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EP3561238A1 - Anordnung für eine dampfturbine - Google Patents

Anordnung für eine dampfturbine Download PDF

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Publication number
EP3561238A1
EP3561238A1 EP18169492.8A EP18169492A EP3561238A1 EP 3561238 A1 EP3561238 A1 EP 3561238A1 EP 18169492 A EP18169492 A EP 18169492A EP 3561238 A1 EP3561238 A1 EP 3561238A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
additional
pressure
steam line
line
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Withdrawn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
EP18169492.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Hecker
Lars Homeier
Norbert Pieper
Rainer Quinkertz
Michael Wechsung
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 EP18169492.8A priority Critical patent/EP3561238A1/de
Priority to CN201980027985.8A priority patent/CN112004996B/zh
Priority to PCT/EP2019/058515 priority patent/WO2019206597A1/de
Publication of EP3561238A1 publication Critical patent/EP3561238A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines
    • 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
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • 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
    • F01D25/04—Antivibration arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the invention relates to an arrangement comprising a steam turbine, a steam supply, which is fluidly connected to an inflow of the steam turbine, wherein the inflow is fluidly connected to a flow channel and a steam valve, which is arranged in the steam supply, further comprising an additional steam line, the fluidic with an auxiliary inflow area of the steam turbine is connected, an additional steam valve, which is arranged in the additional steam line, wherein the Rajinström Suite is arranged downstream of the flow channel.
  • Steam turbines usually include several sub-turbines, which are classified, for example, in a high-pressure, medium-pressure and low-pressure turbine section.
  • steam turbines comprising a plurality of sub-turbines and having a common shaft. The length of the shaft is comparatively long.
  • a live steam is generated. This live steam passes through live steam lines and a live steam valve in a high-pressure turbine section.
  • This live steam usually flows into an inflow region of a high-pressure turbine part, wherein the inflow region opens into a flow channel, which is characterized by guide vanes and rotor blades. In the flow channel, the thermal energy of the steam is converted into a rotational energy of the wave.
  • an additional steam mass flow flows into the steam turbine to increase performance.
  • This additional vapor mass flow is inserted downstream into the flow channel.
  • the introduction of the additional vapor mass flow leads to conditions that act on the rotor, which carries the risk that the rotor could be excited to vibrate.
  • an arrangement comprising a steam turbine, a steam supply line, which is fluidically connected to an inflow region of the steam turbine, wherein the inflow region is fluidically connected to a flow channel and a steam valve, which is arranged in the steam supply line, further comprising an additional steam line, which is fluidically connected to an additional inflow region of the steam turbine, an additional steam valve which is arranged in the additional steam line, the additional inflow region being arranged downstream of the flow channel, a means for increasing the pressure loss being arranged in the additional steam line.
  • the invention thus consists in deliberately increasing the pressure loss in the additional steam line in order to dampen the disturbances that may possibly arise from the steam valve.
  • the means is designed as a valve.
  • the valve is set to a position at which the pressure loss is optimal for the application. A further adjustment of the position is usually not required.
  • the agent is formed as a diaphragm.
  • a single-hole orifice or a multi-hole orifice is arranged in the additional steam line.
  • the pressure loss of the additional throttle body should be at least 5% of the pressure reduction of the additional steam valve during operation. Accordingly, the aperture is designed.
  • the additional steam line is divided after the additional steam valve into a first additional steam line and into a second auxiliary steam line, wherein the first additional steam line opens into a first 1925zeinström Suite in the flow channel and the second additional steam line opens into another second relievezeinström Suite in the flow channel, wherein in the first auxiliary steam line, a first means for reducing pressure and in the second additional steam line, a second means for reducing pressure is arranged.
  • the additional steam mass flow is divided into two pipes. These pipes each open into an additional inflow region into the flow channel.
  • the first auxiliary inflow region may be located at a 3 o'clock position and the second inflow region may be at a 9 o'clock position, for example.
  • the steam flowing in through the first auxiliary steam line and the second auxiliary steam line can lead to rotor vibrations that are minimized by both in each case a means is arranged in the first auxiliary steam line and in the second auxiliary steam line, which is designed to reduce the pressure.
  • a first means that is either a valve, a diaphragm or a single-hole orifice or a multi-hole orifice.
  • the second means which is arranged in the second auxiliary steam line, as a valve, as a diaphragm, as a single-hole diaphragm or as a multi-hole diaphragm.
  • the pressure loss in each pipeline can be adjusted symmetrically or asymmetrically. This means that the pressure loss through the first means in the first auxiliary steam line is different than the pressure loss of the second means in the second auxiliary steam line in the asymmetric setting. In the symmetrical setting, the pressure loss through the first means and through the second means is identical. In this configuration, the static forces acting on the rotor are minimal. The stronger the flow is damped, the lower the risk of rotor vibrations.
  • the steam turbine is designed as a high-pressure turbine part.
  • Other sub-turbine types such as combined high-medium pressure, medium-pressure, combined medium-low pressure or low-pressure turbines are not excluded.
  • the figure shows an arrangement 1, comprising a steam turbine 2.
  • the steam turbine 2 has an unspecified outer housing, an inner housing and a rotor. After the additional steam valve, the steam flows to a flow divider 5. There, the steam is divided and flows to a first auxiliary steam line 6 and a second auxiliary steam line 7.
  • the first auxiliary steam line 6 opens here in a first additional inflow region 8, which opens into the flow channel, not shown.
  • the second additional steam line 7 opens into another second additional inflow region 9, which opens into the flow channel, not shown.
  • a first means 10 for reducing pressure is arranged in the first auxiliary steam line 6.
  • a second means 11 is arranged in the second additional steam line.
  • the first means may be a valve, an orifice, a single orifice, or a multi-hole orifice.
  • the second means 11 may be a valve, an orifice, a single-hole orifice or a multi-hole orifice.
  • the pressure reduction by the first means in the first auxiliary steam line 6 may have a different value than the value of the pressure reduction, which is achieved by the second means in the second auxiliary steam line 7 (asymmetric arrangement of the pressure losses).
  • the value of the pressure reduction achieved by the first means and the second means may be the same (symmetrical arrangement of pressure drops).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend eine Dampfturbine (2) und zwei Zusatzdampfleitungen zur Dampfturbine (2), wobei in jeder Dampfzuleitung eine Blende (10, 11) angeordnet wird, um dadurch unerwünschte Rotorschwingungen zu minimieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend eine Dampfturbine, eine Dampfzuleitung, die strömungstechnisch mit einem Einströmbereich der Dampfturbine verbunden ist, wobei der Einströmbereich strömungstechnisch mit einem Strömungskanal verbunden ist und ein Dampfventil, das in der Dampfzuleitung angeordnet ist, ferner umfassend eine Zusatzdampfleitung, die strömungstechnisch mit einem Zusatzeinströmbereich der Dampfturbine verbunden ist, ein Zusatzdampfventil, das in der Zusatzdampfleitung angeordnet ist, wobei der Zusatzeinströmbereich stromab des Strömungskanals angeordnet ist.
  • Dampfturbinen umfassen in der Regel mehrere Teilturbinen, die beispielsweise in eine Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruck-Teilturbine eingeteilt werden. Es existieren Ausführungsformen von Dampfturbinen, die mehrere Teilturbinen umfassen und eine gemeinsame Welle aufweisen. Die Länge der Welle ist hierbei vergleichsweise lang. In einem Dampferzeuger wird ein Frischdampf erzeugt. Dieser Frischdampf gelangt über Frischdampfleitungen und ein Frischdampfventil in eine Hochdruck-Teilturbine. Dieser Frischdampf strömt in der Regel in einen Einströmbereich einer Hochdruck-Teilturbine, wobei der Einströmbereich in einen Strömungskanal mündet, der durch Leit- und Laufschaufeln charakterisiert ist. In dem Strömungskanal wird die thermische Energie des Dampfes in eine Rotationsenergie der Welle umgewandelt.
  • Neben dem Hauptventil, durch das ein Frischdampf strömt, existieren Ausführungsformen, bei denen ein Zusatzdampfmassenstrom zur Leistungssteigerung in die Dampfturbine strömt. Dieser Zusatzdampfmassenstrom wird stromab in den Strömungskanal eingefügt. Allerdings führt die Einleitung des Zusatzdampfmassenstroms zu Bedingungen, die auf den Rotor wirken, was die Gefahr birgt, dass der Rotor zu Schwingungen angeregt werden könnte.
  • Um die Kräfte, die durch die Einleitung des Zusatzdampfmassenstromes auf den Rotor wirken, gering zu halten, besteht die Möglichkeit, diesen Zusatzdampfmassenstrom nach einem Dampfventil, das ein Zusatzdampfventil sein kann, auf zwei Rohrleitungen aufzuteilen. Das Strömungsfeld im Bereich der Aufteilung auf die beiden Rohrleitungen ist möglicherweise von ausgeprägt instationärer Natur, so dass periodische Störungen in den beiden Rohrleitungen stromab initiiert werden können, was zu einer unerwünschten Rotorschwingung führen könnte.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, bei der die Gefahr von Rotorschwingungen bei der Einleitung eines Zusatzmassenstroms minimiert wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung, umfassend eine Dampfturbine, eine Dampfzuleitung, die strömungstechnisch mit einem Einströmbereich der Dampfturbine verbunden ist, wobei der Einströmbereich strömungstechnisch mit einem Strömungskanal verbunden ist und ein Dampfventil, das in der Dampfzuleitung angeordnet ist, ferner umfassend eine Zusatzdampfleitung, die strömungstechnisch mit einem Zusatzeinströmbereich der Dampfturbine verbunden ist, ein Zusatzdampfventil, das in der Zusatzdampfleitung angeordnet ist, wobei der Zusatzeinströmbereich stromab des Strömungskanals angeordnet ist, wobei in der Zusatzdampfleitung ein Mittel zur Erhöhung des Druckverlustes angeordnet ist.
  • Die Erfindung besteht also darin, den Druckverlust in der Zusatzdampfleitung bewusst zu erhöhen, um die möglicherweise aus dem Dampfventilkommenden Störungen zu dämpfen.
  • Mit diesem Konzept wird somit eine Strömungsstörung und die damit einhergehende Rotorschwingung signifikant vermindert.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist das Mittel als ein Ventil ausgebildet.
  • Dabei wird das Ventil auf eine Stellung eingestellt, bei der der Druckverlust für den Anwendungsfall optimal ist. Eine weitere Anpassung der Stellung ist in der Regel nicht erforderlich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das Mittel als eine Blende ausgebildet. Dies ist eine besonders günstige Ausführungsform. Dabei wird eine Einlochblende oder eine Mehrlochblende in die Zusatzdampfleitung angeordnet. Der Druckverlust des zusätzlichen Drosselorgans soll mindestens 5% des Druckabbaus des Zusatzdampfventils im Betrieb betragen. Dementsprechend wird die Blende ausgestaltet. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Zusatzdampfleitung nach dem Zusatzdampfventil in eine erste Zusatzdampfleitung und in eine zweite Zusatzdampfleitung aufgeteilt, wobei die erste Zusatzdampfleitung in einen ersten Zusatzeinströmbereich in den Strömungskanal mündet und die zweite Zusatzdampfleitung in einen anderen zweiten Zusatzeinströmbereich in den Strömungskanal mündet, wobei in der ersten Zusatzdampfleitung ein erstes Mittel zur Druckverminderung und in der zweiten Zusatzdampfleitung ein zweites Mittel zur Druckverminderung angeordnet ist.
  • Hier wird der Umstand berücksichtigt, dass der Zusatzdampfmassenstrom auf zwei Rohrleitungen aufgeteilt wird. Diese Rohrleitungen münden jeweils in einen Zusatzeinströmbereich in den Strömungskanal. Der erste Zusatzeinströmbereich kann beispielsweise in einer 3-Uhr-Position und der zweite Einströmbereich kann beispielsweise in einer 9-Uhr-Position angeordnet sein. Der durch die erste Zusatzdampfleitung und zweite Zusatzdampfleitung einströmende Dampf kann zu Rotorschwingungen führen, die dadurch minimiert werden, dass sowohl in der ersten Zusatzdampfleitung als auch in der zweiten Zusatzdampfleitung jeweils ein Mittel angeordnet wird, das zur Druckverminderung ausgebildet ist. So wird vorgeschlagen, in der ersten Zusatzdampfleitung ein erstes Mittel anzuordnen, dass entweder ein Ventil, eine Blende oder eine Einlochblende oder eine Mehrlochblende ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, das zweite Mittel, das in der zweiten Zusatzdampfleitung angeordnet ist, als Ventil, als Blende, als Einlochblende oder als Mehrlochblende auszubilden. Der Druckverlust in jeder Rohrleitung kann dabei symmetrisch oder asymmetrisch eingestellt werden. Das bedeutet, dass der Druckverlust durch das erste Mittel in der ersten Zusatzdampfleitung anders ist als der Druckverlust des zweiten Mittels in der zweiten Zusatzdampfleitung bei der asymmetrischen Einstellung. Bei der symmetrischen Einstellung ist der Druckverlust durch das erste Mittel und durch das zweite Mittel identisch. In dieser Konfiguration sind die auf den Rotor wirkenden statischen Kräfte minimal. Je stärker die Strömung gedämpft wird, umso geringer ist die Gefahr von Rotorschwingungen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Dampfturbine als Hochdruck-Teilturbine ausgebildet. Weitere Teilturbinen-Typen wie kombinierte Hoch-Mitteldruck-, Mitteldruck-, kombinierte Mittel-Niederdruck oder Niederdruckturbinen sind nicht ausgenommen.
  • 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 der Zeichnung näher erläutert wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo 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 zeigt
    • Figur
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung
  • Die Figur zeigt eine Anordnung 1, umfassend eine Dampfturbine 2. Die Dampfturbine 2 weist ein nicht näher dargestelltes Außengehäuse, ein Innengehäuse sowie einen Rotor auf. Über eine Zusatzdampfleitung 3 strömt ein Zusatzdampfmassenstrom über ein Zusatzdampfventil 4. Nach dem Zusatzdampfventil strömt der Dampf zu einem Strömungsteiler 5. Dort teilt sich der Dampf auf und strömt zum einen in eine erste Zusatzdampfleitung 6 und eine zweite Zusatzdampfleitung 7. Die erste Zusatzdampfleitung 6 mündet hierbei in einen ersten Zusatzeinströmbereich 8, der in den nicht näher dargestellten Strömungskanal mündet.
  • Die zweite Zusatzdampfleitung 7 mündet in einen anderen zweiten Zusatzeinströmbereich 9, der in den nicht näher dargestellten Strömungskanal mündet.
  • In der ersten Zusatzdampfleitung 6 ist ein erstes Mittel 10 zur Druckverminderung angeordnet. In der zweiten Zusatzdampfleitung ist ein zweites Mittel 11 angeordnet. Das erste Mittel kann ein Ventil, eine Blende, eine Einzellochblende oder eine Mehrlochblende sein.
  • Das zweite Mittel 11 kann ein Ventil, eine Blende, eine Einzellochblende oder eine Mehrlochblende sein.
  • Die Druckverminderung durch das erste Mittel in der ersten Zusatzdampfleitung 6 kann einen anderen Wert aufweisen als der Wert der Druckverminderung, der durch das zweite Mittel in der zweiten Zusatzdampfleitung 7 erreicht wird (asymmetrische Anordnung der Druckverluste).
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der Wert der Druckverminderung, der durch das erste Mittel und das zweite Mittel erreicht wird, gleich sein (symmetrische Anordnung der Druckverluste).
  • 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 (8)

  1. Anordnung (1) umfassend
    eine Dampfturbine (2),
    eine Dampfzuleitung, die strömungstechnisch mit einem Einströmbereich der Dampfturbine verbunden ist, wobei der Einströmbereich strömungstechnisch mit einem Strömungskanal verbunden ist und
    ein Dampfventil, das in der Dampfzuleitung angeordnet ist,
    ferner umfassend
    eine Zusatzdampfleitung (3), die strömungstechnisch mit einem Zusatzeinströmbereich (8, 9) der Dampfturbine (2) verbunden ist,
    ein Zusatzdampfventil (4), das in der Zusatzdampfleitung (3) angeordnet ist,
    wobei der Zusatzeinströmbereich (8, 9) stromab des Strömungskanals angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Zusatzdampfleitung (6, 7) ein Mittel (10, 11) zur Erhöhung des Druckverlustes angeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1,
    wobei das Mittel (10, 11) ein Ventil ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1,
    wobei das Mittel (10, 11) eine Blende ist.
  4. Anordnung nach Anspruch ein 1 oder 3,
    wobei das Mittel (10, 11) eine Einlochblende oder eine Mehrlochblende ist.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Zusatzdampfleitung (3) sich nach dem Zusatzdampfventil (4) in eine erste Zusatzdampfleitung (6) und in eine zweite Zusatzdampfleitung (7) aufteilt,
    wobei die erste Zusatzdampfleitung (6) in einen ersten Zusatzeinströmbereich (8) in den Strömungskanal mündet und
    die zweite Zusatzdampfleitung (7) in einen anderen zweiten Zusatzeinströmbereich (9) in den Strömungskanal mündet,
    wobei
    in der ersten Zusatzdampfleitung (6) ein erstes Mittel (10) zur Druckverminderung und in der zweiten Zusatzdampfleitung (7) ein zweites Mittel zur Druckverminderung angeordnet sind.
  6. Anordnung nach Anspruch 5,
    wobei der durch das erste Mittel (10) erreichte Wert des Druckverlustes im Vergleich zu dem durch das zweite Mittel (11) erreichte Wert des Druckverlustes unterschiedlich ist.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Mittel (10, 11) derart ausgebildet ist, dass der Druckverlust direkt nach dem Zusatzventil (4) respektive vor dem Zusatzeinströmbereich (8, 9) mindestens 5% des Druckabbaus des Dampfventils (4) im Betrieb beträgt.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Dampfturbine (2) als Hochdruck-Teilturbine ausgebildet ist, wobei weitere Teilturbinen-Typen wie kombinierte Hoch-Mitteldruck-, Mitteldruck-, kombinierte Mittel-Niederdruck oder Niederdruckturbinen nicht ausgenommen sind.
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CN201980027985.8A CN112004996B (zh) 2018-04-26 2019-04-04 蒸汽涡轮机的组件
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CN (1) CN112004996B (de)
WO (1) WO2019206597A1 (de)

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