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EP0928365B1 - Dampfturbine, dampfturbinenanlage sowie verfahren zur abkühlung einer dampfturbine - Google Patents

Dampfturbine, dampfturbinenanlage sowie verfahren zur abkühlung einer dampfturbine Download PDF

Info

Publication number
EP0928365B1
EP0928365B1 EP97943771A EP97943771A EP0928365B1 EP 0928365 B1 EP0928365 B1 EP 0928365B1 EP 97943771 A EP97943771 A EP 97943771A EP 97943771 A EP97943771 A EP 97943771A EP 0928365 B1 EP0928365 B1 EP 0928365B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
steam
cooling
steam turbine
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97943771A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0928365A1 (de
Inventor
Edwin Gobrecht
Michael Wechsung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP0928365A1 publication Critical patent/EP0928365A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0928365B1 publication Critical patent/EP0928365B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F01K13/025—Cooling the interior by injection during idling or stand-by
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine with a steam inlet area, an exhaust area and one of a turbine housing surrounded blading area axially arranged therebetween.
  • the invention further relates to a method for cooling a steam turbine with a turbine housing.
  • DE-PS 324 204 describes a method and a device described for cooling an idling steam or gas turbine. To carry out this cooling is one with the Steam flow line specified via a valve-connected ejector. This ejector makes steam contrary to normal Sucked flow direction through the inflow line. At The extracted steam can be tapped or exhaust steam another turbine as well as wet or saturated Act live steam.
  • the US-PS 3,173,654 relates to a steam turbine with a High-pressure sub-turbine and a double-flow low-pressure sub-turbine, which is operated in stand-by mode.
  • a Cooling system provided, through which by a variety of Pipes both in the low pressure turbine and in the high-pressure sub-turbine water under high pressure from the Condenser is injected into the turbine. That water evaporates completely and becomes operational since the vacuum pumps are fed back into the condenser.
  • the amount of water injected is dependent on the temperature in the sub-turbines for each injection line separately regulated by an appropriate valve.
  • the two above-mentioned publications therefore relate to each the cooling idling or running in stand-by mode Steam turbines.
  • the cooling takes place exclusively via steam, which is either supplied directly, or created by evaporating water.
  • the two above Writings therefore relate to a steam turbine in one State in which externally generated heat is dissipated, whereby this heat by friction in an operating speed of for example, 3000 rpm running turbine. would the heat is not dissipated, the temperature would be in the steam turbine far above the operating temperature.
  • a steam turbine especially a high pressure turbine or a medium pressure turbine with upstream reheating
  • temperatures occur during power operation up to above 500 ° C.
  • the turbine housing as well as the turbine rotor and other turbine components, such as live steam valve, Quick-closing valve, turbine blade etc., on one high temperature heated.
  • the turbine runner can with each turbine reduced speed by means of a rotating device over a predetermined period of time and the steam atmosphere be evacuated via an evacuation device.
  • the object of the invention is a steam turbine and a Steam turbine plant to specify that via forced cooling cools down quickly. Another object of the invention is it to provide a method for cooling a steam turbine.
  • the turbine housing with a Cooling fluid inlet for the inflow of cooling fluid can be connected, wherein the cooling fluid inlet can be closed by a closure member and can be released and upstream of the evaporation area is arranged, and a suction device for suction of cooling fluid from the turbine housing is provided.
  • the Cooling fluid inlet is preferably during normal power operation the steam turbine, with the action steam in one Steam inlet area enters the turbine, a blading area flow through the turbine shaft and flows out of an exhaust steam area out of the steam turbine, locked. Arrived during power operation as a result, no cooling fluid into the steam turbine.
  • cooling fluid inlet through the Closure member released so that cooling fluid, in particular Air, from the air atmosphere surrounding the steam turbine, in the steam turbine flows in.
  • the incoming cooling fluid is via a suction device, for example an evacuation device, which creates a vacuum from the turbine housing aspirated.
  • a suction device for example an evacuation device, which creates a vacuum from the turbine housing aspirated.
  • the cooling fluid inlet is preferred a separate opening, e.g. an air intake port on the turbine, with a flow cross-section that is sized is that sufficient cooling fluid for rapid cooling gets into the turbine.
  • Multiple cooling fluid inlets may also be used be provided.
  • the closure member can be a blind flange to be opened Valve or the like.
  • the closure member can, for example automatically via a first control unit, for example be motor driven, opened. It could too a manually opening closure member can be used.
  • the suction device for example an evacuation unit, which is used to generate negative pressure in a condenser, is preferably with a control unit to control it Suction power connected.
  • the control unit can also one automatic opening of a fluidic connection serve the suction device with the turbine housing.
  • Preferably is a fluidic in a high pressure steam turbine Connection between turbine housing and suction device prevented during normal power operation.
  • the cooling fluid inlet is preferably one in the steam inlet area mouth connected steam supply.
  • the cooling fluid inlet with a control valve for regulation the amount of live steam, which also causes a Cooling down of this control valve after power operation has ended the steam turbine is made possible.
  • the suction device is preferably in the evaporation area outlet pipe connected.
  • the discharge line can during the cooling process by a Non-return valve must be shut off, so that the entire through the steam turbine flowing amount of cooling fluid through the suction device to be led.
  • the suction device is preferably fluidly with a condenser, in particular the steam area of a condensate container. It is thus possible as a suction device already during the Power operated evacuation device also for the cooling of the steam turbine and other steam turbine components after switching off, like control valve, quick-closing valve etc. to use.
  • Such an evacuation device could, for example, evacuate the steam room in the condensate container, or the evacuation of the steam atmosphere in the steam turbine after power operation has ended serve.
  • the one on a steam turbine plant with a high-pressure sub-turbine and directed at least one medium pressure partial turbine The object is achieved in that the turbine housing Partial turbines are each connected to a cooling fluid inlet and a suction device is provided via a suction line with a capacitor and via a respective connecting line is connected to the sub-turbines and the cooling fluid inlets each upstream of a respective evaporation area are arranged.
  • each sub-turbine is cooled by using the respective cooling fluid inlet cooling fluid, in particular air, flows into the housing of the respective sub-turbine and through the suction device, which with both the partial turbine is also connected to a condenser, sucked out of the partial turbine becomes.
  • the suction device preferably generates one Vacuum through which a flow through the sub-turbines as well corresponding components, such as control valves and quick-closing valves, caused by the cooling fluid, the air becomes.
  • the air absorbs heat in each sub-turbine, which means the sub-turbine is cooled.
  • the suction device can be an evacuation unit that is already for evacuation the steam atmosphere in each turbine section immediately after switching off the steam turbine system is used.
  • the Cooling of the partial turbines of the steam turbine system is thus without additional units, for example compressed air storage or Compressed air pump possible, but only at desired locations Cooling fluid inlets with a respective shut-off device as well a limited number of lines for guiding the cooling fluid are to be provided.
  • the on a method of cooling a steam turbine with a Turbine housing task is solved by that after a load switch-off, a cooling fluid inlet in terms of flow technology connected to the turbine housing and through the cooling fluid inlet inflowing cooling fluid, in particular air, by means of a suction device with heat absorption through the turbine housing in the direction of normal power operation is led through the steam turbine_flowing action steam.
  • a cooling fluid inlet in terms of flow technology connected to the turbine housing and through the cooling fluid inlet inflowing cooling fluid, in particular air, by means of a suction device with heat absorption through the turbine housing in the direction of normal power operation is led through the steam turbine_flowing action steam.
  • the turbine is in a rotor turning mode after being switched off, with existing evacuation units in operation stay.
  • On the high pressure turbine and a medium pressure turbine become air inlets, in particular air inlet connectors open.
  • On the high-pressure turbine fresh steam side Spigot and a connecting line between the evaporation nozzle the high pressure turbine and a condenser opened become.
  • the condenser is with the evacuation units connected so that sucked in through the air inlet port Air through the turbine blades and over the connecting line is sucked into the condenser. This causes a cooling down of the high pressure turbine.
  • At the medium pressure turbine can also support in the area of the steam inlet be opened.
  • the air flowing in through the nozzle can through the evacuation units via the medium pressure blading and optionally a downstream one Low pressure turbine to be sucked into the condenser.
  • the medium pressure wave and the Medium and / or medium pressure housing, the medium pressure blading, the control valve and the quick-closing valve the medium pressure turbine cooled. It is also possible the air via a corresponding connecting line from the Evaporating area of the medium pressure turbine bypassing one downstream low pressure turbine in the condenser conduct.
  • the high pressure turbine and the medium pressure turbine are preferably cooled to a temperature lower than 150 ° C.
  • the cooling process can be based on temperature measurements, which are determined within the steam turbine, for example through temperature measuring points already provided for power operation, to be controlled.
  • the cooling process can be the cooling process via the suction power the suction device can be accelerated or slowed down.
  • the Cooling process is carried out so that predetermined maximum Expansion differences, especially between the turbine runner and the inner and / or outer casing of the steam turbine, not be crossed, be exceeded, be passed.
  • By supplying the cooling fluid via different Air intakes can be cooling, for example of the turbine rotor of a high-pressure partial turbine is delayed and the cooling of the high pressure housing can be accelerated.
  • the figure shows partially schematic and not to scale Representation of a steam turbine plant 20 with a High-pressure turbine section 1a and a medium-pressure turbine section 1b in a longitudinal section. Other components of the steam turbine plant 20 are shown schematically for the sake of clarity.
  • the high-pressure turbine section 1a has a steam inlet area 2, an evaporation area 3 and an axially intermediate Blading area 4.
  • a live steam line 19 in the as a combination valve, a quick-closing valve 24 and a control valve 17 are arranged.
  • the control valve 17 has a cooling fluid inlet 7, into which an air line 18 opens.
  • In the air line 18 is a closure member 8, in particular a valve arranged with a first control unit 9 is connected.
  • the first control unit 9 is an opening or closing of the closure member 8 allows so that the cooling fluid inlet 7 for an inflow of cooling fluid 6, in particular air, can be released or closed is.
  • the high-pressure turbine section 1a is the closure member 8 closed and during a rapid cooling process opened so that during the latter cooling fluid 6 in the control valve 17 can flow.
  • the turbine runner 26a Inside the high pressure housing 5a, which is not a closer includes the specified inner and outer housing, is the turbine runner 26a arranged. Closes at the evaporation area 3 an outflow line 13 through an intermediate superheater 21 to the steam inlet area 2 of the medium-pressure turbine part 1b leads. Downstream of the evaporation area 3 is in the outflow line 13 a check valve 22 is arranged. Between Evaporation area 3 and backflow flap 22 opens into the outflow lines 13 a connecting line 16a leading to a Capacitor 14 leads. The connecting line 16a is during the normal power operation of the high pressure turbine section 16 closed by a closure member 8a.
  • the medium-pressure turbine section 1b is double-flow and has a medium-pressure housing 5b not including one specified inner and outer housing in which the turbine rotor 26b and a blading area 4 are arranged are.
  • the capacitor 14 is included Condensate container 25 on, via a suction line 15 with a Suction device 10, for example an evacuation unit, a jet pump or the like.
  • the Suction device 10 is in via a second control unit 11 their suction power controllable so that the cooling process Amount of air sucked in and thus the speed of the Cooling is adjustable.
  • the suction device 10 directly is connected to a connecting line 16a, 16b without a passage of the cooling fluid 6 through the condenser 14.
  • the invention is characterized by a forced cooling Steam turbine after completion of power operation, at after the load switch-off, a cooling fluid inlet and a suction line be opened. Via a connected to the suction line Suction device is air that passes through the cooling fluid inlet flows into the steam turbine, while absorbing heat this is brought out again.
  • Cooling fluid inlets e.g. air inlet ports
  • branches to be provided from existing steam discharge lines, to a forced air flow through the steam turbine guarantee.
  • the process enables rapid cooling, in particular a high pressure steam turbine, in which one Cooling down to 400 K can be achieved within 24 hours is.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem Dampfeinlaßbereich, einem Abdampfbereich und einem von einem Turbinengehäuse umgebenen axial dazwischen angeordneten Beschaufelungsbereich. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abkühlen einer Dampfturbine mit einem Turbinengehäuse.
In der DE-PS 324 204 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kühlung einer leerlaufenden Dampf- oder Gasturbine beschrieben. Zur Durchführung dieser Kühlung ist ein mit der Dampfströmleitung über ein Ventil verbundener Ejektor angegeben. Durch diesen Ejektor wird Dampf entgegen der normalen Strömungsrichtung durch die Einstromleitung abgesaugt. Bei dem abgesaugten Dampf kann es sich um Anzapf- oder Abdampf einer weiteren Turbine sowie um nassen oder gesättigten Frischdampf handeln.
Die US-PS 3,173,654 betrifft eine Dampfturbine mit einer Hochdruck-Teilturbine und einer zweiflutigen Niederdruck-Teilturbine, welche im Stand-by-Betrieb gefahren wird. Zur Vermeidung einer Überhitzung der Turbinenschaufeln ist ein Kühlsystem vorgesehen, über welches durch eine Vielzahl von Leitungen sowohl in der Niederdruck-Teilturbine als auch in der Hochdruck-Teilturbine Wasser unter hohem Druck aus dem Kondensator in die Teilturbine eingedust wird. Dieses Wasser verdampft vollständig und wird, da die Vakuumpumpen in Betrieb sind, wieder in den Kondensator zurückgefuhrt. Die Menge des eingedüsten Wassers wird in Abhangigkeit der Temperatur in den Teilturbinen für jede Eindüsleitung jeweils separat über ein entsprechendes Ventil geregelt.
In den Patent Abstracts of Japan, Vol. 008, No. 073 (N-287) zur JP 58-220907 ist eine Dampfturbinenanlage mit einer Niederdruckteilturbine, einer Hochdruckteilturbine sowie einer Mitteldruckteilturbine angegeben. An die Niederdruckteilturbine ist ein Kondensator angeschlossen. Zur Verhinderung thermischer Spannungen und thermischer Dehnungen während eines Abkühlens sind die Abdampfleitungen der Hochdruck- und der Niederdruckteilturbine mit einer Vakuumpumpe verbunden. Über diese Pumpe wird Luft durch die Hochdruck- und die Micteldruckteilturbine entgegen der Stromungsrichtung des Aktionsdampfes, welcher bei normalem Betrieb der Turbine durch diese strömt, gezwungen. Diese Luft kommt hierbei im Falle der Hochdruckteilturbine unmittelbar aus dem Kondensator und im Falle der Mitteldruckteilturbine mittelbar uber die Niederdruckteilturbine ebenfalls aus dem Kondensator. In den Kondensator hinein gelangt die Luft über einen Vakuumbrecher. Der Einlaß für die Luft liegt somit am Ende des Stromungspfades des Aktionsdampfes weit stromab des Hochdruck- und der Mitteldruckteilturbine, namlich im Kondensator der Niederdruckteilturbine.
Die beiden oben genannten Schriften betreffen mithin jeweils die Kuhlung leerlaufender bzw. im Stand-by-Betrieb laufender Dampfturbinen. Die Kühlung erfolgt hierbei ausschließlich über Dampf, der entweder unmittelbar zugeführt wird, oder durch verdampfendes Wasser entsteht. Die beiden obigen Schriften betreffen mithin eine Dampfturbine in einem solchen Zustand, in dem extern erzeugte Wärme abgeführt wird, wobei diese Wärme durch Reibung in einer mit Betriebsdrehzahl von beispielsweise 3000 U/min laufenden Turbine entsteht. Würde die Wärme nicht abgeführt werden, so läge die Temperatur in der Dampfturbine weit über der Betriebstemperatur.
In einer Dampfturbine, insbesondere einer Hochdruckturbine oder einer Mitteldruckturbine mit vorgeschalteter Zwischenüberhitzung, treten während eines Leistungsbetriebes Temperaturen bis oberhalb 500°C auf. Während eines Leistungsbetriebes, beispielsweise unter Vollast, der einige Wochen oder Monate dauern kann, werden das Turbinengehäuse sowie der Turbinenläufer und andere Turbinenkomponenten, wie Frischdampfventil, Schnellschlußventil, Turbinenschaufel etc., auf eine hohe Temperatur aufgeheizt. Nach Abschalten der gesamten Dampfturbinenanlage kann der Turbinenläufer jeder Turbine mit verminderter Drehzahl mittels einer Dreheinrichtung über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg weitergedreht und die Dampfatmosphäre über eine Evakuierungseinrichtung evakuiert werden. Um möglichst frühzeitig nach Abschalten der Dampfturbine Wartungs- oder Kontrollarbeiten sowie gegebenenfalls Nachrüstarbeiten durchführen zu können, kann es unter Umständen wünschenswert sein, die Dampfturbine unter Einhaltung vorgegebener Grenzen für auftretende Dehnungsunterschiede zwischen Turbinenläufer und beispielsweise Turbinengehäuse möglichst schnell abzukühlen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Dampfturbine, sowie eine Dampfturbinenanlage anzugeben, die über eine Zwangskühlung zügig abkühlbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abkühlung einer Dampfturbine anzugeben.
Erfindungsgemaß wird die auf eine Dampfturbine gerichtete Aufgabe dadurch gelost, daß das Turbinengehäuse mit einem Kuhlfluideinlaß zur Einstromung von Kühlfluid verbindbar ist, wobei der Kuhlfluideinlaß durch ein Verschlußorgan verschließbar und freigebbar ist sowie stromauf des Abdampfbereichs angeordnet ist, und eine Saugeinrichtung zur Absaugung von Kühlfluid aus dem Turbinengehause vorgesehen ist. Der Kühlfluideinlaß ist vorzugsweise während eines normalen Leistungsbetriebes der Dampfturbine, bei dem Aktionsdampf in einen Dampfeinlaßbereich in die Turbine eintritt, einen Beschaufelungsbereich die Turbinenwelle antreibend durchströme und aus einem Abdampfbereich aus der Dampfturbine herausstromt, verschlossen. Während des Leistungsbetriebes gelangt hierdurch kein Kühlfluid in die Dampfturbine hinein. Nach Abschalten der Dampfturbine, diese wird nun nicht mehr von Aktionsdampf durchströmt, wird der Kühlfluideinlaß durch das Verschlußorgan freigegeben, so daß Kuhlfluid, insbesondere Luft, aus der die Dampfturbine umgebenden Luftatmosphare, in die Dampfturbine einstromt. Das einströmende Kühlfluid wird über eine Saugeinrichtung, beispielsweise eine Evakuierungseinrichtung, welche einen Unterdruck erzeugt, aus dem Turbinengehause abgesaugt. Hierdurch ist eine schnelle Abkühlung der Dampfturbine (Gehause und Welle) auf unter 200 °C, insbesondere 150 °C bis 180 °C, in unter 40 Stunden, vorzugsweise in ca. 24 Stunden, ermöglicht. Der Kühlfluideinlaß ist vorzugsweise eine separate Öffnung, z.B. ein Lufteinlaßstutzen an der Turbine, mit einem Stromungsquerschnitt, der so bemessen ist, daß hinreichend Kühlfluid fur eine Schnellabkühlung in die Turbine gelangt. Es können auch mehrere Kühlfluideinlasse vorgesehen sein.
Das Verschlußorgan kann ein zu öffnender Blindflansch, ein Ventil oder ähnliches sein. Das Verschlußorgan kann beispielsweise über eine erste Steuereinheit automatisch, beispielsweise motorgetrieben, geoffnet werden. Es könnte auch ein manuell zu öffnendes Verschlußorgan verwendet werden.
Die Saugeinrichtung, beispielsweise ein Evakuierungsaggregat, welches der Unterdruckerzeugung in einem Kondensator dient, ist vorzugsweise mit einer Steuereinheit zum Steuern ihrer Saugleistung verbunden. Die Steuereinheit kann zudem einem automatischen Öffnen einer strömungstechnischen Verbindung der Saugeinrichtung mit dem Turbinengehäuse dienen. Vorzugsweise ist bei einer Hochdruck-Dampfturbine eine strömungstechnische Verbindung zwischen Turbinengehäuse und Saugeinrichtung während des normalen Leistungsbetriebes unterbunden.
Der Kühlfluideinlaß ist vorzugsweise mit einer in den Dampfeinlaßbereich mündenden Dampfzuführung verbunden. Vorzugsweise ist der Kühlfluideinlaß mit einem Stellventil zur Regelung der Frischdampfmenge verbunden, wodurch ebenfalls eine Abkühlung dieses Stellventiles nach Beendigung des Leistungsbetriebes der Dampfturbine ermöglicht ist.
Die Saugeinrichtung ist vorzugsweise mit einer in den Abdampfbereich mündenden Abströmleitung verbunden. Die Abströmleitung kann hierbei während des Abkühlvorgangs durch eine Rückschlagklappe abgesperrt sein, so daß die gesamte durch die Dampfturbine strömende Menge an Kühlfluid durch die Saugeinrichtung geführt wird. Vorzugsweise ist die Saugeinrichtung strömungstechnisch mit einem Kondensator, insbesondere dem Dampfbereich eines Kondensatbehälters, verbunden. Es ist somit möglich, als Saugeinrichtung ein bereits während des Leistungsbetriebes eingesetztes Evakuierungsgerät auch für die Abkühlung der Dampfturbine sowie weiterer Dampfturbinenkomponenten nach Abschalten, wie Stellventil, Schnellschlußventil etc., zu verwenden. Ein solches Evakuierungsgerät könnte beispielsweise der Evakuierung des Dampfraumes in dem Kondensatbehälter, oder der Evakuierung der Dampfatmosphäre in der Dampfturbine nach Beendigung des Leistungsbetriebes dienen.
Die auf eine Dampfturbinenanlage mit einer Hochdruck-Teilturbine und zumindest einer Mitteldruck-Teilturbine gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Turbinengehause der Teilturbinen jeweils mit einem Kuhlfluideinlaß verbunden sind und eine Saugeinrichtung vorgesehen ist, die uber eine Saugleitung mit einem Kondensator und über eine jeweilige Verbindungsleitung mit den Teilturbinen verbunden ist und die Kuhlfluideinlässe jeweils stromauf eines jeweiligen Abdampfbereichs angeordnet sind. Nach Abschalten der Dampfturbinenanlage erfolgt eine Kühlung jeder Teilturbine dadurch, daß uber den jeweiligen Kuhlfluideinlaß Kuhlfluid, insbesondere Luft, in das Gehause der jeweiligen Teilturbine einströmt und durch die Saugeinrichtung, welche sowohl mit der Teilturbine als auch einem Kondensator verbunden ist, aus der Teilturbine abgesaugt wird. Die Saugeinrichtung erzeugt vorzugsweise einen Unterdruck, durch den eine Durchströmung der Teilturbinen sowie entsprechender Komponenten, wie Stellventile und Schnellschlußventile, von dem Kühlfluid, der Luft, hervorgerufen wird. Die Luft nimmt in jeder Teilturbine Warme auf, wodurch die Teilturbine abgekühlt wird. Die Saugeinrichtung kann hierbei ein Evakuierungsaggregat sein, das bereits zur Evakuierung der Dampfatmosphäre in jeder Teilturbine unmittelbar nach Abschalten der Dampfturbinenanlage eingesetzt wird. Die Abkühlung der Teilturbinen der Dampfturbinenanlage ist somit ohne Zusatzaggregate, beispielsweise Druckluftspeicher oder Druckluftpumpe möglich, wobei lediglich an gewunschten Stellen Kühlfluideinlässe mit einem jeweiligen Absperrorgan sowie eine begrenzte Anzahl Leitungen zur Führung des Kühlfluides vorzusehen sind.
Die auf ein Verfahren zum Abkühlen einer Dampfturbine mit einem Turbinengehause gerichtete Aufgabe wird dadurch gelost, daß nach Lastabschaltung ein Kühlfluideinlaß stromungstechnisch mit dem Turbinengehäuse verbunden und durch den Kuhlfluideinlaß einströmendes Kühlfluid, insbesondere Luft, mittels einer Saugeinrichtung unter Wärmeaufnahme durch das Turbinengehause in Richtung des bei normalem Leistungsbetrieb durch die Dampfturbine_strömenden Aktionsdampfs gefuhrt wird. Mit dieser Art der Zwangskühlung der Dampfturbine ist bei spielsweise unter Einhaltung vorgebbarer Grenzen für die Dehnungsunterschiede zwischen Turbinenläufer und Turbinengehäuse, insbesondere Turbineninnengehäuse, eine Abkühlung von mehreren 100°C innerhalb eines Tages möglich. Hierdurch können Wartungs-, Instandhaltungsoder Nachrüstarbeiten an der Dampfturbine bereits einen Tag nach Lastabschaltung durchgeführt werden. Nach der Lastabschaltung wird die Turbine, insbesondere über einen Antriebsmotor mit geringer Drehzahl von ca. 50 U/min. (Rotordrehbetrieb) gedreht. Hierdurch entsteht so gut wie keine zusätzliche Wärme.
Die Turbine befindet sich nach dem Abschalten in einem Rotordrehbetrieb, wobei vorhandene Evakuierungsaggregate in Betrieb bleiben. An der Hochdruckturbine und einer Mitteldruckturbine werden Lufteinlässe, insbesondere Lufteintrittsstutzen geöffnet. An der Hochdruckturbine können frischdampfseitige Stutzen und eine Verbindungsleitung zwischen dem Abdampfstutzen der Hochdruckturbine und einem Kondensator geöffnet werden. Der Kondensator ist mit den Evakuierungsaggregaten verbunden, so daß durch die Lufteintrittsstutzen angesaugte Luft durch die Turbinenbeschaufelung und über die Verbindungsleitung in den Kondensator gesaugt wird. Dies bewirkt eine Abkühlung der Hochdruckturbine. An der Mitteldruckturbine können ebenfalls im Bereich des Dampfeintrittes Stutzen geöffnet werden. Die durch die Stutzen einströmende Luft kann durch die Evakuierungsaggregate über die Mitteldruckbeschaufelung und gegebenenfalls eine strömungstechnisch nachgeschaltete Niederdruckturbine in den Kondensator gesaugt werden. Hierbei werden insbesondere die Mitteldruckwelle und das Mittelinnen- und/oder Mittelaußendruckgehäuse, die Mitteldruckbeschaufelung, das Stellventil und das Schnellschlußventil der Mitteldruckturbine gekühlt. Es ist ebenfalls möglich, die Luft über eine entsprechende Verbindungsleitung von dem Abdampfbereich der Mitteldruckturbine unter Umgehung einer nachgeschalteten Niederdruckturbine in den Kondensator zu leiten. Die Hochdruckturbine und die Mitteldruckturbine werden vorzugsweise auf eine Temperatur kleiner als 150°C abgekühlt. Der Abkühlvorgang kann anhand von Temperaturmeßwerten, die innerhalb der Dampfturbine ermittelt werden, beispielsweise durch bereits für den Leistungsbetrieb vorgesehene Temperaturmeßstellen, kontrolliert werden. Je nach Fortschritt der Abkühlung kann der Abkühlvorgang über die Saugleistung der Saugeinrichtung beschleunigt oder verlangsamt werden. Der Abkühlvorgang wird so durchgeführt, daß vorgegebene maximale Dehnungsdifferenzen, insbesondere zwischen dem Turbinenläufer und dem Innen- und/oder Außengehäuse der Dampfturbine, nicht überschritten werden. Durch Zuführung des Kühlfluids über unterschiedliche Lufteinlässe kann beispielsweise die Abkühlung des Turbinenläufers einer Hochdruckteilturbine verzögert und die Abkühlung des Hochdruckgehäuses beschleunigt werden.
Anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles werden eine Dampfturbine sowie ein Schnellabkühlsystem ohne Zusatzaggregate zur Abkühlung der Dampfturbine näher erläutert.
Die Figur zeigt in teilweise schematischer und nicht maßstäblicher Darstellung eine Dampfturbinenanlage 20 mit einer Hochdruck-Teilturbine 1a und einer Mitteldruck-Teilturbine 1b in einem Längsschnitt. Weitere Komponenten der Dampfturbinenanlage 20 sind der Übersichtlichkeit halber schematisch dargestellt. Die Hochdruck-Teilturbine 1a weist einen Dampfeinlaßbereich 2, einen Abdampfbereich 3 und einen axial dazwischenliegenden Beschaufelungsbereich 4 auf. In den Dampfeinlaßbereich 2 mündet eine Dampfzuführung 12, eine Frischdampfleitung 19, in der als Kombiventil ein Schnellschlußventil 24 und ein Stellventil 17 angeordnet sind. Das Stellventil 17 weist einen Kühlfluideinlaß 7 auf, in den eine Luftleitung 18 mündet. In der Luftleitung 18 ist ein Verschlußorgan 8, insbesondere ein Ventil angeordnet, welches mit einer ersten Steuereinheit 9 verbunden ist. Über die erste Steuereinheit 9 ist ein öffnen bzw. Schließen des Verschlußorgans 8 ermöglicht, so daß der Kühlfluideinlaß 7 für eine Einströmung von Kühlfluid 6, insbesondere Luft, freigebbar bzw. verschließbar ist. Während eines normalen Leistungsbetriebes der Dampfturbine 1, der Hochdruck-Teilturbine 1a, ist das Verschlußorgan 8 verschlossen und während eines Schnellabkühlvorgangs geöffnet, so daß während letzterem Kühlfluid 6 in das Stellventil 17 einströmen kann.
Innerhalb des Hochdruck-Gehäuses 5a, welches ein nicht näher spezifiziertes Innen- und Außengehäuse umfaßt, ist der Turbinenläufer 26a angeordnet. An den Abdampfbereich 3 schließt sich eine Abströmleitung 13 an, die durch einen Zwischenüberhitzer 21 zum Dampfeinlaßbereich 2 der Mitteldruck-Teilturbine 1b führt. Stromab des Abdampfbereiches 3 ist in der Abströmleitung 13 eine Rückschlagklappe 22 angeordnet. Zwischen Abdampfbereich 3 und Rückströmklappe 22 mündet in die Abströmleitungen 13 eine Verbindungsleitung 16a, die zu einem Kondensator 14 führt. Die Verbindungsleitung 16a ist während des normalen Leistungsbetriebes der Hochdruck-Teilturbine 16 durch ein Verschlußorgan 8a verschlossen. Zwischen Dampfeinlaßbereich 2 der Mitteldruck-Teilturbine 1b und dem Zwischenüberhitzer 21 ist in eine Mitteldruck-Zuleitung 23 ebenfalls eine Kombination aus Stellventil 17 und Schnellflußventil 24 angeordnet. In diese Kombination mündet wie bereits oben beschrieben, eine Luftleitung 18 in einen Kühlfluideinlaß 7. Die Mitteldruck-Teilturbine 1b ist zweiflutig ausgeführt und weist ein Mitteldruck-Gehäuse 5b umfassend ein nicht näher spezifiziertes Innen- und Außengehäuse auf, in dem der Turbinenläufer 26b sowie ein Beschaufelungsbereich 4 angeordnet sind. Während eines normalen Leistungsbetriebes der Dampfturbinenanlage 20 strömt von dem Zwischenüberhitzer 21 nicht dargestellter Aktionsdampf in einen Dampfeinlaßbereich 2 ein, teilt sich im Beschaufelungsbereich 4 in die beiden Fluten auf, gelangt aus einem jeweiligen Abdampfbereich 3 in eine oder mehrere Abströmleitungen 13, die zu einer oder mehrerer nicht dargestellten Niederdruck-Teilturbinen führt bzw. führen. Von den Abströmleitungen 13 führt eine Verbindungsleitung 16b in den Kondensator 14. Eine weitere, nicht näher spezifizierte Leitung, führt von einer nicht dargestellten Niederdruck-Teilturbine ebenfalls in den Kondensator 14. Es versteht sich, daß die Verbindungsleitung 16b entfallen kann, so daß während eines Abkühlbetriebes durch das Stellventil 7 in die Mitteldruck-Teilturbine einströmendes Kühlfluid 6 über die nicht dargestellte Niederdruck-Teilturbine in den Kondensator 14 gelangt. An den Kondensator 14 schließt sich ein Kondensatbehälter 25 an, der über eine Saugleitung 15 mit einer Saugeinrichtung 10, beispielsweise einem Evakuierungsaggregat, einer Strahlpumpe oder ähnlichem, verbunden ist. Die Saugeinrichtung 10 ist über eine zweite Steuereinheit 11 in ihrer Saugleistung steuerbar, so daß im Abkühlvorgang die Menge der angesaugten Luft und damit die Geschwindigkeit der Abkühlung einstellbar ist. Selbstverständlich ist auch eine Anordnung möglich, bei der die Saugeinrichtung 10 unmittelbar an eine Verbindungsleitung 16a, 16b angeschlossen ist, ohne eine Durchführung des Kühlfluids 6 durch den Kondensator 14.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Zwangskühlung einer Dampfturbine nach Beendigung des Leistungsbetriebes aus, bei dem nach Lastabschaltung ein Kühlfluideinlaß sowie eine Saugleitung geöffnet werden. Über eine mit der Saugleitung verbundene Saugeinrichtung wird Luft, die über den Kühlfluideinlaß in die Dampfturbine einströmt, unter Wärmeaufnahme aus dieser wieder herausgeführt wird. Mit dem Verfahren kann auf bereits vorhandene Komponenten der Dampfturbine, wie beispielsweise Evakuierungsaggregate und Dampfleitungen, zurückgegriffen werden. Es sind gegebenenfalls lediglich entsprechende Kühlfluideinlässe (z.B. Lufteinlaßstutzen) und Abzweigungen aus bestehenden Dampfabströmleitungen vorzusehen, um eine Zwangsluftströmung durch die Dampfturbine hindurch zu gewährleisten. Das Verfahren ermöglicht eine Schnellabkühlung, insbesondere einer Hochdruckdampfturbine, bei der eine Abkühlung von bis zu 400 K innerhalb 24 Stunden erreichbar ist.

Claims (11)

  1. Dampfturbine (1) mit einem Dampfeinlaßbereich (2), einem Abdampfbereich (3) und einem von einem Turbinengehäuse (5) umgebenen axial dazwischen angeordneten Beschaufelungsbereich (4), sowie mit einer Saugeinrichtung (10) zur Absaugung von Kühlfluid (6) aus dem Turbinengehäuse (5),
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein durch ein Verschlußorgan (8) verschließbarer und freigebbarer Kühlfluideinlaß (7) vorgesehen ist, der stromauf des Abdampfbereiches - bezogen auf die Strömungsrichtung von bei einem normalen Leistungsbetrieb durch das Turbinengehäuse (5) strömenden Aktionsdampfes - angeordnet ist und durch den Kühlfluid (6) zur Abkühlung nach einer Lastabschaltung auf eine Temperatur deutlich unterhalb der Betriebstemperatur in das Turbinengehäuse (5) einführbar ist.
  2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1, wobei eine mit dem Verschiußorgan (8) verbundene erste Steuereinheit (9) zum automatischen Öffnen des Kühlfluideinlasses (7) vorgesehen ist.
  3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer zweiten Steuereinheit (11) zum Steuern der Saugleistung der Saugeinrichtung (10) und/oder zum automatischen Öffnen einer strömungstechnischen Verbindung der Saugeinrichtung (10) mit dem Turbinengehäuse (5).
  4. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kühlfluideinlaß (7) mit einer in den Dampfeinlaßbereich (2) mündenden Dampfzuführung (12) verbunden ist.
  5. Dampfturbine (1) nach Anspruch 4, bei der der Kühlfluideinlaß (7) mit einem Stellventil (17) verbunden ist.
  6. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Saugeinrichtung (10) mit einer in den Abdampfbereich (2) mündenden Abströmleitung (13) verbunden ist.
  7. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Saugeinrichtung (10) strömungstechnisch über eine Saugleitung (15) mit einem Kondensator (14) verbunden ist.
  8. Dampfturbine (1) nach Anspruch 7, mit einer Hochdruck-Teilturbine (1a), wobei die Hochdruck-Teilturbine (1a) über eine Verbindungsleitung (16a) mit dem Kondensator (14) strömungstechnisch verbunden ist.
  9. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kühlfluideinlaß (7) als Einlaß für das Turbinengehäuse (5) umgebende Luft ausgebildet ist.
  10. Dampfturbinenanlage (20) mit einer Hochdruck-Teilturbine (1a), die ein Hochdruckgehäuse (5a) aufweist, das mit einem Kühlfluideinlaß (7a) verbunden ist, mit einer Mitteldruck-Teilturbine (1b), die ein Mitteldruck-Gehäuse (5b) aufweist, das mit einem Kühlfluideinlaß (7b) verbunden ist, mit einer Saugeinrichtung (10), die über eine Saugleitung (15) mit einem Kondensator (14) und über eine jeweilige Verbindungsleitung (16a, 16b) mit der Hochdruck-Teilturbine (1a) und der Mitteldruck-Teilturbine (1b) verbunden ist, wobei der Kondensator (14) strömungstechnisch zwischen jeder Teilturbine (1a, 1b) und der Saugeinrichtung (10) angeordnet ist und die Kühlfluideinlasse (7a, 7b) jeweils stromauf eines jeweiligen Abdampfbereichs (3) angeordnet sind.
  11. Verfahren zum Abkühlen einer Dampfturbine (1) mit einem Turbinengehäuse (5), bei dem nach Lastabschaltung ein Kühlfluideinlaß (7) strömungstechnisch mit dem Turbinengehäuse (5) verbunden wird und durch den Kuhlfluideinlaß (7) einstromendes Kühlfluid (6), insbesondere Luft, mittels einer Saugeinrichtung (10) unter Wärmeaufnahme durch das Turbinengehause (5) in Richtung des bei normalem Leistungsbetrieb durch die Dampfturbine (1) strömenden Aktionsdampfes geführt wird.
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