EP3561242A1 - Geschweisstes turbinengehäusesegment sowie turbinengehäuse - Google Patents

Geschweisstes turbinengehäusesegment sowie turbinengehäuse Download PDF

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EP3561242A1
EP3561242A1 EP19168823.3A EP19168823A EP3561242A1 EP 3561242 A1 EP3561242 A1 EP 3561242A1 EP 19168823 A EP19168823 A EP 19168823A EP 3561242 A1 EP3561242 A1 EP 3561242A1
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EP
European Patent Office
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turbine housing
welded
segment
housing segment
flange
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19168823.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger BACKASCH
Rafael Braun
Gerald Jüttner
Martin Rauße
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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Publication date
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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
    • 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
    • F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/292—Three-dimensional machined; miscellaneous tapered

Definitions

  • the invention relates to a welded turbine housing segment according to the preamble of independent claim 1 and to a turbine housing with such a welded turbine housing segment.
  • Turbine housings for example steam turbine housings, are usually formed from a plurality of turbine housing segments.
  • the turbine housing is formed from two turbine housing segments, namely a turbine housing upper part and a turbine housing lower part.
  • the multi-part design of the turbine housing facilitates or allows only the assembly of the rotor in the turbine housing.
  • the turbine housing upper part and the turbine housing lower part each have parting surfaces, with which they rest against each other. By means of partial joint screws, the turbine housing upper part and the turbine housing lower part are clamped against each other at the part joint surfaces and thus sealed the parting line.
  • the individual turbine housing segments can be cast or manufactured as welded components. Where technically possible, welded turbine housing segments are used because they are much cheaper to manufacture.
  • the welded turbine housing segment according to the invention comprising a wall plate and a flange strip welded to the wall plate, the flange strip forming a parting surface, is characterized in that the flange strip is designed such that the flange strip tapers on the inner side of the turbine housing segment towards the parting surface.
  • the bearing surface is reduced and thus increases the contact pressure with the same screw force and thus achieves a better sealing effect.
  • the parting screw moves closer to the inner contour of the turbine housing segment, which reduces the leverage and effectively prevents the Ambifugenflansches levering can be.
  • the tapering of the flange strip on the inner side of the turbine housing segment thus results in a markedly increased sealing effect, which leads to a significant increase in the operating limits (for example, vapor pressure, steam temperature, temperature difference across the nozzle carriers).
  • the welded turbine housing segment according to the invention thus makes it possible to achieve an approximately identical sealing effect as in a cast turbine housing segment, with significantly reduced production costs.
  • An inventive embodiment of the invention provides that the taper is formed by means of a chamfer on the flange. Such beveling / chamfering can be produced inexpensively by simple means.
  • a further embodiment of the invention provides that the taper is formed by a rounding on the flange.
  • the rounding can have the same radius as the wall plate of the turbine housing segment or have a different radius from the wall plate. A deviating from the circular arcuate taper is conceivable.
  • the turbine housing according to the invention is characterized in that the turbine housing has at least two turbine housing segments according to one of the preceding claims, wherein the turbine housing segments abut against each other at the parting surfaces.
  • the tapering of the respective flange strips leads to a reduction of the contact surface of the parting joints and thus to a significantly increased sealing effect at the same contact pressure.
  • the leverage effect is reduced by the internal pressure in the turbine housing and the levering of the partial joint flange is effectively prevented.
  • An embodiment of the turbine housing according to the invention is characterized in that the turbine housing is a steam turbine housing with two turbine housing segments and the turbine housing segments lie against each other at horizontal parting lines.
  • the turbine housing is a steam turbine housing with two turbine housing segments and the turbine housing segments lie against each other at horizontal parting lines.
  • the turbine housing segments according to the invention the levering in the area of the parting joint flanges can be effectively prevented, thereby making it possible to use the steam turbine with higher steam parameters.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a welded turbine housing segment 1.
  • the welded turbine housing segment 1 is, for example, the upper housing part of a steam turbine.
  • the turbine housing segment 1 comprises a wall plate 2 and a flange strip 3 welded to the wall plate 2.
  • the flange strip 3 has a parting surface 4. With the parting surface 4, the turbine housing segment 1 rests against a further, not shown, part-joint surface of a housing lower part and forms with it a parting line.
  • the flange 3 has a chamfer 6 on the turbine housing segment inside 5. In this case, the Flanschruc 3 tapers in the direction of the part of the joint surface 4. This results in comparison to the conventional flange to a reduction in the part of the joint surface 4.
  • FIG. 2 shows a second inventive inventive welded turbine housing segment 1.
  • the flange 3 tapers in the direction of the part of the joint surface 4.
  • the taper is in this case formed by a rounding 7 on the flange 3.
  • the rounding can be formed such that the radius of the rounding corresponds to the radius of the wall plate 2, so that the inner contour of the wall plate 2 is continued in the flange 3.
  • the rounding can also be formed by means of a radius which is repellent from the wall plate 2. As described in the first embodiment, it comes through the taper of the flange to a reduction of the part of the joint surface 4, whereby at the same contact force of the contact pressure and thus the sealing effect increases.
  • the bore for the parting screw is brought closer to the inner contour of the turbine housing segment 1, which in turn reduces the leverage and a levering of the Operafugenflansches can be prevented due to the pressure prevailing in the turbine housing internal pressure.
  • FIG. 3 shows a turbine housing 8 according to the invention.
  • the turbine housing 8 has a first turbine housing segment 1 and a second turbine housing segment 1 '.
  • the turbine housing segments 1, 1 ' may be those in FIG. 1 or 2 act turbine segments described in detail.
  • the turbine housing consists of a turbine housing segment 1, which is designed as a turbine housing upper part and a turbine housing segment 1 ', which is designed as a turbine housing lower part.
  • the parting line 9 is formed as a horizontal parting line 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein geschweißtes Turbinengehäusesegment (1), umfassend ein Wandblech (2) und eine mit dem Wandblech (2) verschweißte Flanschleiste (3), wobei die Flanschleiste (3) eine Teilfugenfläche (4) ausbildet. Die Flanschleiste (3) ist dabei derart ausgebildet, dass sich die Flanschleiste (3) auf der Turbinengehäusesegmentinnenseite (5) in Richtung der Teilfugenfläche (4) fortführt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Turbinengehäuse mit wenigstens zwei entsprechenden Turbinengehäusesegmenten (1, 1').

Description

  • Die Erfindung betrifft ein geschweißtes Turbinengehäusesegment nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Turbinengehäuse mit einem solchen geschweißten Turbinengehäusesegment.
  • Turbinengehäuse, beispielsweise Dampfturbinengehäuse sind üblicherweise aus mehreren Turbinengehäusesegmenten ausgebildet. In der Regel wird dabei das Turbinengehäuse aus zwei Turbinengehäusesegmenten, nämlich einem Turbinengehäuseoberteil und einem Turbinengehäuseunterteil ausgebildet. Die mehrteilige Ausbildung des Turbinengehäuses erleichtert bzw. ermöglicht erst die Montage des Läufers im Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuseoberteil und das Turbinengehäuseunterteil weisen jeweils Teilfugenflächen auf, mit denen sie aneinander anliegen. Mittels Teilfugenschrauben wird das Turbinengehäuseoberteil und das Turbinengehäuseunterteil an den Teilfugenflächen gegeneinander verspannt und somit die Teilfuge abgedichtet. Die einzelnen Turbinengehäusesegmente können gegossen oder als geschweißte Bauteile hergestellt werden. Wo es technisch möglich ist, werden geschweißte Turbinengehäusesegmente verwendet, da diese wesentlich kostengünstiger herzustellen sind. Bei hohem Innendruck und/oder hohen Temperaturen müssen hohe Anpressdrücke im Bereich der Teilfuge erzielt werden, um Undichtigkeiten im Bereich der Teilfuge sicher zu verhindern. Wegen des einfacheren Werkstoffes und der geringeren Wandstärken, welche signifikant zur Kostensenkung beitragen, sind bei geschweißten Turbinengehäusesegmenten nicht so hohe Anpressdrücke im Bereich der Teilfuge zu realisieren. Hierdurch kann es im Betrieb zu Undichtigkeiten im Bereich der Teilfuge kommen, so dass das Arbeitsfluid, beispielsweise heißer Dampf im Falle einer Dampfturbine, durch die Teilfuge nach außen austreten kann. Der Innendruck dringt dabei in die Teilfuge ein und wirkt öffnend. Um trotz der begrenzten Anpressdrücke eine Teilfugendichtigkeit zu gewähren, wird derzeit versucht, die Rauigkeit der Teilfugenfläche möglichst gering zu halten. Die entsprechende Bearbeitung der Teilfugenflächen ist dadurch jedoch aufwendig und teuer, so dass der Kostenvorteil der geschweißten Turbinengehäusesegmente zum Teil hierdurch wieder aufgebraucht wird.
  • Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geschweißtes Turbinengehäusesegment auszubilden, welche eine verbesserte Teilfugendichtigkeit gewährleistet. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Turbinengehäuse mit einem solchen geschweißten Turbinengehäusesegment bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich des geschweißten Turbinengehäusesegmentes durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Turbinengehäuses wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 4 gelöst.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße geschweißte Turbinengehäusesegment, umfassend ein Wandblech und eine mit dem Wandblech verschweißte Flanschleiste, wobei die Flanschleiste eine Teilfugenfläche ausbildet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Flanschleiste derart ausgebildet ist, dass sich die Flanschleiste auf der Turbinengehäusesegmentinnenseite in Richtung der Teilfugenfläche verjüngt. Durch die Verjüngung der Flanschleiste wird die Auflagefläche verringert und damit bei gleicher Schraubenkraft die Anpresskraft erhöht und damit eine bessere Dichtwirkung erzielt. Durch die Verjüngung der Flanschleiste an der Turbinengehäusesegmentinnenseite rückt die Teilfugenschraube darüber hinaus näher an die Innenkontur des Turbinengehäusesegmentes, wodurch die Hebelwirkung verringert und das Aufhebeln des Teilfugenflansches wirkungsvoll verhindert werden kann. Insgesamt ergibt sich somit durch die Verjüngung der Flanschleiste auf der Turbinengehäusesegmentinnenseite eine deutlich erhöhte Dichtwirkung, was zu einer deutlichen Erhöhung der Einsatzgrenzen (beispielsweise Dampfdruck, Dampftemperatur, Temperaturdifferenz über die Leitzeugträger) führt. Durch das erfindungsgemäße geschweißte Turbinengehäusesegment lässt sich somit eine annähernd gleiche Dichtwirkung wie bei einem gegossenen Turbinengehäusesegment, bei deutlich verminderten Herstellkosten erzielen.
  • Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verjüngung mittels einer Abschrägung an der Flanschleiste ausgebildet ist. Eine solche Abschrägung/Anfasung lässt sich mit einfachen Mitteln, kostengünstig herstellen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verjüngung mittels einer Abrundung an der Flanschleiste ausgebildet ist. Die Abrundung kann dabei den gleichen Radius wie das Wandblech des Turbinengehäusesegmentes aufweisen oder einen vom Wandblech unterschiedlichen Radius besitzen. Auch eine von der Kreisform abweichende bogenförmige Verjüngung ist denkbar.
  • Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass das Turbinengehäuse wenigstens zwei Turbinengehäusesegmente nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist, wobei die Turbinengehäusesegmente an den Teilfugenflächen aneinander anliegen. Wie bereits ausgeführt, kommt es durch die Verjüngung der jeweiligen Flanschleisten zu einer Verringerung der Auflagefläche der Teilfugen und damit bei gleichem Anpressdruck zu einer deutlich erhöhten Dichtwirkung. Dadurch dass die Teilfugenschrauben durch die erfindungsgemäße Lösung auch näher an die Innenkontur der Turbinengehäusesegmente heranrückt, wird die Hebelwirkung durch den Innendruck im Turbinengehäuse verringert und ein Aufhebeln des Teilfugenflansches wirkungsvoll verhindert. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Turbinengehäuses zeichnet sich dadurch aus, dass das Turbinengehäuse ein Dampfturbinengehäuse mit zwei Turbinengehäusesegmenten ist und die Turbinengehäusesegmente an horizontalen Teilfugen aneinander liegen. Insbesondere bei Dampfturbinen herrscht häufig ein hoher Dampfdruck verbunden mit hohen Dampftemperaturen. Diese führen zu einer Wärmedehnung der Turbinengehäusehälften und damit zu einem Aufhebeln des Teilfugenflansches. Durch die erfindungsgemäßen Turbinengehäusesegmente kann das Aufhebeln im Bereich der Teilfugenflansche wirkungsvoll verhindert werden wodurch ein Einsatz der Dampfturbine mit höheren Dampfparametern ermöglicht wird.
  • Ausgestaltungen und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen geschweißten Turbinengehäusesegmentes;
    • Figur 2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen geschweißten Turbinengehäusesegmentes;
    • Figur 3: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turbinengehäuses
  • Bei den Figuren handelt es sich um schematische und nicht zwangsläufig maßstabgerechte Darstellungen, bei denen nur die Wesentlichen, für die Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines geschweißten Turbinengehäusesegmentes 1. Bei dem geschweißten Turbinengehäusesegment 1 handelt es sich beispielsweise um das Gehäuseoberteil einer Dampfturbine. Das Turbinengehäusesegment 1 umfasst ein Wandblech 2 und eine mit dem Wandblech 2 verschweißte Flanschleiste 3. Die Flanschleiste 3 weist eine Teilfugenfläche 4 auf. Mit der Teilfugenfläche 4 liegt das Turbinengehäusesegment 1 an einer weiteren nicht dargestellten Teilfugenfläche eines Gehäuseunterteils an und bildet mit dieser eine Teilfuge aus. Die Flanschleiste 3 weist eine Abschrägung 6 an der Turbinengehäusesegmentinnenseite 5 auf. Dabei verjüngt sich die Flanschleiste 3 in Richtung der Teilfugenfläche 4. Hierdurch kommt es gegenüber der herkömmlichen Flanschleiste zu einer Verringerung der Teilfugenfläche 4. Durch die Verringerung der Teilfugenfläche 4 erreicht man bei gleichem Anpressdruck eine höhere Dichtwirkung. Durch die Abschrägung 6 rückt die Bohrung 10 zur Aufnahme der Teilfugenschrauben näher an die Innenkontur des Turbinengehäusesegmentes 1 heran. Hierdurch verringert sich die Hebelwirkung, so dass ein Aufhebeln des Teilfugenflansches verringert oder vollständig verhindert werden kann. Durch die erhöhte Dichtwirkung erhöht sich auch der Einsatzbereich eines solchermaßen ausgebildeten Turbinengehäuses, das heißt es können zum Beispiel für eine Dampfturbine deutlich höhere Dampfparameter realisiert werden.
  • Figur 2 zeigt ein zweites erfindungsgemäßes geschweißtes Turbinengehäusesegment 1. Auch hier verjüngt sich die Flanschleiste 3 in Richtung der Teilfugenfläche 4. Die Verjüngung wird hierbei mittels einer Abrundung 7 an der Flanschleiste 3 ausgebildet. Die Abrundung kann dabei derart ausgebildet werden, dass der Radius der Abrundung dem Radius des Wandbleches 2 entspricht, so dass die Innenkontur des Wandbleches 2 in der Flanschleiste 3 fortgeführt wird. Grundsätzlich kann die Abrundung aber auch mittels eines von dem Wandblech 2 abweisenden Radius ausgebildet werden. Wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, kommt es durch die Verjüngung der Flanschleiste zu einer Verringerung der Teilfugenfläche 4, wodurch bei gleicher Anpresskraft der Anpressdruck und damit die Dichtwirkung zunimmt. Außerdem wird auch in diesem Ausführungsbeispiel die Bohrung für die Teilfugenschraube näher an die Innenkontur des Turbinengehäusesegmentes 1 herangebracht, wodurch wiederum die Hebelwirkung verringert und ein Aufhebeln des Teilfugenflansches aufgrund des im Turbinengehäuse herrschenden Innendrucks verhindert werden kann.
  • Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Turbinengehäuse 8. Das Turbinengehäuse 8 weist ein erstes Turbinengehäusesegment 1 und ein zweites Turbinengehäusesegment 1' auf. Bei den Turbinengehäusesegmenten 1, 1' kann es sich um die in Figur 1 oder 2 näher beschriebenen Turbinengehäusesegmente handeln. Die beiden Turbinengehäusesegmente 1, 1' liegen an den jeweiligen Teilfugenflächen 4 aneinander an und bilden eine Teilfuge 9. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Turbinengehäuse aus einem Turbinengehäusesegment 1, welches als Turbinengehäuseoberteil und einem Turbinengehäusesegment 1', welches als Turbinengehäuseunterteil ausgebildet ist. Die Teilfuge 9 ist dabei als horizontale Teilfuge 9 ausgebildet. Durch die Verjüngung der Flanschleiste 3 auf der Turbinengehäusesegmentinnenseite in Richtung der Teilfugenflächen 4 wird die Teilfugenfläche 4 und damit die Teilfuge 9 verringert, wodurch bei gleicher Anpresskraft der Anpressdruck steigt und die Dichtwirkung erhöht wird.
  • Durch die vorliegende Erfindung kann erstmals bei Einsatz eines geschweißten Turbinengehäusesegmentes und Verwendung von einfacheren Werkstoffen ein Turbinengehäuse ausgebildet werden, welches eine gleiche oder verbesserte Teilfugendichtigkeit gegenüber einem gegossenen Turbinengehäuse aufweist. Die Ausbildung der Verjüngung kann dabei auf einfache und kostengünstige Weise beispielsweise mit spanenden Verfahren erzielt werden.

Claims (5)

  1. Geschweißtes Turbinengehäusesegment (1), umfassend ein Wandblech (2) und eine mit dem Wandblech (2) verschweißte Flanschleiste (3), wobei die Flanschleiste (3) eine Teilfugenfläche (4) ausbildet,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Flanschleiste (3) derart ausgebildet ist, dass sich die Flanschleiste (3) auf der Turbinengehäusesegmentinnenseite (5) in Richtung der Teilfugenfläche (4) verjüngt.
  2. Geschweißtes Turbinengehäusesegment (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verjüngung mittels einer Abschrägung (6) an der Flanschleiste (3) ausgebildet ist.
  3. Geschweißtes Turbinengehäusesegment (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verjüngung mittels einer Abrundung (7) an der Flanschleiste (3) ausgebildet ist.
  4. Turbinengehäuse (8),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Turbinengehäuse (8) wenigstens zwei Turbinengehäusesegmente (1, 1') nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist und wobei die Turbinengehäusesegmente (1, 1') an den Teilfugen flächen (4) aneinander anliegen.
  5. Turbinengehäuse (8) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Turbinengehäuse (8) ein Dampfturbinengehäuse mit zwei Turbinengehäusesegmente (1, 1') ist und die Turbinengehäusesegmente (1, 1') an horizontale Teilfugen (9) aneinander liegen.
EP19168823.3A 2018-04-24 2019-04-12 Geschweisstes turbinengehäusesegment sowie turbinengehäuse Withdrawn EP3561242A1 (de)

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DE102018206283A1 (de) 2019-10-24

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