare Verbindung (10) miteinander verbunden ist.

2. Innengehäuse (4) nach Anspruch 1,
wobei das erste Innengehäuseteil (4a) zur Beströmung mit Frischdampf ausgebildet ist und aus einem hochwarmfesteren Material als das zweite Innengehäuseteil (4b) gefertigt ist.

3. Innengehäuse (4) nach Anspruch 2,
wobei das erste Innengehäuseteil (4a) aus einem Nickel-Basis-Werkstoff gefertigt ist.

4. Innengehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das zweite Innengehäuseteil (4b) eine Konsole (11) aufweist, auf der das erste Innengehäuseteil (4a) tragend gelagert ist.

5. Innengehäuse (4) nach Anspruch 4,
wobei das erste Innengehäuseteil (4a) eine Pratze (12) aufweist, die zum Auflegen auf die Konsole (11) ausgebildet ist.

6. Innengehäuse (4) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei die Konsole (11) Mittel (13) zur Verhinderung einer Verschiebung des ersten Innengehäuseteils (4a) gegenüber dem zweiten Innengehäuseteil (4b) aufweist.

7. Innengehäuse (4) nach Anspruch 6,
wobei das Mittel (13) als Vorsprung auf der Konsole (11) ausgebildet und die Pratze (12) an dem Vorsprung anliegt.

8. Innengehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Dichtung (10) zwischen dem ersten Innengehäuseteil (4a) und dem zweiten Innengehäuseteil (4b) angeordnet ist.

9. Innengehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein drittes Innengehäuseteil (4c) vorgesehen ist,
wobei das erste Innengehäuseteil (4a) zwischen dem zweiten Innengehäuseteil (4b) und dem dritten Innengehäuseteil (4c) angeordnet ist.

10. Innengehäuse (4) nach Anspruch 5,
wobei das dritte Innengehäuseteil (4c) eine zweite Konsole (11) aufweist, auf der das erste Innengehäuseteil (4a) tragend gelagert ist.

11. Innengehäuse (4) nach Anspruch 10,
wobei das erste Innengehäuseteil (4a) eine zweite Pratze (12) aufweist, die zum Auflegen auf die zweite Konsole (11) ausgebildet ist.

12. Innengehäuse (4) nach Anspruch 10 oder 11,
wobei die zweite Konsole (11) ein zweites Mittel (13) zur Verhinderung einer Verschiebung des ersten Innengehäuseteils (4a) gegenüber dem dritten Innengehäuseteil (4c) aufweist.

13. Innengehäuse (4) nach Anspruch 12,
wobei das zweite Mittel (13) als zweiter Vorsprung auf der zweiten Konsole (11) ausgebildet und die zweite Pratze (12) an dem zweiten Vorsprung anliegt.

14. Innengehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Innengehäuse (4) zum Einbau in eine Mitteldruck-Teilturbine (1) ausgebildet ist.

Zeichnung