用于涡轮机壳体或阀壳体的紧固件的制作方法

1.本发明涉及一种用于将蒸汽或燃气轮机的第一壳体部件与该蒸汽或燃气轮机的第二壳体部件相连接的紧固件。
2.本发明还涉及一种用于蒸汽或燃气轮机的涡轮机壳体，其具有第一壳体部件和第二壳体部件以及紧固件，所述紧固件用于在所述壳体部件的法兰状的部件接合区域中将两个壳体部件连接起来。
3.此外，本发明还涉及一种阀壳体。
4.此外，本发明还涉及一种热电厂用的、具有这种涡轮机壳体的涡轮机。


背景技术：

5.所谓涡轮机壳体在这里是指蒸汽或燃气轮机的内壳体，所述内壳体通常由外壳体包围。
6.在运行蒸汽轮机时，要争取获得尽可能高的蒸汽状态。也就是说，力求在尽可能高的蒸汽压力下以非常高的蒸汽温度运行蒸汽轮机。在这种情况下，作为紧固件的实施方式的、用于连接蒸汽轮机的两个壳体部件的螺栓在同时存在高温的情况下承受高压。因此，在现有技术中这些螺栓由高度耐热的材料制成。在此，不同成分的合金用作螺栓材料。然而，在现有技术中使用的螺栓只能用在设计用于小于250bar的相对较小的压力差的涡轮机壳体中。设计用于更高压力差的蒸汽轮机有时会配备专门的一体式的流入壳体，而不设螺纹连接部。对于现有技术中已知的其他蒸汽轮机来说，在相对较短的运行时间之后，也即可能在30000小时而不是100000小时的运行时间之后需要频繁地拧紧进而打开涡轮机。


技术实现要素：

7.本发明所基于的目的在于，对带有紧固件的涡轮机进行改进，从而使得所述紧固件即使在高压力差、尤其是超过250bar的压力差以及在流动介质高温的情况下，也能够将涡轮机的第一壳体部件与第二壳体部件连接起来。
8.该目的根据本发明利用一种根据权利要求1的特征的类型的紧固件来实现。
9.该目的还借助一种用于蒸汽或燃气轮机的涡轮机壳体来实现，所述涡轮机壳体设有这种根据本发明的紧固件。
10.此外，该目的借助一种热电厂用的、具有这种涡轮机壳体的涡轮机来实现。
11.所述基本材料构造成氮和硼(重量百分比)的比例在1.0到5.0之间。
12.通过使用根据本发明的基本材料，所述紧固件具有这样的强度，从而其在超过250bar的高压力差以及高温的情况下能够可靠地用于连接两个壳体部件。当所述紧固件构造为螺栓时，无需提前重新拧紧螺栓。与现有技术中已知的螺栓材料相比，用作根据本发明的紧固装置的实施方式的螺栓的材料具有更高的初始强度、更高的螺栓拉伸以及更高的最终松弛应力。根据本发明的螺栓能够构建用于超临界蒸汽状态(300bar/600℃)的k型涡轮机(由高压涡轮缸和中压涡轮缸在唯一的壳体中组合而成)。即使使用在另外的蒸汽轮机
中，比如像高压蒸汽轮机、中压蒸汽轮机、或者单壳体的中压和低压蒸汽轮机中，在新的发展中也存在改进潜力。
13.在根据本发明的基本材料或合金中不使用钨，以避免在加载由基本材料/合金制成的构件期间产生例如莱夫氏相(laves
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phase)类型的沉淀，这种沉淀会快速增长并影响组织结构的稳定性，并避免疲劳强度和松弛强度的显著降低。
14.此外，随着含钨的新相的沉淀，基本材料/合金的变形能力发生变化，从而在半径、沟槽和过渡部处存在开裂的风险进而会危及构件运行。
15.针对与基本晶格组成相适配的氮和硼的比例的设置是必要的，以便在初始状态下设置耐久特性并且在更高温度下在较长时间内维持该特性。其目的是提供足够的氮以用于mx型和m2x型的氮化钒或氮化铌的沉淀来保持晶格稳定性，并且硼的沉淀是为了在加载时间和温度时抑制含碳的m23c6沉淀的增长。
16.因为硼和氮彼此之间还具有很高的化学亲和力，并且在氮和硼的比例不利的情况下，可能会产生粗大的氮化硼沉淀，所以氮和硼不再适用于组织结构的耐久强度。粗大的氮化硼沉淀不再具有提高强度的效果，基本组织结构由此显著弱化。
17.所述紧固件可以构造为螺栓或者双头螺柱。所述紧固件还可以构造为螺母或锁紧螺母。
18.在优选的实施方式中，所述紧固件构造为部件接合螺栓，其在法兰状的部件接合区域中将第一壳体部件与第二壳体部件连接起来。所述部件接合螺栓可以是胀缩螺栓(bolzenschraube)或者也可以是穿通螺栓。
19.为了在高蒸汽状态下确保所述紧固件的强度，有利的是，所述紧固件的材料在400℃至650℃的温度范围内进行强度优化，尤其在室温下具有至少700mpa的强度rp0.2。也就是说，所述紧固件的材料只有在室温下承受700mpa的载荷时才达到0.2％塑性变形的弹性极限。除了提高最终松弛应力外，还可以考虑将螺栓预应力视为变量。
20.为了尤其达到上述提到的材料参数，比如像在400℃至650℃下所力求的强度，有利的是，制造所述紧固件包括以下步骤：熔化材料成分，对熔体进行预热处理并进一步加工成圆形型材，以及对具有温度小于等于720℃的回火参数的圆形型材进行调质处理。在进行熔化时有利的是，使用esu钢并彻底锻造。调质处理优选作为油调质进行。在马氏体阶段中的完全转变应该发生在所述紧固件的整个外表面上。淬火温度应当在1050℃和1120℃之间。可以有利地进行双重回火处理，在这种情况下必须注意以下事项：对于第一次回火，有利地使用570℃的温度。第二次回火处理的温度应高于第一次回火处理的温度。
21.在有利的实施方式中，所述紧固件具有x13crmocovnbnb9
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1材料。所述紧固件尤其100％由该材料制成。通过使用这种材料，所述紧固件在高蒸汽温度下的强度得到改善，因此它最优地适合在高蒸汽状态下连接相应的蒸汽轮机的两个壳体部分。
22.具有这种成分的材料在强度、拉伸强度、伸长、收缩和疲劳强度方面具有改进的特性。由此相应地改善了由这种材料制成的紧固件为了连接加载有高蒸汽状态的蒸汽轮机的两个壳体部件的适用性。
23.以下结合附图更清楚易懂地详细阐述本发明的以上所描述的特性、特征和优点以及如何实现它们方式和方法。
附图说明
24.以下结合附图描述本发明的实施例。附图并非比例精确地显示实施例，更确切地说，为了便于说明，附图以示意性的方式和/或略微失真的方式描绘。关于在附图中可直接识别出的教导的补偿，可以参照相关的现有技术。
25.该附图示出了涡轮机壳体的法兰状的部件接合区域的、包含部件接合螺栓在内的截面视图。
具体实施方式
26.该附图示出了蒸汽轮机10的涡轮机壳体12在分型线18的区域中的截取区段。涡轮机壳体12在这里被称为蒸汽轮机10的内壳体，该内壳体由外壳体包围。
27.本发明也可以应用于阀壳体。
28.所述涡轮机壳体12具有上方的壳体部件或第一壳体部件14和下方的壳体部件或第二壳体部件16。所述分型线18位于所述第一壳体部件14和所述第二壳体部件16之间。在所述分型线18的区域中，所述第一壳体部件14和所述第二壳体部件16法兰状地构造。所述第一壳体部件14的壳体法兰15以及所述第二壳体部件16的壳体法兰17设有带有内螺纹的螺纹孔20。
29.所述螺纹孔20构造用于容纳部件接合螺栓22。所述部件接合螺栓是紧固件22的一种实施方式。所述紧固件22的其他实施方式是双头螺柱(stiftschrauben)或螺母、尤其是锁紧螺母。在此，所述螺纹孔20完全延伸穿过第一壳体部件14的壳体法兰15并且部分地伸入到第二壳体部件16的壳体法兰17中。所述部件接合螺栓22可以从上方、也就是从所述第一壳体部件14的壳体法兰15的上侧面旋入到所述螺纹孔20中。所述部件接合螺栓22在当前实施例中构造为六角头螺栓并且具有螺栓头24以及螺栓杆26，所述螺栓杆带有与所述螺纹孔20的内螺纹相适配的外螺纹。在所述部件接合螺栓22的、在附图中示出的完全旋入到螺纹孔20中的部位中，所述部件接合螺栓在第一壳体部件14和第二壳体部件16之间经由相应的壳体法兰15和17形成牢固的连接。所述部件接合螺栓22除了在附图中示出的实施方式之外，也可以构造为其他不同的实施方式。例如，所述部件接合螺栓22也可以构造为在其相应的端侧面上具有相应的螺旋螺母的胀缩螺栓。
30.所述部件接合螺栓22由一种基本材料制成。
31.所述部件接合螺栓22的基本材料的化学成分具有以下化学元素：
32.0.10至0.17重量百分比的碳；
33.0.20至0.60重量百分比的锰；
34.8.0至11.0重量百分比的铬；
35.1.0至2.0重量百分比的钼；
36.0.5至2.00重量百分比的钴；
37.0.010至0.050重量百分比的氮；
38.0.005至0.015重量百分比的硼；
39.0.10至0.30重量百分比的钒；
40.最多0.010重量百分比的铝；
41.0.02至0.08重量百分比的铌；
42.0.10至0.50重量百分比的镍；
43.最多0.10重量百分比的硅；
44.最多0.010重量百分比的磷；
45.最多0.005重量百分比的硫；
46.其余为铁。
47.所述基本材料构造成，氮和硼(重量百分比)的比例在1.0到5.0之间。
48.所述螺栓22具有x13crmocovnbnb9
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1，所述螺栓尤其100％由这种材料制成。
49.所述螺栓22的基本材料在400℃至650℃的温度范围内进行强度优化，尤其在室温下具有至少700mpa的强度rp0.2。
50.制造所述螺栓22包括以下步骤：熔化材料成分，对熔体进行预热处理并进一步加工成圆形型材，以及对具有温度小于等于720℃的回火参数的圆形型材进行调质处理。
51.各元素符号所代表的物质如下：
52.c＝碳，mn＝锰，cr＝铬，mo＝钼，
53.co＝钴，n＝氮，b＝硼，v＝钒，
54.al＝铝，nb＝铌，ni＝镍，si＝硅，
55.p＝磷，s＝硫，fe＝铁，w＝钨。