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EP3130748A1 - Rotorkühlung für eine dampfturbine - Google Patents

Rotorkühlung für eine dampfturbine Download PDF

Info

Publication number
EP3130748A1
EP3130748A1 EP15181031.4A EP15181031A EP3130748A1 EP 3130748 A1 EP3130748 A1 EP 3130748A1 EP 15181031 A EP15181031 A EP 15181031A EP 3130748 A1 EP3130748 A1 EP 3130748A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
steam
medium
cooling
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15181031.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Pieper
Uwe Zander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP15181031.4A priority Critical patent/EP3130748A1/de
Priority to EP16734336.7A priority patent/EP3307988A1/de
Priority to CN201680047736.1A priority patent/CN107923246B/zh
Priority to JP2018507526A priority patent/JP2018527505A/ja
Priority to PCT/EP2016/065295 priority patent/WO2017029008A1/de
Publication of EP3130748A1 publication Critical patent/EP3130748A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26—Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14—Casings modified therefor
    • 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
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/02—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid characterised by having one fluid flow in one axial direction and another fluid flow in the opposite direction
    • 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
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine comprising a high-pressure turbine part comprising a multi-rotor rotatably mounted high-pressure rotor with a thrust balance piston and arranged around the high pressure rotor high pressure inner housing, wherein between the thrust balance piston and the high pressure inner housing, a cooling steam space is formed and a Medium-pressure turbine part, wherein the medium-pressure turbine section includes a medium-pressure rotor, wherein the medium-pressure rotor has an inflow, wherein a cooling line protrudes into the inflow, which is fluidly connected to the high-pressure turbine section.
  • the invention relates to a method for operating a steam turbine.
  • a steam turbine is understood to mean any turbine or sub-turbine through which a working medium in the form of steam flows.
  • gas turbines are traversed with gas and / or air as a working medium, which, however, is subject to completely different temperature and pressure conditions, as the steam in a steam turbine.
  • a steam turbine typically comprises a rotor-mounted rotatably mounted rotor disposed within a housing.
  • the rotor When flowing through the interior of the flow channel formed by the housing shell with heated and pressurized steam, the rotor is rotated by the vanes through the steam.
  • the blades of the rotor are also referred to as blades.
  • usually stationary guide vanes are suspended on the inner housing, which engage along an axial extent of the body in the interspaces of the rotor blades.
  • a vane is usually on held a first position along an inner side of the steam turbine housing. In this case, it is usually part of a stator blade row, which comprises a number of guide vanes, which are arranged along an inner circumference on the inside of the steam turbine housing.
  • Each vane has its blade radially inward.
  • a row of vanes at said first location along the axial extent is also referred to as a vane grille or crown.
  • a number of vane rows are connected in series. Accordingly, at a second location along the axial extent behind the first location, a further second blade is held along the inside of the steam turbine housing.
  • a pair of a vane row and a blade row is also referred to as a vane stage.
  • the housing jacket of such a steam turbine can be formed from a number of housing segments.
  • the housing shell of the steam turbine is to be understood as meaning, in particular, the stationary housing component of a steam turbine or a partial turbine, which has an interior space in the form of a flow channel along a longitudinal direction of the steam turbine, which is provided for flowing through with the working medium in the form of steam.
  • This may be an inner casing and / or a vane carrier, depending on the steam turbine type.
  • it may also be provided a turbine housing, which has no inner housing or no guide vane.
  • Steam turbines usually include a high-pressure turbine section, a medium-pressure turbine section and a low-pressure turbine section.
  • a live steam first flows into the high-pressure turbine section and then flows to the medium-pressure turbine section and then to the low-pressure turbine section.
  • Steam turbines are used in steam power plants, such as in fossil-fired steam power plants.
  • fossil-fired steam power plants the demands on the efficiencies to be achieved increase.
  • inlet temperatures of up to 630 ° are desirable.
  • Such high temperatures lead to a high thermal stress of the materials for the rotor and for the housing.
  • the limits of use of a rotor are achieved by the thermally highly stressed areas, such as the inflow area.
  • a temperature of a cooling steam whose temperature is higher than that of the high-pressure exhaust steam would be sufficient for cooling.
  • the object of the invention is therefore to provide a steam turbine, which can be better cooled. This is achieved by a steam turbine according to claim 1, further, the object is achieved by a method according to claim 10.
  • An essential feature of the proposed invention is to take the cooling steam for the medium-pressure turbine section from the high-pressure turbine section, wherein the cooling steam is removed from the cooling steam space, which is removed between the thrust balance piston and the high pressure inner housing.
  • this cooling steam consists of partially-expanded steam, this is cool enough to cool the medium-pressure rotor.
  • cooling steam in this case a cooling steam is used, which is used for cooling the high-pressure turbine section.
  • This cooling steam is also referred to as internal cooling steam.
  • This internal cooling steam is used for external cooling of the medium pressure range. This leads to a minimization of the undesired negative influence on the turbine efficiency by minimizing the cooling mass flow requirement and thus also minimizing the expenditure on equipment.
  • Another advantageous effect is that the exergetic losses that occur when mixing two steam mass flows of different temperature, turn out to be lower. Furthermore, a smaller operating clearance is established at the seals. Thus, both effects reduce the efficiency level disadvantage of medium pressure shaft cooling.
  • another advantage of using the piston leakage steam for cooling is that the fluctuations in the cooling steam temperature (fed from the space behind the thrust balance piston) are lower.
  • the steam turbine is developed in such a way that a high-pressure outer housing is arranged around the high-pressure rotor and the high-pressure inner housing, wherein the thrust balance piston has a back in the direction of rotation to the high-pressure outer housing facing back and between the back and the outer housing, a further cooling steam space is formed, which is fluidically connected to the cooling steam space.
  • the high-pressure turbine part has a live steam supply duct
  • the high-pressure inner housing comprises a plurality of guide vanes arranged such that along a flow direction a flow duct with a plurality of blade stages, one row of rotor blades and one row of stator vanes, is formed
  • the high-pressure inner housing has a connection, which is formed as a communicating tube between the flow channel after a blade stage and the thrust balance piston of the high-pressure rotor and high-pressure inner housing
  • the high-pressure inner housing has a cross-return passage, which a communicating tube is selected between the cooling steam space and an inflow space arranged downstream of a vane stage in the flow channel.
  • the FIG. 1 shows a high pressure turbine part 1.
  • the high pressure turbine part 1 comprises a plurality of blades 2 (for clarity, is in FIG. 1 only one blade provided with the reference numeral 2.
  • the high-pressure rotor 3 is rotatably supported about a rotation axis 4.
  • the high-pressure rotor 3 comprises a thrust balance piston 5, which is arranged between an inflow region 6 and an outer housing 7. Between the thrust balance piston 5 and a high-pressure inner housing 8, a cooling steam space 9 is formed.
  • the high-pressure inner housing 8 is arranged around the high-pressure rotor 3.
  • the high-pressure turbine part 1 has a high-pressure inflow region 6, through which hot steam flows during operation.
  • the hot incoming steam then flows through several high pressure blades and high pressure vanes.
  • the thermal energy of the steam is converted into rotational energy of the rotor 3 in this case.
  • the bearing of the rotor 3 is in the FIG. 1 not shown in detail.
  • the steam flows out of a discharge area 10 out of the high-pressure turbine section 1.
  • the FIG. 1 further shows a medium-pressure turbine section 11, which has a medium-pressure rotor 12 and a medium-pressure inner housing arranged around the medium-pressure rotor 12 13 has.
  • the medium-pressure inner housing 13 is arranged in a medium-pressure outer housing 14.
  • the medium-pressure rotor 12 comprises a plurality of blades 15 distributed over the circumference. For reasons of clarity, only one blade is provided with the reference numeral 15. Furthermore, the medium-pressure inner housing 13 has a plurality of guide vanes 16 evenly distributed about the rotation axis 4. For reasons of clarity, only one vane is provided with the reference numeral 16. A medium-pressure steam flows into a medium-pressure inflow region 17. This vapor flows in a medium-pressure inflow direction 18, which is approximately perpendicular to the axis of rotation 4.
  • the medium-pressure inflow steam in this case meets a guide ring 19, which has a first diagonal stage 20, which deflects the steam to a first flow 21. Furthermore, the steam flows via a second diagonal stage 22 to a second tide 23.
  • the guide ring 19 comprises a first guide ring 19a and a second guide ring 19b. Furthermore, the guide ring 19 has a cooling line into which the cooling steam is introduced and through which the cooling steam flows. This cooling steam line 24 protrudes into a space which is formed by the guide ring 19 and the relief groove 25 of the medium-pressure rotor.
  • the cooling line 24 is fluidically connected to the cooling steam space 9 and the further cooling steam space 28.
  • FIG. 2 shows the inflow region of the medium-pressure turbine part 11th
  • the thrust balance piston 5 has a back 27 pointing in the direction of rotation axis 26 to the high pressure outer housing 7. Between the back 27 and the high-pressure outer casing 7, a further cooling steam space 28 is formed, which is fluidically connected to the cooling steam space 9.
  • the high pressure outer housing 7 has a line for the fluidic connection of the further cooling steam space 28 with the cooling line (in FIG. 3 Not shown).
  • the high-pressure outer casing 7 and the high-pressure inner casing 8 are formed such that the high-pressure part turbine 1 has a live steam supply passage 29.
  • the high pressure inner casing 8 includes a plurality of high pressure vanes 30.
  • the high pressure vanes 30 are arranged such that along a flow direction 31 is formed a flow channel 32 having a plurality of blade stages each having a row of blades and a row of vanes.
  • the high-pressure inner housing 8 has a connection 33, 34, 35, which is formed as a communicating tube between the flow channel 32 after a blade stage and a thrust balance piston antechamber 36 of the high-pressure rotor 3 and the high-pressure inner housing 8.
  • the high-pressure inner housing 8 has a cross return channel 37, which is designed as a communicating tube between the cooling steam space 9 and an inflow space 38 arranged in the flow channel 32 after a vane stage.
  • the cross-return channel 37 may also be formed as a communicating tube between the thrust balance piston antechamber 36 and arranged after a blade stage inflow space 38 in the flow channel 32.
  • the guide ring 19 has a non-contact seal (eg labyrinth seal 39), both in the first flow 21 and in the second flow 23.
  • a non-contact seal eg labyrinth seal 39

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Dampfturbine. Die Dampfturbine umfasst einen Hochdruck-Teil (1) und einen Mitteldruck-Teil (11), wobei ein Kühldampf aus der Hochdruck-Teilturbine (1) in die Mitteldruck-Teilturbine (11) strömt. Der Kühldampf wird aus einem Kühldampfraum entnommen, der zwischen einem Schubausgleichskolben und einem Hochdruck-Innengehäuse gebildet ist, und über eine Kühlleitung (24) in eine Rotor-Entlastungsnut (25) eingeleitet, welche in einem Mitteldruck-Einströmbereich (17) der Mitteldruck-Teilturbine angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine umfassend eine Hochdruck-Teilturbine umfassend einen mehrere Laufschaufeln umfassenden drehbar gelagerten Hochdruck-Rotor mit einem Schubausgleichskolben und ein um den Hochdruck-Rotor angeordnetes Hochdruck-Innengehäuse, wobei zwischen den Schubausgleichskolben und dem Hochdruck-Innengehäuse ein Kühldampfraum gebildet ist und eine Mitteldruck-Teilturbine, wobei die Mitteldruck-Teilturbine einen Mitteldruck-Rotor umfasst, wobei der Mitteldruck-Rotor einen Einströmbereich aufweist, wobei eine Kühlleitung in den Einströmbereich ragt, die strömungstechnisch mit der Hochdruck-Teilturbine verbunden ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine.
  • 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.
  • Eine Dampfturbine umfasst üblicherweise einen mit Schaufeln besetzten drehbar gelagerten Rotor, der innerhalb eines Gehäuses bzw. Gehäusemantels angeordnet ist. Bei Durchströmung des vom Gehäusemantel gebildeten Innenraums des Strömungskanals 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 Innengehäuse sind darüber hinaus üblicherweise stationäre Leitschaufeln aufgehängt, welche entlang einer axialen Ausdehnung des Körpers in die Zwischenräume der Rotorschaufeln greifen. Eine Leitschaufel ist üblicherweise an einer ersten Stelle entlang einer Innenseite des Dampfturbinen-Gehäuses gehalten. Dabei ist sie üblicherweise Teil einer Leitschaufelreihe, welche eine Anzahl von Leitschaufeln umfasst, die entlang eines Innenumfangs an der Innenseite des Dampfturbinen-Gehäuses angeordnet sind. Dabei weist jede Leitschaufel mit ihrem Schaufelblatt radial nach innen. Eine Leitschaufelreihe an der genannten ersten Stelle entlang der axialen Ausdehnung wird auch als Leitschaufelgitter oder -kranz bezeichnet. Üblicherweise ist eine Anzahl von Leitschaufelreihen hinter einander geschaltet. Entsprechend ist an einer zweiten Stelle entlang der axialen Ausdehnung hinter der ersten Stelle eine weitere zweite Schaufel entlang der Innenseite des Dampfturbinen-Gehäuses gehalten. Ein Paar einer Leitschaufelreihe und einer Laufschaufelreihe wird auch als Schaufelstufe bezeichnet.
  • 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 einer Längsrichtung der Dampfturbine einen Innenraum in Form eines Strömungskanals aufweist, der zur Durchströmung mit dem Arbeitsmedium in Form von 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.
  • 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 wirtschaftlichen und sicheren Betrieb der Dampfturbine auch bei besonders hohen Temperaturen zu ermöglichen, kann daher eine Kühlung einzelner Bauteile oder Komponenten wünschenswert sein. Die Bauteile sind nämlich in ihrer Temperaturfestigkeit begrenzt. Ohne effiziente Kühlung würden bei steigenden Temperaturen wesentlich teurere Materialien (z.B. Nickel-Basis-Legierungen) notwendig.
  • Bei den bisher bekannten Kühlmethoden, insbesondere für einen Dampfturbinen-Körper in Form eines Dampfturbinengehäuses oder eines Rotors, ist zwischen einer aktiven Kühlung und einer passiven Kühlung zu unterscheiden. Bei einer aktiven Kühlung wird eine Kühlung durch ein dem Dampfturbinen-Körper separat, d.h. zusätzlich zum Arbeitsmedium zugeführtes Kühlmedium bewirkt. Dagegen erfolgt eine passive Kühlung lediglich durch eine geeignete Führung oder Verwendung des Arbeitsmediums. Bisher wurden Dampfturbinenkörper vorzugsweise passiv gekühlt.
  • Dampfturbinen umfassen in der Regel eine Hochdruck-Teilturbine, eine Mitteldruck-Teilturbine sowie eine Niederdruck-Teilturbine. Ein Frischdampf strömt zunächst in die Hochdruck-Teilturbine und strömt anschließend zur Mitteldruck-Teilturbine und danach zur Niederdruck-Teilturbine. Dampfturbinen werden in Dampfkraftwerken eingesetzt, wie z.B. bei fossil befeuerten Dampfkraftwerken. Bei fossil befeuerten Dampfkraftwerken steigen die Anforderungen an die zu erreichenden Wirkungsgrade. Es wird zunehmend eine Auslegung auf höhere Dampftemperaturen gefordert und gewünscht. Somit sind Eintrittstemperaturen von bis zu 630° wünschenswert. Solch hohe Temperaturen führen zu einer hohen thermischen Beanspruchung der Materialien für den Rotor und für die Gehäuse. Die Einsatzgrenzen eines Rotors werden durch die thermisch hoch beanspruchten Bereiche, wie z.B. den Einströmbereich erreicht. Bei einer Erhöhung der Temperatur nimmt der Festigkeitskennwert für die Materialien der Rotoren überproportional ab. Somit ergeben sich aus der Materialtemperatur, insbesondere bei Mitteldruck-Teilturbinen-Rotoren maximal zulässige Wellendurchmesser bezogen auf die Auslastung im Welleninneren oder maximal zulässige Fliehkräfte im randnahen Bereich von Rotoren, die insbesondere bei 60 Hz-Anwendungen zu Einschränkungen führen können. Im Allgemeinen lässt sich durch eine Temperaturabsenkung, d. h. die Oberfläche und/oder das Welleninnere wird gekühlt, entweder eine Erweiterung der mechanischen Einsatzgrenzen des Rotors bei gegebenem Werkstoff erzielen oder in anderen Fällen ein Wechsel zu hochwertigeren und teureren Werkstoffen vermeiden. Problematisch ist allerding, dass jede Kühlung eine negative Auswirkung auf den Teilturbinen-Wirkungsgrad hat. Die Verwendung von Kühldampf, dessen Druckniveau nur leicht über dem der Mitteldruck-Einströmung liegt, stellt somit bei Minimierung der erforderlichen Kühldampfmenge eine bekannte und wirkungsgradtechnisch zweckdienliche Möglichkeit dar. Da solch ein Dampf nur die Zwischenüberhitzung und die Mitteldruck-Ventile bypasst, nicht jedoch aktive Turbinenstufen, bleibt der Wirkungsgradeinfluss vergleichsweise gering. Insbesondere bei vergleichsweise großen zweiflutig ausgeführten Mitteldruck-Teilturbinen ist häufig die Rotorachse, die bezüglich der Integrität führende Position, da dort die Kombination aus hohen Fliehkräften und hohen Temperaturen zu hohen Kriechdehnungen bzw. Kriecherschöpfung führt. Es ist daher bekannt einen Hochdruck-Abdampf zu nehmen und diesen unterhalb der Abschirmung der Leitringe einer Diagonalstufe einzuleiten, um somit den Einströmbereich einer Mitteldruck-Teilturbine zu kühlen. Der thermodynamische Verlust ist daher als gering einzuschätzen. Allerdings gibt es hier den Nachteil, dass der Einströmbereich der Mitteldruck-Teilturbine mit einer relativ großen Temperaturdifferenz konfrontiert ist.
  • Eine Temperatur eines Kühldampfes, dessen Temperatur höher ist als die des Hochdruck-Abdampfes würde zur Kühlung ausreichen. Allerdings wäre es kontraproduktiv den Dampf aus dem heißeren Bereich einer Hochdruck-Beschaufelung zu nehmen, da hier mit den Druckdifferenzen auch die thermodynamischen Verluste steigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dampfturbine anzugeben, die besser gekühlt werden kann.
    Gelöst wird dies durch eine Dampfturbine gemäß Anspruch 1, des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10.
  • Ein wesentliches Merkmal der vorgeschlagenen Erfindung ist es, den Kühldampf für die Mitteldruck-Teilturbine aus der Hochdruck-Teilturbine zu entnehmen, wobei der Kühldampf aus dem Kühldampfraum entnommen wird, der zwischen dem Schubausgleichskolben und dem Hochdruck-Innengehäuse entnommen wird.
  • Da dieser Kühldampf aus teil-expandiertem Dampf besteht, ist dieser kühl genug, um den Mitteldruck-Rotor zu kühlen.
  • Als Kühldampf wird hierbei ein Kühldampf verwendet, der zur Kühlung der Hochdruck-Teilturbine verwendet wird. Dieser Kühldampf wird auch als interner Kühldampf bezeichnet. Dieser interne Kühldampf wird für eine externe Kühlung des Mitteldruck-Bereiches verwendet. Dies führt zu einer Minimierung des unerwünschten negativen Einflusses auf den Turbinenwirkungsgrad durch eine Minimierung des Kühlmassenstrombedarfs und somit auch die Minimierung des apparativen Aufwands.
  • Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass die exergetischen Verluste, die bei der Mischung zweier Dampfmassenströme unterschiedlicher Temperatur entstehen, geringer ausfallen. Des Weiteren stellt sich ein kleineres Betriebsspiel an den Dichtungen ein. Somit reduzieren beide Effekte den Wirkunggrad-Nachteil der Mitteldruck-Wellenkühlung. Für Kraftwerke mit kaskadierendem Umleitsystem ist ein weiterer Vorteil der Verwendung des Kolbenleckdampfes zur Kühlung, dass die Schwankungen der Kühldampftemperatur (die aus dem Raum hinter dem Schubausgleichskolben gespeist werden) geringer ausfallen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Dampfturbine derart weitergebildet, dass um den Hochdruck-Rotor und dem Hochdruck-Innengehäuse ein Hochdruck-Außengehäuse angeordnet ist, wobei der Schubausgleichskolben eine in Rotationsrichtung zum Hochdruck-Außengehäuse hin zeigende Rückseite aufweist und zwischen der Rückseite und dem Außengehäuse ein weiterer Kühldampfraum ausgebildet ist, der mit dem Kühldampfraum strömungstechnisch verbunden ist.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die Hochdruck-Teilturbine einen Frischdampf-Zuführungskanal auf, wobei das Hochdruck-Innengehäuse mehrere Leitschaufeln umfasst, die derart angeordnet sind, dass entlang einer Strömungsrichtung ein Strömungskanal mit mehreren Schaufelstufen, jeweils eine Reihe Laufschaufeln und eine Reihe Leitschaufeln aufweisen, gebildet ist, wobei das Hochdruck-Innengehäuse eine Verbindung aufweist, die als kommunizierende Röhre zwischen dem Strömungskanal nach einer Schaufelstufe und dem Schubausgleichskolben des Hochdruck-Rotors und es Hochdruck-Innengehäuses ausgebildet ist, wobei das Hochdruck-Innengehäuse einen Kreuz-Rückführungskanal aufweist, der als eine kommunizierende Röhre zwischen dem Kühldampfraum und einem nach einer Schaufelstufe angeordnetem Zuströmraum im Strömungskanal ausgewählt wird.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, nur zur Erläuterung dienlich in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
  • Es zeigen:
    • FIG 1
    eine schematische Darstellung einer Dampfturbine umfassend eine Hochdruck- und Mitteldruck-Teilturbine,
    FIG 2
    eine schematische Darstellung des Einströmbereichs der Mitteldruck-Teilturbine;
    FIG 3
    eine schematische Darstellung eines Teils der Hochdruck-Teilturbine.
  • Bauteile mit gleicher Funktionsweise erhalten die gleichen Bezugszeichen.
  • Die FIG 1 zeigt eine Hochdruck-Teilturbine 1. Die Hochdruck-Teilturbine 1 umfasst einen mehrere Laufschaufeln 2 (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in FIG 1 lediglich eine Laufschaufel mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Der Hochdruck-Rotor 3 ist um eine Rotationsachse 4 drehbar gelagert. Der Hochdruck-Rotor 3 umfasst einen Schubausgleichskolben 5, der zwischen einem Einströmbereich 6 und einem Außengehäuse 7 angeordnet ist. Zwischen dem Schubausgleichskolben 5 und einem Hochdruck-Innengehäuse 8 ist ein Kühldampfraum 9 gebildet.
  • Das Hochdruck-Innengehäuse 8 ist um den Hochdruck-Rotor 3 angeordnet. Die Hochdruck-Teilturbine 1 weist einen Hochdruck-Einströmbereich 6, durch den im Betrieb ein heißer Dampf einströmt. Der heiße einströmende Dampf strömt anschießend durch mehrere Hochdruck-Laufschaufeln und Hochdruck-Leitschaufeln. Die thermische Energie des Dampfes wird in Rotationsenergie des Rotors 3 hierbei umgewandelt.
  • Die Lagerung des Rotors 3 ist in der FIG 1 nicht näher dargestellt. Nach der Durchströmung des heißen Dampfes durch den Strömungskanal in der Hochdruck-Teilturbine 1 strömt der Dampf aus einem Abströmbereich 10 aus der Hochdruck-Teilturbine 1 heraus. Die FIG 1 zeigt des Weiteren eine Mitteldruck-Teilturbine 11, die einen Mitteldruck-Rotor 12 sowie ein um den Mitteldruck-Rotor 12 angeordnetes Mitteldruck-Innengehäuse 13 aufweist. Das Mitteldruck-Innengehäuse 13 ist in einem Mitteldruck-Außengehäuse 14 angeordnet.
  • Der Mitteldruck-Rotor 12 umfasst mehrere Laufschaufeln 15 auf den Umfang verteilt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Laufschaufel mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Des Weiteren weist das Mitteldruck-Innengehäuse 13 mehrere um die Rotationsachse 4 gleichmäßig verteilte Leitschaufeln 16 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine Leitschaufel mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Ein Mitteldruck-Dampf strömt in einen Mitteldruck-Einströmbereich 17. Dieser Dampf strömt in einer Mitteldruck-Einströmrichtigung 18, die in etwa senkrecht zur Rotationsachse 4 ist.
  • Der Mitteldruck-Einströmdampf trifft hierbei auf einen Leitring 19, der eine erste Diagonalstufe 20 aufweist, der den Dampf zu einer ersten Flut 21 ablenkt. Des Weiteren strömt der Dampf über eine zweite Diagonalstufe 22 zu einer zweiten Flut 23.
  • Der Leitring 19 umfasst einen ersten Leitring 19a und einen zweiten Leitring 19b. Des Weiteren weist der Leitring 19 eine Kühlleitung auf, in den der Kühldampf eingeleitet wird und durch die der Kühldampf strömt. Diese Kühldampfleitung 24 ragt in einen Raum, der durch den Leitring 19 und die Entlastungsnut 25 des Mitteldruck-Rotors gebildet wird.
  • Die Kühlleitung 24 ist mit dem Kühldampfraum 9 und dem weiteren Kühldampfraum 28 strömungstechnisch verbunden.
  • Die FIG 2 zeigt den Einströmbereich der Mitteldruck-Teilturbine 11.
  • Der Schubausgleichskolben 5 weist eine in Rotationsachsenrichtung 26 zum Hochdruck-Außengehäuse 7 hin zeigende Rückseite 27 auf. Zwischen der Rückseite 27 und dem Hochdruck-Außengehäuse 7 ist ein weiterer Kühldampfraum 28 ausgebildet, der mit dem Kühldampfraum 9 strömungstechnisch verbunden ist.
  • Das Hochdruck-Außengehäuse 7 weist eine Leitung zum strömungstechnischen Verbinden des weiteren Kühldampfraumes 28 mit der Kühlleitung auf (in FIG 3 nicht gezeigt).
  • Das Hochdruck-Außengehäuse 7 und das Hochdruck-Innengehäuse 8 sind derart ausgebildet, dass die Hochdruck-Teilturbine 1 einen Frischdampfzuführungskanal 29 aufweist. Das Hochdruck-Innengehäuse 8 umfasst mehrere Hochdruck-Leitschaufeln 30. Die Hochdruck-Leitschaufeln 30 sind derart angeordnet, dass entlang einer Strömungsrichtigung 31 ein Strömungskanal 32 mit mehreren Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Laufschaufeln und eine Reihe Leitschaufeln aufweisen gebildet ist.
  • Das Hochdruck-Innengehäuse 8 weist eine Verbindung 33, 34, 35 auf, die als kommunizierende Röhre zwischen dem Strömungskanal 32 nach einer Schaufelstufe und einem Schubausgleichskolben-Vorraum 36 des Hochdruck-Rotors 3 und des Hochdruck-Innengehäuses 8 ausgebildet ist.
  • Das Hochdruck-Innengehäuse 8 weist einen Kreuz-Rückführungskanal 37 auf, der als kommunizierende Röhre zwischen dem Kühldampfraum 9 und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zuströmraum 38 im Strömungskanal 32 ausgebildet ist.
  • Der Kreuz-Rückführungskanal 37 kann auch als kommunizierende Röhre zwischen dem Schubausgleichskolben-Vorraum 36 und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zuströmraum 38 im Strömungskanal 32 ausgebildet sein.
  • Der Leitring 19 weist eine berührungslose Dichtung (z. B. Labyrinthdichtung 39), sowohl in der ersten Flut 21, als auch in der zweiten Flut 23 auf.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Dampfturbine umfassend eine Hochdruck-Teilturbine (1) umfassend einen mehrere Laufschaufeln umfassenden, drehbar gelagerten Hochdruck-Rotor (3) mit einem Schubausgleichskolben (5) und ein um den Hochdruck-Rotor (3) angeordnetes Hochdruck-Innengehäuse (8),
    wobei zwischen den Schubausgleichskolben (5) und dem Hochdruck-Innengehäuse (8) ein Kühldampfraum (9) gebildet ist und eine Mitteldruck-Teilturbine (11), wobei die Mitteldruck-Teilturbine (11) einen Mitteldruck-Rotor (12) umfasst, wobei der Mitteldruck-Rotor (12) einen Einströmbereich (17) aufweist, wobei eine Kühlleitung (24) in den Einströmbereich (17) ragt, die strömungstechnisch mit der Hochdruck-Teilturbine (1) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kühlleitung (24) mit dem Kühldampfraum (9) strömungstechnisch verbunden ist.
  2. Dampfturbine nach Anspruch 1,
    wobei um den Hochdruck-Rotor (3) und dem Hochdruck-Innengehäuse (8) ein Hochdruck-Außengehäuse (7) angeordnet ist, wobei der Schubausgleichskolben (5) eine in Rotationsachsenrichtung (26) zum Hochdruck-Außengehäuse (7) hin zeigende Rückseite (27) aufweist, ein weiterer Kühldampfraum (28) ausgebildet ist, der mit dem Kühldampfraum (9) strömungstechnisch verbunden ist.
  3. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Hochdruck-Außengehäuse (7) eine Leitung zum strömungstechnischen Verbinden des weiteren Kühldampfraumes (28) mit der Kühlleitung (24) aufweist.
  4. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Mitteldruck-Teilturbine (11) zweiflutig ausgebildet ist.
  5. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Hochdruck-Außengehäuse (7) und das Hochdruck-Innengehäuse (8) der Hochdruck-Teilturbine (1) einen Frischdampfzuführungskanal (29) aufweisen, wobei das Hochdruck-Innengehäuse (8) mehrere Leitschaufeln umfasst, die derart angeordnet sind, dass entlang einer Strömungsrichtung (31) ein Strömungskanal (32) mit mehreren Schaufelstufen, die jeweils eine Reihe Laufschaufeln in eine Reihe Leitschaufeln aufweisen, gebildet ist, wobei das Hochdruck-Innengehäuse (8) eine Verbindung (33, 34, 35) aufweist, die als kommunizierende Röhre zwischen dem Strömungskanal (32) nach einer Schaufelstufe und dem Schubausgleichskolben (5) des Hochdruck-Rotors (3) und des Hochdruck-Innengehäuses (8) ausgebildet ist, wobei das Hochdruck-Innengehäuse (8) einen Kreuz-Rückführungskanal (37) aufweist, der als eine kommunizierende Röhre zwischen dem Kühldampfraum (9) und einem nach einer Schaufelstufe angeordneten Zuströmraum (38) im Strömungskanal (32) ausgebildet ist.
  6. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei im Mitteldruck-Einströmbereich (17) der Mitteldruck-Rotor (12) eine Entlastungsnut (25) aufweist.
  7. Dampfturbine nach Anspruch 6,
    wobei über der Entlastungsnut (25) ein Diagonalring (19a) angeordnet ist, der derart ausgebildet ist, dass ein in den Mitteldruck-Einströmbereich (17) einströmender Dampf, sowohl in die erste Flut (21) als auch in die zweite Flut (23) umleitbar ist und im Diagonalring (19a) die Kühlleitung (24) angeordnet ist.
  8. Dampfturbine nach Anspruch 7,
    wobei die Kühlleitung (24) in die Entlastungsnut (25) mündet.
  9. Dampfturbine nach Anspruch 8,
    wobei zwischen dem Diagonalring (19a) und dem Mitteldruck-Rotor (12) eine berührungslose Dichtung, insbesondere Labyrinthdichtung (39) angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine,
    die nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, wobei ein Kühldampf aus der Hochdruck-Teilturbine (1), in die Mitteldruck-Teilturbine (11) geleitet wird.
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