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PATENTANSPRÜ CH E 1. Dampfturhinr mit einer Flanschheizung des Turbinengehäuses. das einen z-riteiligen Gehäuseanteil ( + 2:
1 S + I t) ulld Verbindungsflanschen (5 + 6; 17 + 18) mit ebenen Flanschdichtflichen aufweist, die durch Flanschschrauben (4) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet. dass in den Flanschen (56:17, 18) mindestens eine Lage (7.
S: 19. '0) von beim Guss der Gehäuseteile in die GussformeingelegtenHeizrohren(9 + 10;21 + 22) vorbanden ist. dass jeweils ein Ende dieser Heizrohre (9 + 10: 21 + 22) mit einem Einlassverteilkanal (11:23) und das andere Ende mit einem Auslasssammelkanal (12:24) in leitender Verbindung steht und dass die Einlassverteilkanäle l l: 33) mit Frisch- oder Prozessdampfleitungen und die Auslasssammelkanäle (12: 24) mit einer Stelle des Dampfkreislaufes in Verbindung stehen.
2. Dampfturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. dass die Einlassverteilkanäle (11) an einem der beiden Enden der Flanschen (5, 6) an deren Aussenseite vorgesehen sind. und dass die Einlassverteilkanäle (11) mit einer Frischdampfleitung oder Prozessdampfleitungen in Verbindung stehen.
3. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass die Einlassverteilkanäle (23) an den beiden Enden der Flanschen (17, 18) an deren Aussenseite und die Auslassammelkanäle (24) in der Mitte der Flanschen (17, 18) an deren Aussenseite vorgesehen sind und dass die Einlassverteilkanäle (23) mit einem Abzapfdampfkanal in Verbindung stehen.
4. Dampfturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. dass die Einlassverteilkanäle (11; 23) Absperror- gane aufweisen. um die Dampfzufuhr in die Heizrohre (9 + 10:21 + 27) unterbrechen zu können.
5. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. dass der Werkstoff des Turbinengehäuses einen tieferen Schmelzpunkt hat als der Werkstoff der Heizrohre (9 + 10: 21 + 22). wobei als Werkstoffe vorzugsweise Sphärogusseisen für das Turbinengehäuse und Stahl für die Heiz rohre (9 + 10:21 zu I + 27) Verwendung finden.
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einer Flanschheizung des Turbinengehäuses nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Dampfturbinen mit geteiltem Turbinengehäuse kommt es beim Anfahren und bei grösseren Laständerungen wegen der Temperaturunterschiede zwischen den verschiedenen Gehäusepartien infolge Temperaturänderungen zu Verformungen des Turbinengehäuses, wobei insbesondere das Anfahren aus dem kalten Zustand zu bleibenden Verformungen im Bereich der Flanschdichtflächen und auch zu unzulässigen Beanspruchungen der Flanschschrauben führen kann.
Durch die schnellere Erwärmung des Gehäusemantels gegenüber den Flanschpartien kommt es nämlich zu einer Stauchung der dem Gehäuseinneren zugewandten Teile der Flanschdichtflächen, die, falls dabei die Quetschgrenze des Gehäusewerkstoffs überschritten wird, zu einem Klaffen dieser Teile führt, sobald auch die Flanschpartien die stationäre Betriebstemperatur erreicht haben. Die Flanschdichtflächen liegen dann günstigsten falls nur an ihren aussenliegenden Partien und im Schraubenbereich dichtend aufeinander. Praktisch führt das Klaffen der Innenpartien aber häufig dazu, dass durch Spalte, die sich infolge örtlicher Bearbeitungsungenauigkeiten an den restlichen Flächenteilen gebildet haben können. Undichtheiten auftreten.
Stand der Tecliiiik
Um die Überbennspruchung eines Teiles der Flanschen zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, sind auch Massnahmen an den Flanschschrauben vorgeschlagen worden, die ihr schnelles Erwärmen bezwecken. Eine solche, in der CA-PS 1122 835 vorgeschlagene Massnahme besteht darin, den zwischen dem Dehnschaft der Flanschschrauben und den sie aufnehmenden Bohrungen bestehenden Ringraum durch eine Wärmemanschette aus gut wärmeleitendem Material mit möglichst kleinem Spiel zu überbrücken, um einen guten Wärmeübergang von den Flanschbohrungen auf die Dehnschäfte der Flanschschrauben zu erhalten. Der erwähnte Ringraum ist nämlich beträchtlich, da der Durchmesser der Dehnschäfte kleiner ist als der Kerndurchmesser des Schraubengewindes und letzterer den Durchmesser der Flanschbohrungen bestimmt.
Durch solche Wärmemanschetten werden die Flanschschrauben also annähernd so schnell wie die Flanschpartien erwärmt, wodurch beide in der Anfahrphase bis zum Erreichen der stationären Betriebstemperatur eine Entlastung von den sonst ohne diese Massnahme auftretenden Wärmespannungen mit der erwähnten Beeinträchtigung der Dichtheit der Flanschverbindung erfahren.
Darstellung der E¯finduilg
Die vorliegende Erfindung entstand aus der Aufgabe, in den Flanschpartien zwecks deren möglichst verzögerungsfreier Erwärmung gegenüber dem Mantel des Turbinengehäuses Heizmittel vorzusehen, welche, gegebenenfalls in Verbindung mit Massnahmen zur Verbesserung des Wärmeübergangs an die Flanschschrauben, die eingangs erwähnten schädlichen Wirkungen der verzögerten Flanschund Schraubenerwärmung aufheben.
Die erfindungsgemässe Dampfturbine mit einer Flanschheizung des Turbinengehäuses, das einen zweiteiligen Gehäusemantel und Verbindungsflanschen mit ebenen Flanschdichtflächen aufweist, die durch Flanschschrauben miteinander verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Flanschen mindestens eine Lage von beim Guss der Gehäuseteile in die Gussform eingelegten Heizrohren vorhanden ist, dass jeweils ein Ende dieser Heizrohre mit einem Einlassverteilkanal und das andere Ende mit einem Auslasssammelkanal in leitender Verbindung steht, und dass die Einlassverteilkanäle mit Frisch- oder Prozessdampfleitungen und die Auslasssammelkanäle mit einer Stelle des Dampfkreislaufes in Verbindung stehen.
Besonders vorteilhaft ist das Eingiessen oder Umgiessen, von Stahlrohren bei Verwendung von Sphärogusseisen für das Turbinengehäuse zu bewerkstelligen. Bei Stahlguss, der bisher überwiegend als Werkstoff für hochbeanspruchte Turbinengehäuse verwendet wird, ist ein solches Eingiessen von Rohren wegen der im Vergleich zu Gusseisen höheren Schmelztemperatur nicht anwendbar, da die Rohre oder Teile davon durchschmelzen könnten. Es wäre zwar denkbar, die Rohre während des Giessens durch einen Wasserstrom von innen her zu kühlen, doch ist dabei eine Gefügeveränderung in den die Rohre einschliessenden Schichten des Stahlgusses nicht auszuschliessen, ebensowenig wie Lunkerbildungen in den Flanschbereichen, die dort eine Schwächung bedeuten würden.
Kurze Beschreibung der Zeidiiungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 3 in Auf-, Grund- und Seitenriss Ausschnitte aus dem Turbinengehäuse einer Dampfturbine mit erfin dungsgemäss ausgebildeten Flansch partien und die
Fig. 4 bis 6 ebenfalls in Auf-, Grund- und Seitenriss eine zweite Ausfüh rungsform des Erfi ndungsgegenstandes.
Wege zur A usführutig der Erfindung
Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 1-3 ist der Tur binengehäuseunterteil mit 1 bezeichnet. Von der Turbinenwelle 3 sind nur kurze Abschnitte im Lagerbereich dargestellt. In den Fig. 1 und 3 ist nur je eine Flanschschraube 4 schematisch eingezeichnet, die zu verbindenden Flanschen auf einer Seite der beiden Gehäusehälften 1 und 2 sind mit 5 bzw. 6 bezeichnet.
In den Flanschen 5 und 6 der beiden Gehäusehälften sind je drei Lagen 7 bzw. 8 zweier eingegossener Heizrohre 9 und 10 vorhanden. Die kürzeren Heizrohre 10 verlaufen, wie aus Fig. 2 ersichtlich, nahe dem äusseren Rand der Flanschen 5 und 6, die längeren Heizrohre 9 nahe der Gehäuseinnenseite der Gehäusemäntel, weiter im Bereich der Wellenlager im wesentlichen parallel zu diesen und anschliessend etwa parallel an den beiden Stirnseiten des Gehäuses 1 + 2 bis zu ihrer Mündung in einen Einlassverteilkanal 11 bzw. in einen Auslasssammelkanal 12 an den beiden Gehäuseenden. Um ein schnelles Aufheizen der Flanschen gleichlaufend mit der Erwärmung des übrigen Gehäuses zu erreichen, wird man zweckmässig Frischdampf als Heizdampf verwenden, der über getrennte, nicht dargestellte Leitungen direkt dem Kessel oder der Hauptdampfleitung vor der Turbine entnommen wird.
Der Strömungspfeil 13 versinnbildlicht den Eintritt des Heizdampfes und der Strömungspfeil 14 dessen Austritt. Von dort kann er an passender Stelle wieder nutzbringend in den Dampfkreislauf eingeführt werden.
Bei dieser Ausführung durchströmt der Heizdampf die Flanschen in gleicher Richtung wie der Arbeitsdampf die Turbine. Dabei ergibt sich über die Gehäuselänge ein bestimmter Verlauf der Temperaturdifferenz zwischen dem Rotorraum und den Flanschen. Bei der zweiten, in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform wird der Heizdampf den Flanschen an den beiden Enden des Turbinengehäuses zugeführt, durchströmt die Flanschen gegensinnig und wird in ihrer Mitte wieder herausgeführt. Es stellt sich dann gegenüber der Innentemperatur des Gehäuses ein anderer Verlauf der Temperaturdifferenz über die Gehäuselänge ein.
Welche der beiden Ausführungen bezüglich der dabei auftretenden Verformungen des Gehäuses günstiger ist, könnte wahrscheinlich durch Messungen festgestellt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform sind in den Flanschen 17 und 18 des Turbinengehäuseunterteils 15 bzw. des Turbinengehäuseoberteils 16 ebenfalls je drei Lagen 19 bzw. 20 von gleichen Heizrohren 21 und 22 vorhanden. Sie verbinden zwei Einlassverteilkanäle 23 an den Gehäuseenden mit einem in Flanschmitte vorgesehenen Auslasssammelkanal 24. Der bei den Einlassverteilkanälen 23 eintretende, durch die Strömungspfeile 25 symbolisierte Heizdampf kann über nicht dargestellte Rohre und am Turbinengehäuse vorgesehene Anschlussstutzen direkt dem Kessel oder der Arbeitsdampfzuleitung vor der Turbine oder aber dem Arbeitsdampf in der Turbine selbst entnommen werden.
Dabei wird man die Kanäle 23 mit Zapfstellen an einer oder beiden Gehäusehälften 15, 16 verbinden, wo die Dampftemperatur noch genügt, um eine wirkungsvolle Flansch heizung zu erhalten.
Bei Erreichen der stationären Betriebstemperatur kann die externe Heizdampfzufuhr manuell oder von irgendeiner Betriebsgrösse gesteuert, wie Zeitdauer ab Anfahrbeginn oder der Temperatur an einer geeigneten Stelle, abgestellt werden. Auch bei einer inneren Abzapfung von Heizdampf können von geeigneten Betriebsgrössen automatisch gesteuerte Absperreinrichtungen vorgesehen werden.
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PATENT REQUIREMENTS 1. Steam door with a flange heater for the turbine housing. the z-part housing part (+ 2:
1 S + I t) ulld connecting flanges (5 + 6; 17 + 18) with flat flange seals, which are connected by flange screws (4), characterized. that in the flanges (56:17, 18) at least one layer (7th
S: 19. '0) of heating pipes (9 + 10; 21 + 22) inserted into the mold when casting the housing parts. that one end of each of these heating pipes (9 + 10: 21 + 22) is in conductive connection with an inlet manifold (11:23) and the other end with an outlet manifold (12:24) and that the inlet manifolds 11:33) are connected to fresh or process steam lines and the outlet manifolds (12: 24) are connected to a point in the steam cycle.
2. Steam turbine according to claim 1. characterized. that the inlet distribution channels (11) are provided on one of the two ends of the flanges (5, 6) on the outside thereof. and that the inlet distribution channels (11) are connected to a live steam line or process steam lines.
3. Steam turbine according to claim 1, characterized. that the inlet distribution channels (23) are provided at the two ends of the flanges (17, 18) on the outside thereof and the outlet manifold channels (24) in the center of the flanges (17, 18) on the outside and that the inlet distribution channels (23) are provided with a Bleed steam duct in connection.
4. Steam turbine according to claim 1, characterized. that the inlet distribution channels (11; 23) have shut-off devices. to be able to interrupt the steam supply in the heating pipes (9 + 10:21 + 27).
5. Steam turbine according to claim 1, characterized. that the material of the turbine housing has a lower melting point than the material of the heating pipes (9 + 10: 21 + 22). preferably, nodular cast iron for the turbine housing and steel for the heating pipes (9 + 10:21 to I + 27) are used as materials.
DESCRIPTION
The present invention relates to a steam turbine with a flange heater of the turbine housing according to the preamble of claim 1.
In steam turbines with a split turbine housing, the turbine housing is deformed when starting up and when there are major changes in load due to the temperature differences between the various housing parts due to temperature changes, whereby starting from the cold state in particular leads to permanent deformations in the area of the flange sealing surfaces and also impermissible stresses on the flange screws can.
Due to the faster heating of the housing shell compared to the flange parts, there is a compression of the parts of the flange sealing surfaces facing the housing interior, which, if the crushing limit of the housing material is exceeded, leads to a gaping of these parts as soon as the flange parts have also reached the stationary operating temperature . The flange sealing surfaces are then most favorable if they only seal one another on their outer parts and in the screw area. In practice, however, the gaping of the inner parts often leads to gaps that may have formed on the remaining parts of the surface as a result of inaccurate machining. Leaks occur.
State of the Tecliiiik
In order to avoid or at least alleviate the overstressing of part of the flanges, measures have also been proposed on the flange screws which are intended to heat them up quickly. One such measure, proposed in CA-PS 1122 835, consists in bridging the annular space between the expansion shaft of the flange screws and the bores receiving them by means of a heat sleeve made of a good heat-conducting material with as little play as possible in order to ensure good heat transfer from the flange bores to maintain the expansion shafts of the flange screws. The annulus mentioned is namely considerable since the diameter of the expansion shafts is smaller than the core diameter of the screw thread and the latter determines the diameter of the flange bores.
Through such heat sleeves, the flange screws are heated almost as quickly as the flange parts, whereby both are relieved in the start-up phase until the stationary operating temperature is reached from the thermal stresses that would otherwise occur without this measure, with the aforementioned impairment of the tightness of the flange connection.
Representation of the discovery
The present invention arose from the object of providing heating means in the flange sections for the purpose of heating them as quickly as possible with respect to the casing of the turbine housing, which, if necessary in conjunction with measures to improve the heat transfer to the flange bolts, eliminate the harmful effects of delayed flange and screw heating mentioned at the outset.
The steam turbine according to the invention with a flange heater of the turbine housing, which has a two-part housing jacket and connecting flanges with flat flange sealing surfaces, which are connected to one another by flange screws, is characterized in that there is at least one layer of heating pipes inserted into the mold when the housing parts are cast that one end of each of these heating pipes is in conductive connection with an inlet distribution duct and the other end with an outlet manifold, and that the inlet distributing ducts are connected to fresh or process steam lines and the outlet collecting ducts are connected to a point in the steam cycle.
It is particularly advantageous to cast or cast steel pipes using nodular cast iron for the turbine housing. In the case of cast steel, which has hitherto been used predominantly as a material for highly stressed turbine housings, such pouring in of pipes cannot be used because of the higher melting temperature compared to cast iron, since the pipes or parts thereof could melt. Although it would be conceivable to cool the pipes from the inside by means of a stream of water during the casting, a change in structure in the layers of the cast steel including the pipes cannot be ruled out, just as little as the formation of voids in the flange areas, which would mean a weakening there.
Brief description of the drawings
The invention is explained in more detail below on the basis of embodiments shown schematically in the drawings. Show it:
1 to 3 in elevation, plan and side elevation sections from the turbine housing of a steam turbine with flange designed in accordance with the invention and the parts
4 to 6 also in elevation, plan and side elevation a second embodiment of the subject matter of the invention.
Ways of implementing the invention
In the embodiment according to FIGS. 1-3, the lower part of the housing is labeled 1. Only short sections of the turbine shaft 3 are shown in the bearing area. 1 and 3, only one flange screw 4 is shown schematically, the flanges to be connected on one side of the two housing halves 1 and 2 are denoted by 5 and 6, respectively.
In the flanges 5 and 6 of the two housing halves there are three layers 7 and 8, respectively, of two cast-in heating pipes 9 and 10. The shorter heating tubes 10 run, as can be seen from FIG. 2, near the outer edge of the flanges 5 and 6, the longer heating tubes 9 near the inside of the housing shells, further in the area of the shaft bearings essentially parallel to these and then approximately parallel to the two End faces of the housing 1 + 2 up to their mouth in an inlet distribution channel 11 or in an outlet manifold 12 at the two housing ends. In order to achieve rapid heating of the flanges in parallel with the heating of the rest of the housing, live steam is expediently used as heating steam, which is taken directly from the boiler or the main steam line in front of the turbine via separate lines, not shown.
The flow arrow 13 symbolizes the entry of the heating steam and the flow arrow 14 the exit. From there, it can be usefully reintroduced into the steam cycle at a suitable point.
In this version, the heating steam flows through the flanges in the same direction as the working steam through the turbine. This results in a certain profile of the temperature difference between the rotor space and the flanges over the length of the housing. In the second embodiment shown in FIGS. 4 to 6, the heating steam is supplied to the flanges at the two ends of the turbine housing, flows through the flanges in opposite directions and is led out again in the middle. There is then a different course of the temperature difference over the length of the housing compared to the internal temperature of the housing.
Measurements could probably be used to determine which of the two versions is more favorable with regard to the deformation of the housing that occurs.
In the second embodiment, three layers 19 and 20 of the same heating pipes 21 and 22 are also present in the flanges 17 and 18 of the lower turbine part 15 and the upper part 16 of the turbine housing, respectively. They connect two inlet distribution ducts 23 at the housing ends to an outlet manifold 24 provided in the middle of the flange. The heating steam entering the inlet distribution ducts 23, symbolized by the flow arrows 25, can be connected directly to the boiler or the working steam supply line in front of the turbine via pipes (not shown) and provided on the turbine housing can be taken from the working steam in the turbine itself.
It will connect the channels 23 with taps on one or both housing halves 15, 16, where the steam temperature is still sufficient to obtain an effective flange heater.
When the stationary operating temperature has been reached, the external heating steam supply can be switched off manually or controlled by any operating variable, such as the time from the start of the start or the temperature at a suitable point. Even if internal heating steam is drawn off, automatically controlled shut-off devices can be provided for suitable operating sizes.