Thermische Turbine mit innerem und äusserem Gehäuse. Die Erfindung betrifft eine thermische Turbine, insbesondere Dampfturbine, mit einem von einem äussern Gehäuse durch einen Zwischenraum getrennten innern Ge häuse.
Bei thermischen Turbinen, die mit einem Treibmittel hoher Temperatur, beispielsweise Oas oder Dampf arbeiten, wird eine Bean- sprueliung der hohen Temperaturen ausge setzten Bauteile in bekannter Weise dadurch vermieden, dass man ein inneres und ein von diesem durch einen Zwischenraum getrenntes äusseres Gehäuse vorsieht, wobei das äussere Gehäuse, welches auf niedrigerer Temperatur gehalten wird, die Beanspruchung durch den Innendu2ick aufnimmt.
C'rn eine starke Erwärmung des iiusserm l xehä uses durch Wärmestrahlung und Wä.rme- leitung vom innern Gehäuse her zu vermei den, wird bei Gasturbinen der Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen meist mit einem Isoliermaterial ausgefüllt..
Bei Dampfturbinen ist auch schon vor geschlagen worden, den Raiun zwischen innerem und äusserem Gehäuse mit einer Stelle des Treibmittelstromes im Innen- geli,äuse zii verbinden, an welcher das Treib mittel schon teilweise expandiert ist. und niedrigere Temperatur aufweist. Eine solche Massnahme hat aber den Nachteil, dass das im Zwischenraum sieh befindende Treibmittel mehr oder weniger in Ruhe ist. Es kann sich dabei (las Medium im Zwischenraum durch Übertragung der Wärme vom Innengehäuse ebenfalls erhitzen, so dass die Kühlung des Aussengehäuses ungenügend ist.
Anderseits ist auch schon vorgeschlagen worden, die gesamte Treibmittelmenge nach Durchtritt, durch die Turbine durch den Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Aussengehäuse zum entgegengesetzten Ende dieser Turbine zu führen. Dies ergibt. jedoch den Nachteil, dass die ganze Dampfmenge einen Drackabfall infolge der Strömungs widerstände im Zwischenraum erleidet, was mit einem Wirkungsgradverlihst der Anlage verbunden ist.
Im weiteren ergibt. sieh ein Nachteil dadurch, dass für den Austritt der gesamten Dampfmenge auf der Eintrittsseite der Turbine grosse Austrittsstutzen vorgesehen werden müssen, welche auf der gleichen Seite wie die Dampfeintrittsstutzen liegen, und da her deren Anordnung erheblich behindern.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine ausreichende Kühlung des Aussenge häuses zu erreichen unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss da durch erreicht, dass bei einer thermischen Turbine der eingangs beschriebenen Gattung ein Teil des Treibmittels, nachdem es in der Turbine bereits Arbeit geleistet hat und hier durch abgekühlt ist, durch den Zwischenraum zwischen dem innern und dem äussern Ge häuse geleitet wird, und hierdurch als Kühl mittel für das äussere Gehäuse dient. Dadurch, dass nun nur ein Teil der Treib mittelmenge durch den Zwischenraum geführt wird, können einerseits die Strömungsge- sehwindigkeiten so niedrig gehalten werden, dass ein stärkerer Druckabfall vermieden wird.
Ausserdem genügt es, auf der Hoch druckseite der Turbine verhältnismässig kleine Austrittsstutzen für den durch den Zwischenraum zwischen Innengehäuse lind Aussengehäuse geführten Teil des Treib mittels vorzusehen, so dass die Zuführung des in die Turbine eintretenden 'Treibmittels nicht gestört wird.
Anderseits lässt sich aber auf diese Weise ein so grosser Teil von kühlerem Treibmittel durch den Zwischenraum führen, dass immer noch eine hinreichende Kühlung des Aussen gehäuses gewährleistet ist, im Gegensatz zu dem Fall, bei welchem der Zwischenraum einfach mit einer von kühlerem Treibmittel durchflossenen Stelle der Turbine verbunden ist.
In der beiliegenden Zeichnung sind bei spielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes in vereinfachter Darstel- lungsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig.1 einen axialen Längsschnitt durch eine Turbine, Fig.2 einen axialen Längsschnitt durch eine Turbine mit Entnahme von Treibmittel naeh Teilexpansion, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig.1. Fig. 4 einen axialen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Turbi nengehäuses,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V -V der Fig.4 und Fig.6 einen axialen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Turbinenge häuses mit. nur hochdruekseitig vorhandenem Innengehäuse.
Die in Fig.1 dargestellte Turbine weist ein äusseres Gehäuse 1, ein von diesem durch einen Zwischenraum 2 getrenntes, Leit- schaufeln tragendes Innengehäuse 3 und einen mit Laufschaufeln versehenen Läufer 4 auf. Das Treibmittel tritt durch einen Stutzen 5 in die Turbine ein, expandiert in der Schaufelung und verlässt die Schaufelung an einer Stelle 6.
Von hier aus wird ein Teil des Treibmittels abgezweigt und durch den Zwischenraum zwischen dem innern und äussern Gehäuse geleitet. Es wirkt hierbei als Kühlmittel für das äussere Gehäuse. Hernaeh tritt es durch zwei symmetrisch zur Turbinenachse angeord nete Stutzen 7 und 71 aus der Turbine. Der restliche Teil des Treibmittels verlässt die Turbine durch einen Austrittsstutzen B.
Die durch den Zwischenraum 2 geführte Teilmenge kann nach dem Austritt durch die Stutzen 7 und 71 entweder für besondere Zwecke verwendet werden oder der aus dem Stutzen 8 austretenden Menge wieder bei gemengt werden.
Das durch den Zwischenraum geleitete Treibmittel wird, wie aus Fig.3 zu ersehen ist, in diesem Zwischenraum durch Leit- flächen 9 geführt, welche als an der Innen seite des äussern Gehäuses befestigte Rippen ausgeführt sind. Diese können in axialer Richtung verlaufen, können aber auch mit. Vorteil schraubenlinienförmig angeordnet werden, wobei eine Verbesserung der Kühl wirkung für das äussere Gehäuse erzielt wird.
Die in Fig.2' dargestellte Turbine weit ein äusseres Gehäuse 10, ein Leitschaufeln tragendes, aus den Teilen 11 und 111 be stehendes Innengehäuse und einen beschaufel- ten Läufer 12 auf. Das innere Gehäuse und das äussere Gehäuse sind durch einen axial in zwei Räume 13 und 13,1 unterteilten Zwischen raum voneinander getrennt. Das Treibmittel tritt durch einen Stutzen 14 in die Turbine ein. An einer Stelle 15 wird der Turbine ein Teil des Treibmittels nach teilweiser Expan sion entnommen. Dieses entnommene Treib mittel wird durch den hochdruckseitigen. Zwischenraum 13 geleitet und v erlässt die Turbine durch einen Stutzen 16.
Der restliche Teil des Treibmittels expandiert weiter, ver lässt die .Schaufelung an einer Stelle 17 und gelangt nach Durchströmen des niederdruck- seitigen :Baumes <B>131</B> in einen Austritts stutzen 1'8.
Bei einer Dampfturbine kann es sich bei dem entnommenen Treibmittel beispielsweise um der Speisewasservorwärmung dienenden Entnahmedampf handeln, während der Aus trittsstutzen<B>18</B> mit dem Kondensator in Ver bindung stehen kann. Statt, wie dargestellt, die ganze Entnahmemenge durch den Ge- hänsezwischenraum zuleiten, kann auch nur ein Teil des entnommenen Treibmittels durch diesen Zwischenraum geführt werden.
In Fig. 4- ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt, bei wel cher durch den zwischen einem äussern Ge häuse 19 und einem innern Gehäuse 20 einer Turbine gelegenen Zwischenraum 21 ein Teil des 'Treibmittels geleitet wird. Hierbei strömt dieser Teil des Treibmittels durch das Innere von als Rohre 922 ausgebildeten Leitflächen.
Wie aus Fig.5 zu ersehen ist, sind die Rohre mit Längsrippen 23 versehen, welche eine Wärmestrahlung vom innern Gehäuse 20 nach dem äussern Gehäuse 19 abschirmen.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Turbine wird ein Rotor 24 mit Hoehdruekrädern 25 und Niederdruckrädern 26 von einem Aussen gehäuse 27 umschlossen. Ein Innengehäuse 28 ist, nur im Bereiche der Hochdruckstufen vor , Banden. Ein Teil des Treibmittels wird nach der letzten dieser Stufen entnommen und durch den Zwischenraum zwischen dem in- nern Gehäuse 28 und dem äussern Gehäuse 27 geleitet, um durch Stutzen 2!9 weggeführt zu werden.
Der restliche Teil strömt durch die Nieder- dx-uekstufen 26 und verlässt dieTurbine durch das Abströmgehäuse 30. .
Mit einer solchen Bauart ist es möglich, einen sanfteren Temperaturverlauf im Aussen gehäuse zu erhalten und die höchsten Tempe raturen vom Aussengehäuse fernzuhalten. Es kann so bei einer Dampfturbine das ganze Expansionsgefälle von beispielsweise 510 C bis 30 C in einer einzigen Turbine verarbeitet erden, wobei die Temperatur des Aussenge häuses beispielsweise auf 400 C begrenzt werden kann.
Thermal turbine with inner and outer casing. The invention relates to a thermal turbine, in particular a steam turbine, with an inner housing separated from an outer housing by an intermediate space.
In the case of thermal turbines that work with a high-temperature propellant, for example Oas or steam, stress on the components exposed to high temperatures is avoided in a known manner by providing an inner and an outer housing separated from it by a gap, the outer housing, which is kept at a lower temperature, absorbs the stress caused by the inner pressure.
In order to avoid excessive heating of the outer casing due to thermal radiation and heat conduction from the inner casing, the space between the two casings in gas turbines is usually filled with an insulating material.
In the case of steam turbines, it has also been proposed to connect the Raiun between the inner and outer casing to a point of the propellant flow in the inner gel, housing, at which the propellant has already partially expanded. and has lower temperature. However, such a measure has the disadvantage that the propellant located in the space is more or less at rest. The medium in the space can also heat up due to the transfer of heat from the inner housing, so that the cooling of the outer housing is insufficient.
On the other hand, it has also already been proposed that the entire amount of propellant, after passing through the turbine, be guided through the space between the inner casing and the outer casing to the opposite end of this turbine. This gives. however, the disadvantage that the entire amount of steam suffers a drop in pressure as a result of the flow resistances in the space, which is associated with a decrease in the efficiency of the system.
Further results. see a disadvantage in that large outlet nozzles have to be provided on the inlet side of the turbine for the entire amount of steam to exit, which are on the same side as the steam inlet nozzles and therefore significantly impede their arrangement.
The purpose of the present invention is to achieve sufficient cooling of the Aussenge housing while avoiding the disadvantages mentioned above.
According to the invention, this goal is achieved by the fact that in a thermal turbine of the type described at the beginning, part of the propellant is passed through the space between the inner and outer housing after it has already performed work in the turbine and has cooled down here , and thereby serves as a coolant for the outer housing. Because only part of the propellant is now passed through the space, the flow velocities can be kept so low that a greater pressure drop is avoided.
In addition, it is sufficient to provide relatively small outlet stubs on the high pressure side of the turbine for the part of the propellant passed through the space between the inner casing and the outer casing so that the supply of the propellant entering the turbine is not disturbed.
On the other hand, however, such a large part of cooler propellant can be guided through the gap in this way that sufficient cooling of the outer housing is still ensured, in contrast to the case in which the gap is simply filled with a point of the cooler propellant flowing through it Turbine is connected.
In the accompanying drawing, for example, embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in a simplified representation. 1 shows an axial longitudinal section through a turbine, FIG. 2 shows an axial longitudinal section through a turbine with removal of propellant after partial expansion, FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. Fig. 4 is an axial longitudinal section through a further embodiment of a turbine housing,
Fig. 5 is a section along the line V -V of Figure 4 and Figure 6 is an axial longitudinal section through an embodiment of a Turbinenge housing. internal housing only on the high pressure side.
The turbine shown in FIG. 1 has an outer housing 1, an inner housing 3, which is separated from this by an intermediate space 2 and carries guide vanes, and a rotor 4 provided with rotor blades. The propellant enters the turbine through a nozzle 5, expands in the blades and leaves the blades at a point 6.
From here, part of the propellant is branched off and passed through the space between the inner and outer housing. It acts as a coolant for the outer housing. It comes up through two symmetrically to the turbine axis angeord designated nozzles 7 and 71 from the turbine. The remaining part of the propellant leaves the turbine through an outlet nozzle B.
The partial amount passed through the intermediate space 2 can either be used for special purposes after exiting through the connecting pieces 7 and 71 or can be mixed again with the amount emerging from the connecting piece 8.
As can be seen from FIG. 3, the propellant guided through the gap is guided in this gap by guide surfaces 9, which are designed as ribs attached to the inside of the outer housing. These can run in the axial direction, but can also with. Advantageously arranged in a helical manner, an improvement in the cooling effect for the outer housing is achieved.
The turbine shown in FIG. 2 'has an outer housing 10, an inner housing which carries guide vanes and consists of parts 11 and 111, and a bladed rotor 12. The inner housing and the outer housing are separated from one another by an intermediate space which is axially divided into two spaces 13 and 13, 1. The propellant enters the turbine through a nozzle 14. At a point 15, part of the propellant is removed from the turbine after partial expansion. This removed propellant medium is through the high-pressure side. Intermediate space 13 and v leaves the turbine through a nozzle 16.
The remaining part of the propellant expands further, leaves the shoveling at a point 17 and, after flowing through the low-pressure side: tree <B> 131 </B>, arrives at an outlet nozzle 1'8.
In the case of a steam turbine, the propellant withdrawn can, for example, be withdrawal steam used to preheat the feedwater, while the outlet connection 18 can be connected to the condenser. Instead of, as shown, directing the entire withdrawal quantity through the space between the hoses, only part of the propellant removed can also be passed through this space.
In Fig. 4- an embodiment of the subject invention is shown in wel cher through the between an outer Ge housing 19 and an inner housing 20 of a turbine intermediate space 21 part of the 'propellant is passed. This part of the propellant flows through the interior of guide surfaces designed as tubes 922.
As can be seen from FIG. 5, the tubes are provided with longitudinal ribs 23, which shield heat radiation from the inner housing 20 to the outer housing 19.
In the turbine shown in FIG. 6, a rotor 24 with high pressure wheels 25 and low pressure wheels 26 is enclosed by an outer housing 27. An inner housing 28 is, only in the area of the high pressure stages in front, bands. After the last of these stages, part of the propellant is removed and passed through the space between the inner housing 28 and the outer housing 27 in order to be carried away through nozzles 2! 9.
The remaining part flows through the low dx-uekstufe 26 and leaves the turbine through the discharge housing 30..
With such a design, it is possible to obtain a gentler temperature profile in the outer housing and to keep the highest temperatures away from the outer housing. In a steam turbine, the entire expansion gradient of, for example, 510 C to 30 C can be processed in a single turbine, with the temperature of the outer housing being limited to 400 C, for example.