专利名称：涡轮机壳体制造方法和涡轮机壳体的制作方法
涡轮机壳体制造方法和涡轮机壳体 本发明涉及一种热力涡轮机的壳体以及一种涡轮机的至少双层壳体的制造方法。
为达到高的热效率可采取多项措施。措施之一是提高流入热流体机械，尤其汽轮 机内蒸汽的进汽温度。目前力争将进汽温度提高到70(TC或甚至更高。 如此高的进汽温度要求针对性地选择能承受热负荷的材料。镍基材料按目前的认
识适用于高的进汽温度。当然，这种材料与传统的材料相比要贵好多倍。 在热流体机械，例如汽轮机中，转子和壳体，尤其内壳体受热负荷。通常在汽轮机
中将壳体设计为双层。在这种情况下也称为内壳体的在内部的壳体包含蒸汽膨胀段，在这
里热负荷最大并被比较冷的蒸汽，例如废汽环流，废汽再被外壳体接受。外壳体围绕内壳体设置。 内壳体设计为铸造结构，也就是说，它们可以说由铸件制成，虽然仅其中一个流动
区必须经受住高的热负荷。经常选择一种能耐受热负荷然后使用于整个内壳体的材料。显
然这不是最佳的成本取向，因为耐热强度高的材料被使用于那些热负荷较低和在那里存在
较低温度的区域。在这些地方可以使用耐热强度较低的比较适宜的材料。 由于镍基材料的工艺限制，所以应适用于进汽温度为70(TC的未来的汽轮机内壳
体的重量存在问题，因为这种壳体可以证明由于其重量不再能铸造。 此类内壳体的另一个问题是，在规定的持续运行时间后例如在全面检查期间打开 时发生翘曲变形。产生这种翘曲变形是基于有意识的冷却作用沿壁厚有高的温差所带来的 结果。尤其在内壳体的入流区可以观察到这种翘曲变形。由于翘曲变形产生热应力。
在EP1033478中公开了一种壳体，它由不同材料制成以及沿轴向互相焊接。
由EP1586394已知，耐负荷构件的一些区域设计有提高承受能力的附加材料。
值得追求的内壳体是，它应适宜于制造并能承受热负荷。 针对这方面本发明的目的是，提供一种内壳体，它适用于高的热负荷，除此之外还 适宜于制造。 此目的通过一种热力涡轮机的壳体达到，其中，壳体设计为至少由一个内层和一
个外层组成的至少双层，其中，内层有一种比外层耐热强度更高的材料。 本发明的另一个目的是，提供一种制造这种双层壳体的方法。
此目的通过一种有下列步骤的制造方法达到-浇铸内部的构成内层的铸件，-浇铸外部的铸件，此时利用内部铸件作为壁以及外部铸件构成外层。 在从属权利要求中说明有利的进一步发展。本发明内含的新途径是，仅壳体的部
分区由一种耐热负荷的材料构成。壳体的其他区域可以用其他比较适宜的材料制造。按本
发明将壳体设计为双层，其中在内部的层称内层，它承受运行时高的热负荷，并因而必须由
一种比称为外层的在外部的那一层耐热强度更高的材料制成。因此并不是整个壳体都用高
耐热强度的材料制成，而是仅壳体的一部分用高耐热强度的材料制成就够了 。 有利地，内层由镍基材料制成。镍基材料特别适用于热负荷。尤其可以设想，采用
这种材料可以在将来制造70(TC汽轮机。
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按另一项有利的进一步发展，内层由合金625制成。这种材料经试验证明是可靠 的，由试验可以证明这种材料适宜于制造，并除此之外能承受热负荷。 有利地，外层使用铬的重量含量为10%的铬钢，与镍基材料相比铬钢比较便宜，当 然耐热强度要低一些。 外层尤其可以使用材料GX12CrMoVNbN9-l。它同样证明适合用作外层的材料，因为 这种材料成本低。 可以这样说，按本发明可有利地首先为内层选择重量含量为9-10 %的铬钢，尤其 GX12CrMoVNbN9-l，以及为外层使用重量含量为1_2%的铬钢，例如G17CrMoV5-10，作为料对。 因此提供一种材料组合，它比镍基材料更加适宜，但尽管如此仍适合在热负荷汽 轮机中用于内壳体。 按本发明，内层与外层材料接合地连接。 按本发明，进一步发展针对该方法的技术方案，在该方法中，内部和外部的铸件在 凝固期间进行热处理。与之不同，内部和外部的铸件也可以在凝固后进行热处理。紧接着在 内部和外部的铸件两种材料较低的回火温度和持续8-12小时的条件下，一步完成热处理。
有利地，在内部铸件上设置钩挂结构(Verhak皿g)以改善材料接合性。由此利用 内部的铸件作为壁的外部铸件，与此内部铸件更好地机械连接。 按本发明，内壳体用上面列举的材料制造，其中，内层堆焊在外层上。有利地，壳体 在堆焊后进行热处理。 下面借助附图详细说明一种实施例。附图中
图1表示涡轮机械壳体上半部分透视图；
图2表示通过图1所示壳体的剖切侧视图；以及
图3表示图2所示剖切后壳体的透视图。 图1表示热流体机械壳体1的上半部分。热流体机械可例如是汽轮机。壳体1可 例如是汽轮机的内缸。运行时蒸汽沿流动方向2在图中未进一步表示的转子与内壳体之间 流动。在高压汽轮机中，可接受其参数超过60(TC和高于300bar的蒸汽。蒸汽沿流动方向 2逐渐冷却以及压力下降。这意味着，在内壳体的前部区3存在高的热负荷。
为了能承受所述的热负荷，壳体1有至少双层4、5。图1表示的实施例包括一个内 层4和一个围绕内层4布置的外层5。内层4用耐热强度比外层5更高的材料制成。
内层4由镍基材料制成。外层5围绕内层4布置。壳体1基本上绕旋转轴线6设 置，其中，外层5相对于此旋转轴线6围绕内层4布置。 按另一种实施形式，内层4可由合金625材料制成或由铬的重量含量为10%的铬 钢制成。按另一种实施形式，外层5可由材料GX12CrMoVNbN9-l制成。因此提供了一种适 用于特别高热负荷的料对。 对于不同的热负荷，例如一种低一些的热负荷，推荐另一种料对。为此内层4由 铬的重量含量为9_10%的铬钢制成，以及外层5由铬的重量含量为1_2%的铬钢制成。在 这里作为用于内层4的材料可选择材料GX12CrMoVNbN9-l，以及可以为外层5选择材料 G17CrMoV5-10。内层4与外层5互相材料接合地连接。 在制造壳体1时，首先浇铸构成内层4的内部的铸件。在下一道工序中浇铸外部
4的铸件，此时利用内部铸件作为壁，以及外部铸件构成外层5。 在浇铸后的凝固期间对内部及外部铸件进行热处理。热处理同样可以在凝固期间 发生。热处理在回火温度下一步完成，此回火温度相应于内部和外部的铸件材料较低的回 火温度。此外，在上述回火温度下持续8-12小时进行热处理。 为了改善材料接合性可在内部的铸件上设置钩挂结构。这导致外部的铸件能更好 地设置在内层4上。 由图2可见按图1的壳体l剖视图。内层4在这里仅限于前部区3，并如上面早已 说明的那样施加在外层5上。在离开前部区3的后部区7中，若热负荷较低，便可以取消壳 体1的双层设计。壳体1可以设计为更多层，此时要逐个选择与热负荷相适应的材料。
由图3可见图2所示剖切后壳体的透视图。 为避免切槽应力集中，可以在接触位置8改变内层4的厚度，由此不会在外层5内 造成裂纹。此外，可以改变内层4的厚度，以对抗可能局部不同的热负荷。
合理的是，在图1-3中表示的壳体附加地设计有降低热负荷的隔热层。
权利要求
一种热力涡轮机的壳体(1)，其特征为所述壳体(1)设计为至少由一个内层(4)和一个外层(5)组成的至少双层，其中，内层(4)有一种比外层(5)耐热强度更高的材料。
2. 按照权利要求l所述的壳体(l)，其中，外层(5)围绕内层(4)布置。
3. 按照权利要求2所述的壳体(l)，其中，外层(5)相对于旋转轴线围绕内层(4)布置。
4. 按照权利要求1、2或3所述的壳体(l)，其中，内层(4)由镍基材料制成。
5. 按照权利要求4所述的壳体(l)，其中，内层(4)由合金625制成。
6. 按照上述任一项权利要求所述的壳体(l)，其中，外层(5)由铬的重量含量为10%的 铬钢制成。
7. 按照权利要求6所述的壳体(l)，其中，外层(5)由材料GX12CrMoVNbN9-l制成。
8. 按照权利要求1、2或3所述的壳体(l)，其中，内层(4)由铬的重量含量为9-10%的 铬钢制成。
9. 按照权利要求4所述的壳体(l)，其中，内层(4)由材料GX12CrMoVNbN9-l制成。
10. 按照权利要求8或9之一所述的壳体(l)，其中，外层(5)由铬的重量含量为1-2% 的铬钢制成。
11. 按照权利要求10所述的壳体(l)，其中，外层(5)由材料G17CrMoV5-10制成。
12. 按照上述任一项权利要求所述的壳体(l)，其中，内层(4)与外层(5)材料接合地 连接。
13. —种制造按照权利要求1至12之一所述至少双层的壳体(1)的方法，包括以下步骤-浇铸内部的构成内层(4)的铸件，-浇铸外部的铸件，此时利用内部铸件作为壁，以及外部铸件构成外层(5)。
14. 按照权利要求13所述的方法，其中，所述内部和外部的铸件在凝固期间受到热处理。
15. 按照权利要求13所述的方法，其中，所述内部和外部的铸件在凝固后受到热处理。
16. 按照权利要求14或15所述的方法，其中，所述热处理在所述内部和外部铸件材料 低的回火温度和持续8-12小时的条件下一步完成。
17. 按照权利要求13至16之一所述的方法，其中，在所述内部铸件上设置钩挂结构，以 改善材料接合性。
18. 按照权利要求13至17之一所述的方法用于制造按照权利要求1至12之一所述的 壳体(1)。
19. 一种制造按照权利要求1至12之一所述壳体(1)的方法，其中，内层(4)堆焊在外 层(5)上。
20. 按照权利要求15所述的方法，其中，壳体(1)在堆焊后被热处理。
全文摘要
本发明涉及一种热力涡轮机的壳体(1)，其中，壳体(1)设计为双层，包括一个热负荷较高在内部的内层(4)和一个热负荷较低的外层(5)，内层(4)由一种比外层(5)耐热强度更高的材料制成。本发明还涉及一种热力涡轮机的壳体(1)的制造方法。
文档编号F01D25/26GK101779004SQ200880102324
公开日2010年7月14日 申请日期2008年7月25日 优先权日2007年8月8日
发明者卡伊·维格哈特, 海因茨·达琳格 申请人:西门子公司