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EP2644843A1 - Schraubenkühlung für eine Strömungsmaschine - Google Patents

Schraubenkühlung für eine Strömungsmaschine Download PDF

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Publication number
EP2644843A1
EP2644843A1 EP12161469.7A EP12161469A EP2644843A1 EP 2644843 A1 EP2644843 A1 EP 2644843A1 EP 12161469 A EP12161469 A EP 12161469A EP 2644843 A1 EP2644843 A1 EP 2644843A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
flow channel
cooling channel
channel
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12161469.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduard Jenikejew
Yevgen Kostenko
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to CN201380017521.1A priority patent/CN104395562B/zh
Priority to EP13713767.5A priority patent/EP2802748B1/de
Priority to US14/386,795 priority patent/US20150050132A1/en
Priority to JP2015502200A priority patent/JP5883986B2/ja
Priority to PCT/EP2013/055506 priority patent/WO2013143894A1/de
Priority to IN7089DEN2014 priority patent/IN2014DN07089A/en
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    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • F01D25/145—Thermally insulated casings
    • 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
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/31—Retaining bolts or nuts

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine comprising a housing comprising an upper housing part, a lower housing part and a flow channel arranged in the housing, wherein the flow channel has a Strömungskanalabdampfraum, wherein the housing part via screws to the lower housing part is connectable, wherein the screw is formed as a stud and one along the
  • the cooling channel has a cooling channel inlet and a cooling channel outlet.
  • steam turbines In steam power plants steam turbines are used, which can apply an electrical output of up to 1600 megawatts. For thermodynamic reasons, a steam turbine is divided into so-called sub-turbines, which have a common shaft.
  • the high-pressure turbine part comprises an inner housing, which consists of an upper part and a lower part and is held together by means of screw connections. Due to the high temperatures and the temporal behavior of the temperature change arise time and temperature-dependent relaxations. As a result, it may be that the tension of the housing and thus the tightness during operation decreases, which can lead to leakage and is associated with a loss of efficiency.
  • a turbomachine comprising a housing comprising an upper housing part, a lower housing part and a flow channel arranged in the housing, wherein the flow channel has a Strömungskanalabdampfraum, wherein the upper housing part via screws to the lower housing part is connectable, wherein the screw is designed as a stud and a wherein the cooling channel has a cooling channel inlet and a cooling channel outlet, wherein the cooling channel inlet is fluidically connected to the flow channel, wherein the cooling channel outlet is fluidly connected to the Strömungskanalabdampfraum.
  • the invention proposes to use a known cooling hole in the stud bolts used for the screw, which is supplied on the one hand with a vapor located in the flow channel and on the other hand connected via adekanalauslass with the Strömungskanalabdampfraum.
  • the vapor from the flow channel has a higher pressure than the vapor in the Strömungskanalabdampfraum, so that a forced flow through the cooling channel in the stud has resulted, resulting in a cooling of the screw as a whole.
  • the stud bolt comprises a nut, wherein the nut comprises cooling channel slots, which fluidly connects the cooling passage with the flow passage steam space.
  • the housing lower part has a bore which connects the cooling channel inlet to the flow channel.
  • This hole can be made in an axial direction of the housing top and bottom. It is important that at a suitable location, the bore has a fluidic connection that provides the appropriate vapor for the cooling steam.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a partial view of a housing upper part 1 and a lower housing part 2.
  • the upper housing part 1 and the lower housing part 2 together a housing which is used in a turbomachine, not shown.
  • a flow channel is arranged (not shown in detail).
  • runners and vanes are arranged, which convert the thermal energy of a steam into rotational energy of a rotor.
  • the upper housing part 1 and the lower housing part 2 are connected to one another via screws 3.
  • the screw 3 is designed as a stud, that is, that the screw 3 has no screw head, but at both ends a thread.
  • a cooling channel 4 is formed, which is connected to a cooling duct inlet 5 and adekanalauslass 6 on the one hand.
  • a slot 8 is arranged in the nut 7 through which the steam can flow into the cooling channel outlet 6.
  • the cooling channel outlet 6 is fluidically connected via a first fluidic connection 9 with the flow channel steam chamber (not shown in more detail).
  • the channel inlet connected via a second fluidic connection 10 with the flow channel, wherein expediently a fluidic connection is realized according to a blade stage, in which the steam parameters are ideal for a cooling channel circulation.
  • FIG. 2 shows the upper housing part 1 with theborokanalauslass 6 and the first fluidic connection. 9
  • FIG. 3 shows the lower housing part 2 with the second fluidic connection 10 and the cooling channel inlet. 5
  • the FIG. 4 shows the nut 7 of the screw 3.
  • the nut 7 has in the region of the thread 11 at least one slot 8, through which the cooling steam can flow.
  • FIG. 5 shows a side view in the axial direction 12 of the turbomachine.
  • the arrangement of the flow channel 13 and the cooling channel inlet 5 and the cooling channel outlet 6 and the first fluidic connection 9 and the second fluidic connection 10 are in the FIG. 5 to recognize.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine umfassend ein Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil (1) und einem Gehäuseunterteil (2), wobei das Gehäuseoberteil (1) über eine Stiftschraube (3) mit dem Gehäuseunterteil (2) verbunden ist und einen Kühlkanal (4) aufweist, der einerseits mit dem Strömungskanal (13) mit einem Dampf höheren Drucks verbunden ist und andererseits mit einem Kühlkanalauslass (6), der mit dem Abdampfraum verbunden ist, ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine umfassend ein Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil, einem Gehäuseunterteil und einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal, wobei der Strömungskanal einen Strömungskanalabdampfraum aufweist, wobei das Gehäuseteil über Schrauben mit dem Gehäuseunterteil verbindbar ist, wobei die Schraube als Stiftschraube ausgebildet ist und einen entlang der axialen Richtung der Stiftschraube ausgebildeten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal einen Kühlkanaleinlass und einen Kühlkanalauslass aufweist.
  • In Dampfkraftwerken werden Dampfturbinen eingesetzt, die eine elektrische Leistung von bis zu 1600 Megawatt aufbringen können. Aus thermodynamischen Gründen wird eine Dampfturbine in sogenannte Teilturbinen aufgeteilt, die eine gemeinsame Welle aufweisen.
  • In der Regel umfasst die Hochdruck-Teilturbine ein Innengehäuse, das aus einem Oberteil und aus einem Unterteil besteht und mittels Schraubenverbindungen zusammengehalten ist. Infolge der hohen Temperaturen und des zeitlichen Verhalten der Temperaturänderung entstehen zeit- und temperaturabhängige Relaxationen. Dadurch kann es sein, dass die Verspannung des Gehäuses und somit die Dichtheit während des Betriebs nachlässt, was zu einer Leckage führen kann und mit einem Wirkungsgradverlust einhergeht.
  • Wünschenswert wäre es daher, eine möglichst für alle Dampfparameter stabile Verspannung zu haben. Dies kann durch ein verbessertes Design oder durch bessere, allerdings teurere Schraubenwerkstoffe ermöglicht werden.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Verschraubung anzugeben, die bei verschiedenen Dampfparametern eine gute Verspannung aufweist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Strömungsmaschine umfassend ein Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil, einem Gehäuseunterteil und einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal, wobei der Strömungskanal einen Strömungskanalabdampfraum aufweist, wobei das Gehäuseoberteil über Schrauben mit dem Gehäuseunterteil verbindbar ist, wobei die Schraube als Stiftschraube ausgebildet ist und einen entlang der axialen Richtung der Stiftschraube ausgebildeten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkanal einen Kühlkanaleinlass und einen Kühlkanalauslass aufweist, wobei der Kühlkanaleinlass strömungstechnisch mit dem Strömungskanal verbunden ist, wobei der Kühlkanalauslass strömungstechnisch mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist.
  • Somit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei den für die Verschraubung verwendeten Stiftschrauben eine an sich bekannte Kühlbohrung zu verwenden, die einerseits mit einem im Strömungskanal befindlichen Dampf versorgt wird und andererseits über einen Kühlkanalauslass mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist. Der Dampf aus dem Strömungskanal weist einen höheren Druck auf als der Dampf im Strömungskanalabdampfraum, so dass eine Zwangsströmung durch den Kühlkanal in der Stiftschraube zur Folge hat, was zu einer Kühlung der Schraube insgesamt führt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • So umfasst in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Stiftschraube eine Mutter, wobei die Mutter Kühlkanalschlitze umfasst, die den Kühlkanal mit dem Strömungskanalabdampfraum strömungstechnisch verbindet.
  • Somit wird also vorgeschlagen, in die Mutter Schlitze einzuarbeiten, die den durch den Kühlkanal in die Schraube strömenden Kühldampf umlenkt und zu dem Strömungskanalauslass, der mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist, verbindet. Dadurch kann an sich kein Kühldampf austreten, was zu einer Verbesserung der Dichtheit führt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuseunterteil eine Bohrung auf, die den Kühlkanaleinlass mit dem Strömungskanal verbindet.
  • Diese Bohrung kann in einer axialen Richtung des Gehäuseoberteils und -unterteils ausgeführt werden. Wichtig ist dabei, dass an einer geeigneten Stelle die Bohrung eine strömungstechnische Verbindung aufweist, die den geeigneten Dampf für den Kühldampf liefert.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels nun näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Verschraubung,
    Figur 2
    Gehäuseoberteil,
    Figur 3
    Gehäuseunterteil,
    Figur 4
    eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Mutter,
    Figur 5
    eine schematische Seitenansicht des Gehäuseoberteils und des Gehäuseunterteils.
  • Die Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine Teilansicht eines Gehäuseoberteils 1 und eines Gehäuseunterteils 2. Das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 bilden gemeinsam ein Gehäuse, das in einer nicht näher dargestellten Strömungsmaschine zum Einsatz kommt. Zwischen dem Gehäuseoberteil 1 und dem Gehäuseunterteil 2 ist ein Strömungskanal angeordnet (nicht näher dargestellt). In diesem Strömungskanal sind Lauf- und Leitschaufeln angeordnet, die die thermische Energie eines Dampfes in Rotationsenergie eines Rotors umwandeln. Das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 werden über Schrauben 3 miteinander verbunden. Dazu ist die Schraube 3 als Stiftschraube ausgebildet, d. h. dass die Schraube 3 keinen Schraubenkopf aufweist, sondern an beiden Enden ein Gewinde. Entlang der axialen Richtung der Stiftschraube ist ein Kühlkanal 4 ausgebildet, der zum einen mit einem Kühlkanaleinlass 5 und einem Kühlkanalauslass 6 verbunden ist.
  • Somit wird ein im Kühlkanaleinlass 5 einströmender Dampf durch den Kühlkanal 4 in axialer Richtung durch die Stiftschraube strömen und dabei die Stiftschraube abkühlen. Schließlich gelangt der Kühldampf in den Kühlkanalauslass 6.
  • Damit der Kühldampf aus dem Kühlkanal 4 in den Kühlkanalauslass 6 strömen kann, ist in der Mutter 7 ein Schlitz 8 angeordnet, durch den der Dampf in den Kühlkanalauslass 6 strömen kann. Der Kühlkanalauslass 6 ist über eine erste strömungstechnische Verbindung 9 mit dem Strömungskanalabdampfraum (nicht näher dargestellt) strömungstechnisch verbunden.
  • In ähnlicher Weise ist, wie in Figur 3 dargestellt, der Kanaleinlass über eine zweite strömungstechnische Verbindung 10 mit dem Strömungskanal verbunden, wobei zweckdienlicherweise eine strömungstechnische Verbindung nach einer Schaufelstufe realisiert wird, bei der die Dampfparameter für einen Kühlkanalkreislauf ideal sind.
  • Die Figur 2 zeigt das Gehäuseoberteil 1 mit dem Kühlkanalauslass 6 und der ersten strömungstechnischen Verbindung 9.
  • Die Figur 3 zeigt das Gehäuseunterteil 2 mit der zweiten strömungstechnischen Verbindung 10 und dem Kühlkanaleinlass 5.
  • Die Figur 4 zeigt die Mutter 7 der Schraube 3. Die Mutter 7 weist im Bereich des Gewindes 11 zumindest einen Schlitz 8 auf, durch den der Kühldampf strömen kann.
  • Die Figur 5 zeigt eine Seitenansicht in axialer Richtung 12 der Strömungsmaschine. Die Anordnung des Strömungskanals 13 sowie der Kühlkanaleinlass 5 sowie der Kühlkanalauslass 6 und die erste strömungstechnische Verbindung 9 und die zweite strömungstechnische Verbindung 10 sind in der Figur 5 zu erkennen.

Claims (6)

  1. Strömungsmaschine umfassend eine Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil (1),
    einem Gehäuseunterteil (2) und einem im Gehäuse angeordneten Strömungskanal (13),
    wobei der Strömungskanal (13) einen Strömungskanalabdampfraum aufweist,
    wobei das Gehäuseoberteil (1) über Schrauben (3) mit dem Gehäuseunterteil (2) verbindbar ist,
    wobei die Schraube (3) als Stiftschraube ausgebildet ist und einen entlang der axialen Richtung (12) der Stiftschraube ausgebildeten Kühlkanal (4) aufweist,
    wobei der Kühlkanal (4) einen Kühlkanaleinlass (5) und einen Kühlkanalauslass (6) aufweist,
    wobei der Kühlkanaleinlass (5) strömungstechnisch mit dem Strömungskanal (13) verbunden ist,
    wobei der Kühlkanalauslass (6) strömungstechnisch mit dem Strömungskanalabdampfraum verbunden ist.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
    wobei die Stiftschraube eine Mutter (7) umfasst,
    wobei die Mutter (7) Kühlkanalschlitze (8) umfasst, die den Kühlkanal (4) mit dem Strömungskanalabdampfraum strömungstechnisch verbindet.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei das Gehäuseunterteil (2) eine Bohrung aufweist, die den Kühlkanaleinlass (5) mit dem Strömungskanal (13) verbindet.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Kühlkanaleinlass (5) im Gehäuseunterteil (2) angeordnet ist.
  5. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Kühlkanalauslass (6) im Gehäuseoberteil (1) angeordnet ist.
  6. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Strömungsmaschine als Dampfturbine ausgebildet ist.
EP12161469.7A 2012-03-27 2012-03-27 Schraubenkühlung für eine Strömungsmaschine Withdrawn EP2644843A1 (de)

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