EP1445427A1 - Steam turbine and method of operating a steam turbine - Google Patents
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Definitions
- the cooling channels are advantageously comparative designed and extended large-area cooling of the housing wall viewed in the longitudinal direction of the rotor a certain minimum length.
- the outline of the case essentially following, the cooling channels are therefore expedient aligned essentially in the longitudinal direction of the rotor.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a steam turbine 1, as in the prior art according to US 6,102,654 is described.
- This has one rotatable on an axis 2 arranged rotor 3 with a number of blades designated rotor blades 4. These are in one stationary housing 5 arranged with a guide blading 6.
- the rotor 3 is on the rotor blades 4 by the Inflow region 7 driven working medium 8 driven.
- a cooling medium 10 to the working medium 8.
- the cooling medium 10 cools exclusively by flow a first guide vane ring 11 of the stationary guide blading and a shielding plate 12.
- FIG. 2 shows a schematic representation of a Steam turbine 20 according to a particularly preferred embodiment the invention.
- the steam turbine 20 has a rotor 21 with a number of rotor or arranged thereon Blades 22 on which is rotatable in a housing shell 23 is supported with a number of guide vanes 24.
- the steam turbine 20 with the rotor 21 and the casing jacket 23 extends itself along an axial extent Axis 25.
- the rotatable blades 22 grip like Fingers in spaces between the stationary guide vanes 24th
- sealing tips in the area of Turned joint 82 or adjacent to the blade feet, d. H. be made from solid, or sealing tapes be caulked. What turns out to be beneficial can, depending on the strength and manufacturing requirements of the Material and construction specified in detail become.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem mit einer Anzahl von Laufschaufeln versehenen Rotor, der gemeinsam mit einer Anzahl von Leitschaufeln innerhalb eines aus einer Anzahl von Gehäusesegmenten gebildeten Gehäusemantels angeordnet ist. Sie bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Dampfturbine.The invention relates to a steam turbine with a Number of rotor blades provided together with a number of vanes within one of a number arranged from housing segments housing shell is. It also relates to a method of operation such a steam turbine.
Unter einer Dampfturbine im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird jede Turbine oder Teilturbine verstanden, die von einem Arbeitsmedium in Form von Dampf durchströmt wird. Im Unterschied dazu werden Gasturbinen mit Gas und/oder Luft als Arbeitsmedium durchströmt, das jedoch völlig anderen Temperatur- und Druckbedingungen unterliegt als der Dampf bei einer Dampfturbine. Im Gegensatz zu Gasturbinen weist bei Dampfturbinen z.B. das einer Teilturbine zuströmende Arbeitsmedium mit der höchsten Temperatur gleichzeitig den höchsten Druck auf. Ein offenes Kühlsystem, wie bei Gasturbinen, ist also nicht ohne Teilturbinen-externe Zuführung realisierbar.Under a steam turbine in the sense of the present application is understood to mean any turbine or sub-turbine that is operated by one Working medium is flowed through in the form of steam. The difference For this purpose, gas turbines with gas and / or air as the working medium flows through, but the completely different temperature and is subject to pressure conditions as the steam at one Steam turbine. In contrast to gas turbines, steam turbines e.g. the working medium flowing into a partial turbine with the highest temperature at the same time the highest pressure on. So there is an open cooling system like gas turbines not feasible without external feed to the turbine.
Eine Dampfturbine umfasst üblicherweise einen mit Schaufeln besetzten drehbar gelagerten Rotor, der innerhalb eines Gehäusemantels angeordnet ist. Bei Durchströmung des vom Gehäusemantel gebildeten Innenraums der Strömungsraums mit erhitztem und unter Druck stehendem Dampf wird der Rotor über die Schaufeln durch den Dampf in Drehung versetzt. Die Schaufeln des Rotors werden auch als Laufschaufeln bezeichnet. Am Gehäusemantel sind darüber hinaus üblicherweise stationäre Leitschaufeln aufgehängt, welche in die Zwischenräume der Rotorschaufeln greifen. Eine Leitschaufel ist üblicherweise an einer ersten Stelle entlang einer Innenseite des Dampfturbinengehäuses gehalten. Dabei ist sie üblicherweise Teil eines Leitschaufelkranzes, welcher eine Anzahl von Leitschaufeln umfasst, die entlang eines Innenumfangs an der Innenseite des Dampfturbinengehäuses angeordnet sind. Dabei weist jede Leitschaufel mit ihrem Schaufelblatt radial nach innen. Ein Leitschaufelkranz an der genannten ersten Stelle entlang der axialen Ausdehnung wird auch als Leitschaufelreihe bezeichnet. Üblicherweise sind eine Anzahl von Leitschaufelreihen hintereinander geschaltet. Entsprechend ist an einer zweiten Stelle entlang der axialen Ausdehnung hinter der ersten Stelle eine weitere zweite Schaufel entlang der Innenseite des Dampfturbinengehäuses gehalten.A steam turbine typically includes one with blades occupied rotatably mounted rotor, which is inside a casing is arranged. When flowing through the housing jacket formed interior of the flow space with heated and pressurized steam, the rotor is over the steam spins the blades. The Blades of the rotor are also referred to as rotor blades. In addition, the housing casing is usually stationary Guide vanes suspended, which in the gaps of the rotor blades grab. A guide vane is common in a first place along an inside of the Steam turbine housing held. It is common Part of a vane ring, which is a number of vanes includes that along an inner circumference on the inside of the steam turbine housing are arranged. there radially detects each guide vane with its airfoil Inside. A guide vane ring at the first position mentioned along the axial extent is also called a vane row designated. Typically there are a number of rows of vanes connected in series. Accordingly is on a second place along the axial extent behind in the first place another second shovel along the Held inside the steam turbine casing.
Der Gehäusemantel einer derartigen Dampfturbine kann aus einer Anzahl von Gehäusesegmenten gebildet sein. Unter dem Gehäusemantel der Dampfturbine ist insbesondere das stationäre Gehäusebauteil einer Dampfturbine oder einer Teilturbine zu verstehen, das entlang der axialen Ausdehnung der Dampfturbine einen Innenraum aufweist, der zur Durchströmung mit dem Arbeitsmedium Dampf vorgesehen ist. Dies kann, je nach Dampfturbinenart, ein Innengehäuse und/oder ein Leitschaufelträger sein. Es kann aber auch ein Turbinengehäuse vorgesehen sein, welches kein Innengehäuse oder keinen Leitschaufelträger aufweist.The casing of such a steam turbine can be made from a Number of housing segments can be formed. Under the casing the steam turbine is particularly the stationary one Housing component of a steam turbine or a partial turbine understand that along the axial extent of the steam turbine has an interior that for the flow with Working medium steam is provided. Depending on the type of steam turbine, this can an inner housing and / or a guide vane carrier his. However, a turbine housing can also be provided, which has no inner casing or guide vane carrier having.
Aus Wirkungsgradgründen kann die Auslegung einer derartigen Dampfturbine für sogenannte "hohe Dampfparameter", also insbesondere hohe Dampfdrücke und/oder hohe Dampftemperaturen, wünschenswert sein. Allerdings ist insbesondere eine Temperaturerhöhung aus materialtechnischen Gründen nicht unbegrenzt möglich. Um dabei einen sicheren Betrieb der Dampfturbine auch bei besonders hohen Temperaturen zu ermöglichen, kann daher eine Kühlung einzelner Bauteile oder Komponenten wünschenswert sein.For reasons of efficiency, the interpretation of such Steam turbine for so-called "high steam parameters", in particular high steam pressures and / or high steam temperatures, be desirable. However, an increase in temperature is particularly important not unlimited for technical reasons possible. To ensure safe operation of the steam turbine to enable even at particularly high temperatures cooling of individual parts or components is therefore desirable his.
Bei den bisher bekannten Kühlmittelmethoden, insbesondere für ein Dampfturbinengehäuse, ist zwischen einer aktiven Kühlung und einer passiven Kühlung zu unterscheiden. Bei einer aktiven Kühlung wird eine Kühlung durch ein dem Dampfturbinen-Gehäuse separat, d. h. zusätzlich zum Arbeitsmedium zugeführtes Kühlmedium bewirkt. Dagegen erfolgt eine passive Kühlung lediglich durch,eine geeignete Führung oder Verwendung des Arbeitsmediums. Eine übliche Kühlung eines Dampfturbinengehäuses beschränkt sich auf eine passive Kühlung. So ist beispielsweise bekannt, ein Innengehäuse einer Dampfturbine mit kühlem, bereits expandiertem Dampf zu umströmen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass eine Temperaturdifferenz über die Innengehäusewandung beschränkt bleiben muss, da sich sonst bei einer zu großen Temperaturdifferenz das Innengehäuse thermisch zu stark verformen würde. Bei einer Umströmung des Innengehäuses findet zwar eine Wärmeabfuhr statt, jedoch erfolgt die Wärmeabfuhr relativ weit entfernt von der Stelle der Wärmezufuhr. Eine Wärmeabfuhr in unmittelbarer Nähe der Wärmezufuhr ist bisher nicht in ausreichendem Maße verwirklicht worden. Eine weitere passive Kühlung kann mittels einer geeigneten Gestaltung der Expansion des Arbeitsmediums in einer sogenannten Diagonalstufe erreicht werden. Hierüber lässt sich allerdings nur eine sehr begrenzte Kühlwirkung auf das Gehäuse erzielen.In the previously known coolant methods, especially for a steam turbine casing, is between active cooling and passive cooling. With an active Cooling is cooling by the steam turbine housing separately, d. H. in addition to the working medium Coolant causes. In contrast, passive cooling takes place only by, a suitable guidance or use of the Working medium. A usual cooling of a steam turbine casing is limited to passive cooling. For example known to have an inner casing of a steam turbine to flow around cool, already expanded steam. However, this has the disadvantage that a temperature difference over the inner housing wall must remain limited, since otherwise If the temperature difference is too large, the inner housing thermally would deform too much. When there is a flow around the inner housing there is heat dissipation, but takes place the heat dissipation relatively far from the place the supply of heat. Heat dissipation in the immediate vicinity of the The supply of heat has not yet been sufficiently implemented Service. A further passive cooling can be done by means of a appropriate design of the expansion of the working medium in a so-called diagonal step can be achieved. About this lets only a very limited cooling effect on the Achieve housing.
In der US 6,102,654 ist eine aktive Kühlung einzelner Komponenten innerhalb eines Dampfturbinengehäuses beschrieben, wobei die Kühlung auf den Einströmbereich des heißen Arbeitsmediums beschränkt ist. Wie in FIG 1 dieser Anmeldung wiedergegeben, wird gemäß der US 6,102,654 Kühlmedium durch das Gehäuse auf ein Schutzschild und auf einen ersten Leitschaufelring geleitet, um eine Temperaturbeanspruchung des Rotors und des ersten Leitschaufelrings zu reduzieren. Ein Teil des Kühlmediums wird dem Arbeitsmedium beigemischt. Die Kühlung soll dabei durch ein Anströmen der zu kühlenden Komponenten erreicht werden.In US 6,102,654 there is active cooling of individual components described within a steam turbine housing, cooling on the inflow area of the hot working medium is limited. As in FIG 1 of this application reproduced, is according to US 6,102,654 cooling medium the housing onto a protective shield and onto a first guide vane ring conducted to a temperature stress of the To reduce the rotor and the first guide vane ring. On Part of the cooling medium is mixed with the working medium. The Cooling is said to flow through the flow of the cooling Components can be achieved.
Aus der WO 97/49901 ist bekannt, einen einzelnen Leitschaufelkranz zur Abschirmung einzelner Rotorbereiche selektiv durch einen von einem zentralen Hohlraum bespeisten separaten radialen Kanal im Rotor mit einem Medium zu beaufschlagen. Dazu wird das Medium über den Kanal dem Arbeitsmedium beigemischt und der Leitschaufelkranz selektiv angeströmt. Bei der dazu vorgesehenen mittigen Hohlbohrung des Rohrs sind jedoch erhöhte Fliehkraftspannungen in Kauf zu nehmen, was einen erheblichen Nachteil in Auslegung und Betrieb darstellt.A single guide vane ring is known from WO 97/49901 to shield individual rotor areas selectively through a separate one fed by a central cavity to apply radial medium in the rotor with a medium. For this purpose, the medium is mixed into the working medium via the channel and selective flow against the guide vane ring. In the provided central hollow bore of the tube are, however to accept increased centrifugal stresses, which is a considerable Disadvantages in design and operation.
In der EP 1154123 ist eine Möglichkeit der Entnahme und Führung eines Kühlmediums aus anderen Bereichen eines Dampfsystems und die Zuführung des Kühlmediums im Einströmbereich des Arbeitsmediums beschrieben.In EP 1154123 there is a possibility of removal and guidance a cooling medium from other areas of a steam system and the supply of the cooling medium in the inflow area of the working medium described.
Zur Erzielung höherer Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen besteht das Bedürfnis, bei einer Turbine höhere Dampfparameter, d. h. höhere Drücke und Temperaturen als bisher üblich anzuwenden. Dabei sind beim Dampf als Arbeitsmedium Drücke zum Teil weit über 200 bar und Temperaturen zum Teil weit über 500 °C vorgesehen. Im Detail sind solche Dampfparameter in dem Artikel "Neue Dampfturbinenkonzepte für höhere Eintrittsparameter und längere Endschaufeln" von H. G. Neft und G. Franconville in der Zeitschrift VGB Kraftwerkstechnik, Nr. 73 (1993), Heft 5, angegeben. Der Offenbarungsgehalt des Artikels wird hiermit in die Beschreibung dieser Anmeldung aufgenommen. Insbesondere sind Beispiele höherer Dampfparameter in Bild 13 des Artikels genannt. In dem genannten Artikel wird zur Verbesserung der Kühlung eines Dampfturbinengehäuses eine Kühldampfzufuhr und Weiterleitung des Kühldampfs durch die erste Leitschaufelreihe und gegebenenfalls auch durch die zweite Leitschaufelreihe vorgeschlagen. Damit wird zwar eine aktive Kühlung bereitgestellt. Diese ist jedoch auf den Hauptströmungsbereich des Arbeitsmediums beschränkt und noch verbesserungswürdig.To achieve higher efficiencies in power generation with fossil fuels there is a need for one Turbine higher steam parameters, i. H. higher pressures and temperatures to apply as usual. There are steam as a working medium, pressures sometimes well over 200 bar and temperatures sometimes well above 500 ° C. In detail are such steam parameters in the article "New Steam Turbine Concepts for higher entry parameters and longer end blades " by H. G. Neft and G. Franconville in the magazine VGB Kraftwerkstechnik, No. 73 (1993), No. 5. The disclosure content of the article is hereby incorporated into the Description of this application added. In particular are Examples of higher steam parameters are given in Figure 13 of the article. In the article mentioned is to improve the Cooling a steam turbine housing a cooling steam supply and Forwarding of the cooling steam through the first row of guide vanes and possibly also through the second row of guide vanes proposed. This does provide active cooling. However, this is on the main flow area of the working medium limited and in need of improvement.
Alle bisher bekannten Kühlverfahren für ein Dampfturbinengehäuse sehen also, soweit es sich überhaupt um aktive Kühlverfahren handelt, allenfalls ein gezieltes Anströmen eines separaten und zu kühlenden Turbinenteiles vor und sind auf den Einströmbereich des Arbeitsmediums, allenfalls unter Einbeziehung des ersten Leitschaufelkranzes, beschränkt. Dies kann bei einer Belastung üblicher Dampfturbinen mit höheren Dampfparametern zu einer auf die ganze Turbine wirkenden, erhöhten thermischen Belastung führen, welche durch eine oben beschriebene übliche Kühlung des Gehäuses nur unzureichend abgebaut werden könnte. Dampfturbinen, die zur Erzielung höherer Wirkungsgrade grundsätzlich mit höheren Dampfparametern arbeiten, benötigen eine verbesserte Kühlung, insbesondere des Gehäuses, um eine höhere thermische Belastung der Dampfturbine in genügendem Maße abzubauen. Dabei besteht das Problem, dass bei der Nutzung bisher üblicher Turbinenmaterialien die zunehmende Beanspruchung des Gehäuses durch erhöhte Dampfparameter zu einer nachteiligen thermischen Belastung des Gehäuses führen kann, so dass diese technisch nicht mehr ausführbar sind.All previously known cooling processes for a steam turbine housing So see as far as it is active cooling processes at all acts, at most a targeted inflow of a separate and to be cooled turbine part and are on the inflow area of the working medium, if necessary with inclusion of the first guide vane ring. This can with a load of conventional steam turbines with higher Steam parameters to an increased, acting on the entire turbine lead to thermal stress caused by an above The usual cooling of the housing described is inadequate could be broken down. Steam turbines to achieve higher Efficiency with higher steam parameters work, need improved cooling, in particular the housing to a higher thermal load of the To dismantle the steam turbine to a sufficient extent. Here is what Problem that when using previously common turbine materials the increasing stress on the housing due to increased Steam parameters for an adverse thermal load of the housing can lead, so that technically not are more executable.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfturbine der oben genannten Art anzugeben, die in besonderem Maße für einen Betrieb mit "hohen Dampfparametern" geeignet ist. Zudem soll ein hierfür besonders geeignetes Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine angegeben werden.It is therefore an object of the present invention to Steam turbine of the type mentioned above, which in particular Dimensions suitable for operation with "high steam parameters" is. In addition, a method which is particularly suitable for this is said to be to operate a steam turbine.
Bezüglich der Dampfturbine wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem zumindest eines der Gehäusesegmente mit einer Anzahl von integrierten Kühlkanälen versehen ist.With regard to the steam turbine, this object is achieved according to the invention solved by at least one of the housing segments with a Number of integrated cooling channels is provided.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass unter anderem ein begrenzender Faktor bei einer möglichen Temperaturerhöhung des Strömungsmediums in der Gehäusewandung selbst zu sehen ist. Die Dampfturbine sollte daher mit einem zuverlässig kühlbaren Gehäusemantel versehen sein. Dies ist erreichbar, indem unmittelbar im Bereich der benötigten Kühlung, also unmittelbar innerhalb des Gehäusemantels oder der diesen gegebenenfalls bildenden Gehäusesegmente, eine Anzahl von Kühlkanälen vorgesehen ist. The invention is based on the consideration that under a limiting factor in the event of a possible temperature increase of the flow medium in the housing wall itself you can see. The steam turbine should therefore be reliable coolable housing jacket. This is achievable by directly in the area of the required cooling, So immediately within the housing shell or the this optionally forming housing segments, a number of cooling channels is provided.
Unter "Kühlkanal" ist hierbei insbesondere ein Strömungskanal für ein Kühlmittel zu verstehen, der nicht nur einem Transport oder einer Überführung des Kühlmittels dient, sondern bei dem auslegungsbedingt bei der Beaufschlagung mit Kühlmittel eine Kühlwirkung auf die Umgebung, also insbesondere das jeweilige Gehäusesegment, eintritt.In this case, the term “cooling channel” is in particular a flow channel for a coolant to understand that is not just a transportation or a transfer of the coolant, but due to the design when it is exposed to coolant a cooling effect on the environment, in particular that respective housing segment, occurs.
Um dabei eine besonders zuverlässige und bedarfsgerechte Kühlwirkung zu erzielen, sind die Kühlkanäle vorteilhafterweise vergleichsweise oberflächennah an der Innenoberfläche des Gehäusemantels geführt. Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gerade bei der Führung vergleichsweise heißen Strömungsmediums im Innenraum des Gehäusemantels die thermische Belastung an dessen Innenoberfläche besonders hoch ist. Eine besonders bedarfsgerechte Kühlung ist somit erreichbar, indem der jeweilige Kühlkanal vorteilhafterweise innerhalb der Wand des jeweiligen Gehäusesegments relativ zu deren Mittelebene in Richtung zur Innenoberfläche, also zur den Innenoder Strömungsraum begrenzenden Oberfläche, hin versetzt positioniert ist.In order to achieve a particularly reliable and needs-based To achieve a cooling effect, the cooling channels are advantageous comparatively close to the surface on the inner surface out of the housing jacket. The underlying knowledge is that are called comparatively when it comes to leadership Flow medium in the interior of the housing jacket the thermal Load on the inner surface is particularly high. A particularly needs-based cooling can thus be achieved, in that the respective cooling channel advantageously within the wall of the respective housing segment relative to its central plane towards the inside surface, i.e. towards the inside or Flow space delimiting surface, positioned offset is.
Vorteilhafterweise sind die Kühlkanäle für eine vergleichsweise großflächige Kühlung der Gehäusewand ausgelegt und erstrecken sich dazu in Längsrichtung des Rotor gesehen über eine gewisse Mindestlänge. Der Kontur des Gehäuses im wesentlichen folgend, sind die Kühlkanäle daher zweckmäßigerweise im wesentlichen in Längsrichtung des Rotors ausgerichtet.The cooling channels are advantageously comparative designed and extended large-area cooling of the housing wall viewed in the longitudinal direction of the rotor a certain minimum length. The outline of the case essentially following, the cooling channels are therefore expedient aligned essentially in the longitudinal direction of the rotor.
Als Mindestlänge in Längsrichtung des Rotors gesehen ist dabei vorteilhafterweise eine Länge vorgesehen, durch die mehrere, zumindest zwei, Schaufelreihen überbrückt werden.Is seen as the minimum length in the longitudinal direction of the rotor advantageously provided a length through which several at least two rows of blades are bridged.
Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Kühlung eines Dampfturbinengehäuses nicht nur über mehrere Schaufelreihen, also wenigstens zwischen einem vor der ersten Stelle angeordneten ersten Bereich und einem hinter der zweiten Stelle angeordneten zweiten Bereich durchgängig erfolgt, sondern hat auch den Vorteil, dass die Wärmeabfuhr in unmittelbarer Nähe der Wärmezufuhr, nämlich innerhalb des Gehäuses, erfolgt. Auf diese Weise wird die Kühlung bei üblichen Dampfturbinen verbessert, so dass diese mit geringeren Materialkosten gefertigt werden könnten. Des Weiteren erlaubt das vorgeschlagene Kühlungskonzept den Entwurf neuer Dampfturbinenkonzepte für höhere Eintrittsparameter. Beispiele für höhere Dampfparameter finden sich in dem oben genannten Artikel "Neue Dampfturbinenkonzepte für höhere Eintrittsparameter und längere Endschaufeln". Beispielhafte Dampfparameter des Dampfes als Arbeitsmedium liegen bei 250 bar und 540 C bzw. bei 300 bar und 600 C.This has the main advantage that cooling one Steam turbine casing not only over several rows of blades, that is, at least between one arranged in front of the first position first area and one located behind the second position second area is done continuously, but has also the advantage that heat dissipation in the immediate vicinity the supply of heat, namely within the housing, takes place. On this improves cooling in conventional steam turbines, so that they are manufactured with lower material costs could become. Furthermore, the proposed one allows Cooling concept the design of new steam turbine concepts for higher entry parameters. Examples of higher steam parameters can be found in the article "New steam turbine concepts for higher entry parameters and longer end blades ". Exemplary steam parameters of steam as a working medium are at 250 bar and 540 C or at 300 bar and 600 C.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zum Dampfturbinengehäuse zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das vorgeschlagene Gehäuse hinsichtlich der genannten und weiterer Vorteile im Einzelnen weiterzubilden.Advantageous developments of the invention are the subclaims to the steam turbine housing and give in Individual advantageous ways to do the proposed Housing regarding the mentioned and other advantages in To train individuals.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung sieht zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle eine Anzahl von weiteren Stellen vor, bei denen jeweils eine Schaufel gehalten ist. Insbesondere sind die Kühlkanäle in vorteilhafter Weise Teil eines zusammenhängenden, in den Gehäusemantel integrierten Kühlsystems, das sich entlang der axialen Ausdehnung des Dampfturbinengehäuses erstreckt. Dies schafft die Möglichkeit, Kühldampf parallel zur Hauptströmung zu führen. Die Kühlung mehrerer Schaufelreihen wird möglichst entlang des gesamten Gehäuses ermöglicht. Die Kühlkanäle können dabei vorteilhafterweise über zugeordnete Durchführungen durch im Gehäuse verankerte Leitschaufeln geführt sein. Es könnte dabei zusätzlich oder alternativ eine erste Anzahl von Durchführungen vorgesehen sein, die jeweils durchgängig über eine einzige oder mehrere Schaufelreihen entlang der axialen Ausdehnung hinaus gehen. Diese könnten dabei über weitere zweite Durchführungen zu einem Durchführungssystem verbunden sein, die radial oder beliebig anders ausgerichtet sind. Die mindestens eine Durchführung bzw. die erste Anzahl von Durchführungen sind dabei vorteilhaft oberflächennah angeordnet. Die weiteren zweiten Durchführungen könnten auch beliebig in der Wandung verlaufen oder aus der Wandung heraus führen.A particularly preferred further development sees between the first digit and second digit a number of others Imagine where a shovel is held. In particular, the cooling channels are advantageously part a coherent, integrated in the casing Cooling system that extends along the axial extent of the Steam turbine casing extends. This creates the opportunity Lead cooling steam parallel to the main flow. The Cooling of several rows of blades is preferably along the entire housing. The cooling channels can advantageously via assigned implementations by im Guide blades anchored in the housing. It could be there additionally or alternatively a first number of executions be provided, each consistently via a one or more rows of blades along the axial extent go out. This could be done via another second Bushings to be connected to a bushing system, which are aligned radially or in any other way. The least one implementation or the first number of implementations are advantageously arranged close to the surface. The further second implementations could also be arbitrary in the Wall run or lead out of the wall.
Günstigerweise ist ein offenes Kühlsystem vorgesehen, das die Möglichkeit der Anpassung der Parameter des Kühlmediums an die Parameter des Arbeitsmediums vorsieht. Dies wird im Einzelnen anhand des vorgeschlagenen Verfahrens weiter unten erläutert.An open cooling system is advantageously provided, which the Possibility of adjusting the parameters of the cooling medium provides the parameters of the working medium. This will be in detail explained below using the proposed method.
Im Folgenden werden weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines Durchführungssystems beschrieben, dessen Teil die Kühlkanäle gemäß dem vorgeschlagenen Konzept sind. Ein solches Durchführungssystem ist vorteilhaft oberflächennah zur Innenseite des Dampfturbinengehäuses angeordnet. Oberflächennah heißt in diesem Zusammenhang insbesondere, dass das Kühlsystem in einem Bereich der radialen Ausdehnung des Dampfturbinengehäuses angeordnet ist, welcher durch die Innenseite des Gehäuses einerseits und die äußere radiale Ausdehnung einer Leitschaufelnut andererseits begrenzt ist. Die Kühlkanäle können je nach Bedarf in vorteilhafter Weise als ein eigentlicher Kanal oder als eine beliebige Art von Hohlraum zwischen der Außenseite und der Innenseite des Gehäuses ausgelegt sein. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Wärmeabfuhr am Ort des Wärmeeintrags.In the following, further advantageous configurations of a Implementation system described, the part of the cooling channels according to the proposed concept. Such one Feedthrough system is advantageously close to the surface on the inside of the steam turbine housing arranged. close to the surface in this context means in particular that the cooling system in a range of radial expansion of the steam turbine casing is arranged, which through the inside of the housing on the one hand and the outer radial expansion a guide vane groove on the other hand is limited. The Cooling channels can advantageously be used as required an actual channel or as any type of Cavity between the outside and the inside of the Be designed housing. This enables further improvement heat dissipation at the location of the heat input.
Das vorgeschlagene Kühlungskonzept innerhalb des genannten Dampfturbinengehäuses ist damit effektiver wirksam als eine an der Außenseite einer Gehäusewandung am Innengehäuse angreifende Kühlung durch Umströmung mit expandiertem Dampf mit geringerer Dampfdichte. Des Weiteren ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Verformungsverhaltens eines Dampfturbinengehäuses. Die Kühlung nach dem vorgeschlagenen Konzept verstärkt auch den Nutzen von Wärme-Isolations-Schichten auf Gehäuse und/oder Schaufeln. Derartige Schichten besitzen einen vergleichsweise geringen Wärmeleitkoeffizienten und können unter der Voraussetzung, dass eine ausreichende Wärmesenke vorhanden ist, eine hohe Temperaturdifferenz aufbauen. Damit können Gehäuse, Schaufelfüße und zum Teil auch Schaufelblätter auf einer wesentlich geringeren Temperatur gehalten werden als ohne eine Wärme-Isolationsschicht. Alternativ zu einer Isolationsschicht oder in Kombination mit einer solchen kann, bei Verwendung des vorgeschlagenen Kühlungskonzepts, die Anwendung von weniger gut wärmeleitenden Schaufelwerkstoffen sinnvoll sein. Ein zu bevorzugendes Beispiel dafür sind beispielsweise austenitische Werkstoffe.The proposed cooling concept within the above Steam turbine casing is thus more effective than one on the outside of a housing wall attacking the inner housing Cooling by flow with expanded steam lower vapor density. There are also advantages with regard to the deformation behavior of a steam turbine housing. The cooling according to the proposed concept is reinforced also the benefits of heat insulation layers on housings and / or shovels. Such layers have one comparatively low thermal conductivity and can provided that an adequate heat sink is present, build up a high temperature difference. In order to can housing, shovel feet and sometimes shovel blades are kept at a much lower temperature than without a heat insulation layer. Alternatively to one Insulation layer or in combination with one can, when using the proposed cooling concept, the use of less thermally conductive blade materials make sense. A preferred example of this are, for example, austenitic materials.
Das Kühlsystem weist günstigerweise einen entlang einer umfänglichen Ausdehnung des Gehäuses wenigstens teilweise umlaufenden Zweigkanal auf. Zusammen mit den ohnehin vorgesehenen Kühlkanälen ermöglicht dies eine gesamtumfängliche Kühlung des Dampfturbinengehäuses vorzugsweise nahe seiner Innenseite.The cooling system advantageously has one along a circumferential one Expansion of the housing at least partially circumferential Branch channel on. Together with those already provided Cooling ducts enable a comprehensive cooling of the steam turbine housing preferably near its inside.
Vorteilhaft werden die Parameter des Kühlmediums in Abhängigkeit der Parameter des Arbeitsmediums über ein offenes Kühlsystem stufenweise derart angepasst, dass ein Überströmen des Kühlmediums in das Arbeitsmedium mit nur vergleichsweise geringem Differenzdruck erfolgt. Dazu ist der oder jeder Kühlkanal zweckmäßigerweise über eine Anzahl von Überströmöffnungen mit dem vom Gehäusemantel umschlossenen Strömungsraum für das Strömungsmedium verbunden. Zweckmäßigerweise sind das Kanalsystem und die Überströmöffnungen im Hinblick auf dieses Auslegungskriterium geeignet dimensioniert, so dass der Strömungswiderstand die Anpassung des Druckniveaus im Kühlmedium ermöglicht. Die Dimensionierung ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass im Betriebszustand das Kühlmittel lokal, also insbesondere in der jeweils gleichen Turbinenstufe, einen geringfügig, also beispielsweise um etwa 0,1 % bis 25 %, höheren Druck aufweist als das Strömungsmedium. Günstigerweise weist dazu der erste Bereich eine erste Öffnung zur Hauptströmung auf. Vorteilhaft weist auch der zweite Bereich eine zweite Öffnung zur Hauptströmung auf. Dadurch wird eine Kühlung mehrerer Schaufelreihen ermöglicht, wobei das Kühlmedium jeweils einen der Hauptströmung ähnlichen, insbesondere leicht erhöhten, Druck aufweist, so dass vorteilhaft eine Minimierung der Differenzdruckbeanspruchung angestrebt ist.The parameters of the cooling medium are advantageous depending the parameters of the working medium via an open cooling system gradually adapted so that an overflow of the Coolant in the working medium with only a comparatively low Differential pressure takes place. This is the or each cooling channel expediently via a number of overflow openings with the flow space enclosed by the housing jacket for the flow medium connected. The channel system is expedient and the overflow openings with regard to this Design criterion suitably dimensioned so that the flow resistance the adjustment of the pressure level in the cooling medium allows. The dimensioning is preferably such chosen that in the operating state the coolant locally, that is especially in the same turbine stage, a slight, for example about 0.1% to 25% higher Has pressure than the flow medium. conveniently, the first area has a first opening to the main flow on. The second area also advantageously has one second opening to the main flow. This is cooling allows multiple rows of blades, the cooling medium each one similar to the main flow, in particular slightly increased, pressure, so that advantageous The aim is to minimize the differential pressure stress.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Innenseite des Gehäuses durch eine Innenseite der inneren Wandung gebildet sein. Das heißt, die Kühlkanäle könnten als Bohrung, Nut oder auf andere geeignete Weise in der Wandung integriert sein. Darüber hinaus erweist es sich als ganz besonders günstig, wenn die Innenseite des Gehäuses durch ein stationäres Abschirmblech gebildet ist. Dies ermöglicht, dass das Dampfturbinengehäuse im gekühlten Beschaufelungsbereich günstigerweise vollständig gegen die Hauptströmung abgeschirmt ist. Dies hat wesentliche Vorteile hinsichtlich einer Oxidation des Gehäusewerkstoffes. Ein stationäres Abschirmblech könnte günstigerweise durch eine Schaufel, insbesondere durch einen Schaufelfuß, gehalten sein.According to a development, the inside of the housing be formed by an inside of the inner wall. The This means that the cooling channels could be a bore, a groove or other be appropriately integrated in the wall. About that it also proves to be particularly favorable if the Inside of the housing by a stationary shielding plate is formed. This enables the steam turbine casing conveniently completely in the cooled blading area is shielded from the main flow. This has essentials Advantages with regard to oxidation of the housing material. A stationary shielding plate could be convenient a shovel, in particular held by a shovel foot his.
Die Kühlkanäle können je nach Bedarf ausgeführt sein. So erweist es sich als günstig, wenn die Durchführung durch eine Schaufel, insbesondere durch einen Schaufelfuß, geführt ist. Dabei könnte eine Nut an einem Schaufelfuß ein Teil der Kanäle sein. Gegebenenfalls könnte auch eine Bohrung durch einen einzelnen Schaufelfuß oder, alternativ oder zusätzlich, durch zwei benachbarte Schaufelfüße Teil der Kanäle sein. Weiter erweist es sich günstig, einen Kanal in einem Schaufelblatt vorzusehen, der mit der Durchführung zusammenhängend verbunden ist. Auf diese Weise ist eine vorteilhafte Kühlung des Leitschaufelblattbereichs über eine Filmkühlung möglich.The cooling channels can be designed as required. So it turns out it proves to be advantageous if the implementation is carried out by a Blade, in particular through a blade root, is guided. A groove on a blade root could be part of the channels his. If necessary, a hole could also be drilled through a single blade root or, alternatively or additionally, be part of the channels through two adjacent blade feet. It also turns out to be convenient to have a channel in an airfoil to provide the implementation related connected is. In this way, cooling is advantageous of the guide vane area possible via film cooling.
Vorteilhafterweise ist als Kühlmittel Dampf vorgesehen, der hinsichtlich der für den Betrieb der Kühlkanäle, insbesondere den erforderlichen Betriebsdruck, an geeigneten Stellen dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes entnommen sein kann. Steam is advantageously provided as the coolant with regard to the operation of the cooling channels, in particular the required operating pressure, at the appropriate points Water-steam cycle of the power plant can be removed.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem ein den Strömungsraum für das Strömungsmedium begrenzender Gehäusemantel zumindest teilweise über eine Anzahl von integrierten Kühlkanälen mit Kühlmittel beaufschlagt wird.With regard to the method, the stated object is achieved by limiting the flow space for the flow medium Housing shell at least partially over a number of integrated cooling channels with coolant.
Da das einer Dampfturbine zuströmende Arbeitsmedium mit der höchsten Temperatur gleichzeitig auch den höchsten Druck aufweist, ist es besonders günstig, dass das Kühlmedium dem Dampfturbinengehäuse von extern zugeführt wird. Vorteilhaft übersteigt dabei der Druck des Kühlmediums den örtlichen Druck des Arbeitsmediums in der Hauptströmung.Since the working medium flowing into a steam turbine with the highest temperature also has the highest pressure, it is particularly favorable that the cooling medium Steam turbine housing is supplied externally. Advantageous The pressure of the cooling medium exceeds the local one Pressure of the working medium in the main flow.
Es erweist sich als besonders günstig, dass das Kühlmedium mit einem Druck geführt wird, der in Abhängigkeit eines Drucks der Hauptströmung angepasst ist und insbesondere die Kühlmediumströmung gedrosselt wird. Diese Weiterbildung ermöglicht die Ausbildung eines an höhere Dampfparameter angepassten, offenen Kühlsystems. Eine Drosselung des Kühlmediums zur Druckanpassung an die Hauptströmung erfolgt in vorteilhafter Ausgestaltung stufenweise durch geeignet gewählte Strömungswiderstände im Kanalsystem im Verbindung mit entsprechenden Öffnungen zur Hauptströmung in der mindestens einen Durchführung.It turns out to be particularly favorable that the cooling medium with a pressure that is dependent on a Pressure of the main flow is adjusted and in particular the Coolant flow is throttled. This training enables the formation of an adapted to higher steam parameters, open cooling system. Throttling the cooling medium to adapt the pressure to the main flow takes place advantageously Design gradually by suitably chosen Flow resistances in the duct system in connection with corresponding Openings to the main flow in the at least one Execution.
Weiterhin wird günstigerweise das Kühlmedium mit einer Temperatur und/oder in einer Menge zugeführt, die in Abhängigkeit einer Temperatur der Hauptströmung angepasst wird. Dies kann vorteilhaft durch eine sicherheitstechnischen Anforderungen genügende Armatur geregelt werden, die den Schnellschlussund Stellvorgängen der Turbinenventile leittechnisch folgt. Bei Ausfall des Kühlmediums kann der Betrieb der Turbine erforderlichenfalls mit Hilfe der Turbinenventile unterbrochen werden, was als Schnellschluss bezeichnet wird. Die Temperatur des Kühlmediums ist gemäß sicherheitstechnischen Anforderungen vorteilhaft festzulegen und leittechnisch zu überwachen. Gegebenenfalls kann bei einer Schwachlast eine überproportionale Menge an Kühlmedium in das Arbeitsmedium eingebracht werden, so dass die Temperatur der Hauptströmung nach dem gekühlten Beschaufelungsbereich durch verstärkte Zumischung von Kühlmedium hinreichend niedrig gehalten wird.Furthermore, the cooling medium is advantageously at a temperature and / or supplied in an amount that is dependent is adapted to a temperature of the main flow. This can advantageous due to security requirements sufficient valve to regulate the quick closing and Control processes of the turbine valves follow control technology. If the cooling medium fails, the turbine can be operated if necessary interrupted with the help of the turbine valves what is called a quick close. The temperature of the cooling medium is in accordance with safety requirements advantageous to define and control technology monitor. If necessary, a disproportionate amount of cooling medium in the working medium be introduced so that the temperature of the main flow after the cooled blading area by reinforced Admixture of cooling medium is kept sufficiently low.
Die oben erläuterte Konzeption der Zuführung des Kühlmediums und der Leitung des Kühlmediums in einem gehäuseintegrierten, vorteilhaft oberflächennahen Durchführungssystem kann entsprechend den Anforderungen ausgelegt und angepasst werden.The concept of supplying the cooling medium explained above and the line of the cooling medium in a housing-integrated, Advantageous near-surface feedthrough system can be used accordingly be designed and adapted to the requirements.
Das vorgeschlagene Konzept kann auch, gemäß einer Variante der Erfindung, zum Anfahren und/oder zur Schnellabkühlung einer Turbine verwendet werden.The proposed concept can also, according to a variant of the invention, for starting and / or for rapid cooling one Turbine can be used.
Ebenfalls ermöglicht die vorliegende Erfindung den Einsatz von preiswerteren, weniger warmfesten Materialien für heutige Dampfparameter.The present invention also enables use of cheaper, less heat-resistant materials for today Steam parameters.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird dabei im Zusammenhang mit einem Kühlsystem beschrieben, das einen druckangepassten Kühldampfmassenstrom bereitstellt, der die statisch beanspruchten Bauteile, also das Gehäuse und die Leitschaufeln, gezielt kühlen kann. Damit kann die hier vorgeschlagene, bevorzugte Ausführungsform einen wesentlichen Beitrag zur kostengünstigen, großtechnischen Realisierbarkeit höherer Dampfparameter und höherer Wirkungsgrade leisten. Darüber hinaus kann die hier beschriebene oder davon abweichende und modifizierte Ausführungsform der Erfindung ebenfalls genutzt werden, um kostengünstigere Gehäuse- und Schaufelwerkstoffe bei derzeitigen Dampfparametern zu verwenden.The preferred embodiment of the invention is in Described in connection with a cooling system, the one pressure-matched cooling steam mass flow that provides the statically stressed components, i.e. the housing and the Guide vanes, can specifically cool. This allows the proposed preferred embodiment an essential Contribution to the cost-effective, large-scale feasibility achieve higher steam parameters and higher efficiencies. In addition, the one described here or different from it and modified embodiment of the invention also can be used to make lower-cost housing and blade materials to be used with current steam parameters.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
- FIG 1
- ein bekanntes Kühlkonzept bei einem Dampfturbinengehäuse, das auf die Kühlung im Einströmbereich des Arbeitsmediums und auf die Kühlung des ersten Leitschaufelkranzes beschränkt ist;
- FIG 2
- eine schematisierte Darstellung eines Kühlungskonzepts bei einem Dampfturbinengehäuse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- FIG 3
- eine Darstellung der Zuführung des Kühlmediums und der Leitung des Kühlmediums in einem gehäuseintegrierten, oberflächennahen Kanalsystem im Beschaufelungsbereich bei der bevorzugten Ausführungsform;
- FIG 4
- eine Detaildarstellung entlang des Schnitts A-A bei dem Kanalsystem der FIG 3;
- FIG 5
- eine Detaildarstellung entlang des Schnitts B-B bei dem Kanalsystem der FIG 3;
- FIG 6
- eine Detaildarstellung entlang des Schnitts B-B bei einer abgewandelten Gestaltung des Kanalsystems der FIG 3;
- FIG 7
- eine schematisierte Darstellung der Übertragungsmöglichkeiten des Kühlmediums in den Bereich der Leitschaufelbefestigung gemäß der bevorzugten Ausführungsform;
- FIG 8
- eine Darstellung zur Gestaltung eines ersten und zweiten Abschirmblechs in einem Überlappungsbereich;
- FIG 9
- eine Darstellung einer weiteren Gestaltungsmöglichkeit des Kanalsystems zur Leitung des Kühlmediums im Bereich der Leitbeschaufelung;
- FIG 10
- eine Darstellung noch einer weiteren Gestaltungsmöglichkeit des Kanalsystems zur Leitung des Kühlmediums im Bereich der Leitbeschaufelung.
- FIG. 1
- a known cooling concept in a steam turbine housing, which is limited to the cooling in the inflow region of the working medium and to the cooling of the first guide vane ring;
- FIG 2
- a schematic representation of a cooling concept in a steam turbine housing according to a preferred embodiment;
- FIG 3
- a representation of the supply of the cooling medium and the line of the cooling medium in a housing-integrated, near-surface channel system in the blading area in the preferred embodiment;
- FIG 4
- a detailed view along the section AA in the channel system of Figure 3;
- FIG 5
- a detailed view along the section BB in the channel system of Figure 3;
- FIG 6
- a detailed view along the section BB in a modified design of the channel system of Figure 3;
- FIG 7
- a schematic representation of the transmission possibilities of the cooling medium in the area of the guide vane attachment according to the preferred embodiment;
- FIG 8
- a representation of the design of a first and second shielding plate in an overlap area;
- FIG. 9
- a representation of a further design option of the channel system for directing the cooling medium in the area of the guide blading;
- FIG 10
- a representation of yet another design option of the duct system for directing the cooling medium in the area of the guide blading.
FIG 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Dampfturbine
1, wie sie im Stand der Technik gemäß der US 6,102,654
beschrieben ist. Diese weist einen auf einer Achse 2 drehbar
angeordneten Rotor 3 mit einer Anzahl von auch als Laufschaufeln
bezeichneten Rotorschaufeln 4 auf. Diese sind in einem
stationären Gehäuse 5 mit einer Leitbeschaufelung 6 angeordnet.
Der Rotor 3 wird über die Rotorschaufeln 4 durch das im
Einströmbereich 7 einströmende Arbeitsmedium 8 angetrieben.
Zusätzlich zum Arbeitsmedium 8 strömt über einen separaten
Eingangsbereich 9 ein Kühlmedium 10 dem Arbeitsmedium 8 zu.
Dabei kühlt das Kühlmedium 10 durch Anströmen ausschließlich
einen ersten Leitschaufelkranz 11 der stationären Leitbeschaufelung
sowie ein Abschirmblech 12. Dadurch wird die Temperaturbelastung
des Rotors 3 im Einströmbereich und des ersten
Leitschaufelkranzes 11 verringert. Zudem wird über eine
Sperrleitung 13 Kühlmedium 10 vom Eingangsbereich 9 über den
ersten Leitschaufelkranz 11 hinweg auf einen Bereich 14 geleitet,
der direkt zwischen dem Gehäuse 5 und der ersten Rotorschaufel
15 liegt. Dadurch wird der Eingangsbereich 9 des
Kühlmediums 10 gegen das Arbeitsmedium 8 abgedichtet, wobei
das Kühlmedium 10 als Sperrfluid wirkt. Die Sperrleitung 13
wirkt dabei nicht als Kühlleitung.1 shows a schematic representation of a steam turbine
1, as in the prior art according to US 6,102,654
is described. This has one rotatable on an
FIG 2 zeigt hingegen eine schematische Darstellung einer
Dampfturbine 20 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Die Dampfturbine 20 weist einen Rotor
21 mit einer Anzahl von daran angeordneten Rotor- oder
Laufschaufeln 22 auf, welcher drehbar in einem Gehäusemantel
23 mit einer Anzahl von Leitschaufeln 24 gelagert ist.
Die Dampfturbine 20 mit Rotor 21 und Gehäusemantel 23 erstreckt
sich dabei entlang einer axialen Ausdehnung einer
Achse 25. Die drehbaren Laufschaufeln 22 greifen dabei wie
Finger in Zwischenräume zwischen die stationären Leitschaufeln
24.2 shows a schematic representation of a
Der hier dargestellte Gehäusemantel 23 könnte auch als ein
Innengehäuse oder als ein Leitschaufelträger ausgebildet sein
und/oder in der Art einer segmentierten Bauweise von einer
Anzahl von Gehäusesegmenten gebildet sein. Die Wandung 26 des
Dampfturbinengehäuses hat eine Außenseite 23a, welche in diesem
Fall auch die Außenseite des Gehäusemantels 23 ist. Das
Dampfturbinengehäuse weist außerdem eine Innenseite 23b auf.
Die Innenseite 23b grenzt an einen zur Aufnahme einer Hauptströmung
27 eines fluiden Arbeitsmediums vorgesehenen Innenraum
27a. Der Gehäusemantel 23 weist eine Anzahl von Stellen
an der Innenseite 23b auf, bei denen jeweils eine Leitschaufel
24 gehalten ist. Dabei erstreckt sich gemäß der besonders
bevorzugten Ausführungsform ein Kanalsystem 28 zur Führung
eines Kühlmediums, zwischen der Außenseite 23a und der Innenseite
23b angeordnet, von einem ersten Bereich 28a entlang
der Stellen für die Leitschaufeln 24 bis zu einem zweiten
Bereich 28b durchgängig.The
Das somit als Kühlsystem vorgesehene Kanalsystem 28 umfasst
eine Anzahl von in den Gehäusemantel 23 integrierten Kühlkanälen
29, die vergleichsweise nah an der Innenoberfläche des
Gehäusemantels 23 verlaufen und im wesentlichen in Längsrichtung
des Rotors 21 ausgerichtet sind.The
Dabei weist das Kanalsystem 28 entlang der Achse 25 eine Anzahl
von Überströmöffnungen 29a zur Hauptströmung 27 auf.
Diese dienen in Verbindung mit den Durchtrittsöffnungen des
Kanalsystems 28 der stufenweise Druckreduzierung des Kühlmediums
parallel zur Hauptströmung 27. Von Stufe zu Stufe der
Leitschaufeln 24 kann das Kühlmedium dabei vorzugsweise durch
Strömungswiderstände, die hier nicht dargestellt sind, gedrosselt
werden. Dazu eignet sich, beispielsweise jeweils bei
einer Leitschaufelreihe, der Durchtritt des Kühlmediums durch
eine Bohrung. Bei der Drosselung wird der Druck ohne Verrichtung
technischer Arbeit reduziert. Das Kühlmedium besitzt bei
ähnlichem Druck und niedrigerer Temperatur eine höhere Dichte
als das Strömungsmedium, womit sich ein besseres Wärmeübergangsverhalten
ergibt. Die durch Drosselung und Temperaturerhöhung
bewirkte Volumenerhöhung des Kühlmediums kann
vorteilhaft dadurch kompensiert werden, dass nach und nach
ein Teil des Kühlmediums an die Hauptströmung über die Überströmöffnungen
29a abgegeben wird. Dadurch wird auch eine
gute Anpassung des Kühlmediumdruckes an den Druck der Hauptströmung
erreicht. Die hier beschriebene Ausführungsform
stellt somit ein offenes Kühlsystem dar. Die Dimensionierung
der Kühlkanäle 29 und der Überströmöffnungen 29a ist dabei
insbesondere derart gewählt, dass im Betriebszustand das
Kühlmedium lokal einen geringfügig, beispielsweise um 25 %,
höheren Druck aufweist als das Strömungsmedium.The
Grundsätzlich könnte bei der bevorzugten Ausführungsform eines
Dampfturbinengehäuses auch eine hier nicht dargestellte
Variante als ein geschlossenes Kühlsystem vorgesehen werden.
Dabei ergeben sich zwar einige Nachteile, die aber je nach
Bedarf, wenn erwünscht, in Kauf genommen werden können. Bei
einem geschlossenen Kühlsystem wird eine Abgabe des Kühlmediums
an die Hauptströmung 27 nur am Ende des gekühlten Bereichs
realisiert. Dabei würden also die Überströmöffnungen
29a des offenen Systems der FIG 2 im Wesentlichen entfallen.
Kühlmedium würde lediglich von einem ersten Bereich 28a zu
einem zweiten Bereich 28b geleitet, ohne dass dabei eine wesentliche
Druckanpassung an die Hauptströmung erfolgen würde.
Der stufenweise Druckabbau könnte ebenfalls durch eine Drosselung
vorgenommen werden.In principle, one could in the preferred embodiment
Steam turbine housing also not shown here
Variant can be provided as a closed cooling system.
There are some disadvantages to this, but depending on the
If required, can be accepted. at
A closed cooling system is a delivery of the cooling medium
to the
Eine Abgabe des Kühlmediums an die Hauptströmung findet dabei
jedenfalls nicht pro Schaufelreihe statt. So kann bei einem
geschlossenen Kühlsystem beispielsweise eine Abgabe des
Kühlmediums an die Hauptströmung 27 gar nicht, nur im zweiten
Bereich 28b oder nur bei einer stark verringerten Anzahl von
Stufen erfolgen. Der Druck im Kanalsystem 28 wird somit nur
mittelbar an die Hauptströmung 27 angepasst. Nachteilig dabei
ist, dass die für das Kühlmedium erforderlichen Querschnitte
durch Temperaturerhöhung und Druckabsenkung bei einem
geschlossenen Kühlsystem im Verlauf des Kanalsystems 28
deutlich anwachsen.A release of the cooling medium to the main flow takes place
at least not per row of blades. So with one
closed cooling system, for example, a delivery of the
Cooling medium to the
Dies führt zu einer unerwünschten Reduzierung der tragenden
Querschnitte von Schaufelfüßen und/oder dem Gehäuse, da eine
Ausgestaltung des Kanalsystems 28 als geschlossenes Kanalsystem
28 von einem ersten Bereich 28a zu einem zweiten Bereich
28b hin in seinem Querschnitt anwachsen müsste, um einer
Erhöhung des Volumenstroms Rechnung zu tragen. Dies läuft
zwar den Festigkeitsanforderungen im Gehäuse- und Schaufelbefestigungsbereich
zuwider, könnte aber ausgeglichen werden.
Sollte das Kühlmedium nach Wahrnehmung der Kühlungsaufgabe
nicht an das Arbeitsmedium abgegeben werden können, beispielsweise
aufgrund zu unterschiedlicher Druck- und Temperaturparameter,
so würde das Kühlmedium in einem Bereich 28b
separat vom Arbeitsmedium aus dem Gehäusemantel 23 geführt
werden. Bei der Kühlung mehrerer Stufen mit einem geschlossenen
System stellt sich, je nach abgedecktem Expansionsbereich,
ein hoher Differenzdruck zwischen strömendem Medium in
der Hauptströmung 27 und dem Kühlmedium im geschlossenen Kanalsystem
28 ein, wenn die Überströmöffnungen 29a der FIG 2
nicht vorhanden sind. Dies wäre je nach Wahl des Kühlmitteldrucks
durch eine relativ schlechtere Kühlwirkung oder bei
hohem Kühlmitteldruck durch eine relativ höhere Differenzdruckbeanspruchung
der Bauteile gekennzeichnet. Bei einer geringen
Dichte des Kühlmediums weist dieses nämlich eine geringe
Wärmekapazität auf und bewirkt damit einen schlechteren
Wärmeübergang und -abtransport. Dennoch handelt es sich auch
bei einem geschlossenen System um ein aktives Kühlsystem, das
den Gehäusemantel 23 im Vergleich zu einer passiven Kühlung
oder im Vergleich zur nur begrenzten Kühlung im
Einströmbereich eines Gehäuses erheblich besser kühlen kann. This leads to an undesirable reduction in the load-bearing
Cross sections of blade feet and / or the housing, as a
Design of the
Das offene Kanalsystem 28 weist zum einen eine durchgängige
Durchführung entlang der Achse 25 auf, von der mehrere Abzweigungen
zu den Überströmöffnungen 29a hin abbiegen. Des
Weiteren handelt es sich auch um ein zusammenhängendes Kanalsystem
28 in dem Sinne, dass möglichst separate weitere Kanäle,
die aus der Wandung herauslaufen könnten, vermieden
sind. Dies hat den Vorteil, dass der Kühldampfmassenstrom und
die erforderliche Temperaturdifferenz von Stufe zu Stufe abnehmen
kann und dass der selbe Kühldampf über mehrere Stufen
hinweg wirken kann. Im Vergleich zu den aus dem Stand der
Technik der FIG 1 bekannten Einzelkanälen 16 bei einem Rotor
oder bei einem Gehäuse, die separat geführt sind, bemisst
sich der erforderliche Druck nämlich nach dem höchsten Druck
der Hauptströmung. Bei den separaten Kanälen des Standes der
Technik wäre ein Druck für die nachfolgenden Stufen nicht
mehr angepasst. Dies führt zu einer zusätzlichen Beanspruchung
der Turbine durch einen höheren Differenzdruck. Auch
würde ein höherer Druck in separaten Kanälen für mehrere
Schaufelreihen zu einer erheblichen Steigerung der mechanischen
Anforderung, z. B. in einer Teilfugenverschraubung des
Dampfturbinengehäuses führen. Auch müsste für separate Kanäle
ein zusätzlicher Aufwand für die Bereitstellung unterschiedlicher
Druckstufen und ihrer Einleitung in den Beschaufelungsbereich
zur Verfügung gestellt werden, was nachteilig
ist. Grundsätzlich könnte aber, wie im allgemeinen
Teil der Beschreibung erläutert, im Rahmen einer Abwandlung
ein Durchführungssystem flexibel ausgelegt und auch aus
Teilsystemen aufgebaut sein.The
In FIG 3 ist der Gehäusemantel 30 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
im gekühlten Beschaufelungsbereich näher dargestellt.
Eine entsprechende Dampfturbine 31 weist weiterhin
einen nicht dargestellten Rotor mit einer von einer Anzahl
von Laufschaufeln 32 gebildeten Laufbeschaufelung auf. Der
Gehäusemantel 30 sieht dabei eine erste Stelle 30a und eine
zweite Stelle 30b entlang der Innenseite 33 vor, wobei entlang
der axialen Ausdehnung 34 die zweite Stelle 30b hinter
der ersten Stelle 30a angeordnet ist. Die Innenseite 33
grenzt dabei an einen Innenraum 35, der zur Aufnahme einer
Hauptströmung 36 eines fluiden Arbeitsmediums vorgesehen ist.
Allerdings ist in diesem Fall die Innenseite 33 nicht durch
eine Wandung 37 des Gehäusemantels 30 gebildet, sondern durch
ein stationäres Abschirmblech 38, das durch die Schaufelfüße
39 gehalten ist. Die Schaufelfüße 39a, 39b sind weiterhin
in Schaufelnuten 40a, 40b in der Wandung 37 verankert. Eine
Anzahl von Schaufeln 41a wird entlang des Umfangs des Gehäusemantels
30 nebeneinander und jeweils in radialer Orientierung
42 angeordnet und bildet so einen ersten, auch als Leitschaufelreihe
bezeichneten Leitschaufelkranz an der Stelle
30a. Entsprechend ist eine Anzahl von zweiten Schaufeln 41b
an einer zweiten Stelle 30b nebeneinander umfänglich in der
Schaufelnut 40b angeordnet und bildet einen zweiten Leitschaufelkranz.3 shows the
Eine ergänzende oder alternative Abwandlung zu dem in FIG 3
dargestellten Abschirmblech 38 könnte auch durch eine angearbeitete
Abschirmfläche an den Schaufelfüßen 39a, 39b erfolgen.
Zwar würde dadurch ein zusätzlicher Material- und Fertigungsaufwand
erforderlich werden, jedoch könnte eine ähnliche
Abschirmwirkung wie mit einem Abschirmblech 38 erreicht werden
und je nach Bedarf vorteilhaft sein.A supplementary or alternative modification to that in FIG. 3
Das Kanalsystem 43 der FIG 3 weist mindestens eine zwischen
der Außenseite und der Innenseite 33 des Gehäusemantels 30
angeordnete und wenigstens zwischen einem vor der ersten
Stelle 30a angeordneten ersten Bereich und einem hinter der
zweiten Stelle 30b angeordneten zweiten Bereich durchgängig
sich erstreckende Durchführung 44 auf. Die Durchführung 44
erstreckt sich bei dieser Ausführungsform praktisch entlang
des gesamten Beschaufelungsbereichs im mit vergleichsweise
hoher Temperatur beaufschlagten Teil des Gehäuses. Die Durchführung
44 wird zum einen von der Wandung 37 des Gehäusemantels
30 und zum anderen von dem Abschirmblech 38 gebildet.
Eine Vielzahl solcher Durchführungen 44 ist in axialer Ausdehnung
34 umfänglich entlang der Innenseite 33 des Gehäusemantels
30 angeordnet. Das Kanalsystem 43 weist außerdem eine
Anzahl von umfänglich umlaufenden Nuten 45 auf, die bei dieser
Ausführungsform entlang der axialen Ausdehnung 34 jeweils
auf Höhe einer Laufschaufel 32 angeordnet sind. Die
Laufschaufel 32 weist eine Deckplatte 32a auf. Die Durchführungen
des Kanalsystems 43 können durch Fräsungen auf der
Wandung 37 des Gehäusemantels 30 aufgebracht werden und durch
flächige Bauelemente des Abschirmblechs 38 abgedeckt werden.
Dabei bezieht das Kanalsystem 43 auch Schaufelnuten (FIG 9,
FIG 10) und/oder Bohrungen 46a, 46b (FIG 5, FIG 6, FIG 9,
FIG 10) in Schaufelfüßen 39a, 39b mit in den Strömungsverlauf
ein.The
Das Kanalsystem 43 weist außerdem Überströmöffnungen 47, 48
und 49 zur Anpassung der Parameter des Kühlmittelstroms an
die Parameter des Arbeitsmediumstroms auf. Dies erfolgt in
Zusammenwirkung mit den Strömungswiderständen des Kanalsystems
durch Abgabe eines Teils des Kühlmediumstroms an die
Hauptströmung.The
Die Abschirmung durch ein Abschirmblech 38 im Beschaufelungsbereich
kann durch eine Abschirmung auch des Einströmbereichs
des Kühlmediums mittels eines weiteren Abschirmbleches
erreicht werden, welches hier nicht dargestellt ist, und weitere
Vorteile hinsichtlich der Oxidation des Turbinengehäusematerials
mit sich bringt.Shielding by a shielding
Alternativ oder zusätzlich zu einem Abschirmblech 38 kann das
Kanalsystem 43 oder eine Durchführung 44 auch in Form von
Bohrungen oder auf andere geeignete Weise innerhalb einer
Wandung 37 eines Gehäusemantels 30 oberflächennah angebracht
sein.Alternatively or in addition to a shielding
In FIG 4 ist die Ansicht des Schnitts A-A der FIG 3 gezeigt.
Dabei ist die umlaufende Nut 45 der FIG 3 in gestrichelter
Linie ausgeführt. Entsprechend ist die als axiale Nut ausgebildete
Durchführung 44 als Einbuchtung in der Oberfläche einer
Wandung 37 des Dampfturbinengehäuses schematisch angedeutet.FIG. 4 shows the view of section A-A of FIG. 3.
The
FIG 5 zeigt eine Möglichkeit zur Anbringung einer Bohrung 46a
in einem Schaufelfuß 39a. Eine Vielzahl entlang des Innengehäuses
umfänglich nebeneinander angeordneter Schaufelfüße
39a, 39a' mit Bohrungen 46a, 46a' bildet eine Schaufelreihe
an der Stelle 30a.5 shows a possibility of making a
Eine alternative Ausführung der Bohrungen 46a, 46a' der FIG 3
ist in FIG 6 als Bohrung 46a" gezeigt. Eine Bohrung 46a" ist
in jeweils zwei benachbarten Schaufelfüßen 39a" angebracht.An alternative embodiment of the
Im Gegensatz zu Gasturbinen weist bei Dampfturbinen das einer Teilturbine zuströmende Arbeitsmedium mit der höchsten Temperatur gleichzeitig den höchsten Druck auf. Um insbesondere ein offenes Kühlsystem für eine Dampfturbine zu verwirklichen, müssen also geeignete Maßnahmen zur Zuführung des Kühlmediums getroffen werden. Eine Zuführung des Kühlmediums kann nach Entnahme eines solchen Mediums aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf an einer Stelle höheren Druckes und hinreichend niedriger Temperatur erfolgen. Geeignete Entnahmestellen sind insbesondere:
- vor Eintritt in die der Teilturbine vorgeschalteten Überhitzerteile des Kessels,
- vor Eintritt in den Kessel überhaupt,
- nach dem Austritt aus einer vorgeschalteten Teilturbine, aus einer Anzapfung aus einer vorgeschalteten Teilturbine,
- durch separate Bereitstellung mittels einer geeigneten Pumpe, die das Kühlmedium an einer Stelle niedrigen Drucks aus der Vorwärmstrecke entnimmt und auf den erforderlichen Druck bringt. Bei einem Kühlungsausfall wäre bei Ausfall der Pumpe ein zusätzlicher Aufwand, gegebenenfalls ein redundanter Aufbau erforderlich.
- before entering the superheater parts of the boiler upstream of the partial turbine,
- before entering the boiler at all,
- after exiting from an upstream turbine section, from a tap from an upstream turbine section,
- through separate provision by means of a suitable pump which takes the cooling medium from the preheating section at a point of low pressure and brings it to the required pressure. In the event of a cooling failure, additional effort, possibly a redundant structure, would be required if the pump failed.
FIG 7 zeigt eine erste Möglichkeit und eine zweite Möglichkeit
der Übertragung eines Kühlmediums 71 von einem Bereich
72 vor einer ersten Leitschaufelreihe 78 in einen weiteren
Bereich 73 der Leitschaufelbefestigung entlang der axialen
Ausdehnung 74. Dargestellt ist ein Innengehäuse 75 gemäß der
bevorzugten Ausführungsform, das in einem Außengehäuse 76
einer Dampfturbine 77 angebracht ist. Das Kühlmedium kann
entweder über eine Zuführung 70a und die erste Leitschaufelreihe
78 in ein oberflächennahes Kanalsystem 79 im Innengehäuse
75 eingebracht werden und entlang der axialen Ausdehnung
74 im Bereich der Leitbeschaufelung 75a geführt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann Kühlmedium auch direkt im Innengehäuse
75 über eine Zuführung 70b in das Kanalsystem 79
eingebracht werden, ohne zuerst über eine erste Leitschaufelreihe
78 geführt zu werden.7 shows a first possibility and a second possibility
the transfer of a cooling medium 71 from an
Der weitere Strom des Kühlmediums 71 im Außengehäuse 76 wird
durch eine Anzahl von Dichtungen 69, Drosseln und anderen geeigneten
Maßnahmen geführt. Der Zustrom des Kühlmediums wird
durch ein sicherheitstechnischen Anforderungen genügendes
Ventil geregelt.The further flow of the cooling
Zusätzlich zu den Einleitungsmöglichkeiten des Kühlmediums in
FIG 7 könnte Kühlmedium auch im Bereich der Einströmung des
Arbeitsmediums in das gehäuseintegrierte Kanalsystem 79 eingeleitet
werden.In addition to the introduction of the cooling medium in
7 cooling medium could also in the area of the inflow of
Working medium introduced into the housing-integrated
Bei Austritt des Kühlmediums am Ende des Kanalsystems 79 in
die Hauptströmung ist das Kühlmedium nicht nur im Druck, sondern
auch in der Temperatur der Hauptströmung weitgehend angepasst.
Dies ist eine Folge der Wärmeaufnahme des Kühlmediums
im gekühlten Beschaufelungsbereich. Das Kühlmedium nimmt
dann an der weiteren Expansion in der Hauptströmung Teil.
Dies ist ein besonderer Vorteil eines offenen Kühlsystems,
was somit einen Enthalpietransport vom gekühlten Beschaufelungsbereich
in den nicht gekühlten Bereich bewirkt. When the cooling medium escapes at the end of the
Die sicherheitstechnische Überwachung des Kühlmediums hat bei der hier gezeigten Ausführungsform vor allem die Temperatur des Kühlmediums zu regeln. Dabei ist zu beachten, dass eine vorzeitige Kondensation/Tröpfchenbildung in der Strömung und im Kanalsystem auch bei Teillasten ausgeschlossen ist. Des Weiteren sollte eine Überhitzung der wesentlichen Bauteile wie Gehäuse, Leitschaufeln bzw. Schaufelbefestigungen für alle relevanten Lastfälle ausgeschlossen sein. Nach technischem Erfordernis kann eine Vertrimmung zwischen Turbinen-Ventilen und Kühlmedium-Ventilen vorgesehen werden.The safety-related monitoring of the cooling medium has the embodiment shown here, especially the temperature of the cooling medium. It should be noted that a premature condensation / droplet formation in the flow and is excluded in the duct system even with partial loads. Of Furthermore, the essential components should overheat such as housings, guide vanes or blade attachments for everyone relevant load cases. After technical A trim valve may require trim and cooling medium valves are provided.
Das beschriebene Kanalsystem der bevorzugten Ausführungsform kann auch für Vorwärmzwecke vorteilhaft verwendet werden, indem geeignetes Medium beim Anfahrvorgang eingespeist wird. Dieses kann auch von anderen Stellen des Wasser-Dampf-Kreislaufs entnommen werden als das spätere eigentliche Kühlmedium. Vorteilhaft wirkt sich hierbei aus, dass das Vorwärmmedium im Kanalsystem gedrosselt wird und zumindest hier nicht zum Hochlauf eines Wellenstranges beiträgt. Analog kann dieses Verfahren auch zur Schnellabkühlung verwendet werden. Bei zukünftigen Innengehäusen oder Innengehäusewerkstoffen können die geschilderten Vorgehensweisen einen Vorteil hinsichtlich der Anfahrtszeiten und Abkühlzeiten bieten.The described channel system of the preferred embodiment can also be used advantageously for preheating purposes by suitable medium is fed in during the start-up process. This can also be done from other parts of the water-steam cycle be removed as the actual cooling medium. The fact that the preheating medium has an advantageous effect is throttled in the duct system and at least here does not contribute to the start-up of a shaft train. Analog can this method can also be used for rapid cooling. For future inner casings or inner casing materials the procedures outlined can be an advantage in terms of of travel times and cooling times.
In FIG 8 ist eine günstige Anordnung eines ersten Abschirmblechs
80 und eines zweiten Abschirmblechs 81 im Bereich einer
Stoßstelle 82 gezeigt. Die hier dargestellte Detailausführung
kann vorteilhaft bei einer Abschirmblech 38 mit Überströmöffnungen
83 und 84 in FIG 8 oder 47, 48 und 49 in FIG 3
vorgenommen werden. Ein solches Abschirmblech ist vorteilhaft
aus einem geeigneten, z. B. hochwarmfesten Werkstoff
hergestellt. Es besteht bei dieser Ausführung aus Teilstücken,
welche an ihren Stoßstellen 82 bevorzugt eine für unterschiedliche
Temperaturen bewegliche Überdeckung 85, 86
aufweisen. In der in FIG 3 gezeigten Ausgestaltung liegt das
Abschirmblech im Bereich der Laufschaufel-Deckplatten und
sollte entsprechende Dichtspitzen, d. h. berührungslose Dichtungen
aufweisen. Hierzu könnten Dichtspitzen im Bereich der
Stoßstelle 82 oder angrenzend zu den Schaufelfüßen angedreht,
d. h. aus dem Vollen gefertigt werden, oder Dichtbänder
eingestemmt werden. Das, was sich als vorteilhaft erweist,
kann je nach Festigkeits- und Fertigungsanforderungen des
Materials und der Konstruktion im Einzelnen festgelegt
werden.8 shows a favorable arrangement of a
Wenn das Kühlmedium über die Wellendichtung der Laufschaufeln an die Hauptströmung abgegeben wird, kann unter Umständen der Wirkungsgradverlust durch den über diese Dichtungen strömenden Leckmassenstrom reduziert werden. Der Leckmassenstrom besteht in diesem Fall nicht aus heißem Medium der Hauptströmung, sondern aus Kühlmedium mit geringerer Enthalpie. Möglicherweise wird dieser Effekt jedoch durch eine geringere Anzahl von Dichtspitzen aufgrund des Platzbedarfs zur Einleitung des Kühlmediums wieder aufgezehrt. Hier sind unterschiedliche Ausgestaltungen möglich, die sich je nach Art einer Anforderung als vorteilhaft erweisen.If the cooling medium over the shaft seal of the blades given to the main flow, the Loss of efficiency due to the flowing over these seals Leakage mass flow can be reduced. The leakage mass flow exists in this case not from the hot medium of the main flow, but from cooling medium with lower enthalpy. possibly however, this effect is due to a smaller number of sealing tips due to the space required for introduction of the cooling medium is consumed again. Here are different Refinements possible, depending on the type of Prove the requirement advantageous.
FIG 9 zeigt eine weitere Gestaltung eines Kanalsystems zur
Leitung des Kühlmediums im Bereich eines Schaufelfußes 90,
der in einer Nut 91 in einem Turbinengehäuse 92 verankert
ist. Die axiale Durchführung 93 der bevorzugten Ausführungsform
ist im Bereich einer Rotorschaufel 94 tiefer in das Innere
des Turbinengehäuses 92 eingelassen und weist so einen
beispielhaft dreieckförmigen Verlauf im Bereich der Rotorschaufel
94 auf. Jeder andere Verlauf ist möglich. Die Durchführung
93 ist über Kanäle 99 zur Hauptströmung offen. In den
Bereich der Durchführung wird zusätzlich eine Schaufelnut 95
mit einbezogen. Zudem erfolgt die Durchführung durch einen
Schaufelfuß 90 mittels eines Kanals 96, welcher oberhalb der
Taille 97 des Schaufelfußes näher zum Schaufelblatt 98 hin
angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Festigkeit der
Taille 97 nicht beeinträchtigt wird. 9 shows a further design of a channel system for
Conduction of the cooling medium in the area of a
In FIG 10 ist noch eine weitere Gestaltung ähnlich der in
FIG 9 gezeigten dargestellt. Im Unterschied zu FIG 9 erfolgt
eine Durchführung 106 auch im Bereich eines Schaufelblattes
108. Im Bereich des Schaufelblattes 108 gehen von der Durchführung
106 Kanäle 110 ab, welche Kühlmedium von einer Durchführung
106 auf das Schaufelblatt 108 leiten, um eine Filmkühlung
bereit zu stellen.FIG. 10 shows a further design similar to that in FIG
9 shown. In contrast to FIG 9 takes place
a
Des Weiteren wird auch Kühlmedium über einen Kanal 109 im Bereich
einer Rotorschaufel 104 an die Hauptströmung des Arbeitsmediums
abgegeben. Weitere Details entsprechen den in
FIG 9 dargestellten.Furthermore, cooling medium is also channeled in the area 109
a
Zusammenfassend sind ein Dampfturbinengehäuse, eine Dampfturbine und ein Verfahren zur aktiven Kühlung eines Dampfturbinengehäuses sowie eine geeignete Verwendung der Kühlung vorgeschlagen worden.In summary, a steam turbine housing, a steam turbine and a method for actively cooling a steam turbine casing as well as an appropriate use of cooling been proposed.
Bei bisher bekannten Dampfturbinen 1 wird ein Gehäuse entweder
nur passiv oder nur in einem Einströmbereich des Arbeitsmediums
in begrenztem Maße aktiv gekühlt. Bei einer
zunehmenden Beanspruchung des Gehäuses durch erhöhte Dampfparameter
des Arbeitsmediums ist eine ausreichende Kühlung
des Dampfturbinengehäuses nicht mehr gewährleistet. Der
vorgeschlagene Gehäusemantel 23, 30 bzw. das vorgeschlagene
Innengehäuse 75 erstreckt sich entlang einer Achse 25 bzw.
entlang einer axialen Ausdehnung 34 und weist auf: eine innere
Wandung 26 entlang der Achse 25 bzw. der axialen Ausdehnung
34, eine Außenseite 23a der inneren Wandung 26, eine
Innenseite 23b, 33, die an einen Innenraum 27a, 35 grenzt,
der zur Aufnahme einer Hauptströmung 27, 36 eines fluiden
Arbeitsmediums 8 vorgesehen ist, eine erste Stelle 30a entlang
der Innenseite 23b, 33, bei der eine erste Schaufel 41a
gehalten ist, eine zweite Stelle 30b entlang der Innenseite
23b, 33, bei der eine zweite Schaufel 41b gehalten ist,
wobei entlang der Achse 25 bzw. der axialen Ausdehnung 34 die
zweite Stelle 30b hinter der ersten Stelle 30a angeordnet
ist. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Kühlung ist dabei
mindestens eine Durchführung 44, 93, eine Bohrung 46a, 46b,
ein Kanal 96 vorgesehen, die sich, zwischen der Außenseite
23a und der Innenseite 23b, 33 angeordnet, wenigstens
zwischen einem vor der ersten Stelle 30a angeordneten ersten
Bereich 28a, 72 und einem hinter der zweiten Stelle 30b angeordneten
zweiten Bereich 28b, 73 durchgängig erstreckt. Es
wird ein Verfahren und eine Verwendung vorgeschlagen, bei dem
ein fluides Kühlmedium 10 entsprechend geführt wird.In previously known steam turbines 1, a housing is either
only passively or only in an inflow area of the working medium
actively cooled to a limited extent. At a
increasing stress on the housing due to increased steam parameters
The working medium is adequately cooled
of the steam turbine housing is no longer guaranteed. The
proposed
Claims (16)
bei der der oder jeder Kühlkanal (29) innerhalb der Wand des jeweiligen Gehäusesegments relativ zu deren Mittelebene in Richtung zur Innenoberfläche hin versetzt positioniert ist.Steam turbine (20) according to claim 1,
in which the or each cooling channel (29) is positioned within the wall of the respective housing segment relative to the center plane thereof in the direction of the inner surface.
bei der der oder jeder Kühlkanal (29) im wesentlichen in Längsrichtung des Rotors (21) ausgerichtet ist.Steam turbine (20) according to claim 1 or 2,
in which the or each cooling channel (29) is oriented essentially in the longitudinal direction of the rotor (21).
bei der die Lauf- und Leitschaufeln (22, 24) zu einer Anzahl von Schaufelreihen zusammengefasst sind, wobei sich der oder jeder Kühlkanal (29) in Längsrichtung des Rotors (21) gesehen zumindest über zwei, vorzugsweise über mehrere, aufeinanderfolgende Schaufelreihen hinweg erstreckt.Steam turbine (20) according to one of claims 1 to 3,
in which the rotor and guide blades (22, 24) are combined to form a number of rows of blades, the or each cooling channel (29), viewed in the longitudinal direction of the rotor (21), extending at least over two, preferably over several, successive rows of blades.
bei der die Kühlkanäle (29) zu einem gemeinsamen, in den Gehäusemantel (23) integrierten Kühlsystem zusammengefasst sind.Steam turbine (20) according to one of claims 1 to 4,
in which the cooling channels (29) are combined to form a common cooling system integrated in the housing jacket (23).
deren Kühlsystem eine Anzahl von in Umfangsrichtung des jeweiligen Gehäusesegments ausgerichteten Zweigkanälen umfasst. Steam turbine (20) according to claim 5,
whose cooling system comprises a number of branch channels aligned in the circumferential direction of the respective housing segment.
an deren Gehäusemantel (23) eine Anzahl von Leitschaufeln (24) aufgehängt ist, die jeweils über einen integrierten, mit dem Kühlsystem verbundenen Zweigkanal kühlbar sind.Steam turbine (20) according to claim 5 or 6,
a number of guide vanes (24) are suspended from the housing shell (23), each of which can be cooled via an integrated branch channel connected to the cooling system.
bei der der oder jeder Kühlkanal (29) über eine Anzahl von Überströmöffnungen mit einem vom Gehäusemantel (23) umschlossenen Strömungsraum für ein Strömungsmedium verbunden ist.Steam turbine (20) according to one of claims 1 to 7,
in which the or each cooling channel (29) is connected via a number of overflow openings to a flow space for a flow medium enclosed by the housing jacket (23).
bei der der jeweilige Kühlkanal (29) und die Überströmöffnungen derart dimensioniert sind, dass im Betriebszustand das Kühlmittel einen geringfügig höheren Druck aufweist als das Strömungsmedium.Steam turbine (20) according to claim 8,
in which the respective cooling channel (29) and the overflow openings are dimensioned such that in the operating state the coolant has a slightly higher pressure than the flow medium.
bei der der oder jeder Kühlkanal (29) für jede Turbinenstufe zumindest eine Überströmöffnung aufweist.Steam turbine (20) according to claim 9,
in which the or each cooling duct (29) has at least one overflow opening for each turbine stage.
bei der der oder jeder Kühlkanal (29) mit Dampf als Kühlmittel beaufschlagbar ist.Steam turbine (20) according to one of claims 1 to 10,
in which the or each cooling channel (29) can be acted on with steam as the coolant.
bei dem ein den Strömungsraum für das Strömungsmedium begrenzender Gehäusemantel (23) zumindest teilweise über eine Anzahl von integrierten Kühlkanälen (29) mit Kühlmittel beaufschlagt wird.Method for operating a steam turbine (20), in particular according to one of claims 1 to 10,
in which a housing jacket (23) delimiting the flow space for the flow medium is acted on with coolant at least partially via a number of integrated cooling channels (29).
bei dem das Kühlmittel in einem zusammenhängenden, von den Kühlkanälen (29) gebildeten Kühlsystem geführt wird. Method according to claim 12,
in which the coolant is guided in a coherent cooling system formed by the cooling channels (29).
bei dem das Kühlmittel, von den Kühlkanälen (29) aus, dem Strömungsmedium zugemischt wird.A method according to claim 12 or 13,
in which the coolant is admixed to the flow medium from the cooling channels (29).
bei dem das Kühlmittel mit einem Druck von mehr als dem an der jeweiligen Zumischstelle im Strömungsmedium herrschenden Druck in dieses eingespeist wird.The method of claim 14
in which the coolant is fed into the flow medium at a pressure of more than the pressure prevailing at the respective admixing point.
bei dem das Kühlmittel mit einem Druck geführt wird, der in Längsrichtung des Rotors (21) gesehen an den im Strömungsraum des Strömungsmediums lokal herrschenden Druck angepasst ist.Method according to one of claims 12 to 15,
in which the coolant is guided at a pressure which, viewed in the longitudinal direction of the rotor (21), is adapted to the pressure prevailing locally in the flow space of the flow medium.
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