热涡轮机壳体制造技术

本发明专利技术涉及热涡轮机壳体，它分成两半壳体，每半壳体在所有情况下均包括至少两壳体部分（１１，１２，１３，１４，４２），它们在所有情况下由不同材料制成。在该壳体中，该至少两壳体部分（１１，１２，１３，１４，４２）借助于材料对材料的接合工艺连接在一起，所用材料的种类适于运转中特定的温度要求和机械负荷。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涡轮机构造领域。它涉及由不同材料组成的热涡轮机壳体。由铸钢制成的热涡轮机、尤其是蒸汽涡轮机的壳体是公知的。这些壳体最好由低合金CrMo或CrMov铸钢牌号制成。采用自9％-13％的Cr合金作用涡轮机壳体也是公知的。通常，暴露于高温的壳体或半个壳体被铸成单件，也就是说它们由单一材料组成。可能需要的制造焊接或修理焊接由铸造制造商采用与壳体相同的材料或相关材料进行。工质温度的提高要求这些材料增加合金元素的含量。一方面，这增加了这些部件的成本，另一方面，取决于所选的合金，还引起可行性的限制，这些限制可由铸造技术或生产设备能力产生。由于未来，例如在蒸汽轮机构造区内，预期温度处在540℃和850℃，因此，在适当的部位选择适当的合金将变得特别重要，尤其相对于价格、可行性和技术精而言。后者的范畴包括，例如，在诸如壳体与转子的相邻部件之间的相对膨胀特性。已知由好几个轮盘制成的一些涡轮机转子可被焊在一起，如果合适的话，这些轮子可由不同材料组成。在此情况下，材料的选择取决于特定的要求。在高温区内，采用高合金轮盘，并将其焊于低合金轮盘上，只要温度和负荷允许。采用大壳体或由单一材料组成的半个壳体的缺点在于，例如当采用镍基合金时，会遇到可行性的限制。而且价格很高，因为即使在根本不需要使用这种材料的区域内采用了昂贵的抗高温抗极高温材料。此外，这类壳体的热膨胀和轴的热膨胀不一致，导致静止和转动部件之间的游隙在运转中变得比实际需要的更大的缺点，因此对机器的效率具有有限的影响。涡轮机构造区还有无轮盘壳体，其中一些部件由不同材料组成。这些壳体部件用螺纹连接在一起，即压配合连接。这里应提到的例子是由铸钢和球墨铸铁部件组成的组合壳体，这些部件由一法兰接合而连接。这些由法兰接合面用螺纹连接在一起的壳体的缺点是螺纹连接法兰占据空间。而且，对于承受较高压力和温度的壳体而言，要密封是困难而昂贵的，尤其是在十字头法兰的情况下。最后，具有比壳厚的分离面和分离法兰的已知壳体的缺点在于由于其不对称形状，这些壳体当受热时倾向于变为椭圆形，这是一种对静止和转动部件间的游隙从而对机器的效率发生有害影响的现象。本专利技术寻求避免所有这些缺点。它基于发展廉价生产涡轮机壳体的目的，其中，材料的选择适于特定的运转状况，在这些运转状况中，在轴和壳体之间的热膨胀差异最小，并且能基本上防止壳体部件在运转期间变成椭圆。按照本专利技术，在包括至少两个在所有情况下由不同材料制成的壳体部分的涡轮机壳体中，这是通过这样的措施来达到的至少两个壳体部分通过材料对材料的接合工艺连接在一起，当机器运转时，所用材料的种类适于特定的温度要求和机械负荷。本专利技术的优点尤其是消除了各壳体部件之间的螺纹连接。这种接合根本不会引起机械问题，并在所有运转工况下能密封。另一优点是该壳体能按运转工况采用最佳材料来制造，该壳体经济有效，与已知的现有技术解决方案相比热适应性提高。若壳体沿轴向由不同材料组成，则是特别有利的。在此情况下，这些壳体材普适于所选定的轴材料。这样，能有利地使轴和壳体之间的热膨胀差异最小。此外，若壳体沿圆周由具有不同热膨胀系数的不同材料组成，是有利的。这有利地导致减少壳体变为椭圆的倾向。有利的接合工艺是焊接工艺，诸如手工焊条焊，手工或自动金属惰性气体(MIG)和金属活性气体(MIG)焊浸没弧焊，电子束焊或激光焊，也可以是软焊工艺。利用这些工艺，根据特定的负荷和材料，在壳体部件之间能经济地形成材料对材料的接合。在附图中图示了以单轴轴流式蒸汽轮机为基础的若干示例性实施例，其中附图说明图1表示经本专利技术第一变型实施例中的双壳高压涡轮机的纵剖视图2表示沿图1中II-II线经输入蒸汽区的横剖视图；图3表示沿图1中III-III线在排蒸汽区附近的横剖视图；图4表示经本专利技术第二变型实施例中的双壳、双流道涡轮机的纵剖视图；图5表示在分离面上的法兰接合的细部；图6表示经本专利技术的第三变型实施例中的壳体的带叶片部分的垂直于涡轮机轴线的剖视图。仅仅表示了那些对了解本专利技术不可缺少的部件。参照示例性实施例并根据图1-6详细说明本专利技术。图1表示经双壳高压蒸汽轮机的纵剖示图，具有按本专利技术第一变型实施例的一个壳体，而图2和3表示沿图1中II-II线和III-III线经高压蒸汽轮机的横剖视图。该蒸汽轮机基本上包括一根轴，由若干、在本例中为4个轮盘1、2、3、4组成，并支承转子叶片51；一个内壳体11、12、13，支承导叶50；一个外壳体41。该内壳体在水平面内被分成二半壳体，涡轮机轴线延伸。轮盘1、2、3和4各由不同材料组成。它们按照公知的现有技术用焊接接合在一起，从图1中的轴焊缝5、6、7可以看出。暴露于最高温度(约620℃)中的轮盘1，例如，由9％-13％的高合金Cr钢组成。轮盘2暴露于较低、但仍然是高温(约560℃)中，因此，例如，用低合金CrMov钢制成。轮盘3和4仅须经受较中等的温度(约450℃)，因而由非合金钢制成。在此情况下，按照本专利技术，该内壳体如轴一样，由各部，在本示例性实施例中由3个部分11、12、13通过材料对材料的接合连接在一起，壳体部分11焊于壳体部件12，以形成圆周焊缝15，壳体部12在其另一端又焊于壳体13，以形成壳体焊缝(圆周焊缝)16。所用的焊接工艺可以是手工缝条焊，手工或自动MIG或MAG焊，浸没弧焊，电子束焊或激光焊。使用于最高温度的壳体部分11，例如，由9％-13％的Cr钢组成，使用于高温的壳体部分12，例如，由低合金CrMov钢组成，而使用于低温的壳体部分13，例如，由非合金钢组成。因此，高压蒸汽轮机的内壳体沿轴向由不同材料制成，所用材料的性质适于特定的温度要求和运转中的机械负荷。取决于结构和要求，壳体部分11、12、13可以是铸造的或锻造的，部分12、13尤其适于锻造。这些壳体部分可用铸件或锻件焊在一起，或由适当的供应商提供。在本示例性实施例中，内壳体的两半壳体在叶片焊接、机加工和装配后，用热装(冷缩)环21、22、23保持在一起。该热装环21、22、23由废蒸汽流冷却，因此，它们无须由昂贵的高合金材料组成，而可由，例如，不贵的锻造低合金CrMov钢组成。在蒸汽温度升至如850℃的情况下，轴的各部分1、2、3、4和内壳的部分12、13、14由下列材料组成是有利的，在所有情况下，在各部分之间进行制造焊接在极高温度范围内(约620-850℃)，Ni基合金；在高温范围内(约560-620℃)，9％-13％的Cr钢；在低温范围内(约450-560℃)，CrMov钢。因此，内壳部分12、13、14的材料选择适于所选的轴材料，即部件1至4的材料。例如，从图2，它表示经输入蒸汽区的横剖视图，可以看出，轴轮盘1和蒸汽轮机内壳体部分11均暴露于同样的温度条件下(最高温度)，因此，应由同样的材料造成，例Ni基合金。相反，图3表示废蒸汽区附近的横剖视图，从该图中可以看到轴轮盘3暴露于与内壳体部13同样温度条件(低温)下，因此，部件3和13应由同样的材料，例如低合金CrMov钢制造是有利的。本专利技术的优点在于热涡轮机按规范直到最高温度的压力能经济地制造。贵重高合金材料的应用减少到最低程度。铸件有较适中的尺寸，它缩短了供应时间，对可行性、价格和超前时间具有有益的影响。另一优点是许多部件能锻造。从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热涡轮机壳体，在大致平行于该机器轴线的平面内，它分成两半壳体，每半壳体在所有情况下包括至少两个壳体部分（１１，１２，１３，１４，４２），它们在所有情况下由不同材料制成，其特征在于该至少两半壳体部分（１１，１２，１３，１４，４２）借助于材料对材料的接合工艺连接在一起，所用材料的种类适于运转中特定的温度要求和机械负荷。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P梅兰，RB斯卡林，H克洛茨，
申请(专利权)人：ABB阿尔斯托姆电力瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]