Außengehäuse für eine Strömungsmaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Außengehäuse (6) für eine Dampfturbine, wobei im Abströmteil (8) des Außengehäuses (6) eine Wärmedämmschicht (20) auf dem Bereich aufgetragen wird, der ein Mittel zum Aufhängen des Innengehäuses (4) aufweist, um dadurch Rissbildungen vorzubeugen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Außengehäuse für eine Strömungsmaschine, wobei das Außengehäuse entlang einer Strömungsrichtung ausgebildet ist, wobei Mittel zum Aufnehmen eines Innengehäuses vorgesehen sind und das Innengehäuse innerhalb des Außengehäuses anbringbar ist, wobei das Außengehäuse ein Abströmteil zum Leiten von aus einem Strömungskanal ausströmenden Strömungsmedium aufweist.

[0002] Unter einer Strömungsmaschine wird beispielsweise eine Dampfturbine, insbesondere eine Hochdruck-Dampfturbine verstanden. In Hochdruck-Dampfturbinen wird ein unter einer hohen Temperatur und unter einem hohen Druck befindlicher Dampf in einem Strömungskanal entspannt, wodurch eine Rotation eines Rotors erzwungen wird. Der einströmende Dampf weist Temperaturen derart bis zu 620°C und Drücke bis zu 350 bar auf. Dieser Dampf strömt im Strömungskanal durch Leit- und Laufschaufeln, wobei sich die Temperatur und der Druck verringern. Üblicherweise werden Hochdruck-Dampfturbinen mit einem die Leitschaufeln tragenden Innengehäuse und mit einem um das Innengehäuse angeordneten Außengehäuse ausgebildet. Der Dampf strömt zunächst über einen Einströmbereich zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse im Strömungskanal entlang. Anschließend strömt der Dampf aus dem Strömungskanal in einem Bereich zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse. Da die Temperatur des Dampfes in Strömungsrichtung sich verringert, weist der Rotor, das Innengehäuse und das Außengehäuse ein Temperaturgefälle in Strömungsrichtung auf. Dazu müssen geeignete Materialien gewählt werden, um den thermischen Beanspruchungen standzuhalten.

[0003] Der aus dem Strömungskanal ausströmende Dampf wird in einem sog. "Abströmteil" umgelenkt. Dieser Abströmteil ist Teil des Außengehäuses und gegenüber dem Einströmbereich thermisch weniger belastet, da die Temperatur im Abströmteil geringer ist als im Einströmbereich. In Folge des scharfen Temperatur-übergangs zwischen dem "heißen" und dem "kalten" Bereich des Außengehäuses führen unerwünschte Thermospannungen in Folge eines hohen Temperaturgradienten zu einem Problem. Des Weiteren können unerwünschte Spannungserhöhungen in Folge eines Kriechprozesses im "kalten" Bereich nach einer bestimmten Betriebszeit entstehen. Die Folge ist, dass im Abströmteil Risse entstehen können, die zu einer Lebensdauerreduzierung führen.

[0004] Diese Risse werden üblicherweise repariert.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung ein Außengehäuse anzugeben, bei dem die Gefahr von Rissen verringert ist.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Außengehäuse für eine Strömungsmaschine, wobei das Außengehäuse entlang einer Strömungsrichtung ausgebildet ist, wobei Mittel zum Aufnehmen eines Innengehäuses vorgesehen sind und das Innengehäuse innerhalb des Außengehäuses anbringbar ist, wobei das Außengehäuse ein Abströmteil zum Leiten von aus einem Strömungskanal ausströmenden Strömungsmediums aufweist, wobei auf die Innenfläche des Abströmteils eine Wärmedämmschicht aufgebracht ist.

[0007] Die Erfindung geht somit den Weg, Thermospannungen dadurch zu reduzieren, dass eine Wärmedämmschicht auf die Innenfläche des Abströmteils aufgebracht wird. Die Wärmedämmschicht wird dazu an den Stellen auf der Innenfläche des Abströmteils aufgebracht, die auf Biegung beansprucht werden. In Folge der Beanspruchung auf Biegung entstehen Spannungskonzentrationen in Folge des Kriechens, die zu Rissen führen könnten. Durch die Wärmedämmschicht wird der Temperaturgradient reduziert, was zu einer Verringerung der Gefahr für eine Rissbildung führt.

[0008] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.

[0009] So ist es vorteilhaft, wenn das Außengehäuse als Topfgehäuse ausgebildet ist. Topfgehäuse werden ohne axiale Teilfuge ausgebildet, was dazu führt, dass diese Art von Außengehäuse einem höheren inneren Druck standhalten kann. Dadurch kann der in solch einer mit einem Topfgehäuse ausgebildeten Dampfturbine einströmende Dampf eine höhere Temperatur und einen höheren Druck aufweisen. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Außengehäuse einen Vorsprung zum Aufnehmen des Innengehäuses auf, wobei die Wärmedämmschicht bis zum Vorsprung aufgebracht ist. Das Innengehäuse wird mit dem Außengehäuse verbunden, wobei das Innengehäuse an einem Vorsprung des Außengehäuses angebracht wird. Dieser Vorsprung ragt aus der Innenfläche des Außengehäuses hervor und wird daher auf Biegung beansprucht. Durch die im Bereich dieses Vorsprungs auftretenden Temperaturgradienten könnten Risse im Abströmteil entstehen. Vorteilhafterweise wird die Wärmedämmschicht bis zum Vorsprung aufgebracht, da gerade in diesem Bereich Risse zu erwarten wären.

[0010] In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Abströmteil einen unmittelbar an den Strömungskanal angrenzenden ersten Umlenkbereich auf. Dieser erste Umlenkbereich lenkt den aus dem Strömungskanal aufströmenden Dampf aus einer axialen Richtung in eine radiale Richtung. An den ersten Umlenkbereich grenzt der zweite Umlenkbereich an, der zum Umlenken des Abdampfes von der radialen Richtung in die axiale Richtung ausgebildet ist. Der Dampf wird zuerst von der axialen Richtung in die radiale Richtung umgelenkt und anschließend von der radialen Richtung wieder in die axiale Richtung umgelenkt, wobei die Strömungsrichtung des Dampfes gegenüber der Strömungsrichtung im Strömungskanal umgekehrt ist. An diesem zweiten Bereich grenzt ein Abschlussbereich an, der an den Vorsprung angrenzt. An diesem Vorsprung wird das Innengehäuse angebracht. Vorteilhafterweise wird die Wärmedämmschicht lediglich im Abschlussbereich angeordnet, da dieser Bereich auf Biegung beansprucht wird und dort Rissbildungen zu erwarten sind.

[0011] Vorteilhafter Weise wird die Wärmedämmschicht aus dem Material Zirkondioxid ausgebildet.

[0012] Weitere Beispiele für eine Wärmedämmschicht und von Haftschichten, die die Wärmedämmschicht an das Außengehäuse verbinden und weitere Schichten sind in der WO 2006/133980 A1 offenbart. Der Inhalt der WO 2006/133980 A1 wird somit vollumfänglich mit in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen.

[0013] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Diese soll das Ausführungsbeispiel nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wozu Erläuterungen dienen, in schematischer und/oder leicht versetzter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0014] Es zeigt:

Figur 1

eine Schnittansicht durch eine Hochdruck-Dampfturbine.

[0015] Komponenten mit ähnlicher Wirkungsweise weisen dieselben Bezugszeichen auf.

[0016] In der Figur 1 ist eine Hochdruck-Dampfturbine 1 dargestellt. Um eine Rotationsachse 2 ist ein Rotor 3 drehbar gelagert. Der Rotor 3 umfasst nicht näher dargestellte Laufschaufeln. Um den Rotor 3 ist ein Innengehäuse 4 angeordnet. Das Innengehäuse 4 weist nicht näher dargestellte Leitschaufeln auf. Zwischen dem Rotor 3 und dem Innengehäuse 4 ist ein Strömungskanal 5 ausgebildet.

[0017] Um das Innengehäuse 4 ist ein Außengehäuse 6 angeordnet. Das Außengehäuse 6 ist in Topfbauweise ausgebildet. Das bedeutet, dass das Außengehäuse 6 aus einem Topfteil 6a und einem Deckelteil 6b besteht, wobei der Deckelteil 6b auf das Topfteil 6a angeordnet wird. Das Außengehäuse 6a weist dadurch keine axiale Teilfuge auf.

[0018] Im Betrieb strömt Frischdampf über einen Einströmbereich 7 in die Hochdruck-Dampfturbine 1 ein. Die Temperatur des Frischdampfes kann hierbei bis zu 620°C betragen. Der Druck des Frischdampfes kann Drücke von bis zu 350 bar aufweisen. Nach Durchströmen des Strömungskanals 5 verringert sich der Druck und die Temperatur des Dampfes, so dass im Abströmteil 8 die Temperatur des Dampfes deutlich geringer ist als die Temperatur im Einströmbereich 7. Das Außengehäuse 6 umfasst einen Deckelboden 6c, der an den Strömungskanal 5 angrenzt. Das Abströmteil 8 umfasst einen unmittelbar an den Strömungskanal 5 angrenzenden ersten Umlenkbereich 9. Dazu ist der erste Umlenkbereich 9 derart ausgebildet, dass der Dampf aus einer axialen Richtung 10 in eine radiale Richtung 11 umgelenkt wird. Die Geometrie des Deckelbodens 6c ist hierzu angepasst. Im Wesentlichen weist das Abströmteil 8 im Bereich des ersten Umlenkbereichs 9 eine Krümmung 12 auf.

[0019] An den ersten Umlenkbereich 9 grenzt ein zweiter Umlenkbereich 13. Der Dampf wird im zweiten Umlenkbereich 13 von der radialen Richtung 11 in eine axiale Richtung 14 wieder umgelenkt, wobei die axiale Richtung 14 entgegengesetzt zu der axialen Richtung 10 ist. Des Weiteren weist das Außengehäuse ein Mittel 15 zum Aufnehmen des Innengehäuses 4 auf. Das Mittel 15 ist hierbei als Vorsprung 16 ausgebildet. Der Vorsprung 16 grenzt an das Innengehäuse 4 an. Das Außengehäuse 6 weist eine Innenfläche 17 auf. Die Innenfläche 17 ist hierbei im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt. Der Vorsprung 16 ist hierbei derart ausgebildet, dass eine Materialanhäufung gegenüber der zylindrischen Innenfläche 17 zu einem Mittel 15 führt, das geeignet ist, um das Innengehäuse 4 daran zu befestigen.

[0020] An den zweiten Umlenkbereich 13 grenzt ein Abschlussbereich 18 an. Der Abschlussbereich 18 führt bis zum Mittel 16 und grenzt an das Innengehäuse 4. Auf eine Innenfläche 19 des Aufströmteils 8 wird eine Wärmedämmschicht 20 angeordnet. Die Wärmedämmschicht 20 führt dazu, dass der Wärmeübergang für einen Vorsprungsbereich 21 und einem zweiten Bereich 22 vergrößert wird und dadurch die Thermospannungen zwischen dem Vorsprungsbereich 21 und dem zweiten Bereich 22 reduziert werden. Die Spannungskonzentrationspunkte in Folge des Kriechens und des reduzierten Temperaturgradienten werden in einem Bereich zwischen dem zweiten Bereich 22 und einem dritten Bereich 23 verlagert. Dadurch ist die Gefahr der Rissbildung minimiert, da der dritte Bereich 23 nicht auf Biegung beansprucht ist wie der Vorsprungsbereich 21. Der Vorsprungsbereich 21 liegt im Wesentlichen im Vorsprung 16, wobei der zweite Bereich 22 im Wesentlichen beim Übergang vom zweiten Umlenkbereich 13 zum Abschlussbereich 18 liegt. Der dritte Bereich 23 liegt ungefähr am Übergang vor dem ersten Umlenkbereich 19 zum zweiten Umlenkbereich 13.

[0021] Als Wärmedämmschicht kann Zirkondioxid verwendet werden. Außerdem kann zwecks besserer Haftung die Wärmedämmschicht 20 über eine Haftschicht, die nicht näher dargestellt ist, an das Außengehäuse 6 angeordnet werden. Beispiele für eine Wärmedämmschicht bzw. eine Haftschicht und weitere Schichten sind aus der WO 2006/133980 A1 offenbart. Der Inhalt der WO 2006/133980 A1 wird somit vollumfänglich mit in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen.

[0022] Die Wärmedämmschicht 20 wird hierbei lediglich auf eine Innenfläche des Abschlussbereiches 18 angeordnet.

Ansprüche

1. Außengehäuse (6) für eine Strömungsmaschine,
wobei das Außengehäuse (6) entlang einer Strömungsrichtung ausgebildet ist,
wobei Mittel zum Aufnehmen eines Innengehäuses (4) vorgesehen sind und das Innengehäuse (4) innerhalb des Außengehäuses (6) anbringbar ist,
wobei das Außengehäuse (6) ein Abströmteil (8) zum Leiten von aus einem Strömungskanal (5) ausströmenden Strömungsmedium aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf die Innenfläche (19) des Abströmteils (8) eine Wärmedämmschicht (20) aufgebracht ist.

2. Außengehäuse (6) nach Anspruch 1,
wobei das Abströmteil (8) mit einem im Betrieb ausströmenden Abströmdampf aus dem Strömungskanal (5) beströmbar ist.

3. Außengehäuse (6) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Außengehäuse (6) als Topfgehäuse ausgebildet ist.

4. Außengehäuse (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem Vorsprung (16) zum Aufnehmen des Innengehäuses (4),
wobei die Wärmedämmschicht (20) bis zum Vorsprung (16) aufgebracht ist.

5. Außengehäuse (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Abströmteil (8) einen an dem Strömungskanal (5) angrenzenden ersten Umlenkbereich (9), der zum Umlenken des Abdampfes in im Wesentlichen radialer Richtung (11) ausgebildet ist,
einem zweiten Umlenkbereich (13), der zum Umlenken des Abdampfes von der radialen Richtung in die axiale (10) Richtung ausgebildet ist,
und einen Abschlussbereich (18), der an dem Vorsprung (16) angrenzt,
wobei die Wärmedämmschicht (20) lediglich im Abschlussbereich (18) angeordnet ist.

6. Außengehäuse (6) nach Anspruch 5,
wobei die Wärmedämmschicht (20) das Material Zirkondioxid umfasst.

Zeichnung