Dampfturbine mit Entwässerungseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf Dampfturbinen, denen im wesentlichen Sattdampf zugeführt wird, der im Verlaufe der Entspannung in zunehmendem Masse nass wird. Derartige Maschinen spielen be sonders in Atomkraftanlagen eine Rolle. Um nun bei derartigen Turbinenanlagen die Dampfnässe in trag baren Grenzen zu halten, hat man im Zuge der Ent spannung Entwässerungseinrichtungen in Form von Zyklonen vorgesehen, die in den überströmleitungen zwischen den einzelnen Turbinenteilen vorgesehen waren.
Diese Anordnung bedingt unter Umständen die Auflösung des Maschinensatzes in eine Mehrzahl von Gehäusen mit Rücksicht darauf, dass die höchste Dampfnässe y je Gehäuse einen gewissen Grenzwert von 10-12 % nicht übersteigen darf. Hierbei bedeutet y den flüssigen Anteil des Gemisches aus Dampf und Flüssigkeit. Die Erhöhung der Gehäusezahl, die sich aus dem vorerwähnten Grunde ergeben kann, ist je doch insofern verhältnismässig ungünstig, als hier durch die Anlagekosten nicht unbeträchtlich erhöht werden.
Ausserdem ergibt sich bei Anlagen dieser Art, dass bei Zulassung von Dampfnässen y bis zu etwa 10-12 % in jedem der Turbinengehäuse infolge der im Mittel verhältnismässig hohen Dampfnässe der Wirkungsgrad erheblich verschlechtert wird.
Es ist weiter bereits ein Vorschlag bekanntge worden, zur Trocknung des Dampfes innerhalb des Turbinengehäuses im Dampfstrom entlang des Schau felumfanges Fliehkraftabscheider anzuordnen, die als Schraubenabscheider ausgebildet sind und dazu die nen, zwischen den einzelnen Schaufelstufen die wäs serigen Bestandteile des Dampfes abzuführen. Dieser Vorschlag bedingt indessen eine Umgestaltung der ganzen Turbine und lässt sich daher, wenn über haupt, nur unter grossen Schwierigkeiten verwirkli chen.
Gegenstand der Erfindung ist eine wesentlich vor teilhaftere Ausführung von Dampfturbinen für Satt dampf oder Dampf geringfügiger Nässe mit einer Einrichtung zur Wasserausscheidung, die sich da durch auszeichnet, dass ein äusseres, in seiner Mitte die Dampfzuleitung aufweisendes Gehäuse ein In nengehäuse und einen Leitschaufelträger mit entge gengesetzter Durchflussrichtung unter Bildung eines überströmkanals zwischen dem Dampfaustritt des Innengehäuses und dem Dampfeintritt in den Leit- schaufelträger umschliesst und dass in dem genannten überströmkanal zwischen Aussengehäuse und dem den zuerst
durchströmten Beschaufelungsabschnitt aufweisenden Innengehäuse über den Turbinenum fang verteilt eins Wasserabscheidevorrichtung ange ordnet ist.
Die Ausbildung der Turbine kann vorteilhafter weise derart getroffen werden, dass die Wasserab- scheidevorrichtung durch ein in dem ringförmigen Überströmkanal angeordnetes Leitsystem für die Ausschleuderung des Wassers gebildet ist, das in ring förmigen Kanälen aufgefangen und durch eine Ab leitung in dem unteren Teil des Aussengehäuses ab gezogen werden kann.
Hierbei kann das Leitsystem für die Ausschleu- derung des Wassers entweder im Bereiche einer den Dampfeinströmraum für den ersten Beschaufelungs- abschnitt der Turbine einschliessenden Ausbauchung des Innengehäuses oder aber auch stromaufwärts von der genannten Ausbauchung liegenden Über strömkanalteil angeordnet sein.
Das Leitsystem kann entweder durch kranzför- mig angeordnete Drallschaufeln oder aber durch einen gewölbten Ringkragen gebildet sein, durch den das überströmende wasserhaltige Dampfgemisch in radialer Richtung nach aussen umgelenkt wird. Ein Vorzug der neuen Anordnung besteht darin, dass das Leitsystem in verhältnismässig einfacher Weise in dem überströmkanal zwischen den Turbi nengehäusen angeordnet werden kann. Vorzugsweise empfiehlt es sich, das Leitsystem von dem Innenge häuse tragen zu lassen.
Um nach Möglichkeit den Drall des aus dem überströmkanal in den nachgeschalteten Turbinen teil eintretenden Dampfes klein zu halten, kann wei ter noch eine Verbesserung der Turbine dadurch er reicht werden, dass vor dem Einströmraum des nach geschalteten Beschaufelungsteiles des Leitschaufel- trägers zwischen diesem und dem Innengehäuse ein zur Drallaufhebung dienendes Gitter angeordnet ist.
Um in günstiger Weise die Ableitung des ausge- schleuderten Wassers zu erreichen, können weiter in dem Innengehäuse durch geeignete Wandteile Ab- strömkanäle für die Wasserableitung zu dem unteren Teil des Turbinenaussengehäuses geschaffen werden. Hierbei kann es Vorteile bieten, rinnenförmige Ab- leitkanäle an dem Leitschaufelträger vorzusehen.
Es sei angedeutet, dass Turbinen mit Mittenein- strömung und in einem Aussengehäuse angeordneten Innengehäusen bzw. Leitschaufelträgern sowie einer gleichen Dampfführung bekannt sind. Jedoch ist für diese bekannten Hochtemperaturturbinen die Beein flussung der Temperaturverteilung durch die Dampf führung ausschlaggebend, ein Gesichtspunkt, der für mit Saftdampf gespeiste Turbinen ohne Bedeutung ist.
Im folgenden soll die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung erläutert werden.
Figur 1 der Zeichnung veranschaulicht im Prin zip eine einfache Nassdampfturbine.
Figur 2 zeigt das IS-Diagramm für eine entspre chend Figur 1 ausgebildete Maschine.
Figur 3 zeigt in einem Schema die Ausbildung einer erfindungsgemäss ausgebildeten Turbine mit Mitteneinspeisung des Dampfes und einer als Zyklon wirkenden Ausscheidevorrichtung.
In. Figur 4 ist das zugehörige IS-Diagramm darge stellt.
In Figur 5 und 6 ist im Längs- und Querschnitt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäss ausgebildeten Maschine näher dargestellt.
Schliesslich ist in den Figuren 7 und 8 noch eine etwas abweichende Ausbildung und Anordnung der die Wasserausscheidung bewirkenden Leitbleche bzw. Drallschaufeln wiedergegeben.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird dem mit einer grösseren Anzahl von Stufen ausge führten Turbinenteil 1 über das Drosselregelventil 2 Sattkampf oder Dampf mit einer sehr geringen Nässe (y=0,25 %) zugeführt. Man kann eine derartige Ma- schine äusserstenfalls so auslegen, dass am Abdampf stutzen 3 die Dampfnässe y 13 11/o beträgt.
Der Ent spannungsverlauf einer solchen Turbine ist in dem IS-Diagramm der Figur 2 wiedergegeben, wobei für den dampfförmigen Anteil des Gemisches aus Dampf und Flüssigkeit die Bezeichnung x=1-y verwendet ist. Wie ohne weiteres einzusehen ist, muss sich bei der angedeuteten Turbinenausbildung infolge der ho hen Dampfnässe eine erhebliche Beeinträchtigung des Wirkungsgrades ergeben.
Figur 3 veranschaulicht die neue erfindungsge- mäss ausgebildete Turbinenausführungsform. Die Be- schaufelung der Turbine 10 ist in die zwei Beschaufe- lungsabschnitte I und II aufgelöst, die in dem Innen gehäuse 11 bzw. Leitschaufelträger 12 angeordnet sind und in entgegengesetzter Richtung von dem Treibdampf durchflossen sind. 13 bedeutet das Aus sengehäuse der Turbine. Der Dampf (Sattdampf) tritt durch die Zuleitung 14 in das Innengehäuse 11 ein.
Nach dem Durchströmen des ersten Beschaufelungs- abschnittes I strömt der Dampf durch den ringförmi gen Kanal zwischen Aussengehäuse 13 und Innen gehäuse 11 in entgegengesetzter Richtung wie in dem Innengehäuse 11 zu dem Beschaufelungsabschnitt II in dem Innengehäuse oder Leitschaufelträger 12 über, wobei nach Entspannung des in der Turbine Arbeit leistenden Dampfes dieser durch den Stutzen 15 aus der Maschine austritt.
In dem zwischen Aus sengehäuse 13 und Innengehäuse 11 liegenden über strömkanal 16 ist ein Leitsystem für die Ausschleu- derung des Wassers nach dem Zyklonprinzip vorhan den, das aus den Drallschaufeln 17 gebildet ist.
Diese Anordnung gibt die Möglichkeit, die Dampfnässe y hinter dem Beschaufelungsabschnitt I von etwa 7 % auf 1 % vor dem Beschaufelungsabschnitt II herab zusetzen, so dass nach weiterer Entspannung der Dampf der Maschine durch den Stutzen 15 mit etwa 7 % Dampfnässe verlässt. 13a bedeutet noch einen Wasserableitkanal, der die Abführung des aus dem Dampf ausgeschiedenen Wassers aus dem unteren Teil des Innengehäuses 13 ermöglicht.
Figur 4 veranschaulicht im einzelnen näher im IS-Diagramm die Wirkungsweise einer Maschine ge- mäss Figur 3. Es ergibt sich somit, dass die mittlere Dampfnässe bei einer Maschinenausbildung gemäss der Erfindung wesentlich herabgesetzt werden kann. Letzteres ist einerseits für den Wirkungsgrad der Ma schine sowie auch die Lebensdauer der Beschaufe- lung von grossem Wert. Andererseits wird auch durch den Vorschlag der Erfindung ermöglicht, bei Reihen schaltung der Turbine mit einem weiteren Turbinen teil, z. B. einem Niederdruckteil, den in der über strömleitung angeordneten Zyklon für den folgenden Turbinenteil zu entlasten.
Ist hierbei der Nieder druckteil zweiflutig ausgeführt und in sich schubent lastet, so bietet die erfindungsgemässe Anordnung noch die Möglichkeit, auch den vorgeschalteten Tur binenteil in bekannter Weise durch Gegenschaltung der Beschaufelungsabschnitte von Schubkräften zu entlasten.
In den Figuren 5, 6 und 7 ist in verschiedenen Längs- und Querschnitten genauer eine erfindungs gemäss ausgebildete Turbine dargestellt. In diesen Figuren bedeutet 21 den Turbinenläufer, 22 das äus- sere Turbinengehäuse. Die Beschaufelung der dar- gestellten Turbine ist in die beiden Abschnitte 23 und 24 unterteilt. Der im Zuge des Entspannungsverlau- fes erste Beschaufelungsabschnitt 23 ist in einem Innengehäuse 25 angeordnet, das zentriert in dem Aussengehäuse 22 abgestützt ist. Das Innengehäuse trägt hierbei die Leitschaufeln 23a, die mit der Lauf schaufelgruppe 23b des Läufers zusammenarbeitet.
Die Beschaufelung des zweiten Beschaufelungsab- schnittes ist in dem Leitschaufelträger 26 angeordnet, der ebenfalls zentriert in dem Aussengehäuse 22 an geordnet ist. 28 (vgl. Figur 6) bedeuten Dampfein- strömkanäle, durch welche der Sattdampf bzw. Dampf geringer Nässe dem Dampfeinströmraum 29 des ersten Turbinenbeschaufelungsabschnittes 23 zu geführt wird.
Der vorzugsweise durch ein Drossel ventil regelbare Dampf strömt nun bei der darge stellten Maschinenausführung aus dem Dampfein- strömkanal 29 durch die Beschaufelung 23 nach Umlenkung durch den Ringkanal 30 zwischen Aus sengehäuse 22 und Innengehäuse 25 in der durch Pfeile angedeuteten Weise der in dem Leitschaufel- träger 26 angeordneten Beschaufelung 24 zu. Nach völliger Entspannung kann der Dampf aus dem Stut zen 31 abströmen.
Am Ende des die Überströmung ermöglichenden Ringkanales 30 ist ein Kranz 32 von Drallschaufeln vorgesehen, der an dem den Dampf- einströmraum 29 umschliessenden erweiterten Innen gehäuseteil 25a befestigt ist. Durch die Drallschaufeln 32 wird nun dem Dampfwassergemisch ein gewisser Drall erteilt, der das Ausscheiden der Wassertröpf chen aus dem strömenden Gemisch zur Folge hat.
Durch entsprechende Einbauten oder Wandteile 35 des Leitschaufelträgers 26 werden diese Wassertröpf chen in einem Wasserableitkanal aufgefangen und in den unteren Maschinenraum abgeführt, wo das Was ser durch den Stutzen 36 abgeführt werden kann. Zweckmässigerweise kann zwischen dem Innenge häuse und dem Leitschaufelträger noch ein Gitter 37 vorgesehen werden, das die überleitung des umge lenkten Dampfes in den Einströmraum 38 vor dem Beschaufelungsabschnitt 24 unter Aufhebung oder Verringerung des Dralls ermöglicht.
Wie besonders aus dem Querschnitt der Figur 6 ersichtlich, wird die Reihe der Drallschaufeln bei Anordnung an der den Einströmraum 29 umschliessenden Gehäuseausbau chung 25a durch die Dampfeinströmkanäle 28 unter brochen, was jedoch auf die Wirkungsweise des Drallschaufelsystems keinen nennenswerten Einfluss hat.
Einzelheiten der beschriebenen Turbinenausfüh rung können selbstverständlich geändert werden. Dies gilt sowohl bezüglich der Ausbildung als auch An ordnung der das Ausschleudern der Wassertröpf chen ermöglichenden Leitwandteile bzw. Leitbleche.
In Figur 7 ist schematisch eine Anordnung angedeu tet, bei der ein einfacher, die radiale Ablenkung des Wasserdampfgemisches bewirkender gewölbter Kra gen 40 an der Ausbauchung 25a des Innengehäuses 25 angeordnet ist, der ein Ausschleudern des Wassers gegenüber der in den Dampfeinströmraum 38 umge- lenkten Dampfströmung und das Sammeln des aus geschleuderten Wassers in der Fangrinne 41 des Leit- schaufelträgers 26 ermöglicht.
Schliesslich zeigt Figur 8 noch eine weitere Ab wandlung, bei welcher Leitbleche 44 bzw. Drall schaufeln an dem hinter dem Einströmraum 29 lie genden Mantel des Innengehäuses 25 befestigt sind. Die Anordnung nach den Figuren 7 und 8 unterschei den sich von der gemäss den Figuren 5 bis 7 beson ders dadurch, dass die Dampfzuführungen 28 aus- serhalb der für die Wasserausscheidung vorgesehenen Leit- oder Drallschaufeln angeordnet werden können.