Beschreibung

GESCHWEISSTE ND-TURBINξNWELLE

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, die einen Nie ^¬ derdruckbereich aufweist, mit zumindest einer Welle, wobei der Niederdruckbereich einen Einströmbereich aufweist.

Eine derartige Strömungsmaschine ist beispielsweise als

Dampfturbine ausgeführt. Derartige Strömungsmaschinen weisen einen Einströmbereich und sich daran anschließende Strömungsbereiche bzw. Abströmbereiche auf, wobei die Strömungsberei ^¬ che ein aus Lauf- und Leitschaufeln gebildetes Schaufelgitter aufweisen.

Ist ein solches Schaufelgitter in axialer Richtung gesehen jeweils links und rechts des Einströmbereiches angeordnet, sind so genannte doppelflutige Strömungsmaschinen gebildet, wobei ein Strömungsmedium, beispielsweise Dampf, über den

Einströmbereich in die in axialer Richtung bzw. in Längsrichtung gesehen jeweils links und rechts davon angeordneten Strömungsbereiche strömt.

In dem in axialer Richtung gesehen jeweils links und rechts des Einströmbereiches angeordneten Strömungsbereichen strömt das Strömungsmedium bezogen auf den jeweils anderen Strömungsbereich in entgegengesetzter Richtung.

Bekannt ist beispielsweise für doppelflutige Strömungsmaschi ^¬ nen die Welle aus dem Werkstoff 26NiCrMoV14-5 zu bilden. Als ein Hauptnachteil dieses bekannten Werkstoffs ist anzusehen, dass die Einsatztemperatur aus Gründen der Versprödung und des Zeitstandverhaltens auf T < 35O ⁰ C zu beschränken ist.

Um den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine verbessern zu kön ^¬ nen, wurde insbesondere der Niederdruckteil, bzw. die Welle im Niederdruckbereich theoretisch dahingehend diskutiert,

dass ein diesbezüglich verbesserter Werkstoff eingesetzt werden könnte. Dieser theoretisch andiskutierte Werkstoff ist der Werkstoff 26NiCrMoV14-5mod (Superclean) . Bei diesem Werk ^¬ stoff ist die Versprödungsneigung zwar reduziert, wohingegen das Problem des gefügeabhängigen Zeitstandverhaltens aber nicht verbessert wird. Der Einsatz des andiskutierten modifi ^¬ zierten Werkstoffs ist theoretisch möglich, wobei die Werkstoffkosten allerdings um mehr als ca. 25 Prozent steigen, und Daten zum Zeitstandverhalten RpO, 2 > 600 MPa nicht ausge- wertet vorliegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strö ^¬ mungsmaschine der eingangs genannten Art, insbesondere die zumindest eine Welle im Niederdruckbereich der Strömungsma ^¬ schine mit einfachen Mitteln dahingehend zu verbessern, dass diese höheren Temperaturen bzw. Einsatztemperaturen ausgesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Welle zumindest an ihrem, im Einströmbereich angeordneten Einströmteil einen warmfesten Werkstoff aufweist. Es ist vorgesehen, dass der Einströmteil aus dem Werkstoff 22CrMoNiWV8-8 besteht, wobei die Abströmteile jeweils aus einem der folgenden beispielhaften Werkstoffen 26NiCrMoV14-5, 26NiCrMoVll-5 und/oder 22CrNiMO9-9 bestehen können.

Bevorzugt weist der Einströmteil dabei einen Werkstoff der 1- 2,5% Cr-Stähle, insbesondere einen Werkstoff mit der Bezeichnung 22CrNiMoWV8-8 (Werkstoffnummer 1.6945) auf.

Günstig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Welle an gegenüberliegend zum Einströmteil angeordneten Abströmteilen einen kaltzähen Werkstoff, bevorzugt einen Werkstoff der 2-4% Ni- Stähle, insbesondere einen Werkstoff 26NiCrMoV14-5 (Werk- stoffnummer 1.6957) aufweist . Natürlich kann der jeweilige Abströmteil aber auch beispielsweise einen Werkstoff

26NiCrMoVl 1-5 (Werkstoffnummer 1.6948) und/oder 22NiCrMo9-9 aufweisen .

Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Welle mehr- teilig aus einem Einströmteil und einem diesem jeweils beid ^¬ seitig zugeordneten Abströmteil gebildet ist. Das Einström ^¬ teil ist dabei mit seinen gegenüberliegend angeordneten Enden Stoffschlüssig mit den jeweils weiteren Abströmteilen verbunden. Als Stoffschlüssige Verbindung kann bevorzugt eine Schweißverbindung eingesetzt werden. Denkbar ist hierbei, wenn als Schweißverfahren ein Schutzgasschweißverfahren, insbesondere eine WIG-Schweißung durchgeführt wird. Möglich ist auch, eine WIG-Engspaltschweißung durchzuführen. Möglich ist aber auch eine Unterpulverschweißung (UP) durchzuführen. Natürlich können aber auch kombinierte Schweißverfahren durchgeführt werden, wobei die „Wurzellage" beispielsweise im WIG-Verfahren und die „Füll- bzw. Decklagen" im UP-Verfahren ausgeführt sind.

Der Einströmteil ist im Bereich der Dampfeinströmung der Strömungsmaschine angeordnet, wobei die Abströmteile in Längsrichtung der Strömungsmaschine jeweils seitlich dazu, also im Abströmbereich angeordnet sind. Im Bereich der Dampfeinströmung, also am Einströmteil herrschen die höchsten Tem- peraturen an der Welle, bzw. an deren Einströmteil.

Insgesamt sind mit dem verwendeten Werkstoff 22CrMoNiWV8-8 für den Einströmbereich des Niederdruckteils der Welle, also des Einströmteils höhere Einströmtemperaturen (T > 35O ⁰ C) realisierbar.

Der Einströmteil aus dem Werkstoff 22CrMoNiWV8-8 kann dabei günstigerweise als Scheibenkörper mit einem Durchmesser bis zu 3000mm hergestellt werden, wobei für den Scheibenkörper keine ESU-Erschmelzung (E_lektro-S_chlacke-Umschmelzung) auch bei größten Wellendurchmessern notwendig ist, da auch über konventionelle Erschmelzungsverfahren ausreichend homogene Eigenschaften erreichbar sind. Der Scheibenkörper wird ent-

sprechend bearbeitet, um seine Funktion im Strömungsquerschnitt zu erfüllen.

Dadurch, dass der Einströmteil einfach als Scheibenkörper hergestellt werden kann und die spezielle ESU-Erschmelzung

(die für Monoblockwellen gleichen Durchmessers notwendig ist) entfallen kann, erhöht sich auch vorteilhaft die Lieferantenanzahl für die Beschaffung des Einströmteils aufgrund des Wegfalls von erforderlichen Herstellungsstandards und ToIe- ranzen bzw. spezieller Anforderungen an die Lieferanten.

Der Einströmteil erfüllt vorteilhaft aufgrund des neuen Werk ^¬ stoffs bzw. der erfindungsgemäßen Verwendung des Werkstoffs 22CrMoNiWV8-8 die notwendig hohe Langzeitfestigkeit und Zähigkeitsanforderung in Strömungsmaschinen insbesondere im Einströmbereich .

Eine Verschweißung der beiden unterschiedlichen Werkstoffe, also des Werkstoffs des Einströmteils mit dem Werkstoff der beiden gegenüberliegenden Abströmteile ist bereits bekannt, wobei die entstehenden Schweißnähte selbstverständlich vorzugsweise in den Bereich mit einer Temperatur T < 35O ⁰ C angeordnet werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, sowie der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:

Fig. 1 eine Welle eines Niederdruckbereiches einer Strö- mungsmaschine im Halbquerschnitt, und

Fig. 2 ein Temperaturdiagramm.

Figur 1 zeigt eine Welle 1 einer Strömungsmaschine in einem Halbquerschnitt bis zu einer Mittelachse X. Selbstverständ ^¬ lich ist die Welle 1 spiegelbildlich zur Mittelachse X ausge ^¬ führt. Die Welle 1 ist Bestandteil eines doppelflutigen Nie-

derdruckbereichs . Die Strömungsmaschine kann z.B. eine Dampf ^¬ turbine sein. Die möglicherweise vorgeschalteten Mitteldruckbereiche bzw. Hochdruckbereiche der Strömungsmaschine sind nicht dargestellt.

Die Strömungsmaschine weist einen Einströmbereich auf, der Mittels des Pfeils 2 dargestellt ist. Als Medium strömt bei ^¬ spielsweise Dampf in den Niederdruckbereich der Strömungsmaschine, wobei sich der Mediumstrom, bezogen auf den etwa mit- tig angeordneten Einströmbereich 2 in zwei Strömungsrichtungen 3 aufteilt. Jeder Teilstrom 3 durchströmt ein nicht dar ^¬ gestelltes Schaufelgitter. Der Niederdruckbereich der Strömungsmaschine weist somit einen Einströmbereich 2 und zwei, in Längsrichtung bzw. axialer Richtung gesehen, seitlich zu diesem angeordnete Strömungsbereiche bzw. Abströmbereiche 4 auf .

Die Welle 1 ist mehrteilig aus einem Einströmteil 6 und zwei in Längsrichtung gesehen jeweils seitlich dazu angeordneten Abströmteilen 7 gebildet. Das Einströmteil 6 ist mit den je ^¬ weils seitlich angeordneten Abströmteilen 7 stoffschlüssig verbunden. Die Stoffschlüssige Verbindung kann als Schweiß ^¬ verbindung ausgeführt sein. Als Schweißverfahren kann das WIG-Verfahren, vorzugsweise als WIG-Engspaltschweißung vorge- sehen sein. Natürlich kann auch eine Unterpulver-Schweißung

(UP) vorgesehen sein. Die jeweilige Schweißnaht trägt das Be ^¬ zugszeichen 8.

Der Einströmteil 6 ist als Scheibenkörper hergestellt, der aus dem Werkstoff 22CrNiMoWV8-8 besteht. Der Werkstoff

22CrNiMoWV8-8 umfasst 0,20-0,24 Gew.-% C; <=0,10 Gew.-% Si; 0,60-0,80 Gew.-% Mn; <=0,01 Gew.-% P; <=0,007 Gew.-% S; 2,00- 2,20 Gew.-% Cr; 0,80-0,90 Gew.-% Mo; 0,70-0,80 Gew.-% Ni; 0,25-0,35 Gew.-% V und 0,60-0,70 Gew.-% W.

Die Abströmteile 7 sind jeweils aus einem der folgenden Werk ^¬ stoffe herstellbar:

26NiCrMoV14-5: Dieser Werkstoff umfasst 0,22-0,32 Gew.-% C;

<=0,15 Gew.-% Si; 0,15-0,40 Gew.-% Mn; <=0,010 Gew.-% P;

<=0,007 Gew.-% S; 1,20-1,80 Gew.-% Cr; 0,25-0,45 Gew.-% Mo;

3,40-4,00 Gew.-% Ni und 0,05-0,15 Gew.-% V.

26NiCrMoVll-5: Dieser Werkstoff umfasst 0,22-0,32 Gew.-% C;

<=0,15 Gew.-% Si; 0,15-0,40 Gew.-% Mn; <=0,010 Gew.-% P;

<=0,007 Gew.-% S; 1,20-1,80 Gew.-% Cr; 0,25-0,45 Gew.-% Mo;

2,40-3,10 Gew.-% Ni und 0,05-0,15 Gew.-% V.

22CrNiMo9-9: Dieser Werkstoff umfasst 0,22-0,25 Gew.-% C;

<=0,15 Gew.-% Si; 0,15-0,40 Gew.-% Mn; <=0,010 Gew.-% P;

<=0,007 Gew.-% S; 2,00-2,60 Gew.-% Cr; 0,50-0,90 Gew.-% Mo;

2,00-2,50 Gew.-% Ni und 0,05-0,15 Gew.-% V.

In Figur 2 ist ein Temperaturdiagramm in Längsrichtung der Welle 1 dargestellt. Mittels des erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffs 22CrNiMoWV8-8 des Einströmteils 6 kann die Welle 1 im Einströmbereich 2 der Strömungsmaschine über eine Tempera ^¬ tur >350°C betrieben werden. Die Temperatur nimmt in Längsrichtung gesehen in beiden Abströmbereichen 4 ab. In Figur 2 ist die mittels des erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffs 22CrNiMoWV8-8 erreichbare Temperaturkurve 9 gestrichelt dar- gestellt, wobei unterhalb eine herkömmliche Temperaturkurve 10 dargestellt ist, welche den Betrag von 35O ⁰ C nicht über ^¬ steigt .

Somit ist eine verbesserte Welle 1 zur Verfügung gestellt, welche im Einströmbereich aufgrund des erfindungsgemäß ver ^¬ wendeten Werkstoffs 22CrNiMoWV8-8 des Einströmteils 6 höheren Temperaturbelastungen (>350°C) ausgesetzt werden kann. Die Schweißnähte 8 sind dabei günstiger Weise in einem Tempera ^¬ turbereich <350°C angeordnet.