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WO2012156387A1 - Sperrschaltung bei dampfturbinen zur nassdampfabsperrung - Google Patents

Sperrschaltung bei dampfturbinen zur nassdampfabsperrung Download PDF

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Publication number
WO2012156387A1
WO2012156387A1 PCT/EP2012/058972 EP2012058972W WO2012156387A1 WO 2012156387 A1 WO2012156387 A1 WO 2012156387A1 EP 2012058972 W EP2012058972 W EP 2012058972W WO 2012156387 A1 WO2012156387 A1 WO 2012156387A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
pressure
balance piston
steam turbine
thrust balance
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/058972
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf PÖTTER
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
Priority to EP12722120.8A priority Critical patent/EP2675999B1/de
Priority to CN201280024101.1A priority patent/CN103534441B/zh
Publication of WO2012156387A1 publication Critical patent/WO2012156387A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
    • 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
    • F01D25/007—Preventing corrosion
    • 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
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/60—Shafts
    • F05D2240/63—Glands for admission or removal of fluids from shafts

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine comprising a
  • a steam turbine having a rotatably mounted rotor, an inner housing, and a high-pressure flow passage disposed between the rotor and the inner housing, the rotor having a thrust balance piston, the steam turbine having a thrust balance piston line, the thrust balance piston line opening into a thrust balance piston antechamber, the steam turbine having a Wet steam line has on ⁇ , which produces a fluidic connection between a gap space and a first pressure chamber, wherein the gap space between the rotor and the inner housing is disposed, wherein the thrust balance piston line is fluidly connected to a steam source, wherein the steam source is disposed outside of the steam turbine, wherein the steam turbine having a second flow channel and an associated the two ⁇ th inflow flow channel, wherein the thrust balance piston line with the inflow fluidically connected is.
  • steam turbines are divided into a plurality Operaturbi ⁇ NEN, such as a high, intermediate and low pressure turbine section.
  • the aforementioned sub-turbines differ essentially in that the steam parameters such as temperature and pressure of the incoming steam are different.
  • a high-pressure turbine part experiences the highest steam parameters and is thus subjected to the highest thermal load.
  • the effluent from the high-pressure turbine section steam is reheated via a reheater and forwarded to a medium-pressure turbine section, the steam usually flows without intermediate reheating after flowing through the medium-pressure turbine section in the low-pressure turbine section.
  • the turbine sections are formed separately. This means that each turbine part has its own housing.
  • Partial turbines with a rotor, an inner housing arranged around the rotor and an outer housing are formed.
  • the rotor comprises blades, which together with the attached arrange ⁇ ten vanes in the inner housing a flow channel.
  • the high-pressure turbine sections are designed to be single-flow, with the result that a comparatively high thrust as a result of the steam pressure on the rotor leads in one direction. Therefore, the rotors are usually formed with thrust balance piston. By flowing the thrust balance piston at a defined point, a pressure is generated, which leads to a counter thrust, which holds the rotor substantially force-free in the axial direction.
  • the components of a steam turbine must be designed to be relatively resistant to corrosion, since some components are flown with wet steam at the same time high flow ⁇ speed of the steam. Such components would result in corrosion and erosion upon exposure to wet steam coupled with high flow velocity. This problem is currently being addressed by taking comparatively cost-intensive measures.
  • One of the measures would be, for example, the use of high-chromium materials or the use of coatings which are applied to the components and thus avoid corrosion and erosion.
  • high-pressure turbine is flowing out of the flow channel steam is a wet steam ⁇ substantially.
  • the invention has for its object, caused by wet steam ⁇ corrosion and erosion damage to vermei ⁇ .
  • a steam turbine comprising egg ⁇ nen rotatably mounted rotor, an inner housing and a disposed between the rotor and the inner housing high-pressure flow channel, wherein the rotor has a thrust balance piston, wherein the steam turbine has a Schubaus GmbHs ⁇ piston line, wherein the Schubaus GmbHskolbenlei ⁇ tion in a thrust balance piston antechamber, the steam turbine having a wet steam line, which produces a flow ⁇ technical connection between a gap and a first pressure space (20), wherein the gap space between the rotor and the inner housing is arranged, wherein the thrust balance piston line fluidly connected to a steam source wherein the steam source is disposed outside the steam turbine, the steam turbine having a second flow channel and an inflow region associated with the second flow channel, the thrust balance piston line being connected to the E Inström Symposium is fluidically connected, wherein the first pressure chamber is arranged in the inflow region.
  • the thrust balance steam line vapor is brought into a thrust balance piston antechamber which exerts a force on the rotor as a result of the pressure to compensate for a thrust ⁇ same.
  • the thrust balance piston is usually a section of the rotor with an ideally for the purpose desired thrust balance selected radius at an axial point corresponding pressure levels.
  • the vestibule is located in front of a radial lateral surface.
  • the thrust balance steam line is connected to a steam source that has a particular vapor at a pressure and a temperature. This steam mixes with the effluent from the high-pressure turbine section steam and passes between the thrust balance piston and the inner housing in a space between the inner housing and the outer housing.
  • the steam turbine is now carried out with a wet steam line.
  • This wet steam line opens into a gap, which is located between the inner housing and the rotor.
  • This wet steam line is fluidically connected to a first pressure chamber, wherein in this first pressure chamber, a lower pressure prevails than in the gap.
  • this first pressure chamber is located in an inflow region.
  • the turbine has a second flow channel, wherein the thrust equalizing piston steam line is fluidically connected to the second inflow region or another pressure chamber.
  • a vapor which may be a superheated steam, passes from the second flow channel via the thrust equalizing piston steam line into the thrust balance piston antechamber.
  • the outer housing can thus be made of a material Herge ⁇ represents that a lower corrosion and Erosionsbe- has durability. This will lead to a cheaper version of the outer housing. In addition, the leakage losses are reduced. Thus, the steam turbine effect increases ⁇ degree and the wet steam line costs are lower because of agreed simpler interconnection.
  • first pressure chamber is arranged in the second flow channel, wherein the first pressure ⁇ space having a pressure that is lower than the pressure in the gap.
  • first pressure ⁇ space having a pressure that is lower than the pressure in the gap.
  • Figure 1 shows a cross section through an inventive
  • FIG. 2 shows an enlarged section in the region of the thrust balance piston of the steam turbine from FIG. 1.
  • the steam turbine 1 shows a cross section of a steam turbine 1.
  • the steam turbine 1 comprises a combined high-pressure and medium-pressure turbine section 2.
  • A is an essential feature of the steam ⁇ turbine 1 that a common outer casing 3 to the high-pressure and intermediate-pressure turbine 2 is arranged.
  • the steam turbine 1 comprises a rotor 4, on which a first Blade region 5, which is arranged in a high-pressure flow channel 6.
  • the rotor 5 further comprises a second blading region 7, which is arranged in a medium-pressure flow channel 8.
  • Both the high-pressure flow channel 6 and the medium-pressure flow channel 8 comprise a plurality of rotor blades 4, which are not provided with reference symbols, and guide vanes, which are not provided with reference symbols, arranged in an inner housing 9.
  • high-pressure and medium-pressure turbine sections refer to the steam parameters of the incoming steam.
  • the pressure of the flow into the high pressure turbine section ⁇ the vapor is greater than the pressure of air flowing into the intermediate-pressure turbine ⁇ vapor.
  • high-pressure and medium-pressure turbine part differ in the feature that the steam flowing out of the high-pressure turbine section is reheated in a reheater and then flows into the medium-pressure turbine section.
  • the steam turbine 1 shown in Figure 1 is characterized by a common inner housing 9 for the first Beschau ⁇ felungs Scheme 5 and the second Blade 7 from.
  • a vapor flows into a high pressure Einströmbe ⁇ rich 10.
  • the steam through the first blading 5 flows in a first flow direction 11 along.
  • the steam flows out into a high-pressure outflow region 12 out of the steam turbine.
  • the steam present in the high-pressure outflow region 12 has temperature and pressure values which differ from the temperature and pressure values of the steam in the high-pressure inflow region 10. In particular, the temperature and pressure values have become lower due to expansion of the steam.
  • the steam present in the high-pressure outflow region 12 has such temperature and pressure values that this steam can be referred to as wet steam.
  • the majority of the wet steam flows out of the steam turbine 1 via the high-pressure outflow region 12. However, a residual leakage flow remains, which is arranged in a gap 13 between the rotor 4 and the inner housing 9.
  • This wet steam located in the gap 13 flows in the first flow direction 11 and strikes a thrust balance piston 14.
  • the thrust balance piston 14 has a thrust balance piston antechamber 15, in which a superheated steam flows.
  • This superheated steam is located in the thrust balance piston antechamber 15 which is disposed between the thrust balance piston 14 and a rear wall 16 of the inner housing 9.
  • the located in the thrust balancing ⁇ cylinder space 15 superheated steam leads to an axially acting force to the thrust balance piston 14 and thus on the rotor 4 between the inner housing 9 and the rotor 4 in the region of the thrust balance piston 14 is a gap 17 through this gap, a vapor flow, which enters a gap 18 which is located between the outer housing 3 and the inner housing 9.
  • a wet steam present in the gap 17 could lead to an increased risk of corrosion and erosion of the outer housing 3.
  • a wet steam line 19 is now arranged in the steam turbine 1, which establishes a fluidic connection between the gap 13 and a first pressure chamber 20, wherein the gap 13 is arranged between the rotor 4 and the inner housing 9.
  • the first pressure chamber 20 is arranged in the inflow region 26.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 shows that the wet steam line 19 opens into the inflow region 26.
  • the inflow region 26 has the shape of a bubble and is therefore also referred to as a medium-pressure bladder.
  • the wet steam arising from the first blading area 5 flows to a reheater unit
  • This ⁇ rich 5 flowing out of the first Beschaufelungsbe steam is therefore also referred to as a cold intermediate superheater steam.
  • this steam is reheated and flows from the reheater to the inflow region 26. Therefore, this steam is also referred to as a hot reheater steam.
  • a large part of the wet and cold reheater steam is thus conducted into the medium-pressure bladder.
  • the remaining, smaller part of the wet steam flows at low speed on and is getrock ⁇ net with superheated hot reheat steam flowing through the piston equalization line.
  • the thrust balance piston 14 and the outer housing 3 are protected from wet steam.
  • the pressure in this first pressure chamber 20 should also be such that the pressure for the wet steam in the gap 13 is greater than in the first pressure chamber 20, so that there is a pressure gradient in the wet steam line 19, which causes the wet steam from the gap 13 reaches the first pressure chamber 20.
  • the thrust balance piston 14 extends in a radial direction 22, which is formed substantially perpendicular to the rotation axis 23.
  • the thrust balance piston steam line 24 is provided with a
  • Steam source 25 fluidly connected. As shown in FIG. 1, the inflow region 26 forms the steam source 25. This steam, which flows into the medium-pressure turbine section in the inflow region 26, is a superheated steam which enters the thrust balance piston pre-chamber 15. In an alternative embodiment, the steam source 25 may also be arranged outside the steam turbine 1.
  • the inner housing 9 has a feed opening 27, with which the wet steam line 19 can be connected.
  • FIG. 2 shows an enlarged section of the high-pressure outflow region 12 of the high-pressure turbine part.
  • the in ⁇ nengestone 9 is formed such that a high pressure Ausström Scheme 12 is enclosed and in the region of the gap space 13 against the rotor 4 is applied.
  • the gap 13 should be as small as possible so that the wet steam located in the high-pressure outflow region 12 does not flow out over the gap 13.
  • the majority of the wet steam will pass through the high-pressure discharge area 12 to a reheater.
  • a lesser part passes as leakage flow between the rotor 4 and the inner housing 9 in the gap space 13. Therefore, a not-shown cavity is arranged in the inner housing 9, which is connected to the gap space 13.
  • Gap space 13 in the direction of the thrust balance piston antechamber 15 is prevented in that the largest part of the wet steam in the wet steam line 19 is sucked off.
  • the superheated steam which comes via a Schubaus GmbHskol- bentechnisch 24 in the thrust balance piston antechamber 15, spreads in two directions. A portion of the superheated steam propagates in the direction of the gap 17 and strikes the outer housing 3. Another part of the superheated steam flows in the direction of the gap 13 and is sucked as well as the wet steam via the wet steam line 19 to the first pressure chamber 20 out.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Erosionsschutzmaßnahme für eine Dampfturbine (1), wobei die Dampfturbine (1) einen Hochdruck- und einen Mitteldruck-Bereich umfasst, wobei der aus dem Hochdruck-Bereich ausströmende Nassdampf über eine Nassdampfleitung (19) zu einem ersten Druckraum (20) in eine Einströmbereich (26) eines zweiten Strömungskanals (21) des Mitteldruck-Bereiches abgeführt wird und somit die korrosive- und erosionsschädigende Möglichkeit des Nassdampfes im Hochdruckbereich verhindert wird.

Description

Beschreibung
Sperrschaltung bei Dampfturbinen zur Nassdampfabsperrung
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend eine
Dampfturbine mit einem drehbar gelagerten Rotor, einem Innengehäuse und einen zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordneten Hochdruck-Strömungskanal, wobei der Rotor einen Schubausgleichskolben aufweist, wobei die Dampfturbine eine Schubausgleichskolbenleitung aufweist, wobei die Schubaus- gleichskolbenleitung in einen Schubausgleichskolbenvorraum mündet, wobei die Dampfturbine eine Nassdampfleitung auf¬ weist, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Spaltraum und einem ersten Druckraum herstellt, wobei der Spaltraum zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordnet ist, wobei die Schubausgleichskolbenleitung mit einer Dampfquelle strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Dampfquelle außerhalb der Dampfturbine angeordnet ist, wobei die Dampfturbine einen zweiten Strömungskanal und einen dem zwei¬ ten Strömungskanal zugeordneten Einströmbereich aufweist, wobei die Schubausgleichskolbenleitung mit dem Einströmbereich strömungstechnisch verbunden ist.
Herkömmlicherweise werden Dampfturbinen in mehrere Teilturbi¬ nen unterteilt, wie z.B. einer Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckteilturbine. Die vorgenannten Teilturbinen unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass die Dampfparameter wie Temperatur und Druck des einströmenden Dampfes unterschiedlich sind. So erfährt eine Hochdruck-Teilturbine die höchsten Dampfparameter und wird somit am stärksten thermisch belastet. Der aus der Hochdruck-Teilturbine ausströmende Dampf wird über einen Zwischenüberhitzer wieder erhitzt und in eine Mitteldruck-Teilturbine weitergeleitet, wobei der Dampf nach Durchströmen der Mitteldruck-Teilturbine in die Niederdruckteilturbine gewöhnlich ohne Zwischenüberhitzung einströmt . In der Regel werden die Teilturbinen separat ausgebildet. Das bedeutet, dass jede Teilturbine ein eigenes Gehäuse aufweist. Es sind allerdings auch Bauformen bekannt, in denen die Hoch¬ druck-Teilturbine und die Mitteldruck-Teilturbine in einem gemeinsamen Außengehäuse untergebracht sind. Ebenso sind Teilturbinen bekannt, in denen der Mitteldruckteil und der Niederdruckteil gemeinsam in einem Außengehäuse angeordnet sind . Besonders im Hochdruck- und Mitteldruckbereich, werden die
Teilturbinen mit einem Rotor, einem um den Rotor angeordneten Innengehäuse und einen Außengehäuse ausgebildet. Der Rotor umfasst Laufschaufeln, die mit den im Innengehäuse angeordne¬ ten Leitschaufeln einen Strömungskanal bilden. In der Regel werden die Hochdruck-Teilturbinen einflutig ausgebildet, was dazu führt, dass ein vergleichsweise hoher Schub in Folge des Dampfdruckes auf den Rotor in eine Richtung führt. Daher werden die Rotoren meistens mit Schubausgleichskolben ausgebildet. Durch Beströmen des Schubausgleichskolbens an einer de- finierten Stelle wird ein Druck erzeugt, der zu einem Gegenschub führt, der den Rotor im Wesentlichen kraftfrei in axialer Richtung hält.
Die Komponenten einer Dampfturbine müssen vergleichsweise korrosionsfest ausgebildet sein, da manche Komponenten mit Nassdampf beströmt werden bei gleichzeitig hoher Strömungs¬ geschwindigkeit des Dampfes. Solche Komponenten würden bei einer Konfrontation mit Nassdampf in Verbindung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit zu Korrosion und Erosion führen. Dieses Problem wird derzeit dadurch behoben, dass vergleichs¬ weise kostenintensive Maßnahmen ergriffen werden.
Eine der Maßnahme wäre beispielsweise der Einsatz von hoch- chromigen Werkstoffen oder der Einsatz von Beschichtungen, die auf die Komponenten aufgetragen werden und somit eine Korrosion und Erosion vermeiden. Besonders bei Hochdruck-Teilturbinen ist der aus dem Strömungskanal ausströmende Dampf, der im Wesentlichen ein Nass¬ dampf ist. Das bedeutet, dass sich in dem Dampf kleine Was¬ serpartikel bilden, die auf Komponenten der Dampfturbine prallen und zu einer Schädigung, wie z.B. einer Korrosion oder Erosion der Komponente führen. Es ist bekannt, durch Schutzschilde diesen Nassdampf von den Komponenten fern zu halten .
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, durch Nass¬ dampf verursachte Korrosions- und Erosionsschäden zu vermei¬ den .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Dampfturbine umfassend ei¬ nen drehbar gelagerten Rotor, ein Innengehäuse und einen zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordneten Hochdruck- Strömungskanal, wobei der Rotor einen Schubausgleichskolben aufweist, wobei die Dampfturbine eine Schubausgleichs¬ kolbenleitung aufweist, wobei die Schubausgleichskolbenlei¬ tung in einen Schubausgleichskolbenvorraum mündet, die Dampfturbine eine Nassdampfleitung aufweist, die eine strömungs¬ technische Verbindung zwischen einem Spaltraum und einem ersten Druckraum (20) herstellt, wobei der Spaltraum zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse angeordnet ist, wobei die Schubausgleichskolbenleitung mit einer Dampfquelle strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Dampfquelle außerhalb der Dampfturbine angeordnet ist, wobei die Dampfturbine einen zweiten Strömungskanal und einem dem zweiten Strömungskanal zugeordneten Einströmbereich aufweist, wobei die Schubausgleichskolbenleitung mit dem Einströmbereich strömungstechnisch verbunden ist, wobei der erste Druckraum im Einströmbereich angeordnet ist.
Mit der Schubausgleichskolbendampfleitung wird Dampf in einen Schubausgleichskolbenvorraum gebracht, der in Folge des Druckes eine Kraft auf den Rotor ausübt, um einen Schub auszu¬ gleichen. Der Schubausgleichskolben ist in der Regel ein Teilstück des Rotors mit einem idealerweise speziell für den gewünschten Schubausgleich gewählten Radius an einer axialen Stelle entsprechenden Druckniveaus. Der Vorraum befindet sich vor einer radialen Mantelfläche. Die Schubausgleichskolben- dampfleitung wird mit einer Dampfquelle verbunden, die einen bestimmten Dampf mit einem Druck und einer Temperatur aufweist. Dieser Dampf vermischt sich mit dem aus der Hochdruck- Teilturbine ausströmenden Dampf und gelangt zwischen dem Schubausgleichskolben und dem Innengehäuse in einen Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse. An der Stelle, wo der Dampf zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ausströmt, wird das Außengehäuse in Bezug auf Erosion und Korrosion stark beansprucht. Erfindungsgemäß wird nun die Dampfturbine mit einer Nassdampfleitung ausgeführt. Diese Nassdampfleitung mündet in einen Spaltraum, der sich zwischen dem Innengehäuse und dem Rotor befindet. An dieser Stelle strömt der aus dem Hochdruck-Teilturbinen-Strömungskanal aus¬ strömende Nassdampf in Richtung Schubausgleichskolben. Diese Nassdampfleitung wird mit einem ersten Druckraum strömungstechnisch verbunden, wobei in diesem ersten Druckraum ein geringerer Druck herrscht als in dem Spaltraum. Erfindungsgemäß befindet sich dieser erste Druckraum in einem Einströmbereich. Das führt dazu, dass der in diesen Spaltraum befindli¬ che Nassdampf sozusagen nahezu komplett abgesaugt und in der Nassdampfleitung abgeführt wird. Das Vermischen des Nassdampfes mit dem Dampf im Schubausgleichskolbenvorraum wird dadurch drastisch reduziert. Ein Ausströmen eines Misch-Dampfes gebildet aus dem Nassdampf und dem Dampf im Schubausgleichs¬ kolbenvorraum ist dadurch nahezu verhindert, so dass prak¬ tisch kein Misch-Dampf zwischen dem Schubausgleichskolben und dem Innengehäuse auf das Außengehäuse strömt. Die Turbine weist einen zweiten Strömungskanal auf, wobei die Schubaus- gleichskolbendampfleitung mit dem zweiten Einströmbereich oder einem anderen Druckraum strömungstechnisch verbunden ist. Somit gelangt ein Dampf, der ein überhitzter Dampf sein kann, aus dem zweiten Strömungskanal über die Schubaus- gleichskolbendampfleitung in den Schubausgleichskolbenvorraum. Das Außengehäuse kann somit aus einem Werkstoff herge¬ stellt werden, der eine geringere Korrosions- und Erosionsbe- ständigkeit aufweist. Dies wird zu einer günstigeren Variante des Außengehäuses führen. Außerdem werden die Leckage-Verluste verringert. Dadurch steigt der Dampfturbinen-Wirkungs¬ grad an und die Nassdampf-Leitungskosten sind wegen verein- fachter Verschaltung geringer.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben . In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Druckraum im zweiten Strömungskanal angeordnet, wobei der erste Druck¬ raum einen Druck aufweist, der geringer ist als der Druck im Spaltraum. Dies führt dazu, dass der in den Spaltraum gelangte Nassdampf aus der Hochdruck-Teilturbine über die Nass- dampfleitung in den ersten Druckraum strömt. Somit wird der unerwünschte Nassdampf, bevor er überhaupt an das Außenge¬ häuse gelangen könnte, abgesaugt und in den zweiten Strö¬ mungskanal abgeführt. Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels nä¬ her beschrieben. Komponenten mit gleichen Bezugszeichen weisen im Wesentlichen die gleiche Funktionsweise auf.
Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Dampfturbine ;
Figur 2 einen vergrößerter Ausschnitt im Bereich des Schub- ausgleichskolbens der Dampfturbine aus Fig. 1.
Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Dampfturbine 1. Die Dampfturbine 1 umfasst eine kombinierte Hochdruck- und Mit- teldruck-Teilturbine 2. Ein wesentliches Merkmal der Dampf¬ turbine 1 ist, dass ein gemeinsames Außengehäuse 3 um die Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine 2 angeordnet ist. Die Dampfturbine 1 umfasst einen Rotor 4, auf dem ein erster Be- schaufelungsbereich 5, der in einem Hochdruck-Strömungskanal 6 angeordnet ist. Der Rotor 5 umfasst des Weiteren einen zweiten Beschaufelungsbereich 7, der in einem Mitteldruck- Strömungskanal 8 angeordnet ist. Sowohl der Hochdruck-Strö- mungskanal 6 und der Mitteldruck-Strömungskanal 8 umfassen mehrere auf dem Rotor 4 angeordnete, nicht mit Bezugszeichen versehene, Laufschaufeln auf sowie in einem Innengehäuse 9 angeordnete nicht mit Bezugszeichen versehene Leitschaufeln auf. Die Begriffe Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine be- ziehen sich auf die Dampfparameter des einströmenden Dampfes. So ist der Druck des in die Hochdruck-Teilturbine einströmen¬ den Dampfes größer als der Druck des in die Mitteldruck-Teil¬ turbine einströmenden Dampfes. Die Begriffe Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine unterscheiden sich durch das Merkmal, dass der aus der Hochdruck-Teilturbine ausströmende Dampf in einem Zwischenüberhitzer wieder überhitzt wird und anschließend in die Mitteldruck-Teilturbine einströmt.
Eine einheitliche Definition von Hochdruck- und Mitteldruck- Teilturbinen wird in der Fachwelt nicht verwendet.
Die in Figur 1 dargestellte Dampfturbine 1 zeichnet sich durch ein gemeinsames Innengehäuse 9 für den ersten Beschau¬ felungsbereich 5 und dem zweiten Beschaufelungsbereich 7 aus. Im Betrieb strömt ein Dampf in einen Hochdruck-Einströmbe¬ reich 10. Von dort strömt der Dampf durch den ersten Beschaufelungsbereich 5 in einer ersten Strömungsrichtung 11 entlang. Nach Durchströmen des ersten Beschaufelungsbereichs 5 strömt der Dampf in einen Hochdruck-Ausströmbereich 12 aus der Dampfturbine heraus. Der im Hochdruck-Ausströmbereich 12 befindliche Dampf hat Temperatur- und Druckwerte, die sich von den Temperatur- und Druckwerten des Dampfes im Hochdruck- Einströmbereich 10 unterscheiden. Insbesondere sind die Temperatur- und Druckwerte infolge Expansion des Dampfes gerin- ger geworden. Der im Hochdruck-Ausströmbereich 12 befindliche Dampf hat dabei derartige Temperatur- und Druckwerte, dass dieser Dampf als Nassdampf bezeichnet werden kann. Das bedeutet, dass dieser Nassdampf kleinste kondensierte Wasserparti- kel enthält. Diese kleinsten Wasserpartikel in dem Nassdampf führen bei hohen Geschwindigkeiten bei einem Aufprall auf eine Komponente der Dampfturbine 1 zu Erosions- und Korrosi¬ onsschäden. Der Großteil des Nassdampfes strömt über den Hochdruck-Ausströmbereich 12 aus der Dampfturbine 1 heraus. Allerdings verbleibt eine Restleckageströmung, die in einem Spaltraum 13 zwischen dem Rotor 4 und dem Innengehäuse 9 angeordnet ist. Dieser im Spaltraum 13 befindliche Nassdampf strömt in der ersten Strömungsrichtung 11 entlang und trifft auf einen Schubausgleichskolben 14. Der Schubausgleichskolben 14 weist einen Schubausgleichskolbenvorraum 15 auf, in dem ein überhitzter Dampf einströmt. Dieser überhitzte Dampf befindet sich im Schubausgleichskolbenvorraum 15, der zwischen dem Schubausgleichskolben 14 und einer rückseitigen Wand 16 des Innengehäuses 9 angeordnet ist. Der im Schubausgleichs¬ kolbenvorraum 15 befindliche überhitzte Dampf führt zu einer axial wirkenden Kraft auf den Schubausgleichskolben 14 und somit auf den Rotor 4. Zwischen dem Innengehäuse 9 und dem Rotor 4 im Bereich des Schubausgleichskolbens 14 ist ein Spalt 17. Durch diesen Spalt kann ein Dampf strömen, der in einen Zwischenraum 18 gelangt, der sich zwischen dem Außengehäuse 3 und dem Innengehäuse 9 befindet. Ein im Spalt 17 befindlicher Nassdampf könnte zu einer erhöhten Korrosions- und Erosionsgefahr des Außengehäuses 3 führen.
Erfindungsgemäß wird nun eine Nassdampfleitung 19 in der Dampfturbine 1 angeordnet, die eine strömungstechnische Ver- bindung zwischen dem Spaltraum 13 und einem ersten Druckraum 20 herstellt, wobei der Spaltraum 13 zwischen dem Rotor 4 und dem Innengehäuse 9 angeordnet ist. Der erste Druckraum 20 ist im Einströmbereich 26 angeordnet. Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, dass die Nassdampfleitung 19 in den Einströmbereich 26 mündet. Der Einströmbereich 26 hat die Form einer Blase und wird daher auch als Mitteldruck-Blase bezeichnet . Im Betrieb strömt der aus dem ersten Beschaufelungsbereich 5 anfallende Nassdampf zu einer Zwischenüberhitzereinheit
(nicht dargestellt) . Dieser aus dem ersten Beschaufelungsbe¬ reich 5 ausströmende Dampf wird daher auch als kalter Zwi- schenüberhitzerdampf bezeichnet. Im Zwischenüberhitzer wird dieser Dampf wieder erhitzt und strömt aus dem Zwischenüberhitzer in den Einströmbereich 26. Daher wird dieser Dampf auch als heißer Zwischenüberhitzerdampf bezeichnet. Erfindungsgemäß wird somit ein großer Teil des nassen und kalten Zwischenüberhitzerdampfes in die Mitteldruck-Blase ge¬ leitet. Der verbleibende, kleinere Teil des nassen Dampfes strömt mit geringer Geschwindigkeit weiter und wird getrock¬ net mit überhitztem heißem Zwischenüberhitzerdampf, der über die Kolbenausgleichsleitung strömt. Dadurch werden der Schubausgleichskolben 14 und das Außengehäuse 3 so vor nassem Dampf geschützt.
Ebenfalls sollte der Druck in diesem ersten Druckraum 20 der- art sein, dass der Druck für den Nassdampf im Spaltraum 13 größer ist als im ersten Druckraum 20, so dass ein Druckgefälle in der Nassdampfleitung 19 herrscht, die dazu führt, dass der Nassdampf vom Spaltraum 13 zum ersten Druckraum 20 gelangt .
Der Schubausgleichskolben 14 erstreckt sich in einer radialen Richtung 22, die im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse 23 ausgebildet ist. Die Schubausgleichskolben-Dampfleitung 24 ist mit einer
Dampfquelle 25 strömungstechnisch verbunden. Wie in Figur 1 dargestellt bildet der Einströmbereich 26 die Dampfquelle 25. Dieser im Einströmbereich 26 in die Mitteldruck-Teilturbine einströmende Dampf ist ein überhitzter Dampf, der in den Schubausgleichskolbenvorraum 15 gelangt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dampfquelle 25 auch außerhalb der Dampfturbine 1 angeordnet sein. Das Innengehäuse 9 weist eine Einspeiseöffnung 27 auf, mit der die Nassdampfleitung 19 verbunden werden kann.
Die Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Hoch- druck-Ausströmbereichs 12 der Hochdruck-Teilturbine. Das In¬ nengehäuse 9 ist derart ausgebildet, dass ein Hochdruck- Ausströmbereich 12 umschlossen wird und im Bereich des Spaltraumes 13 gegenüber dem Rotor 4 anliegt. Der Spaltraum 13 sollte möglichst klein sein, damit der im Hochdruck-Ausström- bereich 12 befindliche Nassdampf nicht über den Spaltraum 13 ausströmt. Der größte Teil des Nassdampfes wird über den Hochdruck-Ausströmbereich 12 zu einem Zwischenüberhitzer gelangen. Ein geringerer Teil gelangt als Leckageströmung zwischen dem Rotor 4 und dem Innengehäuse 9 in den Spaltraum 13. Daher wird im Innengehäuse 9 eine nicht näher dargestellte Kavität angeordnet, die mit dem Spaltraum 13 verbunden ist. Über diese Kavität und über die Nassdampfleitung 19 wird der Leckagestrom sozusagen abgesaugt. Als Antrieb für diese Ab¬ saugung dient der erste Druckraum 20, der einen geringeren Druck aufweist als der Druck im Spaltraum 13. Ein weiteres Strömen der aus Nassdampf gebildeten Leckageströmung im
Spaltraum 13 in Richtung des Schubausgleichskolbenvorraums 15 wird dadurch verhindert, dass der größte Teil des Nassdampfes in der Nassdampfleitung 19 abgesaugt wird. Im Betrieb breitet sich der überhitzte Dampf, der über eine Schubausgleichskol- benleitung 24 in den Schubausgleichskolbenvorraum 15 kommt, in zwei Richtungen aus. Ein Teil des überhitzten Dampfes breitet sich in Richtung des Spaltes 17 aus und trifft auf das Außengehäuse 3. Ein weiterer Teil des überhitzten Dampfes strömt in Richtung des Spaltraumes 13 und wird ebenso wie der Nassdampf über die Nassdampfleitung 19 zum ersten Druckraum hin 20 abgesaugt.

Claims

Patentansprüche
1. Dampfturbine (1) umfassend einen drehbar gelagerten Ro¬ tor (4), ein Innengehäuse (9) und einen zwischen dem Rotor (4) und dem Innengehäuse (9) angeordneten Hochdruck- Strömungskanal (6),
wobei der Rotor (4) einen Schubausgleichskolben (14) aufweist,
wobei die Dampfturbine (1) eine Schubausgleichskolbenlei- tung (24) aufweist,
wobei die Schubausgleichskolbenleitung (24) in einen Schub- ausgleichskolbenvorraum (15) mündet,
die Dampfturbine (1) eine Nassdampfleitung (19) aufweist, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Spaltraum (13) und einem ersten Druckraum (20) herstellt, wobei der Spaltraum (13) zwischen dem Rotor (4) und dem Innengehäuse (9) angeordnet ist,
wobei die Schubausgleichskolbenleitung (24) mit einer
Dampfquelle (25) strömungstechnisch verbunden ist,
wobei die Dampfquelle (25) außerhalb der Dampfturbine ange¬ ordnet ist,
wobei die Dampfturbine (1) einen zweiten Strömungskanal (21) und einem dem zweiten Strömungskanal (21) zugeordneten Einströmbereich (26) aufweist,
wobei die Schubausgleichskolbenleitung (24) mit dem Einströmbereich (26) strömungstechnisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Druckraum (20) im Einströmbereich (26) angeordnet ist,
wobei der zweite Strömungskanal (21) den ersten Druckraum (20) sowie eine Einspeiseöffnung (27) zum Einspeisen von Dampf in den ersten Druckraum (20) aufweist,
wobei der zweite Strömungskanal (21) mehrere in einer Strö¬ mungsrichtung hintereinander angeordnete Leit- und Laufschaufeln umfassende Schaufelstufen aufweist.
2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,
wobei die Nassdampfleitung (19) in den Einströmbereich (26) mündet .
3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Schubausgleichskolben (14) zum Ausgleichen des im Betrieb auftretenden Schubs des Rotors (4) ausgebildet ist.
4. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei der Schubausgleichskolben (14) sich in einer radialen Richtung (22) erstreckt.
5. Dampfturbine (1) nach Anspruch 4,
wobei der Schubausgleichskolbenvorraum (15) zwischen dem Schubausgleichskolben (14) und dem Innengehäuse (9) ausgebildet ist.
6. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Spaltraum (13) zwischen dem Schubausgleichskol- benvorraum (15) und einem Hochdruck-Ausströmbereich (12) des Hochdruck-Strömungskanals (6) angeordnet ist.
7. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che,
wobei das Innengehäuse (9) eine zum Spaltraum (13) hin ge¬ öffnete Kavität aufweist.
8. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che,
wobei der Hochdruck (6)- und zweite Strömungskanal (21) in einem gemeinsamen Innengehäuse (9) angeordnet sind.
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