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Dokumentenidentifikation DE69924113T2 13.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001092840
Titel Verbundene Leitschaufelstruktur für eine Dampfturbine
Anmelder Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Konishi, Tetsu, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Tanaka, Keizo, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Toda, Hideyuki, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Matsuo Asaharu,, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Kuwana, Toyokazu, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Magoshi,Ryotaro,, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69924113
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.10.1999
EP-Aktenzeichen 991202532
EP-Offenlegungsdatum 18.04.2001
EP date of grant 09.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse F01D 25/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F01D 9/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Dampfturbinen-Leitschaufel-Verbundstruktur gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, und insbesondere auf eine zweistufige Verbund-Leitschaufel, die auf eine Hochdruck- oder Mitteldruck-Dampfturbine angewandt ist, bei der ein äußerer Ring zum Verbinden einer Leitschaufel der vorderen Stufe und einer Leitschaufel der hinteren Stufe miteinander auf feste Weise in einer Bolzenverbindungsstruktur so aufgebaut ist, dass er einfach abgenommen und ausgebaut werden kann, wodurch eine reduzierte Montagezeit und eine verbesserte Wartbarkeit erzielt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei einer Hochdruck- oder Mitteldruck-Dampfturbine werden gegenwärtig Versuche unternommen, eine zweistufige Verbund-Leitschaufel anzuwenden, bei der einander benachbarte Leitschaufeln der vorderen Stufe und der hinteren Stufe fest miteinander verbunden werden. 4 ist eine Schnittansicht einer solchen zweistufigen Verbund-Leitschaufel nach ihrem Zusammenbau, und 5 ist eine Schnittansicht von zwei strukturellen Teilen von Leitschaufeln, bevor sie zusammengebaut werden, wobei 5(a) einen Leitschaufelabschnitt (vordere Stufe) zeigt, und 5(b) einen Leitschaufelabschnitt (hintere Stufe) zeigt.

Bei der vorbekannten zweistufigen Verbund-Leitschaufel gemäß 5 ist eine Leitschaufel (vordere Stufe) 42 an einer stromaufwärtigen Seite der Dampfströmung S in einer integralen Struktur hergestellt, bei der ein Außenring-Vorderabschnitt 41 und ein Innenring-Vorderabschnitt 43 durch Verschweißen fest aneinandergepasst sind. Eine Leitschaufel (hintere Stufe) 52 ist ebenfalls in einer integralen Struktur hergestellt, bei der ein hinterer Außenringabschnitt 51 und ein hinterer Innenringabschnitt 53 durch Verschweißen fest zusammengefügt sind. Diese integral gefertigten Leitschaufeln 42, 52 werden durch Elektronenstrahlschweißen an einer durch eine Bezugsziffer 70 gezeigten Position (4) des vorderen Außenringabschnitts 41 und des hinteren Außenringabschnitts 51 fest miteinander verbunden, so dass die zweistufige Verbund-Leitschaufel einer integralen Struktur hergestellt wird.

Es ist anzumerken, dass Dichtungs-Einsetzabschnitte 44, 54 zum Einsetzen von Labyrinthdichtungen in diese in dem vorderen Innenringabschnitt 43 bzw. dem hinteren Innenringabschnitt 53 ausgearbeitet sind, ebenso die Dichtungsrippennuten 55, 56 in dem hinteren Außenringabschnitt 51 ausgearbeitet sind, wie später beschrieben wird.

Bei der integralen Struktur der Leitschaufel (vordere Stufe) 42 gemäß 5(a) ist der vordere Außenringabschnitt 41 an einer Außenseite der Schaufel über Schweißabschnitte 45, 46 angesetzt, und der vordere Innenringabschnitt 43 ist an einer Innenseite der Schaufel über Schweißabschnitte 47, 48 angesetzt, und der Dichtungs-Einsetzabschnitt 44 zum Einsetzen einer Labyrinthdichtung in diesen ist in den vorderen Innenringabschnitt 43 eingearbeitet.

Bei der integralen Struktur der Leitschaufel (hintere Stufe) 52 gemäß 5(b) besteht der hintere Außenringabschnitt 51 aus Abschnitten 51a, 51b, 51c, wobei die Abschnitte 51a, 51b über Schweißabschnitte 58, 59 zusammengefügt sind, und die Abschnitte 51b, 51c über Schweißabschnitte 56, 57 zusammengefügt sind, und der auf diese Weise aufgebaute hintere Außenringabschnitt 51 an einer Außenseite der Schaufel über Schweißabschnitte 57, 59 angesetzt wird. Außerdem ist der hintere Innenringabschnitt 53 an einer Innenseite der Schaufel über die Schweißabschnitte 60, 61 angesetzt. Der Dichtungs-Einsetzabschnitt 54 zum Einsetzen einer Labyrinthdichtung in diesen ist in den hinteren Innenringabschnitt 53 eingearbeitet. Ferner sind Dichtungsrippennuten 55, 56 in den hinteren Außenringabschnitt 51 eingearbeitet. Somit werden die jeweiligen integralen Strukturen der Leitschaufel (vordere Stufe) 42 und der Leitschaufel (hintere Stufe) 52 durch Elektronenstrahlschweißen an der Position 70 gemäß 4 miteinander verbunden, wodurch die zweistufige Verbund-Leitschaufel hergestellt wird.

Bei der vorbekannten zweistufigen Verbund-Leitschaufel nach obiger Beschreibung werden die jeweiligen integralen Strukturen des Außenrings, der Leitschaufel und des Innenrings durch TIG-Schweißen (TIG = tungsten inert gas) oder MAG-Schweißen (MAG = metal active gas) gefertigt, und deren Strukturkörper der vorderen Stufe und der hinteren Stufe werden durch Elektronenstrahlschweißen an der Position des vorderen Außenringabschnitts und des hinteren Abschnitts zusammengefügt, wodurch die zweistufige Verbund-Leitschaufel in der integralen Struktur gefertigt wird. Deshalb können die Vorderstufen- und Hinterstufenabschnitte derselben nicht zur Reparatur oder zur Inspektionsarbeit voneinander getrennt werden, was zu einer Erschwerung der Arbeit führt. Außerdem erfordert die Schweißarbeit erhebliche Arbeitszeit, insbesondere das Verbinden des vorderen Außenringabschnitts 41 und des hinteren Außenringabschnitts 51 erfordert ein Verschweissen um einen gesamten Umfang des Außenrings, wodurch sich ein Problem ergibt, dass umfangreiche Einrichtungen von Montagegestellen, Werkzeugen etc. für den Schweißvorgang benötigt werden, und die Arbeitszeit ebenfalls verlängert wird.

Eine vorbekannte Dampfturbinen-LeitschaufelVerbundstruktur mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus DE 195 27 662 C1 bekannt.

ABRISS DER ERFINDUNG

In Anbetracht des Problems beim Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Dampfturbinen-Verbundleitschaufel bereitzustellen, bei der ein vorderer Außenringabschnitt und ein hinterer Außenringabschnitt in einer Bolzenverbindungsstruktur anstelle der Schweißstruktur nach dem Stand der Technik zusammengefügt werden, so dass es möglich ist, eine Reparatur- oder Inspektionsarbeit zu erleichtern und die Arbeitszeit einer Montagearbeit zu reduzieren.

Um die obige Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Dampfturbinen-Leitschaufel-Verbundstruktur bereit, wie sie durch Anspruch 1 definiert ist.

Bei der Verbund-Leitschaufel der vorliegenden Erfindung werden die Leitschaufel-Strukturkörper der vorderen Stufe und der hinteren Stufe, die jeweils integral hergestellt sind, durch den Bolzen miteinander verbunden, wodurch ihre Abnahme und Demontage möglich wird und ihre Wartung und Inspektion leicht vorgenommen werden kann. Bei der vorbekannten Verbund-Leitschaufel wird die Leitschaufel-Strukturkörper der vorderen und hinteren Stufe durch Elektronenstrahlschweißen zusammengefügt, um fest integriert zu sein, was das Abnehmen und die Demontage erschwert und eine schwierige Wartungs- und Inspektionsarbeit erfordert, und da ferner die Elektronenstrahlschweißung um den gesamten Umfang des Außenrings herum erforderlich ist, werden umfangreiche Einrichtungen von Montagegestellen, Werkzeugen etc. benötigt und auch die Arbeitszeit hierfür verlängert. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch ist nur die Verbindungsarbeit der Bolzen erforderlich, und die Montagezeit kann verkürzt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Dampfturbinen-Verbundleitschaufel einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,

2 eine Teil-Vorderansicht, betrachtet von der Ebene X-X von 1,

3 eine Schnittansicht von drei Leitschaufel-Strukturabschnitten, bevor sie zusammengebaut sind, wobei 3(a) einen Leitschaufelabschnitt der vorderen Stufe zeigt, 3(b) einen mittleren Außenringabschnitt zeigt und 3(c) einen Leitschaufelabschnitt der hinteren Stufe zeigt,

4 eine Schnittansicht einer Dampfturbinen-Verbundleitschaufel nach dem Stand der Technik nach dem Zusammenbau, und

5 eine Schnittansicht der zwei Leitschaufel-Strukturabschnitte vor ihrem Zusammenbau, wobei 5(a) einen Leitschaufelabschnitt der vorderen Stufe und 5(b) einen Leitschaufelabschnitt der hinteren Stufe zeigt.

KURZBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nachstehend wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung konkret mit Bezug auf die Figuren beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht einer Dampfturbinen-Verbundleitschaufel einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Teil-Vorderansicht, betrachtet von der Ebene X-X von 1, und 3 ist eine Schnittansicht der drei Leitschaufel-Strukturabschnitte vor ihrem Zusammenbau, wobei 3(a) einen Leitschaufelabschnitt der vorderen Stufe zeigt, 3(b) einen mittleren Außenringabschnitt zeigt, und 3(c) einen Leitschaufelabschnitt der hinteren Stufe zeigt.

In 3(a) ist wie im vorbekannten Fall ein vorderer Außenringabschnitt 1 mit einer Außenseite einer Leitschaufel (vordere Stufe) 2 verbunden, und ein vorderer Annenringabschnitt 3 ist mit einer Innenseite der Leitschaufel (vordere Stufe) 2 verbunden, so dass eine integrale Struktur der vorderen Leitschaufelstufe 2 hergestellt wird. Ein Dichtungs-Einsetzabschnitt 6 zum Einsetzen einer Labyrinthdichtung in diesen ist in den vorderen Innenringabschnitt 3 eingearbeitet. Ein Bolzenloch 5 als Loch für einen Bolzen-Kopfabschnitt ist in den vorderen Außenringabschnitt 1 eingearbeitet und durchsetzt diesen. In einem rechten oder hinteren oberen Endabschnitt des vorderen Außenringabschnitts 1 ist ein Eingriffsabschnitt 4 in abgestufter Form zum Verbindungseingriff mit einem Endabschnitt eines nachstehend zu beschreibenden mittleren Außenringabschnitts 10 eingearbeitet.

In 3(b) hat der mittlere Außenringabschnitt 10 an beiden Endabschnitten desselben eingearbeitete Eingriffsabschnitte 11, 12, wobei der Eingriffsabschnitt 11 zum Eingriff mit dem Eingriffsabschnitt 4 des vorderen Außenringabschnitts 1 dient, und der Eingriffsabschnitt 12 zum Eingriff mit einem Endabschnitt eines nachstehend zu beschreibenden hinteren Außenringabschnitts 21 dient. Ein Bolzenloch 14 ist in dem mittleren Außenringabschnitt 10 vorgesehen, um diesen zu durchsetzen, so dass es mit dem Bolzenloch 5 des vorderen Außenringabschnitts 1 in Verbindung steht. Ferner sind Dichtungsrippennuten 13 in dem mittleren Außenringabschnitt 10 vorgesehen.

In 3(c) ist eine integrale Struktur einer hinteren Leitschaufelstufe 22 gezeigt, wobei ein hinterer Außenringabschnitt 21 mit einer Außenseite der hinteren Leitschaufelstufe 22 durch Verschweißen zusammengefügt ist, und ein hinterer Annenringabschnitt 23 ebenfalls mit einer Innenseite der hinteren Leitschaufelstufe 22 durch Verschweißen wie im vorbekannten Fall zusammengefügt ist. Ein Eingriffsabschnitt 24 ist in einem linken oder vorderen Endabschnitt des hinteren Außenringabschnitts 21 zum Eingriff mit dem Eingriffsabschnitt 12 des mittleren Außenringabschnitts 10 vorgesehen, und ein Bolzenloch 25 als Loch für einen Bolzen-Endabschnitt ist in den hinteren Außenringabschnitt eingearbeitet, um mit dem Bolzenloch 14 des mittleren Außenringabschnitts 10 in Verbindung zu stehen. Ein Dichtungs-Einsetzabschnitt 26 zum Einsetzen einer Labyrinthdichtung in diesen ist in den hinteren Außenringabschnitt 23 eingearbeitet, und außerdem sind Dichtungsrippennuten 27 an einem Innenumfang eines rechten oder hinteren Abschnitts des hinteren Außenringabschnitts 21 eingearbeitet.

In 1 ist ein Querschnitt einer zweistufigen Dampfturbinen-Verbundleitschaufel dargestellt, wobei jeder der in 3 gezeigten, getrennten Schaufelabschnitte zusammengefügt ist, um eine integrale Struktur der Dampfturbinen-Verbundschaufel zu bilden. In 1 stehen der vordere Außenringabschnitt 1, der mittlere Außenringabschnitt 10 und der hintere Außenringabschnitt 21 miteinander über zwei Eingriffsabschnitte in Eingriff, von denen der eine einer der Eingriffsabschnitte 4, 11 und der andere einer der Eingriffsabschnitte 12, 24 ist, so dass die Positionierung der Bolzenlöcher 5, 14, 25 auf einfache Weise sichergestellt wird. In diesem Stadium wird ein Verbindungsbolzen 30 eingesetzt, um in die Bolzenlöcher 5, 14, 25 eingeschraubt zu werden, wodurch die Abschnitte 1, 10, 21 des Außenrings fest miteinander verbunden werden, um zu einer Einheit integriert zu werden.

In 2, die eine Teil-Vorderansicht, betrachtet von der Ebene X-X von 1 ist, ist der vordere Außenringabschnitt 1 zu einer Ringform ausgebildet, und mehrere Verbindungsbolzen 30 sind entlang der Ringform zum festen Zusammenfügen des vorderen Außenringabschnitts 1, des mittleren Außenringabschnitts 10 und des hinteren Außenringabschnitts 21 nach obiger Beschreibung vorgesehen. Es ist anzumerken, dass in dem in 2 dargestellten Beispiel ein Intervall zwischen jedem der Verbindungsbolzen 30 so gewählt ist, dass ein mittlerer Winkel des Außenrings, der von dem Intervall hergestellt wird, auf 14° festgelegt ist (nicht gezeigt), dass eine Anordnung der Verbindungsbolzen 30 jedoch nicht hierauf beschränkt ist.

Bei der zweistufigen Verbund-Leitschaufel mit dem Verbindungsbolzen 30, wie sie in 1 gezeigt sind, sind die Leitschaufel 2 der vorderen Stufe, eine Laufschaufel 33, die Leitschaufel 22 der hinteren Stufe und eine Laufschaufel 35 der Reihe nach in einer Richtung der Dampfströmung S angeordnet, und eine Labyrinthdichtung 32 ist an den Dichtungs-Einsetzabschnitt 6 des vorderen Anßenringabschnitts 3 eingesetzt, ebenso wie eine Labyrinthdichtung 34 an dem Dichtungs-Einsetzabschnitt 26 des hinteren Annenringabschnitts 23 eingesetzt ist, womit ein Dichtungsabschnitt zum Abdichten einer Rotorscheibenseite gebildet wird.

Ferner sind Dichtungsrippen 31 in die Dichtungsrippennuten 13 des mittleren Außenringabschnitts 10 eingesetzt, um einen Dichtungsabschnitt zum Abdichten eines Außenendabschnitts der Laufschaufel 33 zu bilden, und Dichtungsrippen 34 sind in die Dichtungsrippennuten 27 des hinteren Außenringabschnitts 21 eingesetzt, um einen Dichtungsabschnitt zum Abdichten eines Außenendabschnitts der Laufschaufel 33 zu bilden.

Gemäß der Verbund-Leitschaufel der vorliegenden Ausführungsform nach obiger Beschreibung ist der Außenring in den vorderen Abschnitt 1, den mittleren Abschnitt 10 und den hinteren Abschnitt 21 unterteilt; der vordere Außenringabschnitt 1, die vordere Stufe der Leitschaufel 2 und der vordere Innenringabschnitt 3 sind durch Verschweißen zusammengefügt, um eine integrale Struktur zu bilden; der hintere Außenringabschnitt 21, die Leitschaufel 22 der hinteren Stufe und der hintere Innenringabschnitt 23 sind ebenfalls durch Verschweißen zusammengefügt, um eine integrale Struktur zu bilden; dieser vordere Außenringabschnitt 1, der mittlere Abschnitt 10 und der hintere Abschnitt 21 werden durch den Verbindungsbolzen 30 fest miteinander verbunden, wodurch im Vergleich zu der vorbekannten, integral durch Schweißen gefertigten zweistufigen Verbund-Leitschaufel ein Abnehmen und Demontieren möglich wird, die Wartung erleichtert wird und die Montagezeit reduziert werden kann.


Anspruch[de]
  1. Dampfturbinen-Leitschaufel-Verbundstruktur mit:

    einem Leitschaufelstrukturkörper einer vorderen Stufe und einem Leitschaufelstrukturkörper einer hinteren Stufe,

    wobei die Leitschaufelstrukturkörper der vorderen und hinteren Stufe jeweils aus einem Außenring (1, 21), der integral mit radialen Außenseiten von Leitschaufeln (2, 22) durch Verschweißen verbunden ist, und einem Innenring (3, 23), der mit radialen Innenseiten der Leitschaufeln (2, 22) durch Verschweißen integral verbunden ist, gebildet sind,

    wobei die Leitschaufelstrukturkörper der vorderen und hinteren Stufe an ihren jeweiligen Außenringen (1, 21) durch Bolzen (30) verbunden sind, und

    wobei ein äußerer Mittelring (10) zwischen den Außenringen (1, 21) der Leitschaufelstrukturkörper der vorderen und hinteren Stufe positioniert ist und die Bolzen (30) sich durch den äußeren Mittelring (10) erstrecken,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Außen- und Innenringe (1, 21; 3, 23) mit den Leitschaufeln (2, 22) durch eine Schweißverbindung verbunden sind, und

    der äußere Mittelring (10) zusätzlich mit den Außenringen (1, 21) der Leitschaufelstrukturkörper der vorderen und hinteren Stufe über in einer abgestuften Form ausgearbeitete Eingriffsabschnitte (4, 11; 12, 24) verbunden ist.
  2. Dampfturbinen-Leitschaufel-Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei der äußere Mittelring (10) mit Dichtungsrippennuten (13) zum Bilden eines Dichtungsabschnitts im Zusammenwirken mit Dichtungsrippen (31) versehen ist, welche an einem äußeren Endabschnitt einer Laufschaufel (33) vorgesehen sind, die zwischen dem Leitschaufelstrukturkörper der vorderen Stufe und dem Leitschaufelstrukturkörper der hinteren Stufe angeordnet ist, wenn diese in eine Dampfturbine eingebaut sind.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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