EP1496196A1 - Steam turbine - Google Patents

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EP1496196A1
EP1496196A1 EP03015386A EP03015386A EP1496196A1 EP 1496196 A1 EP1496196 A1 EP 1496196A1 EP 03015386 A EP03015386 A EP 03015386A EP 03015386 A EP03015386 A EP 03015386A EP 1496196 A1 EP1496196 A1 EP 1496196A1
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turbine
steam turbine
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medium
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Wilfried Härter
Heinrich Dr. Stüer
Frank Truckenmüller
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/04—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine, the first Partial turbine having, with a second turbine part via a transition region fluidly with each other connected is.
  • An embodiment of a one part type of turbine is characterized, for example characterized in that a medium-pressure turbine and a Low-pressure turbine in a common housing are housed.
  • the properties of the rotor are in the Medium-pressure turbine differently than in the low-pressure turbine.
  • the rotor must be in the medium-pressure turbine heat-resistant properties and in the low-pressure turbine have cold-resistant properties.
  • the Rotor diameter in the area between the medium-pressure turbine and the low-pressure turbine different.
  • the rotor diameter at the outlet of a medium-pressure turbine is in turbines with large Abdampfvolumenstrom significantly smaller than that Rotor diameter at the inlet of a low-pressure turbine.
  • the different material properties of the rotor become for smaller outflow surfaces by tempering the rotor balanced. For large outflow areas is from cost and Strength reasons the wave between medium-pressure and Low-pressure turbine welded. When the shaft is welded There will be further requirements for this area between the medium-pressure turbine and the low-pressure turbine posed. It requires additional axial space to z. B. for quality assurance measures, such. B. Ultrasonic testing or laser irradiation to have room.
  • the object of the present invention is a steam turbine with a first turbine part and a second turbine part to be specified with a shortened axial length.
  • the advantage of the invention is, inter alia, to be seen in that in the transition region of the steam turbine despite shortened axial length enough space for e.g. quality assurance measures is present and that the axial Length of the steam turbine is shortened.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a transition region between a first and a second turbine part.
  • FIG. 1 shows a section through a transition region 1 between a first sub-turbine 2 and a second Partial turbine 3 shown.
  • the first sub-turbine 2 is as Medium-pressure turbine part and the second turbine part 3 is as Low pressure turbine part formed. So could in one Another embodiment, the first turbine part 2 as High pressure turbine part and the second turbine part 3 as Be formed medium-pressure turbine section.
  • a flow medium flows through a flow channel of the first turbine part. 2 and occurs after the last stage, which consists of a vane 4 and a blade 5 consists of the first part turbine 2 off.
  • a rotatably mounted about a rotation axis 6 rotor 7 comprises a first longitudinal section 8, which in the region of first sub-turbine 2 is arranged and a second Longitudinal section 9, in an area of the second Partial turbine 3 is arranged.
  • the rotor 7 in the first longitudinal section 8 heat-resistant and in the second Longitudinal section 9 cold-tough properties.
  • the first Longitudinal section 8 and the second longitudinal section 9 are on an outer region 10 of the rotor 7 by means of a Weld 11 connected.
  • the rotor 7 points in the region of Weld 11 on a diameter 12.
  • the outer area 10 can be found at the end of the diameter 12.
  • the transition region 1 has a flow deflection arrangement 13 on.
  • the flow deflection assembly 13 includes a first one Guide vane 14 one arranged around the rotor 7 Guide vane row and an associated shaft cover 15.
  • the flow medium flows predominantly in one direction is parallel to the axis of rotation 6.
  • the Strömungsumschan extract 13 is opposite by an angle ⁇ the direction 16, which is essentially parallel to Rotation axis 6 is inclined.
  • the angle ⁇ can be values assume between 0 ° and 90 ° and is essentially 45 °.
  • the flow medium flows through the transition region 1 the first vane 14 over to the first blade 17th the second turbine part.
  • the shaft cover 15 is designed such that the Flow medium is deflected to the first vane 14, and attached to the vane 14.
  • transition region 1 it is possible to save axial space.
  • weld 11 can meet the requirements of welding technology become.
  • Another Advantage of this arrangement is that the flow in this Transition area 1 can be influenced in a targeted manner.
  • the Inflow to the first blade row of the low-pressure turbine as well as the flow separation can be optimized or be suppressed.
  • This version also leads tempered rotors to reduce the axial length.
  • a weight reduction from the rotor and a Housing possible. This is a use of lighter Storage allows.

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Abstract

The steam turbine has a first sub-turbine (2) connected to a second sub-turbine (3) via a transition region (1) with a flow deflection arrangement (13). The flow deflection arrangement contains a first control bucket (14) of the second sub-turbine that is inclined at an angle between 10 and 80 degrees to the rotation axis (6) of a rotor (7) that is mounted in the steam turbine. The flow deflection arrangement has a shaft cover (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine, die eine erste Teilturbine aufweist, die mit einer zweiten Teilturbine über einen Übergangsbereich strömungstechnisch miteinander verbunden ist.The invention relates to a steam turbine, the first Partial turbine having, with a second turbine part via a transition region fluidly with each other connected is.

Im Dampfturbinenbau werden Dampfturbinen mit mittlerer Leistung üblicherweise als eingehäusige oder zweigehäusige Teilturbinen ausgeführt. Eine Ausführungsform eines eingehäusigen Teilturbinentyps zeichnet sich zum Beispiel dadurch aus, dass eine Mitteldruck-Turbine und eine Niederdruck-Turbine in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.In steam turbine construction steam turbines with medium Performance usually as one-handed or two-compartmented Partial turbines running. An embodiment of a one part type of turbine is characterized, for example characterized in that a medium-pressure turbine and a Low-pressure turbine in a common housing are housed.

An den Übergangsbereich zwischen der Mitteldruck-Turbine und der Niederdruck-Turbine werden besondere Anforderungen gestellt. Die Eigenschaften des Rotors sind in der Mitteldruck-Turbine anders als in der Niederdruck-Turbine. Zum Beispiel muss der Rotor in der Mitteldruck-Turbine warmfeste Eigenschaften und in der Niederdruck-Turbine kaltfeste Eigenschaften aufweisen. Des weiteren sind die Rotordurchmesser im Bereich zwischen der Mitteldruck-Turbine und der Niederdruck-Turbine verschieden. Der Rotordurchmesser am Austritt einer Mitteldruck-Turbine ist bei Turbinen mit großem Abdampfvolumenstrom deutlich kleiner als der Rotordurchmesser am Eintritt einer Niederdruck-Turbine.At the transition area between the medium-pressure turbine and The low-pressure turbine will be special requirements posed. The properties of the rotor are in the Medium-pressure turbine differently than in the low-pressure turbine. For example, the rotor must be in the medium-pressure turbine heat-resistant properties and in the low-pressure turbine have cold-resistant properties. Furthermore, the Rotor diameter in the area between the medium-pressure turbine and the low-pressure turbine different. The rotor diameter at the outlet of a medium-pressure turbine is in turbines with large Abdampfvolumenstrom significantly smaller than that Rotor diameter at the inlet of a low-pressure turbine.

Die unterschiedlichen Materialeigenschaften des Rotors werden für kleinere Abströmflächen durch Vergüten des Rotors ausgeglichen. Bei großen Abströmflächen wird aus Kosten- und Festigkeitsgründen die Welle zwischen Mitteldruck- und Niederdruck-Turbine verschweißt. Wenn die Welle verschweißt wird, werden noch weitere Anforderungen an diesen Bereich zwischen der Mitteldruck-Turbine und der Niederdruck-Turbine gestellt. Es wird hierbei zusätzlich axialer Raum benötigt, um z. B. für qualitätssichernde Maßnahmen, wie z. B. Ultraschallprüfung oder Laserbestrahlung, Platz zu haben.The different material properties of the rotor become for smaller outflow surfaces by tempering the rotor balanced. For large outflow areas is from cost and Strength reasons the wave between medium-pressure and Low-pressure turbine welded. When the shaft is welded There will be further requirements for this area between the medium-pressure turbine and the low-pressure turbine posed. It requires additional axial space to z. B. for quality assurance measures, such. B. Ultrasonic testing or laser irradiation to have room.

Des weiteren erfolgt der Übergang von der Mitteldruck-Turbine zur Niederdruck-Turbine stufenartig, da der Niederdruck-Turbinendurchmesser des Rotors in der Regel größer ist als der Durchmesser des Rotors der Mitteldruck-Turbine. Bisher wurde der Bereich zwischen der Mitteldruck- und Niederdruck-Turbine aus den vorgenannten Gründen nicht beschaufelt und auch nicht als ausgedehnter Übergangsbereich zur Niederdruck-Turbine ausgeformt.Furthermore, the transition from the medium-pressure turbine to the low-pressure turbine step-like, since the low-pressure turbine diameter the rotor is usually larger than the diameter of the rotor of the medium-pressure turbine. So far was the area between the medium pressure and low pressure turbine not bladed for the above reasons and not as an extended transition area to the low-pressure turbine formed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dampfturbine mit einer ersten Teilturbine und einer zweiten Teilturbine anzugeben mit einer verkürzten axialen Baulänge.The object of the present invention is a steam turbine with a first turbine part and a second turbine part to be specified with a shortened axial length.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The problem is solved by the characterizing features of claim 1

Vorteilhafte Weitergestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous refinements are in the subclaims described.

Der Vorteil der Erfindung ist unter anderem darin zu sehen, dass in dem Übergangsbereich der Dampfturbine trotz verkürzter axialer Baulänge genügend Platz für z.B. qualitätssichernde Maßnahmen vorhanden ist und das die axiale Baulänge der Dampfturbine verkürzt wird.The advantage of the invention is, inter alia, to be seen in that in the transition region of the steam turbine despite shortened axial length enough space for e.g. quality assurance measures is present and that the axial Length of the steam turbine is shortened.

Die im Unteranspruch 5 beschriebene Weitergestaltung der Erfindung zeigt den Vorteil, dass ein Strömungsmedium gezielt umlenkbar ist.The continuation described in the dependent claim 5 of Invention shows the advantage that a flow medium targeted is deflectable.

Die im Unteranspruch 6 beschriebene Weitergestaltung der Erfindung zeigt den Vorteil, dass eine Wellenabdeckung günstig an eine erste Leitschaufel anbringbar ist. The continuation described in the dependent claim 6 of the Invention shows the advantage that a shaft cover can be attached low to a first vane.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert.With reference to the following description Embodiments of the invention with reference to the Drawings explained in more detail.

Dabei zeigt:Showing:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Übergangsbereich zwischen einer ersten und einer zweiten Teilturbine.1 shows a longitudinal section through a transition region between a first and a second turbine part.

In Figur 1 ist ein Schnitt durch einen Übergangsbereich 1 zwischen einer ersten Teilturbine 2 und einer zweiten Teilturbine 3 dargestellt. Die erste Teilturbine 2 ist als Mitteldruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine 3 ist als Niederdruck-Teilturbine ausgebildet. Genauso könnte in einem weiteren Ausführungsbeispiel die erste Teilturbine 2 als Hochdruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine 3 als Mitteldruck-Teilturbine ausgebildet sein. Ein Strömungsmedium strömt durch einen Strömungskanal der ersten Teilturbine 2 und tritt nach der letzten Stufe, die aus einer Leitschaufel 4 und einer Laufschaufel 5 besteht aus der ersten Teilturbine 2 aus. Ein um eine Rotationsachse 6 drehbar gelagerter Rotor 7 umfasst einen ersten Längsabschnitt 8, der im Bereich der ersten Teilturbine 2 angeordnet ist und einen zweiten Längsabschnitt 9, der in einem Bereich der zweiten Teilturbine 3 angeordnet ist.FIG. 1 shows a section through a transition region 1 between a first sub-turbine 2 and a second Partial turbine 3 shown. The first sub-turbine 2 is as Medium-pressure turbine part and the second turbine part 3 is as Low pressure turbine part formed. So could in one Another embodiment, the first turbine part 2 as High pressure turbine part and the second turbine part 3 as Be formed medium-pressure turbine section. A flow medium flows through a flow channel of the first turbine part. 2 and occurs after the last stage, which consists of a vane 4 and a blade 5 consists of the first part turbine 2 off. A rotatably mounted about a rotation axis 6 rotor 7 comprises a first longitudinal section 8, which in the region of first sub-turbine 2 is arranged and a second Longitudinal section 9, in an area of the second Partial turbine 3 is arranged.

Für den Fall, dass die erste Teilturbine 2 als eine Mitteldruck-Turbine und die zweite Teilturbine 3 als Niederdruck-Turbine ausgebildet ist, weist der Rotor 7 im ersten Längsabschnitt 8 warmfeste und im zweiten Längsabschnitt 9 kaltzähe Eigenschaften auf. Der erste Längsabschnitt 8 und der zweite Längsabschnitt 9 werden an einem äußeren Bereich 10 des Rotors 7 mittels einer Schweißnaht 11 verbunden. Der Rotor 7 weist im Bereich der Schweißnaht 11 einen Durchmesser 12 auf. Der äußere Bereich 10 ist am Ende des Durchmessers 12 zu finden. In the event that the first sub-turbine 2 as a Medium-pressure turbine and the second turbine part 3 as Low-pressure turbine is formed, the rotor 7 in the first longitudinal section 8 heat-resistant and in the second Longitudinal section 9 cold-tough properties. The first Longitudinal section 8 and the second longitudinal section 9 are on an outer region 10 of the rotor 7 by means of a Weld 11 connected. The rotor 7 points in the region of Weld 11 on a diameter 12. The outer area 10 can be found at the end of the diameter 12.

Der Übergangsbereich 1 weist eine Strömungsumlenkanordnung 13 auf. Die Strömungsumlenkanordnung 13 umfasst eine erste Leitschaufel 14 einer um den Rotor 7 angeordneten Leitschaufelreihe und eine zugeordnete Wellenabdeckung 15.The transition region 1 has a flow deflection arrangement 13 on. The flow deflection assembly 13 includes a first one Guide vane 14 one arranged around the rotor 7 Guide vane row and an associated shaft cover 15.

Das Strömungsmedium strömt überwiegend in eine Richtung die parallel zur Rotationsachse 6 liegt. Die Strömungsumlenkanordnung 13 ist um einen Winkel α gegenüber der Richtung 16, die im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 6 ist, geneigt. Der Winkel α kann Werte annehmen zwischen 0° und 90° und beträgt im Wesentlichen 45°.The flow medium flows predominantly in one direction is parallel to the axis of rotation 6. The Strömungsumlenkanordnung 13 is opposite by an angle α the direction 16, which is essentially parallel to Rotation axis 6 is inclined. The angle α can be values assume between 0 ° and 90 ° and is essentially 45 °.

Das Strömungsmedium strömt durch den Übergangsbereich 1 an der ersten Leitschaufel 14 vorbei zur ersten Laufschaufel 17 der zweiten Teilturbine.The flow medium flows through the transition region 1 the first vane 14 over to the first blade 17th the second turbine part.

Die Wellenabdeckung 15 ist derart gestaltet, dass das Strömungsmedium zur ersten Leitschaufel 14 umgelenkt wird, und an der Leitschaufel 14 befestigt ist.The shaft cover 15 is designed such that the Flow medium is deflected to the first vane 14, and attached to the vane 14.

Durch diese Gestaltung des Übergangsbereiches 1 ist es möglich, axialen Bauraum einzusparen. Für die Schweißnaht 11 können die Anforderungen an die Schweißtechnik eingehalten werden. Es wird für die zweite Teilturbine der axiale Bauraum für die erste Leitschaufelreihe eingespart. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist es, dass die Strömung in diesem Übergangsbereich 1 gezielt beeinflusst werden kann. Die Zuströmung zur ersten Laufschaufelreihe der Niederdruck-Turbine als auch die Strömungsablösung kann optimiert bzw. unterdrückt werden. Es ist auch möglich, den Winkel α über 45° auszubilden, was zu einer zusätzlichen Einsparung von axialem Bauraum führt. Diese Ausführung führt auch bei vergüteten Rotoren zu einer Reduzierung der axialen Baulänge. Genauso ist eine Gewichtsreduzierung von dem Rotor und einem Gehäuse möglich. Dadurch ist ein Einsatz von leichteren Lagern ermöglicht. Through this design of the transition region 1 it is possible to save axial space. For the weld 11 can meet the requirements of welding technology become. It is for the second part of the turbine axial space Saved for the first row of vanes. Another Advantage of this arrangement is that the flow in this Transition area 1 can be influenced in a targeted manner. The Inflow to the first blade row of the low-pressure turbine as well as the flow separation can be optimized or be suppressed. It is also possible to angle α over 45 °, resulting in an additional saving of axial space leads. This version also leads tempered rotors to reduce the axial length. Similarly, a weight reduction from the rotor and a Housing possible. This is a use of lighter Storage allows.

Da die erste Leitschaufel 14 im Übergangsbereich 1 die als die Strömungsumlenkungsanordnung 13 ausgebildet ist, gegenüber dem Rotor 7 über einen niedrigeren Durchmesser ausgebildet ist, erhält man niedrigere Spaltverluste. Darüber hinaus wird durch die Strömungsumlenkungsanordnung 13 in dem Übergangsbereich 1 der Wirkungsgrad der Dampfturbine erhöht.Since the first vane 14 in the transition region 1 as the the flow deflection arrangement 13 is formed, opposite the rotor 7 over a smaller diameter is formed, one obtains lower gap losses. About that In addition, by the flow deflection assembly 13 in the Transition region 1, the efficiency of the steam turbine increased.

Claims (9)

Dampfturbine,
die eine erste Teilturbine (2) aufweist, die mit einer zweiten Teilturbine (3) über einen Übergangsbereich (1) strömungstechnisch miteinander verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Übergangsbereich (1) eine Strömungsumlenkanordnung (13) aufweist.Steam turbine
which has a first sub-turbine (2) which is fluidically connected to a second sub-turbine (3) via a transition region (1),
characterized in that
the transition region (1) has a flow deflection arrangement (13). Dampfturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strömungsumlenkanordnung (13) eine erste Leitschaufel (14) der zweiten Teilturbine (3) umfasst.Steam turbine according to claim 1,
characterized in that
the flow deflection arrangement (13) comprises a first guide blade (14) of the second part turbine (3). Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Leitschaufel (14) unter einem Winkel α gegenüber einer Rotationsachse (6) eines in der Dampfturbine drehbar gelagerten Rotors (7) geneigt ist.Steam turbine according to claim 1 or 2,
characterized in that
the first vane (14) is inclined at an angle α with respect to a rotation axis (6) of a rotor (7) rotatably mounted in the steam turbine. Dampfturbine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel α Werte im Bereich von 10° bis 80° hat.Steam turbine according to claim 3,
characterized in that
the angle α has values in the range of 10 ° to 80 °. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strömungsumlenkanordnung (13) eine Wellenabdeckung (15) aufweist. Steam turbine according to one of claims 1 to 4,
characterized in that
the Strömungsumlenkanordnung (13) has a shaft cover (15). Dampfturbine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wellenabdeckung (15) an der ersten Leitschaufel (14) angebracht ist.Steam turbine according to claim 5,
characterized in that
the shaft cover (15) is attached to the first vane (14). Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampfturbine einen zwei Materialien aufweisenden und im Übergangsbereich (1) verschweißten Rotor (7) aufweist.Steam turbine according to one of claims 1 to 6,
characterized in that
the steam turbine having a two materials and in the transition region (1) welded rotor (7). Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Teilturbine (2) eine Mitteldruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine (3) eine Niederdruck-Teilturbine ist.Steam turbine according to one of claims 1 to 7,
characterized in that
the first sub-turbine (2) is a medium-pressure turbine section and the second turbine section (3) is a low-pressure turbine section. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Teilturbine (2) eine Hochdruck-Teilturbine und die zweite Teilturbine (3) eine Mitteldruck-Teilturbine ist.Steam turbine according to one of claims 1 to 7,
characterized in that
the first sub-turbine (2) is a high-pressure turbine part and the second turbine part (3) is a medium-pressure turbine part.
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