DE102006005169A1

DE102006005169A1 - Dampfturbine

Info

Publication number: DE102006005169A1
Application number: DE102006005169A
Authority: DE
Inventors: Davor Kriz; Peter John Dr. Walker
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2006-09-07
Also published as: US7402024B2; CN1821553A; US20070207031A1; JP2006226288A

Abstract

Eine Dampfturbine (20), insbesondere für den Hoch- und/oder Mitteldruckbereich, hat einen um eine Achse (23) drehbaren Rotor (11), ein den Rotor (11) unter Bildung eines sich in axialer Richtung erstreckenden Ringkanals (12) mit Abstand konzentrisch umgebenden Innengehäuse (14) und ein das Innengehäuse (14) unter Bildung eines sich in axialer Richtung erstreckenden, ringförmigen Zwischenraumes (16) mit Abstand konzentrisch umgebenden Außengehäuse (13), wobei im Ringkanal (12) eine Leit- und Laufschaufeln umfassende Beschaufelung vorgesehen ist und der Ringkanal (12) ausgangsseitig zur Weiterleitung des Dampfes mit dem Zwischenraum (16) in Verbindung steht, wobei weiterhin das Innengehäuse (14) von einer Mehrzahl von in axialer Richtung hintereinander angeordneten, in den Zwischenraum (16) hineinragenden Schrumpfringen (15) außen umschlossen wird.
Bei einer solchen Dampfturbine wird die Aerodynamik dadurch verbessert, dass Mittel (24) zum Ausgleich der durch die Schrumpfringe (15) erzeugten Rippenstruktur auf der Außenseite des Innengehäuses (14) vorgesehen sind, derart, dass der ringförmige Zwischenraum (16) auf der Innenseite durch eine durchgehend glatte, strömungsgünstige Innenfläche begrenzt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Dampfturbinen. Sie betrifft eine Dampfturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Dampfturbine ist beispielsweise aus der EP-A1-0 965 732 oder aus dem Artikel von L. Busse und K.-H. Soyk „World's highest capacity steam turbosets for the lignite-fired Lippendorf power Station", ABB Review 6/1997, S. 13-22 (siehe die HP-Turbine in der dortigen 2), bekannt.

STAND DER TECHNIK

Bei für Hochdruck oder Mitteldruck ausgelegten Dampfturbinen, deren Schaufelkanäle einen vergleichsweise geringen Konuswinkel haben werden Schrumpfringe eingesetzt, die das Innengehäuse der Dampfturbine umschliessen und bei den hohen auftretenden Drücken zusammenhalten und mechanisch stabilisieren.

Eine beispielhafte Ausgestaltung einer solchen Dampfturbine aus dem Stand der Technik, wie sie aus dem eingangs zitierten Artikel im ABB Review bekannt ist, ist in 1 wiedergegeben. Die Dampfturbine 10 der 1 umfasst einen Rotor 11, der in zwei Lagern 19, 19' um eine Achse 23 drehbar gelagert ist. Der Rotor 11 ist konzentrisch mit Abstand von einem Innengehäuse 14 umgeben. Zwischen dem Rotor 11 und der Innenwand des Innengehäuses 14 bleibt ein Ringkanal 12 frei, in dem die Beschaufelung aus Laufschaufeln und Leitschaufeln (21 und 22 in 3) untergebracht ist und durch den (in 1 von rechts nach links) der Dampf strömt, der durch einen Frischdampfeinlass 18 radial in das rechte Ende des Ringkanals 12 eintritt. Das Innengehäuse 14 ist seinerseits mit Abstand von einem Aussengehäuse 13 konzentrisch umgeben, so dass ein ringförmiger Zwischenraum 16 entsteht, der sich in etwa parallel zum Ringkanal 12 erstreckt und mit dem Ringkanal 12 ausgangsseitig verbunden ist. Im Betrieb tritt der Dampf durch den Frischdampfeinlass 18 in den Ringkanal 12 ein, durchströmt ihn unter Arbeitsleistung von rechts nach links, wird am linken Ende umgelenkt und strömt durch den Zwischenraum 16 einem Auslass zu, um dann aus der Dampfturbine 10 für eine weitere Verwendung (z.B. in einer nachfolgenden Mitteldruckstufe) auszutreten.

Das Innengehäuse 14 ist mehrteilig und besteht üblicherweise aus einem Oberteil und einem Unterteil, die nach dem Zusammenbau durch aussen umlaufenden Schrumpfringe 15 zusammengehalten werden. Dazu sind in axialer Richtung aufeinanderfolgend mehrere Schrumpfringe 15 über die Länge des Innengehäuses 14 verteilt angeordnet (siehe auch die EP-A1-0 965 732). Bei der in 1 dargestellten bekannten Dampfturbine 10 wird nun der durch die Schrumpfringe 15 erzeugte zusätzliche radiale Abstand zum Ringkanal 12 ausgenutzt, um im Bereich der besonders hohen Eintrittstemperaturen eine thermische Abschirmung 17 vorzusehen, die den Temperaturunterschied zwischen Innenseite und Aussenseite des Innengehäuses 14 im Bereich des Dampfeintritts reduziert und damit auch die thermischen Spannungen an Innengehäuse 14 verringert. Die Abschirmung 17 besteht aus einem zylindrisch gebogenen Blech, welches am äusseren Umfang der Schrumpfringe 15 anliegend in etwa die rechte Hälfte des Innengehäuses 14 umschliesst und sich damit auf einen besonders belasteten Abschnitt des Innengehäuses 14 beschränkt. Im linken Abschnitt des Innengehäuses 14, der nicht von der Abschirmung umgeben ist, ragen die Schrumpfringe 15 ungehindert rippenartig in den Zwischenraum 16 hinein und behindern dort erheblich den Dampfstrom, der im Zwischenraum 16 strömt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine der eingangs genannten Art so zu verändern, dass die Strömung des Dampfes im Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Aussengehäuse strömungstechnisch wesentlich verbessert wird.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dazu werden Mittel zum Ausgleich der durch die Schrumpfringe erzeugten Rippenstruktur auf der Aussenseite des Innengehäuses vorgesehen sind, derart, dass der ringförmige Zwischenraum auf der Innenseite durch eine durchgehend glatte, strömungsgünstige Innenfläche begrenzt wird.

Grundsätzlich ist es denkbar, die ringförmigen Vertiefungen zwischen benachbarten Schrumpfringen und in den Endbereichen so aufzufüllen oder abzudecken, dass sich auf der Innenseite des Zwischenraumes 16 ein strömungstechnisch günstiger, in axialer Richtung glatter und durchgehender Wandbereich bildet.

Eine strömungstechnisch günstige Wandfläche lässt sich besonders einfach erzeugen, wenn gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung die Ausgleichsmittel eine zylindrische Umhüllung umfassen, welche alle Schrumpfringe umschliesst. Insbesondere kann die Umhüllung sich über die gesamte axiale Länge des Innengehäuses erstrecken und an den Enden an das Innengehäuse anschliessen. Mit einer solchen Umhüllung kann gleichzeitig eine vorteilhafte thermische Isolierung des Innengehäuses verwirklicht werden, welche die thermischen Spannungen am Innengehäuse deutlich reduziert.

Gemäss einer Weiterbildung der Ausgestaltung besteht die Umhüllung aus einem zylindrisch gebogenen Blech, und liegt am äusseren Umfang der Schrumpfringe an.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
1 im Längsschnitt eine Hochdruck-Dampfturbine mit einem durch Schrumpfringe zusammengehaltenen Innengehäuse und einer thermischen Isolierung des Innengehäuses nach dem Stand der Technik;
2 in einer zu 1 vergleichbaren Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Dampfturbine nach der Erfindung mit strömungstechnisch verbessertem Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Aussengehäuse;
3 einen vergrösserten Ausschnitt aus der Darstellung in 2, weicher den Umlenkbereich für den Dampfstrom zwischen dem Ausgang des Ringkanals und dem Eingang des Zwischenraums zwischen Innengehäuse und Aussengehäuse zeigt.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 2 ist in einer zu 1 vergleichbaren Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Dampfturbine nach der Erfindung mit strömungstechnisch verbessertem Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Aussengehäuse wiedergegeben. Gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen. Der Unterschied zur 1 besteht darin, dass das Innengehäuse 14 mit seinen rippenartigen Schrumpfringen 15 nunmehr über die gesamte axiale Länge von einer zylindrischen Umhüllung 24 umgeben ist, die an den Schrumpfringen 15 aussen anliegt und für den Zwischenraum 16 eine strömungstechnisch günstige, glatte Innenwand bildet. Da die Schrumpfringe 15 im gezeigten Beispiel alle denselben Aussendurchmesser aufweisen, hat die Umhüllung 24 über die gesamte Länge des Innengehäuses 14 denselben Durchmesser und verjüngt sich nur am austrittseitigen Ende des Innengehäuses 14 (3), um dort mit stetigem Übergang an das Innengehäuse 14 anzuschliessen. Die Umhüllung 24 verläuft dabei in etwa parallel zur Innenwand des Aussengehäuses 13.
Die vollständige Umhüllung 24 des Innengehäuses 14 mit seinen Schrumpfringen 15 kann als Verlängerung der Abschirmung 17 aus 1 auf die gesamte axiale Länge des Innengehäuses 14 aufgefasst werden. Insbesondere kann dafür dasselbe Blech verwendet werden, das auch für die Abschirmung 17 eingesetzt wird. Entsprechend hat die Umhüllung dann eine Doppelfunktion:

– Sie verringert die Temperaturdifferenz und damit die thermischen Spannungen zwischen Innenwand und Aussenwand des Innengehäuses 14.
– Sie wirkt als Teil des auf den Ringkanal folgenden Diffusors und trägt wegen der gleichmässigen und glatte zylindrischen Wandfläche sehr zur Verbesserung der Aerodynamik im Zwischenraum 16 bei.

10, 20: Dampfturbine
11: Rotor
12: Ringkanal
13: Aussengehäuse
14: Innengehäuse
15: Schrumpfring
16: Zwischenraum
17: Abschirmung
18: Frischdampfeinlass
19, 19': Lager
21: Laufschaufel
22: Leitschaufel
23: Achse
24: Umhüllung (Innengehäuse)

Claims

Dampfturbine (20), insbesondere für den Hoch- und/oder Mitteldruckbereich, mit einem um eine Achse drehbaren Rotor (11), einem den Rotor (11) unter Bildung eines sich in axialer Richtung erstreckenden Ringkanals (12) mit Abstand konzentrisch umgebenden Innengehäuse (14), und einem das Innengehäuse (14) unter Bildung eines sich in axialer Richtung erstreckenden, ringförmigen Zwischenraumes (16) mit Abstand konzentrisch umgebenden Aussengehäuse (13), wobei im Ringkanal (12) eine Leit- und Laufschaufeln (21, 22) umfassende Beschaufelung vorgesehen ist und der Ringkanal (12) ausgangsseitig zur Weiterleitung des Dampfes mit dem Zwischenraum (16) in Verbindung steht, wobei weiterhin das Innengehäuse (14) von einer Mehrzahl von in axialer Richtung hintereinander angeordneten, in den Zwischenraum (16) hineinragenden Schrumpfringen (15) aussen umschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (24) zum Ausgleich der durch die Schrumpfringe (15) erzeugten Rippenstruktur auf der Aussenseite des Innengehäuses (14) vorgesehen sind, derart, dass der ringförmige Zwischenraum (16) auf der Innenseite durch eine durchgehend glatte, strömungsgünstige Innenfläche begrenzt wird.
Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmittel eine zylindrische Umhüllung (24) umfassen, welche alle Schrumpfringe (15) umschliesst.
Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (24) sich über die gesamte axiale Länge des Innengehäuses (14) erstreckt und an den Enden an das Innengehäuse (14) anschliesst.
Dampfturbine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (24) aus einem zylindrisch gebogenen Blech besteht und am äusseren Umfang der Schrumpfringe (15) anliegt.