DE102008000284A1

DE102008000284A1 - Dampfturbine

Info

Publication number: DE102008000284A1
Application number: DE102008000284A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Lageder; Lucjan Lukasik; Ralf Dr. Greim; Thomas Schreier; Michael Fischer
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2008-09-04
Also published as: US20080213091A1; CN101255802A; JP2008240725A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine (10), insbesondere in Form einer 2-flutigen Niederdruck-Dampfturbine, mit einem um eine Achse (21) drehbar gelagerten Rotor (11), welcher unter Bildung von ringförmigen Dampfkanälen (28, 29) mit Abstand von einem inneren Gehäuse (13) konzentrisch umgeben ist und eine Mehrzahl von in die Dampfkanäle (28, 29) hineinragenden Laufschaufeln aufweist, wobei das innere Gehäuse (13) eine Mehrzahl von in die Dampfkanäle (28, 29) hineinragenden Leitschaufeln (12) trägt und für die Zuführung des Dampfes zu dem Dampfkanälen (28, 29) einen um die Achse (21) herumgeführten, sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Einströmkanal (15) aufweist. Bei einer solchen Dampfturbine wird die Herstellung dadurch vereinfacht, dass das innere Gehäuse (13) als Schweißkonstruktion ausgebildet ist, bei der die Dampfkanäle (28, 29) begrenzende, als Gussteile hergestellte Schaufelträger (14) zur Befestigung der Leitschaufeln (12') mit weiteren geschmiedeten oder gewalzten Stahlelementen (20) verschweißt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Maschinen. Sie betrifft eine Dampfturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Bei grossen Dampfturbogruppen, wie sie beispielsweise in dem Artikel von L. Busse et al., „World's highest capacity steam turbosets for the lignite-fired Lippendorf power station", ABB Review 6/1997, S. 13–22 (1997) beschrieben und in der dortigen 2 dargestellt sind, werden 2-flutige Niederdruck-Dampfturbinen eingesetzt, bei denen der Dampf radial über einen zentralen spiralförmigen Einströmkanal zugeführt wird und dann in beiden Richtungen durch die zwischen dem Rotor und dem konzentrischen inneren Gehäuse gebildeten Dampfkanäle nach aussen strömt und an den Laufschaufeln des Rotors unter Entspannung Arbeit leistet. Die Einströmspirale ist in das innere Gehäuse integriert, ebenso wie mehrere Dampfentnahmekammern, in die von den Dampfkanälen her durch Öffnungen im inneren Gehäuse Dampf mit einem bestimmten Druck einströmt und entnommen werden kann. Des Weiteren dient das innere Gehäuse auf den die Dampfkanäle begrenzenden Seiten als Träger für eine Mehrzahl von feststehenden Leitschaufeln, die in die Dampfkanäle hineinragen.
Bei den bekannten Niederdruck-Dampfturbinen ist das innere Gehäuse mit der Einströmspirale und den Dampfentnahmekammern entlang einer horizontalen Trennebene in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte unterteilt. Die beiden Hälften sind jeweils als einstückige Gussteile, vorzugsweise aus Kugelgraphitguss, hergestellt. Diese Technik erlaubt die Herstellung grosser Gussstücke mit komplizierter Form (mit Einströmspirale, Dampfentnahmekammern und Auslassdiffusor) zu niedrigen Kosten. Die Leitschaufelträger sind dabei in das innere Gehäuse integriert.
Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass derartige Gehäuse sehr schwierig herzustellen sind. Die Zahl der Hersteller ist daher begrenzt und es treten häufig Probleme auf. Auch ist es schwer, derartige Gussstücke zu reparieren, wenn während des Gusses oder bei der späteren Bearbeitung Probleme auftreten.
In der Vergangenheit ist bereits vorgeschlagen worden ( US-A-1,483,995 ), ein separates Spiralgehäuse für eine Turbine oder Pumpe zusammenzusetzen aus einem oder mehreren zentralen Gussteilen, die einen zentralen Leitschaufelring bilden, und plattenartigen Stahlelementen, die überlappend verbunden das Spiralgehäuse mit der Einlauföffnung bilden. Die mit den Laufschaufeln ausgerüsteten Teile der Vorrichtung (der Rotor) sind von diesem Gehäuse nicht umfasst. Insbesondere ist auch nicht erkennbar, wie die zugehörigen Leitschaufeln an einem den Rotor umschliessenden Gehäuse befestigt werden sollen.
Aus der US-A-3,594,095 ist eine Niederdruck-Teilturbine bekannt, die in einer mehrschaligen, vollständig geschweissten Konstruktion ausgeführt ist. Ein spiralförmiger Einströmkanal ist hierbei nicht vorgesehen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Dampfturbinen vermeidet und sich insbesondere durch ein leichter und kostengünstiger herstellbares inneres Gehäuse auszeichnet.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist, dass das innere Gehäuse als Schweisskonstruktion ausgebildet ist, bei der die Dampfkanäle begrenzende, als Gussteile hergestellte Schaufelträger zur Befestigung der Leitschaufeln durch weitere geschmiedete oder gewalzte Stahlelemente abgestützt sind. Da die Gussteile bei dieser Lösung auf die Schaufelträger beschränkt und daher kleiner und weniger kompliziert geformt sind, ergeben sich weniger Fabrikations- und Reparaturprobleme. Zugleich sind die radialen und axialen Deformationen der Schaufelträger geringer als bei einem integrierten Gussgehäuse, so dass schmalere Spalte an den Schaufelspitzen und damit eine höhere Effektivität der Turbine möglich sind.
Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ist der sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Einströmkanal als Einströmspirale ausgebildet.
Eine andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass im inneren Gehäuse mehrere Dampfentnahmekammern ausgebildet sind, und dass die Dampfentnahmekammern durch die Schaufelträger und die damit verschweissten Stahlelemente gebildet bzw. begrenzt werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Versteifung des inneren Gehäuses konzentrisch zur Achse mit axialem Abstand angeordnete Stützringe vorgesehen sind, welche die Schaufelträger an deren Rückseiteabstützen, dass zwischen den Stützringen zur Aufnahme von Querkräften Zugstangen vorgesehen sind, und dass die Stahlelemente mit den Stützringen verschweisst sind.
Insbesondere können die Zugstangen mit den Stützringen verschweisst oder verschraubt sein.
Weiterhin ist es denkbar und vorteilhaft, dass im Einströmkanal wenigstens eine radiale Leitschaufel angeordnet ist.
Gemäss einer anderen Ausgestaltung bestehen die Schaufelträger aus Kugelgraphitguss oder Gussstahl.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
1 im Längsschnitt eine 2-flutige Niederdruck-Dampfturbine mit ihrem inneren Gehäuses gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
2 den Schnitt entlang der Mittelebene II-II in 1.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist im Längsschnitt eine 2-flutige Niederdruck-Dampfturbine mit ihrem inneren Gehäuses gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. 2 zeigt den Schnitt dieser Turbine in der Mittelebene (Ebene II-II in 1). Die Dampfturbine 10 ist mit ihren zwei Fluten spiegelsymmetrisch zu einer vertikalen Mittelebene 30 aufgebaut. Sie umfasst einen um eine horizontale Achse 21 drehbaren Rotor 11, der im Abstand von einem inneren Gehäuse 13 konzentrisch umschlossen ist. Zwischen dem Rotor und der inneren Begrenzungswand des inneren Gehäuses sind sich nach aussen zu erweiternde, ringförmige Dampfkanäle 28, 29 ausgebildet, durch die der im Zentrum radial zugeführte Dampf nach aussen strömt und unter Entspannung an den am Rotor 11 befestigten Laufschaufeln 12 Arbeit leistet.
Mit den Reihen der Laufschaufeln 12 wechseln sich Reihen von feststehenden Leitschaufeln 12' ab, die fussseitig an Schaufelträgern 14 befestigt sind. Die Schaufelträger 14 sind Gussteile und bestehen vorzugsweise aus Kugelgraphitguss oder Gusstahl. Sie sind ein Teil des inneren Gehäuses 13 und bilden die Begrenzungswände für die Dampfkanäle 28, 29. Das innere Gehäuse 13 ist insgesamt als Schweisskonstruktion ausgebildet, bei der die Schaufelträger 14 aussen durch geschmiedete oder gewalzte Stahlelemente 20 axial beweglich abgestützt und mit Dichtelementen abgedichtet sind. Die verschweissten plattenförmigen Stahlelemente 20 bilden nicht nur im zentralen Teil der Dampfturbine einen spiralförmigen Einströmkanal bzw. eine Einströmspirale 15, sondern auch auf beiden Seiten der Mittelebene 30 mehrere Dampfentnahmekammern 16.
Die Stahlelemente 20 liegen nicht direkt an den Schaufelträgern 14 an, sondern über Stützringe 18, welche zur Versteifung des inneren Gehäuses 13 konzentrisch zur Achse 21 mit axialem Abstand angeordnet sind. Zwischen den Stützringen 18 sind zur Aufnahme von Querkräften Zugstangen 17 vorgesehen, die mit ihren Enden an den Stützringen 18 befestigt, insbesondere angeschraubt oder angeschweisst, sind.
Der spiralförmige Einströmkanal 15 wird aussen durch ein Spiralgehäuse 24 begrenzt, das (wegen der Teilung des inneren Gehäuses 13 in der Trennebene 25) aus einfachen Stahlplatten aufgebaut ist. Im Einströmkanal 15 ist wenigstens eine radiale Leitschaufel 19 angeordnet ist, die der Umlenkung des durch den Dampfeinlass 23 einströmenden Dampfes dient.
Das innere Gehäuse 13 ist in der horizontalen Trennebene 25 geteilt. Es wird – ebenso wie das äussere Gehäuse 26 – durch eine darunterliegende Tragkonstruktion 27 gestützt, die ihrerseits auf dem Aussengehäuse 22 ruht.
Durch die erfindungsgemässe Kombination von gegossenen Schaufelträgern und damit verschweissten geschmiedeten oder gewalzten Stahlplatten bzw. -elementen zur Ausbildung des mit einer integrierten Einströmspirale und mit integrierten Dampfentnahmekammern versehenen inneren Gehäuses ergeben sich wesentlichen Vereinfachungen und Erleichterungen bei der Herstellung des Gehäuses, ohne dass die mechanischen und thermischen Eigenschaften nachteilig verändert werden.

10: Dampfturbine (Niederdruck, 2-flutig)
11: Rotor
12: Laufschaufel
12': Leitschaufel
13: inneres Gehäuse
14: Schaufelträger
15: Einströmspirale (Einströmkanal)
16: Dampfentnahmekammer
17: Zugstange
18: Stützring
19: radiale Leitschaufel
20: Stahlelement (geschmiedet oder gewalzt)
21: Achse
22: Aussengehäuse
23: Dampfeinlass
24: Spiralgehäuse
25: Trennebene
26: äusseres Gehäuse
27: Tragkonstruktion
28, 29: Dampfkanal
30: Mittelebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 1483995 A [0005]
- US 3594095 A [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- L. Busse et al., „World's highest capacity steam turbosets for the lignite-fired Lippendorf power station", ABB Review 6/1997, S. 13–22 (1997) [0002]

Claims

Dampfturbine (10), insbesondere in Form einer 2-flutigen Niederdruck-Dampfturbine, mit einem um eine Achse (21) drehbar gelagerten Rotor (11), welcher unter Bildung von ringförmigen Dampfkanälen (28, 29) mit Abstand von einem inneren Gehäuse (13) konzentrisch umgeben ist und eine Mehrzahl von in die Dampfkanäle (28, 29) hineinragenden Laufschaufeln (12) aufweist, wobei das innere Gehäuse (13) eine Mehrzahl von in die Dampfkanäle (28, 29) hineinragenden Leitschaufeln (12) trägt und für die Zuführung des Dampfes zu den Dampfkanälen (28, 29) einen um die Achse (21) herumgeführten, sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Einströmkanal (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gehäuse (13) als Schweisskonstruktion ausgebildet ist, bei der die Dampfkanäle (28, 29) begrenzende, als Gussteile hergestellte Schaufelträger (14) zur Befestigung der Leitschaufeln (12') durch weitere geschmiedete oder gewalzte Stahlelemente (20) abgestützt sind.
Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Einströmkanal als Einströmspirale (15) ausgebildet ist.
Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren Gehäuse (13) mehrere Dampfentnahmekammern (16) ausgebildet sind, und dass die Dampfentnahmekammern (16) durch die Schaufelträger (14) und die daran anschliessenden Stahlelemente (20) gebildet bzw. begrenzt werden.
Dampfturbine nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versteifung des inneren Gehäuses (13) konzentrisch zur Achse (21) mit axialem Abstand angeordnete Stützringe (18) vorgesehen sind, welche die Schaufelträger (14) an deren Rückseite abstützen, dass zwischen den Stützringen (18) zur Aufnahme von Querkräften Zugstangen (17) vorgesehen sind, und dass die Stahlelemente (20) mit den Stützringen (18) verschweisst sind.
Dampfturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstangen (17) mit den Stützringen (18) verschweisst oder verschraubt sind.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Einströmkanal (15) wenigstens eine radiale Leitschaufel (19) angeordnet ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelträger (14) aus Kugelgraphitguss oder Gusstahl bestehen.