Hintergrund der Erfindung:
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Diese Erfindung betrifft ein Sperrdampfsystem für
Dampfturbinen und insbesondere ein Sperrdampfsystem für
Dampfturbinen, das in geeigneter Weise für eine Dampfturbine in einer
Anlage mit kombiniertem Zyklus verwendet wird.
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In einer Dampfturbine wird der Austritt des die Turbine
antreibenden Dampfes zur Außenseite dadurch verhindert, daß
man Sperrdampf einem Stopfbüchsenabschnitt der Turbine
zuführt oder den aus dem Stopfbüchsenabschnitt austretenden
Dampf der Wärmerückgewinnung zuführt, um hierbei den
Betriebs-Wirkungsgrad der Turbine zu verbessern. Die Zufuhr
des Dampfes zum Stopfbüchsenabschnitt oder die Rückgewinnung
des austretenden Dampfes hiervon wird durch einen
Dampfdruckregler gesteuert, der so vorgesehen ist, daß er mit
einem Hochdruck-Primärdampf-Entnahmerohr verbunden ist, das
von einem Hochdruck-Primärdampfrohr abzweigt, durch welches
der die Turbine antreibende Dampf zugeführt wird, wobei ein
Rohr für den Hochdruck-Sperrdampf mit einem
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt der Turbine verbunden ist, und wobei ein
Rohr für Niederdruck-Sperrdampf mit einem
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt der Turbine verbunden ist. Während eines
anfänglichen Zeitraums des Betriebes einer Dampfturbine
trachtet der Dampf danach, dem
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt zugeführt zu werden, und im Hauptabschnitt des
Betriebes der Turbine trachtet der Dampf danach, aus der
Turbine auszulecken. Der Druck dieses Leckagedampfes wird
vom Dampfdruckregler reguliert, und der resultierende Dampf
wird einem Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt durch das Rohr
für den Niederdruck-Sperrdampf zugeführt. Wenn der aus dem
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt austretende Dampf nicht als
ausreichender Niederdruck-Sperrdampf dient, wird ergänzender
Dampf verwendet, der von dem Hochdruck-Primärdampfrohr in
den Dampfdruckregler durch das Hochdruck-Dampf-Entnahmerohr
eingeleitet wird. Wenn der abdichtende Dampf im Niederdruck-
Stopfbüchsenabschnitt mehr als ausreichend ist, dann wird
der überschüssige Dampf in einen Kondensator durch ein
zusätzlich vorgesehenes Ablaßrohr abgeleitet, das sich vom
Druckregler aus erstreckt.
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Die typischen Beispiele der Dampfbedingungen für die
verschiedenartigen Abschnitte des Systems werden nun unter
Bezugnahme auf eine Anlage mit kombiniertem Zyklus
beschrieben, die als ein Beispiel herangezogen wird. Der
einströmende, die Turbine antreibende Dampf weist etwa 57(ata) und
480(ºC) während des Nennbetriebes auf, während der dichtende
Dampf, der dem Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt durch den
Druckregler zugeführt wird, etwa 1,3(ata) und 450(ºC)
aufweist. Der durch Regulieren des Leckagedampfes aus dem
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt durch den Druckregler gewonnene
und aus dem Rohr für den
Niederdruck-Stopfbüchsen-Dichtungsdampf abgelassene Dampf weist ebenfalls Dampfbedingungen
auf, die im wesentlichen identisch sind mit jenen für den
oben erwähnten Dichtungsdampf. Die Bedingungen für den
Dampf, der dem Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt zugeführt
wird, werden in Abhängigkeit von jenen für den Turbinen-
Antriebsdampf bestimmt, der von der Turbine abgegeben wird,
und müssen 1,3(ata) und 110 bis 140(ºC) aufweisen. Wie aus
dem Obigen deutlich wird, ist es lediglich notwendig, den
Druck auf der Seite des Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitts zu
steuern, aber es ist notwendig, auch ferner die Temperatur
auf der Seite des Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitts zu
regulieren. Der Dampf, der als Dichtungsdampf für den
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt dem Dampfdruckregler
zugeführt wird, hat eine ausreichend hohe Temperatur, daß das
Einleiten dieses Dampfes, so wie er ist, in den Niederdruck-
Stopfbüchsenabschnitt eine Zunahme in den Materialwerten,
wie etwa der Wärmespannung und der differentiellen Expansion
eines Turbinenläufers, verursacht, d.h. nicht bevorzugbare
Ergebnisse erzeugt. Deshalb werden Verfahren zum Verringern
der Temperatur eines solchen Niederdruck-Sperrdampfes
verwendet, die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
Nr. 14805/1981 offenbart sind und die ein Verfahren
umfassen, um ein Rohr für den Niederdruck-Sperrdampf mit einem
Primär-Abgasstrom aus der Turbine zu kühlen, bevor der Dampf
dem Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt zugeführt wird, oder
ein Verfahren, ein solches Rohr mit Kondensat aus einem
Heißdampfkühler zu kühlen, der für diesen Zweck vorgesehen
ist.
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Die DE-A-1 401 440 offenbart die Zufuhr des expandierten
Hochdruckdampfes zur Stopfbüchsendichtung einer
Mitteldruckturbine, wobei die Zufuhr durch ein Ventil in Abhängigkeit
vom Druck in der ersten Stufe des Mitteldruckteils der
Turbine reguliert wird.
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Obwohl diese Methoden in geeigneter Weise für eine übliche
wärmekrafterzeugende Turbinenanlage benutzt werden, sind sie
nicht geeignet für eine Turbinenanlage für eine Anlage mit
kombiniertem Zyklus. Beispielsweise wird bei der
erstgenannten Methode der Abkühlung des Niederdruck-Sperrdampfes mit
einem Abgasstrom aus der Turbine das Rohr für Niederdruck-
Sperrdampf umgeleitet, so daß es eine Rohrschleife in einer
Lage bildet, in welcher die Rohrschleife dem
Primär-Abgasstrom von einer Laufschaufel in der Dampfturbine zugewandt
ist, um die Kühlwirkung zu verbessern. Der mit dem Primär-
Abgasstrom gekühlte Sperrdampf wird in den Niederdruck-
Stopfbüchsenabschnitt durch das Rohr für den Niederdruck-
Sperrdampf eingeleitet. Bei dieser Methode ist jedoch die
Rohrschleife in einem Strömungskanal für den
Primär-Abgasstrom aus der Turbine zu dem Zweck vorgesehen, die
Kühlungswirkung zu verbessern, so daß der Arbeits-Wirkungsgrad
notwendigerweise abnimmt. Insbesondere in einer
Verbund-Generatoranlage, die aus einer Gasturbine und einer Dampfturbine
besteht, die die Abwärme aus der Gasturbine als Wärmequelle
benutzt, ist die Kapazität des Dampfturbinenzykus gering. Es
wird demzufolge schwierig, einen Raum zum Anbringen der
Rohrschleife im Gas-Abgabeabschnitt der Dampfturbine
sicherzustellen, und die Anbringung der Schleife 13 in diesem
Abschnitt der Dampfturbine veranlaßt es, daß der Wirkungsgrad
noch weiter abnimmt. Bei der letztgenannten Methode der
Abkühlung des Niederdruck-Sperrdampfes durch Benutzung eines
zusätzlich vorgesehenen Kühlers wird die Kühlung des
Sperrdampfes von einem Kühler vorgenommen, der zusätzlich in
einem Mittelabschnitt eines Rohres für den Niederdruck-
Sperrdampf vorgesehen ist.
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Das Kondensat in einem Sperrdampfkondensator, der mit der
Auslaßöffnung einer verdichtenden Pumpe verbunden ist, wird
am Auslaß des Kondensators abgezweigt und einem Kühler durch
ein Kühlwasser-Zufuhrrohr zugeführt, wobei dieses Kondensat
als Kühlwasser verwendet wird. Das verwendete Kühlwasser
wird zum Kondensator durch ein Kühlwasser-Rückführrohr
zurückgeführt. Bei dieser Methode ist der Kühler unabhängig
von der äußeren oder inneren Seite des Kondensators
vorgesehen. Es ist deshalb notwendig, daß der Konstruktion und
Herstellung des Kühlers als ein Druckgefäß eingehende Beachtung
geschenkt wird. Außerdem gibt die Sicherstellung des Raumes
zum Anbringen des Kühlers Anlaß zu einigen Problemen.
Insbesondere in einer Verbund-Generatoranlage, die aus mehreren
Einheiten besteht, ist eine Vielzahl von Kühlern und Rohren
erforderlich, so daß die Herstellungskosten zunehmen.
Zusammenfassung der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Tatsachen
entwickelt. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
einfach aufgebautes, wenig aufwendiges
Sperrdampf-Zufuhrsystem vorzusehen, das imstande ist, Sperrdampf zuzuführen,
wobei die Möglichkeit einer Abnahme im Turbinen-Wirkungsgrad
verringert ist oder gar nicht besteht.
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Die vorliegende Erfindung kann bei einer Turbinenanlage
angewandt werden, die zum Turbinenantrieb Hochdruckdampf
aufweist, wie auch bei einer Turbinenanlage, die
Niederdruckdampf hat, und ist mit einer Einrichtung versehen, um
den Druck des Niederdruck-Primärdampfes zu mindern, sowie
einem Rohr zur Verwendung bei der Zufuhr des Niederdruck-
Primärdampfes, der während seiner Druckminderung gekühlt
wird, zu einem Niederdruck-Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitt.
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Die Temperatur und der Druck dieses
Niederdruck-Primärdampfes sind nicht viel höher als die Niveaus, die als
Niveaus der Temperatur und des Druckes des Dampfes geeignet
sind, der als Niederdruck-Sperrdampf verwendet wird. Es ist
dementsprechend einfach, den Niederdruck-Primärdampf bis auf
ein Niveau zu entspannen, das den Bedingungen für den
Niederdruck-Sperrdampf genügt, und außerdem fällt die
Temperatur des Dampfes ab, wenn der Dampf entspannt wird. Aus
diesen Gründen wird der Dampf, der durch Entnehmen des
Niederdruck-Prkmärdampfes gewonnen wird, und die Druckminderung
des resultierenden Dampfes optimal als
Niederdruck-Sperrdampf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, worin der Niederdruck-Primärdampf durch ein
Reduzierventil abgekühlt wird und als Niederdruck-Sperrdampf
benutzt wird;
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer
Anlage mit kombiniertem Zyklus;
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Fig. 3 ist ein Diagramm zum Beschreiben der
druckmindernden Wirkung, die auf dem isoenthalpischen Effekt
beruht;
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Temperaturen des
Hochdruck-Primärdampfes und des Niederdruck-Primärdampfes im
Hinblick auf eine Gasturbinenbelastung zeigt, sowie die
Temperaturcharakteristiken des Dampfes, die bestimmt wurden,
nachdem der Druck des Dampfes und die Belastung der
Gasturbine gemindert wurden;
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Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Anlage, worin eine
Vielzahl von Anlagen mit kombiniertem Zyklus parallel
zueinander vorgesehen sind, um wechselweise Dampf zuzuführen; und
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Fig. 6 zeigt den Aufbau einer anderen Art einer
Anlage mit kombiniertem Zyklus.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels:
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Bevor ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben wird, wird der grobe Aufbau einer Anlage mit
kombiniertem Zyklus als ein Beispiel einer geeigneten Anlage
beschrieben, in welcher der Hochdruckdampf und der
Niederdruckdampf erhalten werden können.
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Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen; das Bezugszeichen 30
bezeichnet eine Gasturbine, deren Verbrennungsabgas noch immer
eine beträchtliche Wärmemenge enthält, die von einem
Abwärme-Rückgewinnungskessel 50 zurückgewonnen wird, und dann
aus einem Kamin 100 abgegeben wird. In diesem
Abwärme-Rückgewinnungskessel 50 wird das Zuwasser aus einem Kondensator
10 in einem Niederdruck-Vorwärmer bzw. -Economizer 501 und
einem Niederdruck-Verdampfer 502 erwärmt, um
Niederdruckdampf in einem Niederdruck-Dampfrohr 19 zu halten. Das im
Niederdruck-Vorwärmer 501 erwärmte Wasser wird durch eine
Pumpe 506 einem Hochdrucksystem zugeführt. Das
Hochdrucksystem besteht aus einem Hochdruck-Vorwärmer 503, einem
Hochdruck-Verdampfer 504 und einem Hochdruck-Überhitzer 505, und
es wird in einem Hochdruck-Primärdampfrohr 7
Hochdruck-Primärdampf erhalten. Der Grund, warum zwei Systeme vorgesehen
sind, d.h. das Hochdruck- und das Niederdrucksystem, liegt
darin, daß dann, wenn zwei Systeme vorgesehen sind, der
Wärme-Wirkungsgrad höher wird, als wenn das Hochdrucksystem
alleine vorgesehen ist. Diese Zeichnung zeigt ein Beispiel
einer Mischdruckturbine, in welcher der Hochdruckdampf 7 und
der Niederdruckdampf 19 in einer Turbine benutzt werden. Das
Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Hochdruckturbine, 2 eine
Niederdruckturbine und 40 einen Generator. Fig. 1 zeigt ein
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer
Turbine, die Hochdruckdampf und Niederdruckdampf benutzt,
der erhalten wird, wie in Fig 2 gezeigt, und ein System, das
sich rund um einen Kondensator erstreckt.
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In einer Mischdruck-Dampfturbinenanlage, die in Fig. 1
gezeigt ist und Hochdruck-Primärdampf mit hoher Temperatur und
Niederdruck-Primärdampf mit niederer Temperatur aufweist,
strömt der Hochdruck-Primärdampf zuerst in die Hochdruck-
Dampfturbine 1 durch ein Hochdruck-Primärdampfrohr 7. Dieser
Dampf arbeitet sich aufeinanderfolgend ab, wenn er zu einer
Niederdruck-Dampfturbine 2 strömt. Der
Niederdruck-Primärdampf strömt aus einem Einlaß der Niederdruck-Dampfturbine 2
durch ein Niederdruck-Primärdampfrohr 19 in diese hinein und
wird mit dem Hochdruckdampf gemischt, wobei der gemischte
Dampf weitere Arbeit leistet. Schließlich wird dieser Dampf
in einen Niederdruckdampf mit Niedertemperatur umgewandelt
und wird in einen Kondensator 10 abgeleitet.
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Demzufolge wird die Temperatur beim
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt 5 sehr hoch, und die beim
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 verhältnismäßig niedrig.
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Um Sperrdampf zu erhalten, der den Bedingungen entspricht,
die zu den Temperaturen des Metalls an diesen
Stopfbüchsenabschnitten 5, 6 paßt, wird Hochdruck-Primärdampf an der
Hochdruckseite dem Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt 5 durch
ein Hochdruck-Primärdampf-Entnahmerohr 8, einen
Dampfdruckregler 3 und ein Rohr 4 für den Hochdruck-Sperrdampf
zugeführt. Der größere Teil des Sperrdampfes wird in einen
Sperrdampf-Kondensator 16 durch Sperrdampf-Leckagerohre 20,
22 auf eine solche Weise eingeleitet, daß der Dampf nicht
aus der Turbinenanlage zur Außenseite hin austritt. In
diesem Kondensator 16 wird der Stopfbüchsen-Leckagedampf der
Wärmerückgewinnung durch das Kondensat unterzogen, das aus
dem Kondensator 10 durch eine Kondensatpumpe 15
herausgepumpt wird, um den Dampf in Drainage umzuwandeln, die dann
vom Kondensator 10 durch ein Stopfbüchsen-Leckage-Ablaufrohr
23 zurückgewonnen wird. Der Restdampf im Druckregler 3 wird
vom Kondensator 10 durch ein Abgaberohr 9 rückgewonnen, das
an den Druckregler angefügt ist. Dieses Dampfzufuhrsystem
unterscheidet sich von einem herkömmlichen Dampfzufuhrsystem
dieser Art dadurch, daß die Systeme zur Sperrdampfzufuhr und
zur Leckagedampf-Rückgewinnung für den
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt 5 nicht dazu eingerichtet sind, den Dampf, der
vom Druckregler 3 reguliert wurde, dem
Niederdruck-Sperrbüchsenabschnitt 6 zuzuführen.
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Das Obige ist eine Beschreibung des Flusses des Sperr- und
Leckagedampfes bei dem Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt 5.
Beim Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 ist das Niveau der
Temperatur äußerst niedrig, verglichen mit jenem der
Temperatur am entsprechenden Abschnitt der Hochdruck-Dampfturbine
1. Deshalb wird der Niederdruck-Primärdampf aus einem
Niederdruck-Primärdampfrohr 19 durch ein
Niederdruck-Primärdampf-Entnahmerohr 24 entnommen, und dieser Dampf wird durch
ein Reduzierventil 25 in seinem Druck auf ein vorbestimmtes
Niveau verringert, beispielsweise auf 1,3 ata, und zwar des
zuzuführenden Sperrdampfes, wobei der resultierende Dampf
dem Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 durch ein Rohr 26
für den Niederdruck-Sperrdampf zugeführt wird. Obwohl die
Temperatur des Niederdruck-Primärdampfes geringfügig höher
ist als ein Grenzniveau der Temperatur des zuzuführenden
Sperrdampfes, wird der Dampf, dessen Druck durch das
Druckregulierventil 25 auf ein vorbestimmtes Druckniveau des
zuzuführenden Sperrdampfes verringert wurde, infolge einer
Enthalpieänderung gekühlt. Dementsprechend wird die
Temperatur des Dampfes am Sperrbüchsenabschnitt 6 so gesteuert, daß
sie innerhalb des erwähnten Grenzniveaus liegt. Im Fall der
oben beschriebenen Anlage mit kombiniertem Zyklus betragen
die Bedingungen für den Niederdruck-Primärdampf etwa 6(ata)
und 160(ºC). Andererseits liegt der Temperaturbereich des
Niederdruck-Sperrdampfes, der zur Temperatur des Metalls des
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitts paßt, der vom Abgas
erwärmt wird, das aus der Niederdruckturbine 2 zum Kondensator
10 strömt, bei 110 bis 140(ºC). Wenn der Druck am Rohr 21
für den Niederdruck-Sperrdampf von einem Druckfühler 200
ermittelt wird, um den Öffnungsgrad des Reduzierventils 25
durch einen Regler 201 zu steuern, so daß dieser Druck auf
ein vorbestimmtes Niveau (beispielsweise 1,3 ata)
festgesetzt
wird, dann erreicht die Temperatur des Sperrdampfes
ein Niveau in einem geeigneten Bereich (110º-140ºC). Somit
wird der Niederdruck-Sperrdampf, der vom Reduzierventil 25
erreicht wird, mit einer optimalen Temperatur dem
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 durch das Rohr 26 für den
Sperrdampf zugeführt.
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Der Leckagedampf, der für die Tätigkeit der
Stopfbüchsenabdichtung benutzt wurde, strömt durch das Rohr 21 für den
Stopfbüchsen-Leckagedampf und trifft auf den Dampf im Rohr
20 für den Hochdruck-Stopfbüchsen-Leckagedampf, wobei der
resultierende Dampf dem Dampfkondensator 16 durch ein
Sperrdampf-Leckagedampfrohr 22 zugeführt wird. Dieser Dampf wird
dann der Wärmerückgewinnung durch das Kondensat unterzogen,
das aus dem Kondensator 10 von der Kondensatpumpe 15 gepumpt
wird, um sich in ein Abwasser umzuwandeln, was dann wiederum
vom Kondensator 10 rückgewonnen wird.
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Wie oben beschrieben, tritt die Temperatur beim Niederdruck-
Primärdampf in den zulässigen Temperaturbereich für den
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 dadurch ein, daß der
Niederdruckdampf durch das Reduzierventil in seinem Druck
gemindert wird. Dies wird nun im einzelnen beschrieben.
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Fig. 3 ist eine bekannte Dampftafel, in der die Entropie i
und die Enthalpie s in den Richtungen der Seitenachse bzw.
der Längsachse aufgetragen sind. Auf dieses Diagramm wird
nun Bezug genommen; das Bezugszeichen s bezeichnet eine
Sättigungslinie, wobei der Bereich unter dieser Linie ein
Naßdampfbereich und der Bereich über derselben Linie ein
Sättigungsbereich ist. Die Bezugsbuchstaben P, T bezeichnen eine
Linie konstanten Drucks bzw. eine Linie konstanter
Temperatur, die Linien P&sub1;, P&sub2;, P&sub3; Linien konstanten Drucks von 57
ata, 6 ata bzw. 1,3 ata, und T&sub1;, T&sub2; Linien konstanter
Temperaturen von 480ºC bzw. 160ºC. Dementsprechend ist der Wert
der Dampfbedingungen für den Hochdruck-Primärdampf an einem
Schnittpunkt HA von P&sub1; und T&sub1; in dieser Zeichnung
angeordnet, und der Wert der Dampfbedingungen für den Niederdruck-
Primärdampf, der aus Sattdampf besteht, am Schnitt LA von P&sub2;
und T&sub2;. Im allgemeinen hat der Dampf die Charakteristiken
(isoenthalpische Änderung), daß, wenn der Druck das Dampfes
gemindert ist, die Temperatur allein abfällt, während die
Enthalpie konstant gehalten wird. Wenn der Dampfdruck vom
Druckregler 3 gemindert wird, wie in Fig. 1 gezeigt, dann
wird der Wert der Bedingungen für den Hochdruck-Primärdampf
auf einem Punkt HB mit 1,3 ata in Fig. 3 infolge der
isoenthalpischen Änderung angeordnet, wobei dieser Punkt HB
dadurch bestimmt wird, daß man den Punkt HA parallel zur
Seitenachse der Tafel bewegt, und die Temperatur sinkt um ΔT&sub1;.
ΔT&sub1; stellt etwa 30ºC dar. In ähnlicher Weise werden, wenn
der Dampfdruck durch Verwendung des Reduzierventils 25
gesenkt wird, die Dampfbedingungen, die durch den Punkt LA
dargestellt sind, auf solche geändert, die durch den Punkt
LB dargestellt sind, und ein Temperaturabfall ΔT&sub2; findet
statt. ΔT&sub2; stellt etwa 20ºC dar, und Sperrdampf mit etwa
140ºC wird erhalten.
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Die obige Feststellung unter Bezugnahme auf Fig. 3 zeigt an,
daß die Bedingungen für den Dampf während eines
rechnerischen Betriebes infolge einer isoenthalpischen Änderung
reduziert werden. Die praktische Dampftemperatur ändert sich
in Abhängigkeit von der Größe der Last, so daß die
Temperatur des Sperrdampfes sich ebenfalls entsprechend ändert.
Fig. 4 ist ein charakteristisches Diagramm, das die
Änderungen des Hochdruck-Primärdampfes und des
Niederdruck-Primärdampfes im Hinblick auf eine Gasturbinenlast zeigt (in
Richtung der Seitenachse aufgetragen). Wenn die Gasturbinenlast
von 100% auf etwa 80% abnimmt, dann nimmt die Temperatur des
Abgases zeitweise infolge der Betriebsregelcharakteristiken
der Gasturbine zu, so daß die Temperatur h des Hochdruck-
Primärdampfes in Übereinstimmung mit der Zunahme der
Temperatur des Abgases zunimmt. Wenn die Gasturbinenlast im
Bereich von nicht mehr als 80% liegt, dann nimmt die
Temperatur h des Hochdruck-Primärdampfes allmählich ab, wenn die
Gasturbinenlast abnimmt. Die Änderungen der Temperatur l des
Niederdruck-Primärdampfes im Hinblick auf die
Gasturbinenlast sind sehr klein und äußerst stabil, verglichen mit den
Änderungen der Temperatur des Hochdruck-Primärdampfes.
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Die Charakteristiken der Temperatur, die erhalten wird,
durch Druckminderung des Hochdruck-Primärdampfes, der als
Speisequelle für den Hochdruck-Sperrdampf benutzt wird, auf
einen vorbestimmten Druck (1,3 ata) des Sperrdampfes, der
zuzuführen ist, sind durch h' gezeigt. Diese Temperatur ist
eine Temperatur des zuzuführenden Sperrdampfes, die zur
Gasturbinenlast paßt. Allerdings sind, wie bereits oben
vermerkt, weil der Dampf in der Turbine danach trachtet, aus
dem Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt während des Betriebs der
Turbinenanlage auszulecken, die Charakteristiken der
Temperatur am Stopfbüchsenabschnitt 5 geringfügig unterschiedlich
gegenüber jenen, die durch h' gezeigt sind. Die Differenz
zwischen den Charakteristiken h, h' in dieser Zeichnung
entspricht ΔT&sub1; in Fig. 3. Die Charakteristiken h, h' in Fig. 4
zeigen die Zuordnung zwischen der Temperatur und der
Turbinenlast während des Betriebs der Turbinenanlage mit einer
vorbestimmten Last. Die Zuordnung zwischen der Temperatur
des Hochdruck-Primärdampfes und jener des Sperrdampfes in
einer Anlaufphase, in welcher die Bedingungen für den
Hochdruckdampf nicht hergestellt sind, kann unter Bezug auf die
Charakteristiken h, h' nicht erläutert werden. In einer
Warm-Anlauf-Betriebsart muß allerdings der Dampf in dem
Temperaturbereich (etwa 290º-340ºC) von H in der Zeichnung dem
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt 5 zugeführt werden, und in
einer Kalt-Anlauf-Betriebsart muß der Dampf im
Temperaturbereich
(etwa 150º-260ºC) von C in der Zeichnung dorthin
zugeführt werden.
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Die Temperaturcharakteristiken des Dampfes (d.h. des
Dampfes, der erhalten wird durch Druckminderung des
Niederdruck-Primärdampfes auf einen vorbestimmten Druck durch ein
Reduzierventil), der zur Abdichtung des
Niederdruck-Sperrbüchsenabschnitts zuzuführen ist, sind gezeigt durch l'. Die
Temperaturen, die durch diese charakteristische Kurve
gezeigt sind, liegen innerhalb des Bereiches L (etwa 1100º-
140ºC) zulässiger Temperaturen am
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 in allen Bereichen der Gasturbinenlast. Da
außerdem die Breite der Änderungen der Dampftemperatur
gering und stabil ist, findet keine plötzliche Wärmespannung
im Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 statt. Der Bereich L
der zulässigen Temperatur beim
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 ändert sich im Anlaufbetrieb nicht, anders als die
Bereiche H, C der zulässigen Temperatur am
Hochdruck-Stopfbüchsenabschnitt 5. Die Temperatur am
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 kann stets so gesteuert werden, daß sie über
die ganze Anlaufphase hinweg in diesem Bereich liegt. Fig. 4
zeigt, daß die Temperatur beim
Niederdruck-Stopfbüchsenabschnitt 6 so gesteuert werden kann, daß sie im Bereich L der
zulässigen Temperatur in allen Bereichen der Turbinenlast
während des Betriebs der Turbinenanlage liegt. Da das untere
Grenzniveau der zulässigen Temperatur in einer Anlaufphase
so niedrig wie etwa 110ºC ist, ist die Zeit, während welcher
die Temperatur des Niederdruck-Primärdampfes bis zu diesem
Niveau angestiegen ist, um es zu ermöglichen, daß der Dampf
als Niederdruck-Sperrdampf benutzt wird, äußerst kurz, so
daß der Sperrdampf in einer Anfangsphase des Anlaufbetriebes
sichergestellt sein kann.
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Der Hochdruck-Primärdampf besteht aus überhitztem Dampf,
während der Niederdruck-Primärdampf aus Sattdampf besteht,
welcher sich in Abwasser verwandelt, wenn er gekühlt wird.
Der Eintritt keinerlei Abwassers beim Stopfbüchsenabschnitt
der Turbine ist ermöglicht. Mancher mag sich fragen, ob
diese Tatsachen die Nachteile des Systems gemäß der
vorliegenden Erfindung bilden, aber hier ist nichts zu befürchten.
Der Grund liegt darin, daß, während der Dampf durch das
Reduzierventil bis auf einen Druck entspannt wird, bei welchem
der Dampf dem Stopfbüchsenabschnitt der Turbine zugeführt
wird, der Dampf infolge seiner Charakteristiken in einen
Überhitzungsbereich und eine isoenthalpische Änderung
eintritt, die in Fig. 3 gezeigt ist (aber seine Temperatur
nimmt ab). Deshalb erhält der Dampf gegensätzliche
Charakteristiken, d.h., es wird schwierig, ihn in Abwasser
umzuwandeln.
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Somit kann das Sperrdampf-Zufuhrsystem gemäß der
vorliegenden Erfindung ohne jegliche Schwierigkeit betrieben werden.
Es ist insbesondere möglich, daß die Lebenszeit und
Zuverlässigkeit des Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitts der
Niederdruckturbine in hohem Umfang dank der Techniken zum
Verringern der Wärmespannungen verbessert werden kann.
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Oben sind die Probleme beschrieben, die die Abdichtung des
Dampfes und dessen Leckage aus dem Stopfbüchsenabschnitt der
Turbine hauptsächlich im Normalbetrieb betreffen. Probleme
zum Zeitpunkt des Anlaufs der Turbinenanlage werden nun
unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Fig. 6 zeigt die
parallelen Anordnungen einer Vielzahl von Einheiten von
Verbund-Generatoranlagen, von denen jede aus der
Verbund-Generatoranlage der Fig. 2 besteht.
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Die Probleme zum Zeitpunkt des Anlaufs der Turbinenanlage
sind folgende:
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(1) Der Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitt der
Dampfturbine befindet sich in einem abgekühlten Zustand, verglichen
mit dem Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitt während eines
Normalbetriebs der Turbinenanlage.
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(2) Da die Gasturbine im Stillstand belassen wird,
sind die Bedingungen für den Primärdampfabschnitt, die
Sperrdampf-Zufuhrquelle, unbefriedigend (verglichen mit
jenen, wenn der Betrieb der Turbinenanlage fortfährt).
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Das Problem des kalten Stopfbüchsen-Abdichtungsabschnitts
ist das folgende:
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Im allgemeinen umfassen die typischen Anlauf-Betriebsarten
eine heiße Anlauf-Betriebsart (in welcher die
Turbineneinheit gestartet wird, nachdem sie 8 Stunden lang angehalten
wurde), eine warme Anlauf-Betriebsart (in welcher die
Turbineneinheit gestartet wird, nachdem sie 32 Stunden lang
angehalten wurde) und eine kalte Anlauf-Betriebsart (in welcher
die Turbineneinheit gestartet wird, nachdem sie für nicht
weniger als 1 Woche angehalten wurde), welche in
Abhängigkeit von der Stundenzahl, während welcher die
Turbineneinheit angehalten wurde, unterschiedlich bezeichnet werden.
Die Turbine und der Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitt trachten
danach, in der warmen Anlauf-Betriebsart mehr gekühlt zu
werden als in der heißen Anlauf-Betriebsart, und noch mehr
in der kalten Anlauf-Betriebsart als in der warmen Anlauf-
Betriebsart. Ein Beispiel der Turbinenanlage, die in der
heißen und kalten Anlauf-Betriebsart betrieben wird, wird
nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben.
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Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen; der Bezugsbuchstabe H
stellt die Toleranz der Temperatur des Dampfes dar, der dem
Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitt der Hochdruck-Dampfturbine
in einer heißen Anlauf-Betriebsart zuzuführen ist, und C die
Toleranz einer solchen Temperatur in einer kalten Anlauf-
Betriebsart.
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Die zulässige Temperatur des dem
Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitt der Niederdruck-Dampfturbine zuzuführenden Dampfes
liegt in einem vorbestimmten Bereich, der bezeichnet ist
durch L, und ist in jedem Fall niedrig, ungeachtet der
Betriebsart der Gasturbine.
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Die Zufuhr des Dampfes zum Stopfbüchsen-Dichtungsabschnitt
der Hochdruck-Dampfturbine wird auf dieselbe Weise wie bei
einer Turbinenanlage dieser Art aus dem Stand der Technik
vorgenommen, und die Beschreibung hiervon wird weggelassen.
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Wie oben in Bezug auf das Problem (1) beschrieben wurde,
erhält der Sperrdampf für den Stopfbüchsenabschnitt der
Niederdruck-Dampfturbine in der vorliegenden Erfindung eine
zulässige Temperatur in befriedigender Weise in allen
Lastbereichen der Gasturbine, und es ist in keiner Weise
erforderlich, den Temperaturänderungen im Hinblick auf deren
Anlauf-Betriebsart Beachtung zu schenken.
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Was das obige Problem (2) angeht, daß die Bedingungen für
den Primärdampf unbefriedigend sind, so genügt für jeden
Primärdampf eine Sperrdampf-Zufuhrquelle nicht einmal den
Bedingungen, die in Fig. 5 gezeigt sind, wie vorher bei der
Gasturbinen-Anlaufzeit erwähnt. Um diesen Nachteil zu
verhindern, können die Hochdruck-Primärdampfrohre durch ein
gemeinsames Ausgleichs-Hochdruck-Dampfrohr Ah zusammengefügt
werden, und ein gemeinsames Ausgleichs-Niederdruck-Dampfrohr
für den Stopfbüchsen-Leckage-Niederdruck-Primärdampf kann
vorgesehen sein, so daß der Dampf in jeder Einheit
zusammengeführt wird, wobei das gemeinsame Niederdruck-Dampfrohr mit
den Niederdruck-Primärdampfrohren Al verbunden ist.
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Diese Dampfrohre werden unter weniger schweren Bedingungen
benutzt, welche eine sehr niedrige Temperatur und sehr
niedrigen Druck umfassen, als die Hochdruck-Dampfrohre, so daß
sie bei ihrer Konstruktion und Herstellung keinen Anlaß zu
Problemen geben.
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Es kann schließlich erwähnt weren, daß der
Betriebs-Wirkungsgrad der Turbinenanlage, die die vorliegende Erfindung
benutzt, worin der leicht erreichbare Dampf mit niedriger
Qualität benutzt wird, dazu neigt, noch verbessert zu
werden, verglichen mit jenem einer herkömmlichen
Turbinenanlage, in welcher der Hochdruck-Primärdampf gekühlt und dann
der Verwendung zugeführt wird.
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Bei der obigen Erklärung ist eine Anlage mit kombiniertem
Zyklus als ein Beispiel einer Anlage herangezogen, die auch
mit Niederdruckdampf versehen ist, und die Bedingungen für
den Hochdruckdampf und den Niederdruckdampf sind auf
typische Beispiele begrenzt. Eine Anlage, bei der die
vorliegende Erfindung angewandt werden kann, kann jeden Aufbau
aufweisen, solange sie imstande ist, Niederdruckdampf
zuzuführen, und eine solche Anlage mit geeigneten
Dampfbedingungen kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung erhalten.
Bei der obigen Erklärung wird eine Mischdruckturbine als
Beispiel herangezogen. Eine Turbine beliebigen Typs kann
natürlich auch verwendet werden. Beispielsweise ist die
Turbinenanlage, die in Fig. 6 gezeigt ist, jener Art, bei
welcher die Hochdruckturbine 1 und die Niederdruckturbine 2
voneinander getrennt sind. Bei dieser Turbinenanlage ist der
Stopfbüchsenabschnitt 5 der Hochdruckturbine 1 an den
Druckregler 3 angefügt, und Dampf wird aus dem Reduzierventil 25
dem Stopfbüchsenabschnitt 6 der Niederdruckturbine 2
zugeführt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Weglassung
des Kühlers für den Sperrdampf für die
Niederdruck-Dampfturbine es der Turbinenanlage, wirksam vereinfacht zu werden,
und der Preis für die Kosten hiervon kann in hohem Umfang
verringert werden.
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Ein Vergleich zwischen der vorliegenden Erfindung und den
herkömmlichen Techniken, bei denen das Rohr für den
Niederdruck-Sperrdampf bis in das Innere des Kondensators
verlängert wird, um den Dampf mit dem Abgas aus der Turbine zu
kühlen, zeigt, daß es die Erfindung ermöglicht, den
Wirkungsgrad der Dampfturbine dank der Weglassung einer
Rohrschleife zu verbessern, die eine Erhöhung des Widerstands im
Abgas-Strömungskanal verursacht.
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Die vorliegende Erfindung erfordert kein Kühlwasser für
einen Kühler, verglichen mit der Turbinenanlage aus dem
Stand der Technik, in welcher ein Kühler vorgesehen ist.
Dies ermöglicht es, daß die Pumpenkapazität und die Pumpen-
Eingangsleistung verringert werden.
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Die Dampfzufuhranlage gemäß der vorliegenden Erfindung hat
eine hohe Zuverlässigkeit. Sie ist insbesondere imstande,
Sperrdampf mit optimalen Bedingungen effektiv dem
Stopfbüchsenabschnitt der Niederdruck-Dampfturbine zuzuführen, ohne
daß komplizierte Tätigkeiten ausgeführt werden. Deshalb kann
die vorliegende Erfindung ein Dampfturbinensystem ohne
Verringerung der Betriebs-Lebensdauer liefern.