Dampfkraftanlage mit unterhalb der Sattdampflinie arbeitenden Turbinenstufen Die letzten Stufen von Kondensations-Dampf- turbinen arbeiten im allgemeinen im Gebiet unter halb der Sattdampflinie, so dass das Arbeitsmittel aus einem Gemisch von Dampf und! Wasser besteht. Betrachtet man Turbinen für Atomkraftanlagen, so arbeiten entsprechend dem heutigen Stand der Technik fast alle Stufen unterhalb der Sattdampf- linie. Die schädliche Wirkung des Wassers auf das Schaufelmaterial und den Wirkungsgrad der Turbine infolge Bremswirkung ist seit langem bekannt, und man bemühte sich, Abhilfe zu schaffen.
Um das Wasser aus dem Arbeitsmittel zu beseitigen, wurden verschiedene Vorschläge gemacht und konstruktiv durchgebildet, so z. B. Dampftrocknung durch Zwischenbeheizung mit Dampf oder Rauch gasen, Fliehkraftabscheider ausserhalb des Turbinen gehäuses und Entwässerungsvorrichtungen in den Turbinen unter Ausnutzung der Fliehkraftwirkung auf die Wassertropfen innerhalb des Turbinenlauf rades in Verbindung mit Fangvorrichtungen. Die ge nannten Verfahren sind mit Nachteilen verbunden, so dass diese Lösungen nicht immer als befriedigend angesehen werden können.
Die zwei erstgenannten Verfahren haben vor allem den Nachteil, dass der gesamte Dampf aus der Turbine herausgeführt werden muss, was mit erheblichen Verlusten ver bunden ist und zu einer mehrgehäusigen Turbinen bauart führt. Die Feuchtigkeitsbeseitigung durch Zwischenbeheizung ist auch wärmetechnisch schlechter als eine mechanische Dampftrocknung. Die bekannten Turbinenentwässerungsvorrichtungen ergeben keine zufriedenstellende Dampftrocknung, so dass der schädliche Einfluss der Wassertropfen nur geringfügig herabgesetzt werden kann.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wird erfin dungsgemäss für Dampfkraftanlagen mit unterhalb der Sattdampflinie arbeitenden Turbinenstufen vor- geschlagen, im Turbinengehäuse auf dem ganzen Umfang der zu entwässernden Stufen Fliehkraft- abscheider anzuordnen, in denen die Feuchtigkeit ausgeschieden wird und der getrocknete Dampf den nachfolgenden Stufen zugeführt wird.
Es ergibt sich hierbei zwar der Nachteil, dass eine grössere Anzahl von Fliehkraftabscheidern (gegenüber Anordnung ausserhalb der Turbine) verwendet werden muss, was die Kosten der Anlage etwas erhöhen kann, und, wie es zunächst erscheinen könnte, auch die Druck verluste vergrössert, der aber weitgehend durch die bekannte Tatsache, dass Fliehkraftabscheider klei nerer Durchmesser wesentlich günstigere Abschei- dungsergebnisse ergeben als solche grosser Durch messer, ausgeglichen wird.
Dass nicht alle Fliehkraft- abscheiderarten für die vorgesehene Ausführung geeignet sind, kann nicht als schwerwiegender Nach teil gewertet werden. Als Vorteil ist zunächst zu werten, dass der Dampf bei sehr guter Trocknung praktisch kaum- aus dem Turbinengehäuse geleitet zu werden braucht, also die Turbine nicht in mehrere Gehäuse unterteilt werden muss, als das aus andern Gründen etwa notwendig ist. Darüber hinaus entfallen die sonst notwendigen Rohrleitungen.
Die Wirkungsweise und der Aufbau der vor geschlagenen Turbinenentwässerung mit einem be kannten Schraubenzentrifugalabscheider wird an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Die Fig.l zeigt den grundsätzlichen Aufbau dieser Anordnung. Das Dampf-Wassergemisch wird hinter den Laufschaufeln eines Turbinenlaufrades in einer Düse aufgefangen und in eine in einem zy lindrischen Gehäuse untergebrachte doppelgängige Schraube geleitet. Das Dampfwassergemisch durch strömt den ersten Schraubengang nach unten. Das Kondensat und alle Fremdkörper (z.
B. Salze) wer den abgetrennt, dagegen strömt der trockene und gereinigte Dampf im Gegenstrom im zweiten Schrau bengang nach oben in den Austrittsstutzen, der in die Düsen der Leitschaufeln der nachfolgenden Stufe führt. Die Abscheider werden zweckmässig so angebracht, dass das ausgeschiedene Wasser nach unten abfliessen kann, also im obern Teil des Tur binengehäuses vorwiegend ins Innere des Gehäuses hineinragend, im untern Teil des Turbinengehäuses dagegen senkrecht aus dem Gehäuse herausragend.
Eine schematische Darstellung der Abscheider- anordnung ist aus der Fig. 2 ersichtlich.
Der Abscheiderteil des Turbinengehäuses kann auch als Gehäusering ausgebildet werden, der an dem Hauptgehäuse mittels Flanschen befestigt wird, was insbesondere eine geschweisste Konstruktion ermöglichen würde. Hierbei könnte der an die Aus lassdüsen der Schraubenabscheider anschliessende Leitradkranz ebenfalls in diesem Gehäusering ein gebaut werden.
Sofern es sich um Turbinen mit Regenerativ- vorwärmung des Speisewassers handelt, und das ist bei der Mehrzahl der modernen Turbinen der Fall, wird das ausgeschiedene Wasser in einen Speise wasservorwärmer geleitet. Darüber hinaus kann dem untern Teil des Abscheidergehäuses Heizdampf für Speisewasservorwärmung entnommen werden, so dass dieser Raum die Rolle des sonst erforderlichen Entnahmeringraumes im Turbinengehäuse über nehmen kann. Bei geringen Dampfentnahmemengen kann eine normale Konstruktion der Schraube mit gleichen Querschnitten zwischen den Schrauben gängen verwendet werden.
Bei grösseren Dampf entnahmemengen kann der Strömungsquerschnitt des zweiten Ganges kleiner als der Strömungsquerschnitt des ersten Ganges ausgeführt werden. Die Abführung des Wassers und des Entnahmedampfes aus den Ab- scheidern der obern Gehäusehälfte erfolgt mit Lei tungen, die durch die Zwischenräume zwischen den Düsen im untern Teil des Gehäuses nach aussen ge führt werden können (siehe Fig. 3).
Um den bekann ten Schraubenabscheider den in den Turbinen vor handenen Verhältnissen anzupassen, wird er dahin gehend abgeändert, dass die Eingangs- und Ausgangs stutzen die Form einer kegeligen Düse erhalten, wie in der Fig. 3 dargestellt. Bei der billigen einfachen Ausführung des Schraubenabscheiders entstehen im Kopf tote Räume, die Anlass zu Störungen der Strö mung bieten können. Um diese zu vermeiden, kann der Eingangs- .und Ausgangsstutzen auch räumlich gekrümmt ausgeführt werden, so dass er räumlich dem jeweiligen Schraubengang angepasst wird und dessen Verlängerung darstellt.
Ein Beispiel der Düsengestaltung ist aus der Fig.4 ersichtlich.
Steam power plant with turbine stages working below the saturated steam line The last stages of condensation steam turbines generally work in the area below the saturated steam line, so that the working medium consists of a mixture of steam and! Water exists. If one looks at turbines for nuclear power plants, almost all stages work below the saturated steam line in accordance with the current state of the art. The harmful effect of water on the blade material and the efficiency of the turbine as a result of the braking effect has long been known, and efforts have been made to remedy this.
In order to eliminate the water from the working fluid, various proposals were made and constructively trained, such B. steam drying by intermediate heating with steam or flue gases, centrifugal separator outside the turbine housing and drainage devices in the turbines using the centrifugal force on the water droplets within the turbine wheel in conjunction with safety gears. The methods mentioned are associated with disadvantages, so that these solutions cannot always be regarded as satisfactory.
The first two methods mentioned have the main disadvantage that the entire steam has to be led out of the turbine, which is associated with considerable losses and leads to a multi-housing turbine design. The removal of moisture through intermediate heating is also poorer in terms of heat than mechanical steam drying. The known turbine dewatering devices do not produce satisfactory steam drying, so that the harmful influence of the water droplets can only be reduced slightly.
In order to eliminate these disadvantages, it is proposed according to the invention for steam power plants with turbine stages operating below the saturated steam line to arrange centrifugal separators in the turbine housing over the entire circumference of the stages to be dewatered, in which the moisture is separated and the dried steam is fed to the subsequent stages becomes.
This results in the disadvantage that a larger number of centrifugal separators (compared to arrangement outside the turbine) must be used, which can increase the costs of the system somewhat and, as it might appear at first, also increase the pressure losses, but this This is largely compensated for by the well-known fact that centrifugal separators with smaller diameters give significantly more favorable separation results than those with larger diameters.
The fact that not all types of centrifugal separators are suitable for the intended design cannot be regarded as a serious disadvantage. As an advantage, it is first of all to be assessed that the steam hardly needs to be led out of the turbine housing with very good drying, i.e. the turbine does not have to be divided into several housings than is necessary for other reasons. In addition, the otherwise necessary pipelines are no longer necessary.
The operation and structure of the proposed turbine drainage with a known screw centrifugal separator is explained using the drawing, for example.
Fig.l shows the basic structure of this arrangement. The steam-water mixture is collected in a nozzle behind the blades of a turbine impeller and fed into a double-threaded screw housed in a cylindrical housing. The steam-water mixture flows down the first screw thread. The condensate and all foreign bodies (e.g.
B. salts) who separated, however, the dry and purified steam flows in countercurrent in the second screw bengang up into the outlet nozzle, which leads into the nozzles of the guide vanes of the subsequent stage. The separators are expediently attached so that the separated water can flow downwards, i.e. in the upper part of the turbine housing predominantly protruding into the interior of the housing, but protruding vertically from the housing in the lower part of the turbine housing.
A schematic representation of the separator arrangement can be seen in FIG.
The separator part of the turbine housing can also be designed as a housing ring which is fastened to the main housing by means of flanges, which in particular would enable a welded construction. Here, the stator ring adjoining the outlet nozzles of the screw separator could also be built into this housing ring.
In the case of turbines with regenerative preheating of the feed water, and this is the case with the majority of modern turbines, the separated water is fed into a feed water preheater. In addition, heating steam for feedwater preheating can be taken from the lower part of the separator housing, so that this space can take on the role of the otherwise necessary removal ring space in the turbine housing. With small amounts of steam drawn off, a normal screw construction with the same cross-section between the screw threads can be used.
With larger amounts of steam, the flow cross-section of the second passage can be made smaller than the flow cross-section of the first passage. The removal of the water and the extraction steam from the separators in the upper half of the housing takes place with lines that can be led to the outside through the spaces between the nozzles in the lower part of the housing (see Fig. 3).
In order to adapt the known screw separator to the conditions present in the turbines, it is modified so that the inlet and outlet stubs are given the shape of a conical nozzle, as shown in FIG. With the cheap, simple design of the screw separator, dead spaces arise in the head that can cause disturbances in the flow. In order to avoid this, the inlet and outlet connections can also be designed to be spatially curved so that they are spatially adapted to the respective screw thread and represent its extension.
An example of the nozzle design is shown in FIG.