Dampf- oder Gasturbine Die Erfindung betrifft eine Dampf- oder Gasturbine mit zwei oder mehr Stufengruppen für die Entspannung des Arbeitsmittels, wobei zwischen der Niederdruck- stufengruppe und der ihr in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels vorausgehenden Stufengruppe ein ganz oder teilweise schliessbares Absperrorgan für das Ar beitsmittel angeordnet ist:
Die zur Niederdruckstufengruppe führenden Ar beitsmittelleitungen haben grossen Querschnitt und sind insbesondere bei Sattdampfturbinen so gross, dass es schwerfällt, sicher und genügend schnell schliessende Absperrorgane für diese Verbindungsleitungen zu bauen. Darüberhinaus ist das grosse, zwischen den Absperror ganen und der Niederdruckstufengruppe befindliche Dampfvolumen schädlich, weil es auch nach einem Abschliessen des Absperrorgans den Niderdruckrotor weiter beaufschlagt, was im Falle von Lastabschaltungen sehr unerwünscht ist.
Die Erfindung bezweckt die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Bei einer Dampf- oder Gasturbine der eingangs beschriebenen Art wird zu diesem Zweck das Absperrorgan im Innern des Gehäuses der Nieder druckstufengruppe in der Nähe der Eintrittsstelle des Arbeitsmittels in die von den Leit- und Laufschaufeln gebildete Schaufelpartie angeordnet.
In der Zeichnung, an Hand welcher die Erfindung näher erläutert wird, sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zei gen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Satt dampfturbine, Fig. 2 einen axialen Schnitt durch die Eintrittspartie einer Niederdruckstufengruppe, Fig. 3 und 4 axiale Schnitte durch weitere Ab sperrorgane,
Fig. 5 einen axialen Schnitt durch die Eintrittspartie eines zweiflutigen Niederdruckgehäuses, Fig. 6 einen axialen Schnitt durch eine andere Aus führungsform, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6 Fig. 8 einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform, Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 8,
Fig. 10 einen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform, Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 einen axialen Schnitt durch die Eintritts partie eines anderen zweiflutigen Niederdruckgehäuses,
Fig. 13 einen Schnitt nach der Linie XIII-XIII in Fig. 12 Die in Fig. 1 dargestellte Sattdampftturbine weist ein Hochdruckgehäuse mit einer Hochdruckstufengruppe 1 und ein Niederdruckgehäuse mit drei vom Arbeits mittel parallel durchströmten Niederdruckstufengruppen 21, 22, 23 auf. Eine Arbeitsmittelleitung 3 führt den Dampf von der Hochdruckstufengruppe 1 zu den Nie derdruckstufengruppen 21, 22, 23.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Eintrittspartie der Nie derdruckstufengruppe 23 bilden Gehäusewände 4 und 5 einen ringförmigen Arbeitsmittelkanal 6, der den Dampf zu der aus Leitschaufeln 7 und Laufschaufeln 8 gebildeten Schaufelpartie 9 leitet.
Im Innern des Gehäuses 4, 5 der Niederdruckstu- fengruppe ist in der Nähe der Eintrittsstelle 10 des Arbeitsmittels in die von den Leit- und Laufschaufeln 7, 8 gebildete Schaufelpartie 9 ein Absperrorgan 11 angeordnet.
Dieses ist als Ringschieber mit einem zum Turbi nenrotor 12 gleichachsigen Absperring 13 ausgebildet. In der Wand 4 des Arbeitsmittelkanals 6 befindet sich eine Ringnut 14, in die der Absperring 13 zurück ziehbar ist, so dass die Stirnfläche des Absperrings 13 mit der dem Arbeitsmittelkanal 6 zugewandten Oberfläche der Wand 4 fluchtet.
Dabei bildet der Absperring 13 den Kolben und die Ringnut 14 den Zylinder eines Stellmotors, dessen Druckraum 15 über eine Leitung 16 durch ein Druck mittel beaufschlagbar ist.
Der Stellmotor kann aber auch doppeltwirkend aus gebildet werden, wie Fig. 3 zeigt. Der Absperring 13 ist hier mit einem Bund 17 versehen, der zwei Druck räume 151 und 152 voneinander trennt. Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung hat der Absperring 13 Aussparungen, in denen das Zurückziehen des Rings 13 in die Ringnute 14 besorgende Federn 18 angeordnet sind.
Der ringförmige Druckraum 15 bzw. 151 und 152 des Stellmotors kann in mehrere in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende, durch Wände voneinander dichtend getrennte Kammern unterteilt sein. Wenn die den Kammern Druckmittel zuführende Steuervorrichtung Rückführungen aufweist, die ein gleichmässiges Arbei ten aller Kammern bewirken, ist ein Verkanten des Absperrings 13 unmöglich gemacht.
Der Absperring 13 könnte aber auch dadurch be wegt werden, dass separate Stellmotoren, auf den Um fang des Absperrings gleichmässig verteilt, über Stangen oder dergleichen auf den Absperring einwirken. Wie der wären Rückführungen für die Stellmotoren, die ein gleichmässiges Arbeiten aller Stellmotoren bewirken, zweckmässig.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Absper ring 13 in Umfangsrichtung in eine grössere Anzahl von Segmenten zu unterteilen, die unabhängig von einander in Achsrichtung verschiebbar sind. Diese Set mente könnten in Umfangsrichtung aneinander an schliessen oder jeweils in zwischen zwei benachbarten Segmenten angeordneten, mit dem Gehäuse 4, 5 fest?- verbundenen Schienen geführt sein.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten zweiflutngen Nieder druckgehäuse mit gemeinsamer Eintrittspartie ist der Absperring 13 in zwei Ringe 131, 132 unterteilt, die in zwei einander gegenüberliegenden Ringnuten 141, 142 des Arbeitsmittelkanals 6 geführt sind. Insbe sondere für Überprüfungszwecke ist es hier möglich, nur einen der beiden Ringe 131, 132 in den Arbeits- m ittelkanal 6 zu verschieben.
Die in Fig. 6 und 7 dargestellte Ausführungsform weist zur Führung des Absperrings 13 in der Ringnut 14 ein vielgängiges Schraubengewinde auf. In der Au ssenfläche des Absperrings 13 sind Schraubennuten 19 eingefräst, in welche Nocken 20 eingreifen, die mit der den Schraubennuten 19 zugewandten Wand der Ring nut 14 fest verbunden sind. Die Nocken 20 haben Kreis querschnitt und berühren die Schraubennuten 19 nur längs einer Linie. überdies ist genügend Spiel zwischen Nocken und Schraubennuten vorgesehen, um ein Fest sitzen oder zu grosse Reibung des Gewindes zu verhin dern.
Bei dieser Ausführungsform kann der Absperring 13 mittels eines einzigen, irgendwo am Ringumfang angreifenden Stellmotors in Achsrichtung verschoben werden, ohne dass ein Verkanten erfolgt.
Die in Fig. 8 und 9 gezeigte Führung des Absper rings 13 ist eine Kombination eines vielgängigen Schrau bengewindes mit einem Kugellager. In der Aussenfläche des Absperrings 13 sind den - Schraubennuten 19 ent sprechende Schraubenrillen 21 angebracht, in welche Kugeln 22 eingreifen, die in einem Käfig 23 in Um fangsrichtung in gleichem Abstand wie die Schrauben- rillen 21 gehalten sind.
Die Kugeln 22 greifen anderseits in eine Ringrille 24 ein, die in einem mit dem Gehäuse der Niderdruckstufengruppe verbundenen Lagerring 25 liegt und in einer senkrecht zur Ringachse liegenden Ebene angeordnet ist.
Die Kugeln 22 und das Spiel zwischen den Kugeln 22 und den Rillen 21, 24 sind so gross dimensioniert, dass auch bei langem Betrieb der Dampfturbine entstehende Oberflächenrauhigkeiten das Spielen des Absperrings 13 gegenüber dem Lager ring 25 bzw. dem Gehäuse 4, 5 nicht beeinträchtigen können. Die Kugeln 22 können überdies aus einem Material gemacht werden, das praktisch unverletzlich ist.
Das in Fig. 10 und 11 dargestellte Absperrorgan ist als Kulissenschieber ausgebildet. Zwei koaxiale, in einander unter Freilassung eines Spiels angeordnete, relativ zueinander um ihre Achse verdrehbare Ringe 26, 27 reichen von der einen zur anderen der Wände 4, 5 des Arbeitsmittelkanals 6. Die Ringe 26, 27 weisen in Umfangsrichtung abwechselnd Öffnungen 28 und volle Stege 29 auf. In ihrer gegenseitigen Stellung Öffnung auf Öffnung geben sie dem Arbeitsmittel den Weg zur Eintrittsstelle 10 der Schaufelpartie 9 frei.
In der Stellung Stege auf Öffnungen aber ver hindern sie den Durchtritt des Arbeitsmittels. Der Ring 27 ist fest mit dem Gehäuse verbunden, der Ring 26 ist mittels einer nicht gezeigten Vorrichtung drehbar um seine Achse.
Eine weitere Ausführungsform kann statt des Ab sperrings einen zum Turbinenrotor im wesentlichen gleichachsigen Kranz von jeweils um eine eigene Achse drehbaren Klappen aufweisen, die in der Stellung, in welcher sie im wesentlichen in einer gemeinsamen gedachten Ringfläche liegen, den Durchgang des Ar beitsmittels verhindern.
Bei dem in Fig. 12 und 13 dargestellten zweiflutigen Niederdruckgehäuse ist die Eingangspartie durch eine Lippe 30 in zwei Arbeitsmittelkanäle 61 und 62 un terteilt, deren jeder durch einen Ring 131 bzw. 132 abgesperrt werden kann. Die Lippe 30 liegt in der Symmetrieebene der beiden Arbeitsmittelkanäle 61 und 62 sowie der Ringnuten 141 und 142 und trägt zwei ebenfalls symmetrisch und mit Abstand vonein ander angeordnete Federscheiben<B>311,</B> 312.
In der in der Zeichnung links gezeigten Geschlossenstellung liegt der Ring 131 mit einer Schulter an einem An schlag 321 der Ringnute 141 fest an. An der Feder scheibe 311 liegt der Ring 131 mit seiner Stirnfläche dicht an, die Federscheibe federnd verformend. Au sserdem bewirkt der Druck des in Strömungsrichtung vor dem Absperrorgan befindlichen Arbeitsmittels ein Anpressen der Federscheibe<B>311</B> an die Stirnfläche des Rings<B>131.</B> Dabei bedeckt die Federscheibe 311 nur den radial inneren Teil der Stirnfläche des Rings 131.
Zum Schliessen des Absperrorgans wird Dampf, der höheren Druck als der Dampf im Arbeitsmittel kanal 6 hat, in die Ringnuten 141, 142 geleitet. Der expandierende Dampf bewegt die Ringe <B>131,</B> 132 schlagartig in die Schliessstellung. Zum Öffnen des Absperrorgans werden die Ringnuten 141, 142 an den Kondensator der Dampfturbine angeschlossen, d. h. der Ringraum praktisch drucklos gemacht. Der auf die Stirnflächen der Ringe 131, 132 wirkende Druck im Arbeitsmittelkanal 6 schiebt die Ringe 131, 132 in die Öffnungsstellung.
Ein entsprechendes Öffnen der gegeneinander (Fig. 5) oder gegen eine feste Wand (Fig. 2) schliessenden Ringe kann dadurch gesichert werden, dass die Stirn- fläche der Ringe in eine radial innenliegende Sitzfläche 33 und in eine radial aussenliegende in Achsrichtung zurückgesetzte Druckfläche 34 für den im Arbeits kanal 6 befindlichen Dampf unterteilt wird, wie an dem Ring 13 der Fig. 6 gezeigt ist.
Für die Sicherung gegen Verkanten ist bei der Ausführungsform nach Fig. 12, 13 wieder ein viel gängiges Gewinde vorgesehen. Die Ringe 131 und 132 weisen in ihrer radial aussen liegenden zylindrischen Fläche einen Kranz von Schraubenrillen 351 bzw. 352 auf, die sich in axialer Richtung im wesentlichen über die dem Arbeitsmittelkanal 6 abgewandte Hälfte des Rings erstrecken. Die radial äussere zylindrische Wand der Ringnuten 141 und 142 weist einen Kranz von Schraubenrillen 361, 362 auf, die sich in axialer Rich tung im wesentlichen über die dem Arbeitsrnittelkanal zugewandte Hälfte der Ringnut erstrecken.
Die Schrau benrillen 351, 361, 352, 362 haben gleiche Steigung und gleichen Richtungssinn. Jede Schraubenrille 351, 352 ist mit je einer Schraubenrille 361 bzw. 362 durch eine in beide Schraubenrillen 351, 361 bzw. 352, 362 eingreifende Kugel 37 in Verbindung, die sich in den Schraubenrillen nach Art einer Kugellagerkugel ab wälzt.
In der in Fig. 12 links gezeigten Geschlossenstellung des Absperrorgans liegt die Kugel 37 an den beiden einen Enden der Schraubenrillen an, in der rechts ge zeigten Offenstellung liegt die Kugel 37 an den beiden anderen Enden der Schraubenrillen an.
In der Lippe können die beiden Arbeitskanäle 61, 62 verbindende Durchbrechungen vorgesehen wer den, was beim probeweisen Schliessen eines der Ringe 131,<B>132</B> eine Beaufschlagung des geschlossenen Ar beitskanals durch diese Durchbrechungen hindurch ge währleistet. In Fig. 12 ist eine solche Durchbrechung 38 eingezeichnet.
Steam or gas turbine The invention relates to a steam or gas turbine with two or more stage groups for the expansion of the working medium, a fully or partially closable shut-off device for the working medium being arranged between the low pressure stage group and the stage group preceding it in the flow direction of the working medium :
The working medium lines leading to the low-pressure stage group have a large cross-section and are so large, especially in the case of saturated steam turbines, that it is difficult to build shut-off devices for these connecting lines that close reliably and quickly enough. In addition, the large steam volume located between the shut-off device and the low-pressure stage group is harmful because it continues to act on the low-pressure rotor even after the shut-off device has been closed, which is very undesirable in the event of load shutdowns.
The invention aims to avoid the disadvantages outlined. In a steam or gas turbine of the type described at the outset, the shut-off device is arranged for this purpose in the interior of the housing of the low-pressure stage group near the entry point of the working medium in the blade section formed by the guide and rotor blades.
In the drawing, on the basis of which the invention is explained in more detail, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in simplified form. It shows: Fig. 1 is a schematic side view of a saturated steam turbine, Fig. 2 is an axial section through the inlet section of a low-pressure stage group, Fig. 3 and 4 are axial sections through further shut-off devices,
Fig. 5 is an axial section through the inlet section of a double-flow low-pressure housing, Fig. 6 is an axial section through another embodiment, Fig. 7 is a section along the line VII-VII in Fig. 6, Fig. 8 is an axial section through a further embodiment 9 shows a section along the line IX-IX in FIG. 8,
Fig. 10 is an axial section through a further embodiment, Fig. 11 is a section along the line XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 is an axial section through the entry part of another double-flow low-pressure housing,
13 shows a section along line XIII-XIII in FIG. 12. The saturated steam turbine shown in FIG. 1 has a high pressure housing with a high pressure stage group 1 and a low pressure housing with three low pressure stage groups 21, 22, 23 through which the working medium flows in parallel. A working medium line 3 carries the steam from the high pressure stage group 1 to the low pressure stage groups 21, 22, 23.
In the inlet section of the low pressure stage group 23 shown in FIG. 2, the housing walls 4 and 5 form an annular working medium channel 6 which guides the steam to the blade section 9 formed from guide vanes 7 and 8 rotor blades.
Inside the housing 4, 5 of the low-pressure stage group, a shut-off element 11 is arranged in the vicinity of the point of entry 10 of the working medium into the blade section 9 formed by the guide and rotor blades 7, 8.
This is designed as a ring slide with a shut-off ring 13 coaxial with the turbine rotor 12. In the wall 4 of the working medium channel 6 there is an annular groove 14 into which the shut-off ring 13 can be withdrawn so that the end face of the shut-off ring 13 is aligned with the surface of the wall 4 facing the working medium channel 6.
The shut-off ring 13 forms the piston and the annular groove 14 forms the cylinder of a servomotor, the pressure chamber 15 of which can be acted upon by a pressure medium via a line 16.
The servomotor can also be formed from double-acting, as FIG. 3 shows. The shut-off ring 13 is provided here with a collar 17 which separates two pressure spaces 151 and 152 from one another. In the device shown in FIG. 4, the shut-off ring 13 has recesses in which springs 18 which ensure the retraction of the ring 13 into the annular groove 14 are arranged.
The annular pressure chamber 15 or 151 and 152 of the servomotor can be subdivided into several chambers which follow one another in the circumferential direction and are sealed from one another by walls. If the control device supplying pressure medium to the chambers has returns which cause all chambers to work uniformly, the shut-off ring 13 cannot be tilted.
The shut-off ring 13 could, however, also be moved in that separate servomotors, evenly distributed around the periphery of the shut-off ring, act on the shut-off ring via rods or the like. Like that, returns for the servomotors, which cause all servomotors to work evenly, would be useful.
Another possibility is to subdivide the shut-off ring 13 in the circumferential direction into a larger number of segments which can be moved independently of one another in the axial direction. These set elements could be connected to one another in the circumferential direction or each could be guided in rails that are arranged between two adjacent segments and are firmly connected to the housing 4, 5.
In the two-flow low-pressure housing shown in FIG. 5 with a common inlet section, the shut-off ring 13 is divided into two rings 131, 132 which are guided in two opposing annular grooves 141, 142 of the working medium channel 6. In particular, for checking purposes, it is possible here to move only one of the two rings 131, 132 into the working channel 6.
The embodiment shown in FIGS. 6 and 7 has a multiple screw thread for guiding the shut-off ring 13 in the annular groove 14. In the outer surface of the shut-off ring 13, screw grooves 19 are milled into which cams 20 engage, which are firmly connected to the wall of the ring groove 14 facing the screw grooves 19. The cams 20 have a circular cross-section and touch the screw grooves 19 only along a line. In addition, there is enough play between the cams and the screw grooves to prevent a tight fit or excessive friction of the thread.
In this embodiment, the shut-off ring 13 can be displaced in the axial direction by means of a single servomotor which engages anywhere on the circumference of the ring, without tilting.
The guide shown in Fig. 8 and 9 of the shut-off ring 13 is a combination of a multi-start screw bengewindes with a ball bearing. In the outer surface of the shut-off ring 13, screw grooves 21 corresponding to the screw grooves 19 are attached, in which balls 22 engage, which are held in a cage 23 in the circumferential direction at the same distance as the screw grooves 21.
On the other hand, the balls 22 engage in an annular groove 24 which lies in a bearing ring 25 connected to the housing of the low pressure stage group and is arranged in a plane perpendicular to the ring axis.
The balls 22 and the play between the balls 22 and the grooves 21, 24 are dimensioned so large that surface roughness occurring during long operation of the steam turbine cannot affect the play of the shut-off ring 13 against the bearing ring 25 or the housing 4, 5 . The balls 22 can also be made of a material that is practically inviolable.
The shut-off element shown in FIGS. 10 and 11 is designed as a sliding block. Two coaxial rings 26, 27 which are arranged in one another with free play and which can be rotated about their axis relative to one another extend from one to the other of the walls 4, 5 of the working fluid channel 6. The rings 26, 27 alternately have openings 28 and full webs in the circumferential direction 29 on. In their mutual opening-to-opening position, they give the working fluid its way to the entry point 10 of the blade section 9.
In the position webs on openings, however, they prevent the passage of the working medium. The ring 27 is firmly connected to the housing, the ring 26 is rotatable about its axis by means of a device not shown.
A further embodiment can instead of the locking ring from a turbine rotor essentially coaxial ring of each rotatable about its own axis flaps which prevent the passage of Ar beitsmittel in the position in which they lie essentially in a common imaginary annular surface.
In the case of the two-flow low-pressure housing shown in FIGS. 12 and 13, the inlet section is divided by a lip 30 into two working medium ducts 61 and 62, each of which can be shut off by a ring 131 and 132, respectively. The lip 30 lies in the plane of symmetry of the two working medium ducts 61 and 62 and of the annular grooves 141 and 142 and carries two spring washers 311, 312 which are also symmetrically arranged and spaced apart from one another.
In the closed position shown on the left in the drawing, the ring 131 rests firmly with a shoulder on a stop 321 of the annular groove 141. On the spring washer 311 the ring 131 rests tightly with its end face, the spring washer resiliently deforming. In addition, the pressure of the working medium located upstream of the shut-off element in the direction of flow causes the spring washer 311 to be pressed against the face of the ring 131. The spring washer 311 only covers the radially inner part of the End face of ring 131.
To close the shut-off element, steam, which has a higher pressure than the steam in the working medium channel 6, is passed into the annular grooves 141, 142. The expanding steam moves the rings <B> 131, </B> 132 suddenly into the closed position. To open the shut-off device, the annular grooves 141, 142 are connected to the condenser of the steam turbine, i. H. the annulus is made practically depressurized. The pressure in the working medium channel 6 acting on the end faces of the rings 131, 132 pushes the rings 131, 132 into the open position.
Corresponding opening of the rings closing against one another (FIG. 5) or against a solid wall (FIG. 2) can be ensured by dividing the end face of the rings into a radially inner seat 33 and into a radially outer pressure surface 34 set back in the axial direction is divided for the steam located in the working channel 6, as shown on the ring 13 of FIG.
To secure against tilting, a common thread is again provided in the embodiment according to FIGS. 12, 13. The rings 131 and 132 have, in their radially outer cylindrical surface, a ring of screw grooves 351 and 352, respectively, which extend in the axial direction essentially over the half of the ring facing away from the working medium channel 6. The radially outer cylindrical wall of the annular grooves 141 and 142 has a ring of screw grooves 361, 362, which extend in the axial direction substantially over the half of the annular groove facing the working medium duct.
The screw benrillen 351, 361, 352, 362 have the same slope and the same sense of direction. Each screw groove 351, 352 is connected to a screw groove 361 or 362 by a ball 37 engaging in both screw grooves 351, 361 or 352, 362, which rolls in the screw grooves like a ball-bearing ball.
In the closed position of the shut-off element shown on the left in FIG. 12, the ball 37 rests against one end of the screw grooves, in the open position shown on the right, the ball 37 rests against the other two ends of the screw grooves.
In the lip, the two working channels 61, 62 connecting openings can be provided, which ensures that when one of the rings 131, 132 is closed on a trial basis, the closed working channel is acted upon through these openings. Such an opening 38 is shown in FIG. 12.