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WO2013034377A1 - Verfahren zur temperaturausgleichung in einer dampfturbine - Google Patents

Verfahren zur temperaturausgleichung in einer dampfturbine Download PDF

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WO2013034377A1
WO2013034377A1 PCT/EP2012/065215 EP2012065215W WO2013034377A1 WO 2013034377 A1 WO2013034377 A1 WO 2013034377A1 EP 2012065215 W EP2012065215 W EP 2012065215W WO 2013034377 A1 WO2013034377 A1 WO 2013034377A1
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sealing
steam
outer housing
steam turbine
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Daniel Gloss
Frank Deister
Ingo Förster
Christian Musch
Heinrich STÜER
Frank Truckenmüller
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
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    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine comprising an outer ⁇ housing, a valve disposed within the outer housing inner ⁇ housing and a rotatable gela ⁇ siege within the inner housing rotor, wherein a gap is formed between the inner housing and the outer housing, wherein between the outer housing and the rotor has a Sealing vapor seal is thoroughlybil ⁇ det.
  • the invention relates to a method for avoiding a housing bend of a steam turbine.
  • the turbine housing of a steam turbine generally comprises an inner housing and an outer housing, wherein a gap is etcbil ⁇ det between the inner housing and the outer housing. These two housing parts in turn have an upper ⁇ half and a lower half, in high-pressure turbines, the outer housing is designed as a pot design. In particular, after switching off the steam turbine occur on and between the housings temperature differences, which may be several Kelvin between the lower half and the relatively hot surface.
  • steam turbines have an inner housing and an outer housing surrounding the inner housing, wherein a gap is formed by this double-shell housing construction.
  • the inner housing is at least partially surrounded by a casing in its axial extent, which is arranged in the intermediate space.
  • the invention has for its object to prevent curvature of the outer casing, in particular when cooling the turbine, or at least to keep low. Furthermore, a method for avoiding a housing distortion when switching off the turbine should be specified.
  • the first object is achieved by a steam turbine comprising an outer housing, an inner housing disposed within the outer housing and a rotatably mounted within the inner housing rotor, wherein between the Inner housing and the outer housing a gap is thoroughlybil ⁇ det, wherein between the outer housing and the rotor, a sealing vapor seal is formed, wherein the outer housing has an inflow opening for flowing from the sealing vapor in the intermediate space.
  • the object directed to a method according to the invention is achieved by a method for preventing a housing bending of a steam turbine when switching off the steam turbine, wherein in a space formed between an inner housing and an outer housing surrounding the outer housing, a forced turbulence of the medium located in the intermediate space by an influx of Sealing vapor via an opening in the outer housing in the intermediate space.
  • the invention is based on the consideration that a formation of temperature layers in the intermediate space is avoided by the injection of sealing vapor. This leads to a turbulence of the layers and thus to a reduction in the thermal stresses, which in turn reduces the curvature of the outer housing.
  • the inflow opening is fluidically connected to the sealing vapor seal, which is a relatively ticagüns ⁇ term solution.
  • a sealing steam line is formed which, on the one hand, allows inflow to the sealing vapor seal with sealing vapor and, moreover, has a branch, which is fluidically connected to the inflow opening.
  • a steam turbine 1 shown in cross-sectional view, which comprises an outer housing 2 and an inner housing 3 arranged inside the outer housing 2.
  • Inner ⁇ half of the inner housing 3, a rotor 4 is rotatably mounted about a rotation ⁇ axis 5. Between the inner housing 3 and the outer housing 4, a gap 6 is formed.
  • the inner ⁇ housing 3 and the outer housing 2 can be divided into a first, upper portion, the upper half, and in a second, lower portion, the lower half, respectively.
  • the steam turbine 1 further has a sealing region 7, which separates an outer space 8 from an inner space 9 of the steam turbine 1. Between the rotor and the outer casing 2 in the sealing region 7, no fluidic Ver ⁇ connection should be performed.
  • the sealing region 7 has a sealing steam opening 10, which is designed such that a cold sealing steam, which can be supplied externally, can flow into a gap between the outer housing 2 and the rotor 4. With the help of so-called Wrasendampfabsaugungen 11, a mixed steam is sucked off again.
  • the outer housing 2 has an inflow opening 13 for the flow of sealing vapor into the intermediate space 6.
  • the inflow opening 13 is fluidically connected to the sealing steam opening 10.
  • FIG. 2 shows a cross-section of the steam turbine 1 viewed in the direction of rotation axis 5.
  • the inflow opening is disposed position in the outer casing 2 in a 12 o'clock. 13
  • FIG. 1 shows a sealing steam line 14, in which sealing vapor is formed in a sealing space between sealing vapor seal 12 and rotor 4.
  • sealing steam line 14 is shown in dashed lines. On a representation of the sealing steam line for the other shown in Figure 1 sealing steam openings 10 has been omitted for reasons of clarity.
  • the sealing steam line 14 comprises a branch 16, which is fluidically connected to the inflow opening 13. To regulate the sealing steam flow in the branch 16, a valve 17 is arranged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine (1) umfassend ein Innengehäuse (3) und ein Außengehäuse (2), wobei ein Zwischenraum (6) zwischen dem Innengehäuse (3) und dem Außengehäuse (2) ausgebildet ist und in diesen Zwischenraum (6) kalter Sperrdampf zugeführt wird, um ein Buckeln des Außengehäuses (2) zu vermeiden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Temperaturausgleichung in einer Dampfturbine
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend ein Außen¬ gehäuse, ein innerhalb des Außengehäuses angeordnetes Innen¬ gehäuse und einen innerhalb des Innengehäuses drehbar gela¬ gerten Rotor, wobei zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Zwischenraum ausgebildet ist, wobei zwischen dem Außengehäuse und dem Rotor eine Sperrdampfdichtung ausgebil¬ det ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung einer Dampfturbine.
Das Turbinengehäuse einer Dampfturbine umfasst in der Regel ein Innengehäuse und ein Außengehäuse, wobei zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Zwischenraum ausgebil¬ det ist. Diese beiden Gehäuseteile weisen wiederum eine Ober¬ hälfte und eine Unterhälfte auf, bei Hochdruckturbinen ist das Außengehäuse auch als Topfdesign ausgeführt. Insbesondere nach dem Abschalten der Dampfturbine treten an und zwischen den Gehäusen Temperaturdifferenzen auf, die zwischen der Unterhälfte und der vergleichsweise heißen Oberfläche mehrere Kelvin betragen können.
Wird die Dampfturbine abgeschaltet, so kühlt das Außengehäuse schneller aus als das Innengehäuse. Dadurch wird infolge freier oder natürlicher Konvektion (Naturkonvektion) im Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse eine Auftriebsströmung induziert, die einen Wärmeeintrag in die Oberhälfte des Außengehäuses bewirkt. Dies wiederum kann zu einer Gehäusekrümmung insbesondere in der Oberhälfte des Außengehäuses führen, mit der Folge, dass dort unerwünschte Spannungen des Gehäusematerials und Spielüberbrückungen entstehen. Eine Verkrümmung des Innengehäuses kann zu uner- wünschten Anstreifschaden führen, wenn in ungünstigen Fällen Turbinenschaufeln das Gehäuse streifen.
In der Regel weisen Dampfturbinen ein Innengehäuse und ein das Innengehäuse umgebendes Außengehäuse auf, wobei durch diese Doppel-Mantel-Gehäusekonstruktion ein Zwischenraum gebildet ist. Das Innengehäuse ist in seiner axialen Erstre- ckung zumindest teilweise von einer Verschalung ummantelt, welche im Zwischenraum angeordnet ist.
Nach einem Abfahren oder einem Lastabwurf einer Dampfturbine ist im Raum zwischen dem Innen- und Außengehäuse eine be¬ stimmte Menge Dampf, was abhängig ist vom herrschenden Druck. Durch natürliche Konvektion entsteht eine Temperaturschichtung zwischen dem oberen und dem unteren Bereich im Gehäuse bzw. im Zwischenraum. Diese unterschiedlichen Temperaturen führen zu einer Verkrümmung des Außengehäuses, was auch als Buckeln bezeichnet wird. Dieses sogenannte Buckeln gilt es zu vermeiden, da das Innengehäuse im Außengehäuse aufliegt und es in Folge der Verkrümmung zu einer Verlagerung des Innengehäuses gegenüber dem Rotor führen kann, was im schlimmsten Fall zu einer Überbrückung der Radialspiele führt und evtl. ein Anstreifen zur Folge hat.
Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass ein genügend großes Radialspiel berücksichtigt wurde. Allerdings wird da¬ durch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades hervorgerufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verkrümmung des Außengehäuses, insbesondere beim Abkühlen der Turbine, zu verhindern oder zumindest gering zu halten. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung beim Abschalten der Turbine angegeben werden.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dampfturbine umfassend ein Außengehäuse, ein innerhalb des Außengehäuse angeordnetes Innengehäuse und ein innerhalb des Innengehäuse drehbar gelagerten Rotor, wobei zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Zwischenraum ausgebil¬ det ist, wobei zwischen dem Außengehäuse und dem Rotor eine Sperrdampfdichtung ausgebildet ist, wobei das Außengehäuse ein Zuströmöffnung zum Zuströmen vom Sperrdampf in den Zwischenraum aufweist.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung einer Dampfturbine beim Abschalten der Dampfturbine, bei dem in einem zwischen einem Innengehäuse und einem das Innengehäuse umgebenden Außengehäuse gebildeten Zwischenraum eine erzwungene Verwirbelung des im Zwischenraum befindlichen Mediums durch ein Zuströmen von Sperrdampf über eine Öffnung im Außengehäuse in den Zwischenraum.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine Ausbildung von Temperaturschichten im Zwischenraum vermieden wird durch das Eindüsen von Sperrdampf. Dies führt zu einer Verwirbelung der Schichten und somit zu einer Verringerung der thermischen Spannungen, was wiederum die Verkrümmung des Außengehäuses reduziert.
Die Zuströmöffnung wird strömungstechnisch mit der Sperrdampfdichtung verbunden, was eine vergleichsweise kostengüns¬ tige Lösung ist.
Vorteilhafterweise wird eine Sperrdampfleitung ausgebildet, die zum einen eine Zuströmung zur Sperrdampfdichtung mit Sperrdampf ermöglicht und des Weiteren eine Abzweigung aufweist, die mit der Zuströmöffnung strömungstechnisch verbunden ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 Querschnittsansicht einer Dampfturbine,
FIG 2 Querschnittansicht einer Dampfturbine in Strömungs¬ richtung gesehen.
Die FIG 1 zeigt eine in Querschnittsansicht dargestellte Dampfturbine 1, die ein Außengehäuse 2 und ein innerhalb des Außengehäuses 2 angeordnetes Innengehäuse 3 umfasst. Inner¬ halb des Innengehäuses 3 ist ein Rotor 4 um eine Rotations¬ achse 5 drehbar gelagert. Zwischen dem Innengehäuse 3 und dem Außengehäuse 4 ist ein Zwischenraum 6 ausgebildet. Das Innen¬ gehäuse 3 und das Außengehäuse 2 lassen sich jeweils in einen ersten, oberen Teilbereich, die Oberhälfte, sowie in einen zweiten, unteren Teilbereich, die Unterhälfte, aufteilen.
Die Dampfturbine 1 weist des Weiteren einen Dichtungsbereich 7 auf, der einen Außenraum 8 von einem Innenraum 9 der Dampfturbine 1 trennt. Zwischen dem Rotor und dem Außengehäuse 2 im Dichtungsbereich 7 sollte keine strömungstechnische Ver¬ bindung erfolgen. Dazu weist der Dichtungsbereich 7 eine SperrdampfÖffnung 10 auf, die derart ausgebildet ist, dass ein kalter Sperrdampf, der von extern zugeführt werden kann, in einen Spalt zwischen dem Außengehäuse 2 und dem Rotor 4 strömen kann. Mit Hilfe sogenannter Wrasendampfabsaugungen 11, wird ein Mischdampf wieder abgesaugt.
Zwischen dem Außengehäuse 2 und dem Rotor 4 ist somit eine Sperrdampfdichtung 12 ausgebildet. Das Außengehäuse 2 weist eine Zuströmöffnung 13 zum Zuströmen von Sperrdampf in den Zwischenraum 6 auf. Somit wird der im Zwischenraum 6 befindliche Dampf durch den einströmenden Sperrdampf über die Zuströmöffnung 13 verwirbelt, was somit die natürliche Konvek- tion im Zwischenraum 6 erhöht und dadurch ein Buckeln des Außengehäuses 2 vermeidet. Die Zuströmöffnung 13 ist strömungstechnisch mit der Sperrdampföffnung 10 verbunden.
Die FIG 2 zeigt einen in Rotationsachsenrichtung 5 gesehenen Querschnitt der Dampfturbine 1 auf. In dem in FIG 2 darge¬ stellten Ausführungsbeispiel ist die Zuströmöffnung 13 in einer 12:00 Uhr Position im Außengehäuse 2 angeordnet.
Die FIG 1 zeigt eine Sperrdampfleitung 14, in der Sperrdampf in einem Dichtraum zwischen Sperrdampfdichtung 12 und Rotor 4 ausgebildet ist.
Die Sperrdampfleitung 14 ist gestrichelt dargestellt. Auf eine Darstellung der Sperrdampfleitung für die weiteren in der FIG 1 gezeigten SperrdampfÖffnungen 10 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
Die Sperrdampfleitung 14 umfasst eine Abzweigung 16, die strömungstechnisch mit der Zuströmöffnung 13 verbunden ist. Zur Regulierung des SperrdampfStroms in der Abzweigung 16 ist ein Ventil 17 angeordnet.
Durch die infolge der über die Zuströmöffnung 13 erzwungene Verwirbelung des im Zwischenraum 6 befindlichen Dampfes be- wirkte Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung im Außengehäuse 2 wird somit der Naturkonvektion derart entgegenge¬ wirkt, dass Gehäuseverkrümmungen nach dem Abschalten beim Abkühlen der Turbine zuverlässig verhindert sind.

Claims

Patentansprüche
1. Dampfturbine (1)
umfassend ein Außengehäuse (2), ein innerhalb des Außenge¬ häuse (2) angeordnetes Innengehäuse (3) und einen innerhalb des Innengehäuse (3) drehbar gelagerten Rotor (4),
wobei zwischen dem Innengehäuse (3) und dem Außengehäuse (2) ein Zwischenraum (6) ausgebildet ist,
wobei zwischen dem Außengehäuse (2) und dem Rotor (4) eine
Sperrdampfdichtung (12) ausgebildet ist,
wobei die Sperrdampfdichtung (12) eine SperrdampfÖffnung (10) aufweist, die strömungstechnisch mit einer Sperrdampfleitung (14) verbunden ist,
wobei das Außengehäuse (2) eine Zuströmöffnung (13) zum Zu¬ strömen von Sperrdampf in den Zwischenraum (6) aufweist, wobei die Zuströmöffnung (13) strömungstechnisch mit der Sperrdampfleitung (14) verbunden ist.
2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1,
wobei die Sperrdampfleitung (14) eine Abzweigung (16) aufweist, die mit der Zuströmöffnung (13) strömungstechnisch verbunden ist.
3. Dampfturbine nach Anspruch 2,
wobei die Abzweigung (16) ein Ventil (17) umfasst.
4. Verfahren zur Vermeidung einer Gehäuseverkrümmung einer Dampfturbine (1) beim Abschalten der Dampfturbine,
bei dem in einem zwischen einem Innengehäuse (3) und einem das Innengehäuse (3) umgebende Außengehäuse (2) gebildeten Zwischenraum (6) eine erzwungene Verwirbelung des im Zwischenraum (6) befindlichen Mediums durch ein Zuströmen von Sperrdampf über eine Öffnung (13) im Außengehäuse (2) in den Zwischenraum (6) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
wobei der Sperrdampf aus einer Sperrdampfleitung (14), die Sperrdampf zur Sperrdampfdichtung (12) führt, abgezweigt wird .
PCT/EP2012/065215 2011-09-05 2012-08-03 Verfahren zur temperaturausgleichung in einer dampfturbine Ceased WO2013034377A1 (de)

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