EP1733123A1 - Geschweisste turbinenwelle und verfahren zur deren herstellung - Google Patents

Geschweisste turbinenwelle und verfahren zur deren herstellung

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EP1733123A1
EP1733123A1 EP05715934A EP05715934A EP1733123A1 EP 1733123 A1 EP1733123 A1 EP 1733123A1 EP 05715934 A EP05715934 A EP 05715934A EP 05715934 A EP05715934 A EP 05715934A EP 1733123 A1 EP1733123 A1 EP 1733123A1
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EP
European Patent Office
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turbine
turbine shaft
steam
pressure
region
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05715934A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner-Holger Heine
Norbert Thamm
Kai Wieghardt
Uwe Zander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP05715934A priority Critical patent/EP1733123A1/de
Publication of EP1733123A1 publication Critical patent/EP1733123A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/026—Shaft to shaft connections
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/063—Welded rotors
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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    • F05C2201/0466—Nickel
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    • F05D2300/13—Refractory metals, i.e. Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W
    • F05D2300/132—Chromium
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making

Definitions

  • the invention relates to a longitudinally oriented turbine shaft with a central region and two outer regions fastened to the central region in the longitudinal direction.
  • the invention also relates to a method for producing a turbine shaft.
  • a steam turbine in the sense of the present application is understood to mean any turbine or partial turbine through which a working medium flows in the form of steam.
  • gas and / or air flows through gas turbines as the working medium which, however, is subject to completely different temperature and pressure conditions than the steam in a steam turbine.
  • gas turbines in steam turbines z. B. the working medium flowing into a partial turbine with the highest temperature at the same time the highest pressure.
  • a steam turbine usually comprises a rotatably mounted turbine shaft which is fitted with blades and which is arranged within a housing shell. When heated and pressurized steam flows through the interior of the flow chamber formed by the housing jacket, the steam rotates the turbine shaft via the blade.
  • the blades of the turbine shaft are also referred to as rotor blades.
  • stationary guide vanes which reach into the interstices of the rotor blades, are usually suspended from the casing shell.
  • a guide vane is usually held at a first location along an inside of the steam turbine casing. It is usually part of a guide vane ring which comprises a number of guide vanes which run along an inner circumference on the inside of the Steam turbine housing are arranged. Each vane points with its airfoil radially inwards.
  • Steam turbines or steam partial turbines can be divided into high-pressure, medium-pressure or low-pressure partial turbines.
  • the inlet temperatures and inlet pressures for high-pressure turbine parts can be up to a maximum of 700 ° C or up to 300 bar.
  • a sharp distinction between high-pressure, medium-pressure or low-pressure turbine parts has not been uniformly defined in the professional world.
  • a medium-pressure sub-turbine is present when this medium-pressure sub-turbine is preceded by a high-pressure sub-turbine, which is supplied with live steam and the outflowing steam from the high-pressure sub-turbine is reheated in an intermediate superheater and into the medium-pressure sub-turbine flows.
  • a low-pressure part-turbine is defined according to the DIN 4304 standard as a turbine that receives the relaxed steam from a medium-pressure part-turbine as live steam.
  • Single-case steam turbines which represent a combination of a high-pressure and a medium-pressure steam turbine. These steam turbines are characterized by a common housing and a common turbine shaft and are also referred to as compact partial turbines.
  • Compact turbines are designed in designs that are referred to as "reverse flow” or “straight flow”.
  • the live steam flows into the steam turbine and essentially spreads in the axial direction of the steam turbine through the high-pressure part turbine, then becomes the reheater unit
  • the live steam flows through the outer casing and essentially hits the center of the turbine shaft and then flows through the high-pressure turbine section.
  • the expanded steam flowing out after the high-pressure part turbine is in one
  • Reheater reheats and the steam turbine flows in again at a suitable point in front of the medium pressure turbine.
  • the flow directions of the steam in the high-pressure sub-turbine and in the medium-pressure sub-turbine are opposite.
  • the object of the present invention is to provide a turbine shaft which is particularly suitable for use in compact partial turbines. Another object of the invention is to provide a method for producing a turbine shaft which is suitable for compact turbine parts.
  • the task directed towards the turbine shaft is achieved by a turbine shaft oriented in a longitudinal direction with a central region and two in the longitudinal direction middle area attached outer areas solved, the middle area is made of a more heat-resistant material than the two outer areas.
  • the invention is based on the knowledge that above certain fresh steam inlet temperatures of e.g. above 565 ° C, for certain turbine shaft diameters and from certain speeds, e.g. B. 50 or 60 Hz, a change of material is required. The reason for this is predominantly an increasing fatigue depletion under certain fresh steam inlet temperatures of e.g. above 565 ° C, for certain turbine shaft diameters and from certain speeds, e.g. B. 50 or 60 Hz. The reason for this is predominantly an increasing fatigue depletion under
  • a turbine shaft consisting of three areas in the longitudinal direction creates the possibility of using materials with different properties.
  • a turbine shaft formed from three areas is much cheaper than a monoblock turbine shaft with the same required properties.
  • a turbine shaft made up of three areas is superior to a monoblock turbine shaft on the material side and optimally matched to the special cold and heat-resistant properties.
  • the two outer regions are connected to one another at the middle region by a weld. This creates a relatively inexpensive solution for producing a compact turbine shaft for a compact turbine part.
  • the middle area is made of forged steel with 9 to 12% by weight of chromium and the two outer areas are made of steels with 1 to 2% by weight of chrome.
  • the middle region can be produced from a forged steel with 10% by weight of chromium and the two outer regions from steels with 2% by weight of chromium.
  • the two outer areas can be made of different materials. This creates the possibility of using a suitable material for a particular application.
  • Figure 1 is a sectional view through a compact part turbine
  • Figure 2 is a sectional view through part of a turbine shaft of a compact part turbine.
  • the compact turbine section 1 shows a sectional view of a compact steam turbine 1.
  • the compact turbine section 1 has
  • the compact steam turbine 1 has an inner housing 5 with a high-pressure part 6 and a medium-pressure part 7. Various guide vanes 8 are attached in the high-pressure part 6.
  • a number of guide vanes 9 are also mounted in the medium pressure part 7.
  • the turbine shaft 3 is rotatably supported by means of bearings 10, 11.
  • the inner housing 5 is connected to the outer housing 2.
  • the steam turbine 1 has a high-pressure part 12 and a medium-pressure part 13. In the high pressure part 12 blades 14 are attached. Laufschau eln 15 are also attached in medium pressure.
  • the live steam can also have other temperatures and pressures.
  • the live steam flows through the individual guide vanes 8 and rotor blades 14 in the high-pressure part 12 and is thereby relaxed and cools down.
  • the thermal energy of the live steam is converted into rotational energy of the turbine shaft 3.
  • the turbine shaft 3 is rotated in a direction shown about the axis of rotation 4.
  • the steam flows from an outflow region 17 into an intermediate superheater (not shown in more detail) and is brought to a higher temperature there.
  • This heated steam is then flowed through lines (not shown) into a medium-pressure inflow region 18 into the compact steam turbine 1.
  • the intermediate superheat steam flows through the rotor blade 15 and guide blade 9 and is thereby relaxed and cools down.
  • the conversion of the kinetic energy of the reheated steam into a rotational energy of the turbine shaft 3 causes the turbine shaft 3 to rotate.
  • the expanded steam which flows out in the medium-pressure part 7 flows out of an outflow region 19 from the compact steam turbine 1. This released expanded steam can not be shown in more detail Low pressure turbine parts are used.
  • FIG. 2 shows a section through part of the turbine shaft 3.
  • the turbine shaft 3 consists of a central region 20 and two outer regions 21 and 22.
  • the turbine shaft 3 is mounted in the bearing area 23 with the outer housing 5.
  • the blades 14, 15 are not shown in detail.
  • the live steam first strikes the central region 20 of the turbine shaft 3 and relaxes in the high-pressure part 6.
  • the live steam cools down here.
  • the steam flows back into the central region 20 at a high temperature.
  • the intermediate superheated steam first flows onto the turbine shaft 3 at the location of the medium pressure inflow region 18 and relaxes and cools in the direction of the medium pressure part 7.
  • the steam which has been expanded and cooled in the medium-pressure section 7 then flows out of the compact turbine section 1.
  • the central region 20 of the turbine shaft has a highly heat-resistant material.
  • the highly heat-resistant material is a forged steel with a chromium content of 9 to 12% by weight.
  • the central area can also consist of nickel-based materials.
  • the two outer regions 21 and 22 should consist of 10 to 12% by weight of chromium.
  • the two outer regions 21 and 22 consist of a less heat-resistant material compared to the central region 20.
  • the two outer regions 21 and 22 can be produced from steels with 1 to 2% by weight chromium, or essentially from 3.5% by weight nickel.
  • the two outer regions 21 and 22 do not have to be made of the same material. Rather, it is expedient to produce the two outer regions 21 and 22 from different materials.
  • the central region 20 and the outer region 21 are connected to one another by means of a weld 24.
  • the central region 20 is also connected to the outer region 22 via a further weld 25.
  • the turbine shaft 3 is designed in a longitudinal direction that corresponds to the axis of rotation 4.
  • the middle region 20 is made of a nickel-based material
  • the outer regions can be made of a steel with 9 to 12% by weight chromium.
  • the turbine shaft 3 is manufactured as described below.
  • the central area 20 is made of a heat-resistant material.
  • One outer region 21 is made of a less heat-resistant material than that of the central region 20.
  • the second outer region 22 is also made of a less heat-resistant material than that of the central region 20.
  • the central region 20 is then welded to the two outer regions 21, 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine in einer Längsrichtung (4) ausgerichteten Turbinenwelle (3) mit einem mittleren Bereich (20) und zwei in der Längsrichtung (4) am mittleren Bereich (20) befestigten äußeren Bereichen (21, 22), wobei der mittlere Bereich (20) aus einem hochwarmfesteren Material als die beiden äußeren Bereiche (21, 22) hergestellt ist.

Description

Beschreibung
GESCHWEISSTE TURBINENWELLE UND VERFAHREN ZUR DEREN HERSTELLUNG
Die Erfindung betrifft eine in einer Längsrichtung ausgerichtete Turbinenwelle mit einem mittleren Bereich und zwei in der Längsrichtung am mittleren Bereich befestigten äußeren Bereichen. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenwelle.
Unter einer Dampfturbine im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Turbine oder Teilturbine verstanden, die von einem Arbeitsmedium in Form von Dampf durchströmt wird. Im Unterschied dazu werden Gasturbinen mit Gas und/oder Luft als Arbeitsmedium durchströmt, das jedoch völlig anderen Temperatur- und Druckbedingungen unterliegt als der Dampf bei einer Dampfturbine. Im Gegensatz zu Gasturbinen weist bei Dampfturbinen z. B. das einer Teilturbine zuströmende Arbeitsmedium mit der höchsten Temperatur gleichzeitig den höchsten Druck auf .
Eine Dampfturbine umfasst üblicher Weise eine mit Schaufeln besetzte drehbar gelagerte Turbinenwelle, die innerhalb eines Gehäusemantels angeordnet ist. Bei Durchströmung des vom Gehäusemantel gebildeten Innenraums des Strδmungsraums mit erhitztem und unter Druck stehendem Dampf wird die Turbinenwelle über die Schaufel durch den Dampf in Drehung versetzt. Die Schaufeln der Turbinenwelle werden auch als Laufschaufeln bezeichnet. Am Gehäusemantel sind darüber hinaus üblicher Weise stationäre Leitschaufeln aufgehängt, welche in die Zwischenräume der Laufschaufeln greifen. Eine Leitschaufel ist üblicher Weise an einer ersten Stelle entlang einer Innenseite des Dampfturbinengehäuses gehalten. Dabei ist sie üblicher Weise Teil eines Leitschaufelkranzes, welcher eine Anzahl von Leitschaufeln umfasst, die entlang eines Innenumfangs an der Innenseite des Dampfturbinengehäuses angeordnet sind. Dabei weist jede Leitschaufel mit ihrem Schaufelblatt radial nach innen.
Dampfturbinen oder Dampfteilturbinen können in Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruck-Teilturbinen eingeteilt werden. Die Eingangstemperaturen und Eingangsdrücke bei Hochdruck- Teilturbinen können je nach eingesetztem Werkstoff bis zu maximal 700°C bzw. bis zu 300 bar betragen. Eine scharfe Trennung zwischen Hochdruck-, Mitteldruck- oder Niederdruck- Teilturbinen wurde in der Fachwelt bislang nicht einheitlich definiert .
Gemäß der DIN-Norm 4304 liegt eine Mitteldruck-Teilturbine vor, wenn dieser Mitteldruck-Teilturbine eine Hochdruck- Teilturbine vorgeschaltet ist, die mit Frischdampf angeströmt wird und der ausströmende Dampf aus der Hochdruck-Teilturbine in einem Zwischenüberhitzer zwischenüberhitzt wird und in die Mitteldruck-Teilturbine strömt . Eine Niederdruck-Teilturbine ist nach der Norm DIN 4304 als eine Turbine definiert, die den entspannten Dampf aus einer Mitteldruck-Teilturbine als Frischdampf erhält.
Es sind eingehäusige Dampfturbinen bekannt, die eine Kombination aus einer Hochdruck- und einer Mitteldruck- Dampfturbine darstellen. Diese Dampfturbinen sind gekennzeichnet durch ein gemeinsames Gehäuse und eine gemeinsame Turbinenwelle und werden auch als Kompakt- Teilturbinen bezeichnet.
Kompakt-Teilturbinen werden in Bauformen ausgebildet, die mit "Reverse-Flow" oder mit "Straight-Flow" bezeichnet werden. In der wStraight-Flow" -Bauform strömt der Frischdampf in die Dampfturbine und breitet sich im wesentlichen in Axialrichtung der Dampfturbine durch die Hochdruck- Teilturbine, wird dann zur Zwischenüberhitzereinheit zum
Kessel zurückgeführt und gelangt von dort in die Mitteldruck- Teilturbine . In der "Reverse-Flow" -Bauform strömt der Frischdampf durch das Außengehäuse und trifft dort im wesentlichen auf die Mitte der Turbinenwelle und strömt anschließend durch die Hochdruck-Teilturbine. Der nach der Hochdruckteil-Turbine ausströmende entspannte Dampf wird in einem
Zwischenüberhitzer zwischenüberhitzt und der Dampfturbine an einer geeigneten Stelle vor der Mitteldruck-Teilturbine wieder eingeströmt . Die Strömungsrichtungen des Dampfes in der Hochdruck-Teilturbine und in der Mitteldruck-Teilturbine sind hierbei entgegengesetzt.
Durch die verschiedenen Temperaturen des Dampfes werden an die Turbinenwelle besondere Anforderungen gestellt. Im Einströmbereich der Hochdruck-Teilturbine werden warmfeste Eigenschaften gefordert. An den Enden der Turbinenwelle werden hohe Zeitstandsfestigkeiten unter Fliehkraft gefordert. Darüber hinaus werden gute Zähigkeitseigenschaften und Zugfestigkeiten gewünscht.
Bislang wurden aus einem Material bestehende Monoblock- Turbinenwellen in Kompakt-Teilturbinen eingesetzt. Insbesondere für hohe Leistungen bedeutet die Herstellung dieser Monoblock-Turbinenwellen eine teure Lösung. Ein weiterer Nachteil dieser Monoblock-Turbinenwellen besteht darin, dass an den Lagerstellen verhältnismäßig teure Auftragsschweißungen aufgebracht werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbinenwelle anzugeben, die für den Einsatz in Kompakt-Teilturbinen besonders geeignet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung einer Turbinenwelle anzugeben, die für Kompakt-Teilturbinen geeignet ist.
Die auf die Turbinenwelle hin gerichtete Aufgabe wird durch eine in einer Längsrichtung ausgerichtete Turbinenwelle mit einem mittleren Bereich und zwei in der Längsrichtung am mittleren Bereich befestigten äußeren Bereichen gelöst, wobei der mittlere Bereich aus einem hochwarmfesteren Material als die beiden äußeren Bereiche hergestellt ist .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass oberhalb bestimmter Frischdampfeingangstemperaturen von z.B. über 565°C, für bestimmte Turbinenwellendurchmesser und ab gewissen Drehzahlen, z. B. 50 oder 60 Hz, ein Werkstoffwechsel erforderlich ist. Ursache dafür ist überwiegend eine zunehmende Zeitstandserschopfung unter
Fliehkraft. Durch eine in Längsrichtung aus drei Bereichen bestehende Turbinenwelle wird die Möglichkeit geschaffen, Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften einsetzen zu können. Eine aus drei Bereichen ausgebildete Turbinenwelle ist gegenüber einer Monoblock-Turbinenwelle mit den gleichen geforderten Eigenschaften weitaus günstiger.
Zusätzlich ist eine aus drei Bereichen ausgebildete Turbinenwelle gegenüber einer Monoblock-Turbinenwelle erkstoffseitig überlegen und auf die besonderen kalt- und warmfesten Eigenschaften optimal abgestimmt .
In einer vorteilhaften Weitergestaltung werden die beiden äußeren Bereiche jeweils an dem mittleren Bereich durch eine Schweißung miteinander verbunden. Dadurch ist eine verhältnismäßig günstige Lösung geschaffen, eine kompakte Turbinenwelle für eine Kompakt-Teilturbine herzustellen.
Der mittlere Bereich wird hierbei aus einem Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom hergestellt und die beiden äußeren Bereiche werden aus Stählen mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom hergestellt . Durch die Kombination von einem Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom und einem Stahl mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom, wird das Problem der zunehmenden Zeitstandserschopfung unter Fliehkraft, die oberhalb bestimmter Parameter auftreten, wie z.B. hohen Dampftemperaturen von über 565°C, großen Rotordurchmessern und hohen Drehzahlen, z.B. 60 Hz gelöst.
In einer weiteren vorteilhaften Weitergestaltung kann der mittlere Bereich aus einem Schmiedestahl mit 10 Gew.-% Chrom und die beiden äußeren Bereiche aus Stählen mit 2 Gew.-% Chrom hergestellt werden. Genauso können die beiden äußeren Bereiche aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, für einen jeweiligen Anwendungsbereich ein passendes Material einzusetzen.
Anhand der Beschreibung und der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei haben mit denselben Bezugszeichen versehene Komponenten die gleiche Funktionsweise .
Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
Figur 1 ein Schnittbild durch eine Kompakt-Teilturbine Figur 2 ein Schnittbild durch einen Teil einer Turbinenwelle einer Kompakt-Teilturbine .
In der Figur 1 ist ein Schnittbild einer Kompakt-Dampfturbine 1 dargestellt. Die Kompakt-Teilturbine 1 weist ein
Außengehäuse 2 auf, in dem eine Turbinenwelle 3 um die Rotationsachse 4 drehbar gelagert ist. Die Kompakt- Dampfturbine 1 weist ein Innengehäuse 5 mit einem Hochdruckteil 6 und einem Mitteldruckteil 7 auf. Im Hochdruckteil 6 sind verschiedene Leitschaufeln 8 angebracht.
Im Mitteldruckteil 7 ist ebenso eine Anzahl von Leitschaufeln 9 angebracht. Die Turbinenwelle 3 ist mittels Lagern 10, 11 drehbar gelagert .
Das Innengehäuse 5 ist mit dem Außengehäuse 2 verbunden. Die Dampfturbine 1 weist einen Hochdruckteil 12 und einen Mitteldruckteil 13 auf. Im Hochdruckteil 12 sind Laufschaufeln 14 angebracht. Im Mitteldruck sind ebenso Laufschau eln 15 angebracht.
Frischdampf mit Temperaturen von über 550°C und einem Druck von über 250 bar strömt in den Einströmbereich 16. Der Frischdampf kann auch andere Temperaturen und Drücke aufweisen. Der Frischdampf durchströmt die einzelnen Leitschaufeln 8 und Laufschaufeln 14 im Hochdruckteil 12 und wird hierbei entspannt und kühlt sich ab. Hierbei wird die thermische Energie des Frischdampfes in Rotationsenergie der Turbinenwelle 3 umgewandelt. Die Turbinenwelle 3 wird dadurch in eine um die Rotationsachse 4 dargestellte Richtung in Drehung versetzt.
Nach der Durchströmung des Hochdruckteils 6 strömt der Dampf aus einem Ausströmbereich 17 in einen nicht näher dargestellten Zwischenüberhitzer und wird dort auf eine höhere Temperatur gebracht. Dieser erhitzte Dampf wird anschließend über nicht näher dargestellte Leitungen in einen Mitteldruckeinströmbereich 18 in die Kompakt-Dampfturbine 1 eingeströmt. Der Zwischenüberhitzedampf strömt hierbei durch die Laufschaufel 15 und Leitschaufel 9 und wird hierdurch entspannt und kühlt sich ab. Die Umwandlung der kinetischen Energie des zwischenüberhitzten Dampfes in eine Rotationsenergie der Turbinenwelle 3 bewirkt eine Rotation der Turbinenwelle 3. Der im Mitteldruckteil 7 ausströmende und entspannte Dampf strömt aus einem Ausströmbereich 19 aus der Kompakt-Dampfturbine 1. Dieser ausströmende entspannte Dampf kann in nicht näher dargestellten Niederdruck- Teilturbinen eingesetzt werden.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch einen Teil der Turbinenwelle 3 dargestellt. Die Turbinenwelle 3 besteht aus einem mittleren Bereich 20 und zwei äußeren Bereichen 21 und 22. Die Turbinenwelle 3 ist im Lagerbereich 23 mit dem Außengehäuse 5 gelagert .
Die Laufschaufeln 14, 15 sind nicht näher dargestellt. Der Frischdampf trifft zunächst auf den mittleren Bereich 20 der Turbinenwelle 3 und entspannt sich im Hochdruckteil 6. Der Frischdampf kühlt sich hierbei ab. Nach einer Zwischenüberhitzereinheit strömt der Dampf mit einer hohen Temperatur wieder in den mittleren Bereich 20. Der zwischenüberhitzte Dampf strömt zunächst an der Stelle des Mitteldruckeinstrδmbereichs 18 auf die Turbinenwelle 3 und entspannt sich und kühlt sich in Richtung des Mitteldruckteils 7 ab. Der im Mitteldruckteil 7 entspannte und abgekühlte Dampf strömt dann anschließend aus der Kompakt-Teilturbine 1.
Der mittlere Bereich 20 der Turbinenwelle weist ein hochwarmfestes Material auf. Das hochwarmfeste Material ist ein Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom-Anteil. In alternativen Ausführungsformen kann der mittlere Bereich auch aus Werkstoffen auf Nickel-Basis bestehen. Für diesem Fall, sollten die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 aus 10 bis 12 Gew.-% Chrom-Anteil bestehen.
Die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 bestehen im Vergleich zum mittleren Bereich 20 aus einem weniger hochwarmfesten Material. Die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 können aus Stählen mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom, oder im wesentlichen aus 3,5 Gew.-% Nickel hergestellt werden.
Die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 müssen nicht aus dem gleichen Material hergestellt sein. Vielmehr ist es zweckdienlich, die beiden äußeren Bereiche 21 und 22 aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Der mittlere Bereich 20 und der äußere Bereich 21 werden mittels einer Schweißung 24 miteinander verbunden. Der mittlere Bereich 20 wird ebenso über eine weitere Schweißung 25 mit dem äußeren Bereich 22 verbunden. Die Turbinenwelle 3 ist hierbei in einer Längsrichtung, die mit der Rotationsachse 4 übereinstimmt, ausgebildet.
Falls der mittlere Bereich 20 aus einem Werkstoff auf Nickel- Basis hergestellt wird, können die äußeren Bereiche aus einem Stahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom hergestellt werden.
Die Turbinenwelle 3 wird wie nachfolgend beschrieben hergestellt. Der mittlere Bereich 20 wird aus einem warmfesten Material hergestellt. Der eine äußere Bereich 21 wird aus einem weniger warmfesten Material als der des mittleren Bereiches 20 hergestellt. Der zweite äußere Bereich 22 wird ebenfalls aus einem weniger warmfesten Material als der des mittleren Bereiches 20 hergestellt. Der mittlere Bereich 20 wird anschließend mit den beiden äußeren Bereichen 21, 22 verschweißt.

Claims

Patentansprüche
1. Eine in einer Längsrichtung (4) ausgerichtete Turbinenwelle (3) mit einem mittleren Bereich (20) und zwei in der Längsrichtung (4) am mittleren Bereich (20) befestigten äußeren Bereichen (21, 22) , dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bereich (20) aus einem hochwarmfesteren Material als die beiden äußeren Bereiche (21, 22) hergestellt ist.
2. Turbinenwelle (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Bereiche (21, 22) jeweils mit dem mittleren (20) Bereich durch eine Schweißung (24, 25) verbunden sind.
3. Turbinenwelle (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der mittlere Bereich (20) aus einem Schmiedestahl mit 9 bis 12 Gew.-% Chrom hergestellt ist und die beiden äußeren Bereiche (21, 22) aus Stählen mit 1 bis 2 Gew.-% Chrom hergestellt sind.
4. Turbinenwelle (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Bereiche (21, 22) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
5. Turbinenwelle (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bereich (20) einen Werkstoff auf Nickel- Basis aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Turbinenwelle (3), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Herstellen eines mittleren Bereiches (20) aus einem warmfesten Material - Herstellen eines äußeren Bereiches (21) aus einem weniger warmfesten Material als das des mittleren Bereiches (20) - Herstellen eines zweiten äußeren Bereiches (22) aus einem weniger warmfesten Material als das des mittleren Bereiches (20) - Verschweißen des mittleren Bereiches (20) mit den beiden äußeren Bereichen (21, 22) .
Dampfturbine, mit einer Turbinenwelle (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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