CH663251A5

CH663251A5 - DEVICE FOR COOLING THE ROTORS OF STEAM TURBINES.

Info

Publication number: CH663251A5
Application number: CH79384A
Authority: CH
Inventors: Koya Yoshie; Takao Yamamoto
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1983-02-21
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1987-11-30
Also published as: DE3406071A1; JPS644042B2; JPS59153901A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kühlung der Rotoren von Dampfturbinen, gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device for cooling the rotors of steam turbines, according to the preamble of claim 1.

Eine solche Einrichtung ist durch die CH-PS 430 757 in einer Ausführung für zweiflutige Axialturbinen bekannt und wird im folgenden anhand der Fig. 1 näher erläutert. Such a device is known from CH-PS 430 757 in an embodiment for double-flow axial turbines and is explained in more detail below with reference to FIG. 1.

In einer anderen Ausführung ist eine solche gattungsge-mässe Einrichtung durch die US-PS 3 817 654 bekannt und grundsätzlich sowohl für zwei- als auch einflutige Turbinen der Axialbauart geeignet, wobei diese zweite bekannte Ausführungsform im Prinzip im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert werden wird. In another embodiment, such a generic device is known from US Pat. No. 3,817,654 and is fundamentally suitable for both double and single-flow turbines of the axial type, this second known embodiment being explained in principle below with reference to FIG. 2 becomes.

Eine dritte Ausführung der gattungsgemässen Einrichtung ist in der DE-OS 3 209 506 bereits vorgeschlagen worden; sie wird im Prinzip im folgenden anhand der Fig. 3 und Fig. 4 erläutert. A third embodiment of the generic device has already been proposed in DE-OS 3 209 506; it is explained in principle below with reference to FIGS. 3 and 4.

Zur Erzielung möglichst guter Wirkungsgrade ist man bei Dampfturbinen im allgemeinen bestrebt, die Temperatur des Arbeitsmediums im Frischdampf-Einströmbereich so hoch als möglich zu halten. Damit trotz hoher Frischdampftemperatur die Grenzen der zulässigen Temperaturbeanspruchung des Turbinen-, insb. Wellenwerkstoffs eingehalten werden, ist es bekannt, die Aussenoberfläche der vom Frischdampf angeströmten Wellenpartie zu kühlen, wobei das Hochtemperatur-Arbeitsmedium zusammen mit einem relativ kühleren Anteil des Arbeitsmediums einströmt. Diese, eingangs an erster Stelle erwähnte bekannte Kühleinrichtung ist in ihrem Aufbau relativ aufwendig. Es wäre wünschenswert, eine einfache aufgebaute Einrichtung zur Kühlung der Rotorwellenoberflächen zu schaffen, die ausserdem thermo-dynamisch günstiger arbeiten könnte. Bei der bekannten Einrichtung bereitet es Schwierigkeiten bzw. ist nicht gewährleistet, dass Druck, Temperatur und Geschwindigkeit des Kühldampfes den von der ersten Beschaufelungsstufe abverlangten Werten entsprechen. Der Kühldampf mischt sich innerhalb dieser ersten Stufe mit dem Frischdampf und reduziert dessen wirksames Gefälle. In order to achieve the best possible efficiency, steam turbines generally strive to keep the temperature of the working medium in the live steam inflow area as high as possible. So that the limits of the permissible temperature stress of the turbine material, in particular the shaft material, are adhered to despite the high fresh steam temperature, it is known to cool the outer surface of the wave part that is flown by the live steam, the high-temperature working medium flowing in together with a relatively cooler proportion of the working medium. This known cooling device mentioned at the beginning is relatively complex to construct. It would be desirable to provide a simple device for cooling the rotor shaft surfaces, which could also be thermodynamically more economical. In the known device, difficulties arise or it is not guaranteed that the pressure, temperature and speed of the cooling steam correspond to the values required by the first blading stage. The cooling steam mixes with the live steam within this first stage and reduces its effective gradient.

Im folgenden werden zunächst die beiden bekannten Wel-lenkühleinrichtungen anhand der Fig. 1 und 2, die bereits vorgeschlagene Einrichtung anhand der Fig. 3 und 4 und anschliessend drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. 5 bis 11 erläutert, wobei im einzelnen in vereinfachter, teils schematischer Darstellung zeigen: In the following, the two known shaft cooling devices are first explained with reference to FIGS. 1 and 2, the already proposed device with reference to FIGS. 3 and 4 and then three exemplary embodiments of the invention with reference to FIGS. 5 to 11, partly schematic representation show:

Fig. 1 den axialen Teilschnitt der Frischdampfeinström-partie einer zweiflutigen Dampfturbine der Axialbauart gemäss einer bekannten Ausführung A; 1 shows the axial partial section of the live steam inflow part of a double-flow steam turbine of the axial type according to a known embodiment A;

Fig. 2 einen axialen Teilschnitt durch die Dampfeinströmpartie einer einflutigen Dampfturbine der Axialbauart gemäss einer anderen bekannten Ausführung B; 2 shows a partial axial section through the steam inflow section of a single-flow steam turbine of the axial type according to another known embodiment B;

Fig. 3 den axialen Teilschnitt der Frischdampf-Einström-partie einer Dampfturbine der Axialbauart gemäss einer bereits vorgeschlagenen Ausführung C; 3 shows the axial partial section of the live steam inflow part of a steam turbine of the axial type according to an already proposed embodiment C;

Fig. 4 den Schnitt nach der Linie IV-IV aus Fig. 3 ; Figure 4 shows the section along the line IV-IV of Fig. 3.

Fig. 5 in entsprechender Darstellungsweise zu Fig. 1 bis 3 einen axialen Teilschnitt durch die Frischdampf-Einströmpartie einer zweiflutigen Dampfturbine der Axialbauart in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 5 shows, in a representation corresponding to FIGS. 1 to 3, an axial partial section through the live steam inflow section of a double-flow steam turbine of the axial type in a first exemplary embodiment of the invention;

Fig. 6 die Einzelheit VI aus Fig. 5, nämlich eine wärmebewegliche Verbindung zwischen Wellenschild und Leitschaufel-Deckband ; FIG. 6 shows the detail VI from FIG. 5, namely a heat-mobile connection between the wave shield and the guide vane shroud;

Fig. 7 einen Querschnitt gemäss der Schnittebene VII-VII aus Fig. 5 ; FIG. 7 shows a cross section according to section plane VII-VII from FIG. 5;

Fig. 8 die vergrösserte Einzelheit VIII aus Fig. 7, und zwar im Ausschnitt ein Umfangsstück der Hilfs-Leit- und -Lauf-Beschaufelung; FIG. 8 shows the enlarged detail VIII from FIG. 7, specifically in the detail of a peripheral piece of the auxiliary guide and run blading;

Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem axialen Teilschnitt der Frischdampf-Einströmpartie der axialen Dampfturbine mit Bypass-Kanälen für den Kühldampf und Labyrinth-Dichtungsringen; 9 shows a second exemplary embodiment of the invention in an axial partial section of the live steam inflow section of the axial steam turbine with bypass channels for the cooling steam and labyrinth sealing rings;

Fig. 10 den Teilschnitt gemäss Schnittebene X-X aus Fig. 9 und 10 shows the partial section according to section plane X-X from FIG. 9 and

Fig. 11 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsge-mässen Kühlungseinrichtung, wiederum in einem axialen Teilschnitt der Frischdampf-Einströmpartie einer einflutigen Dampfturbine der Axialbauart. 11 shows a third exemplary embodiment of the cooling device according to the invention, again in an axial partial section of the live steam inflow section of a single-flow steam turbine of the axial type.

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

663 251 663 251

Bei der Kühleinrichtung A nach Fig. 1 sind mit 11' die Leitschaufeln der ersten Schaufelstufe und mit 12' die Leitschaufeln der axial nachgeschalteten zweiten Schaufelstufe bezeichnet, 11 sind die Laufschaufeln der ersten Stufe, 12 diejenigen der zweiten Schaufelstufe. Die Leit- und Laufschaufeln 11', 12', 11,12 der im Ausschnitt dargestellten Beschaufelung sind als entsprechende Leit- und Laufschaufelkränze am Innenumfang des Rotors 10 abwechselnd befestigt. Obgleich nicht näher bezeichnet, so können sowohl die Leit-als auch die Laufschaufelkränze mit Deckbändern versehen sein. In the cooling device A according to FIG. 1, 11 'denotes the guide blades of the first blade stage and 12' the guide blades of the axially downstream second blade stage, 11 the rotor blades of the first stage, 12 those of the second blade stage. The guide vanes and rotor blades 11 ', 12', 11, 12 of the blading shown in the detail are alternately fastened to the inner circumference of the rotor 10 as corresponding guide and rotor blade rings. Although not specified in more detail, both the guide and the rotor blade rings can be provided with shrouds.

Ein Wellenschild 13, der auch als Wellenschirm bezeichnet werden könnte, erstreckt sich in axialer Richtung zwischen den beiden Leitschaufelkränzen 11', 11' und unterteilt die Frischdampf-Einströmkammer in eine radial äussere Haupt-Einströmkammer 14, welcher der heisse Frischdampf zuströmt, und in eine an seinem Innenumfang gelegene Neben-Einströmkammer, welche vom Wellenkühldampf über das Kühldampfrohr 17 beaufschlagt wird. Der eine hohe Temperatur aufweisende Frischdampf fliesst durch den radialen Frischdampf-Einströmkanal 15 indie Haupt-Einströmkammer 14 und gabelt sich dann entsprechend den Richtungspfeilen 16 unter radial-axialer Umlenkung in zwei axiale Teilströme auf, welche nacheinander die einzelnen Beschaufelungsstufen 11', 11 ; 12', 12 usw. durchströmen, wobei die Antriebsenergie zur Drehung des Turbinenrotors auf diesen übertragen wird. Das Kühldampfrohr 17 erstreckt sich durch den Frischdampf-Einströmkanal 15 radial durch die Haupt-Einströmkammer 14 hindurch und ist, den Wellenschild 13 durchdringend, in einer Bohrung desselben ein-gepasst und befestigt, so dass der Kühldampf durch das Kühldampfrohr 17 hindurch in die Neben-Einströmkammer strömen und innerhalb dieser aus der radialen in die axiale Strömungsrichtung gemäss Pfeilen 18 umgelenkt werden kann. Auf diese Weise kann die Wellenoberfläche des Rotors 10 mittels des Kühldampfes gekühlt werden, und ein Frischdampf relativ hoherTemperatur kann der Haupt-Einströmkammer 14 zugeleitet werden, ohne dass die Grenzen der zulässigen Temperaturbeanspruchung des Rotorwerkstoffes überschritten würden. Jedoch ergibt sich insofern ein Nachteil, als der Kühldampf über eine gesonderte Rohrleitung zugeführt und ein Energieverlust in Kauf genommen werden muss, weil das an sich zur Verfügung stehende Wärmegefälle des Frischdampfes aufgrund der Mischung mit dem Kühldampf reduziert wird und auch die thermodynamischen Daten (Temperatur, Druck und Geschwindigkeit) des Kühldampfes normalerweise nicht den gewünschten Daten des ersten Laufschaufelkranzes 11 entsprechen. A wave shield 13, which could also be referred to as a wave shield, extends in the axial direction between the two guide vane rings 11 ', 11' and divides the live steam inflow chamber into a radially outer main inflow chamber 14, to which the hot live steam flows, and into one secondary inflow chamber located on its inner circumference, which is acted upon by the wave cooling steam via the cooling steam pipe 17. The live steam, which has a high temperature, flows through the radial live steam inflow duct 15 into the main inflow chamber 14 and then bifurcates according to the direction arrows 16 with radial-axial deflection into two axial partial flows, which successively separate the individual blading stages 11 ', 11; Flow through 12 ', 12, etc., the drive energy for rotating the turbine rotor being transmitted to the latter. The cooling steam pipe 17 extends through the live steam inflow duct 15 radially through the main inflow chamber 14 and, penetrating the corrugated shield 13, is fitted and fastened in a bore thereof, so that the cooling steam passes through the cooling steam pipe 17 into the secondary Inflow chamber flow and can be deflected within the radial into the axial flow direction according to arrows 18 within this. In this way, the shaft surface of the rotor 10 can be cooled by means of the cooling steam, and a fresh steam of a relatively high temperature can be supplied to the main inflow chamber 14 without the limits of the permissible temperature stress of the rotor material being exceeded. However, there is a disadvantage in that the cooling steam has to be supplied via a separate pipe and an energy loss has to be accepted because the available heat gradient of the live steam is reduced due to the mixture with the cooling steam and also the thermodynamic data (temperature, Pressure and speed) of the cooling steam normally do not correspond to the desired data of the first rotor blade ring 11.

In Fig. 2, welche die bekannte Ausführung B zeigt, bedeuten 20' einen Leitschaufelträger und 20 den Turbinenrotor. Die Leitschaufel 21 ' der ersten Stufe und die zugehörigen Laufschaufeln 21 sind als entsprechende Schaufelkränze dem Frischdampf-Einströmkanal 25 auf dessen einer Seite nachgeschaltet, wogegen die Leitschaufeln 22' und Laufschaufeln 22 der zweiten Schaufelstufe und entsprechend die nachfolgenden Schaufelstufen auf der axial entgegengesetzten Seite des Frischdampf-Einströmkanals 25 angeordnet sind. Der Frischdampf strömt durch den Einströmkanal 25 in Richtung des Pfeils 26, er wird durch einen gewölbten Wellenschild 23 von der radialen in die axiale Strömungsrichtung derart umgelenkt, dass er durch den Kranz der Leitschaufel 21 ' strömt und von da zu dem Kranz der Leitschaufeln 21. Durch eine Wellendichtungsanordnung 24 zwischen dem Aussenumfang des Rotors 20 und dem Innenumfang des Leitschaufelträgers 20' wird der Dampf gezwungen, seine Richtung umzukehren gemäss Pfeil 27. Der in seinem Temperaturniveau abgesenkte Dampf wird dann in Richtung auf die Schaufelkränze der zweiten Schaufelstufe 22', 22 gelenkt und von da durch die nachfolgenden (nicht dargestellten) Schaufelstufen. Bei dieser bekannten Anordnung wird der noch heisse Frischdampf daran gehindert, direkt auf die Wellenoberfläche des Rotors 20 zu strömen, jedoch verursacht der relativ komplizierte Strömungspfad für den Kühldampf einen Druck- und damit Gefälleverlust. In Fig. 2, which shows the known design B, 20 'mean a guide vane carrier and 20 the turbine rotor. The guide vanes 21 'of the first stage and the associated moving blades 21 are connected as corresponding blade rings to the live steam inflow duct 25 on one side, whereas the guide blades 22' and moving blades 22 of the second blade stage and correspondingly the subsequent blade stages on the axially opposite side of the live steam Inflow duct 25 are arranged. The live steam flows through the inflow channel 25 in the direction of the arrow 26, it is deflected by a curved wave shield 23 from the radial into the axial flow direction in such a way that it flows through the ring of the guide vane 21 ′ and from there to the ring of the guide vanes 21. By means of a shaft seal arrangement 24 between the outer circumference of the rotor 20 and the inner circumference of the guide vane carrier 20 ', the steam is forced to reverse its direction according to arrow 27. The temperature-reduced steam is then directed in the direction of the blade rings of the second blade stage 22', 22 and from there through the subsequent blade stages (not shown). In this known arrangement, the still hot live steam is prevented from flowing directly onto the shaft surface of the rotor 20, but the relatively complicated flow path for the cooling steam causes a loss of pressure and thus a gradient.

In Fig. 3 und Fig. 4, welche die bereits vorgeschlagene Einrichtung C zeigt, tragen funktionsmässig gleiche oder ähnliche Teile zu Fig. 1 auch die gleichen Bezugszeichen und werden deshalb auch nicht näher beschrieben. Durch den Frischdampf-Einlasskanal des Gehäuses 10 bzw. Leitschaufelträgers strömt der Dampf in die Haupt-Einströmkammer 14. Eine Teilmenge des Frischdampfes wird über schräg zum Wellendurchmesser geneigte Ejektor-Kanäle des Wellenschildes 33 in die Neben-Einströmkammer, und zwar in Drehrichtung gemäss Pfeilen 35 geleitet. Die Ejektor-Kanäle 34 spannen zu den jeweils durch ihren Fusspunkt gelegten Wellenradien einen Neigungswinkel a auf. Dadurch wird dem Dampf eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente aufgedrückt, welche gleich ist wie oder sogar höher ist als die Umfangsgeschwindigkeit des Wellenaussenumfanges. Die Dampftemperatur innerhalb der Neben-Einströmkammer 14' zwischen Innenumfang des Wellenschildes 33 und Wel-lenaussenumfang des Rotors 10 wird um einen Betrag reduziert, welcher dem Drosseleffekt der Kanäle 34 und der in Geschwindigkeit umgesetzten Druckdifferenz entspricht, wodurch die Wellenoberfläche des Rotors 10 gekühlt wird. 3 and FIG. 4, which shows the device C already proposed, functionally identical or similar parts to FIG. 1 also have the same reference numerals and are therefore not described in more detail. The steam flows into the main inflow chamber 14 through the live steam inlet channel of the housing 10 or guide vane carrier. A portion of the live steam is fed into the secondary inflow chamber via ejector channels of the wave shield 33 inclined at an angle to the shaft diameter, in the direction of rotation according to arrows 35 headed. The ejector channels 34 span an inclination angle a to the respective wave radii through their base point. As a result, a peripheral speed component is pressed onto the steam which is equal to or even higher than the peripheral speed of the shaft outer circumference. The steam temperature within the secondary inflow chamber 14 'between the inner circumference of the shaft shield 33 and the shaft outer circumference of the rotor 10 is reduced by an amount which corresponds to the throttling effect of the channels 34 and the pressure difference converted into speed, as a result of which the shaft surface of the rotor 10 is cooled.

Der geschilderte Kühlvorgang wird jedoch begrenzt durch die Umfangsgeschwindigkeit der Wellenoberflächen des Rotors und kann nicht wesentlich verbessert werden. Die Wirbelströmung dieses Kühldampfes ist ausserdem Reibungsverlusten unterworfen, so dass ein Teil der kinetischen Energie in Wärme umgewandelt wird und damit ein Teil der Temperaturabsenkung wieder rückgängig gemacht und der Kühleffekt begrenzt wird. However, the cooling process described is limited by the peripheral speed of the shaft surfaces of the rotor and cannot be improved significantly. The vortex flow of this cooling steam is also subject to frictional losses, so that part of the kinetic energy is converted into heat and part of the temperature drop is reversed and the cooling effect is limited.

Es liegt die Aufgabe vor, die Einrichtung zur Kühlung der Rotoren für Dampfturbinen der eingangs näher definierten Art so auszubilden, dass unter Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten ein einfacherer Aufbau und eine verbesserte Kühlung der Rotor-Wellenoberfläche erzielt werden kann, wobei der thermische Wirkungsgrad verbessert sein soll. Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe mit einer Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben. Zu den mit der Erfindung erzielbaren Vorteilen sei auf die nachfolgende Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen der Erfindung verwiesen. The object is to design the device for cooling the rotors for steam turbines of the type defined at the outset in such a way that a simpler structure and improved cooling of the rotor shaft surface can be achieved while avoiding the difficulties described, the thermal efficiency should be improved . According to the invention, the object is achieved with a device of the type defined in the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments are given in claims 2 to 5. Regarding the advantages achievable with the invention, reference is made to the following description of three exemplary embodiments of the invention.

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 bis 8 tragen zu Fig. 1 gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen und werden deshalb auch nicht noch einmal näher erläutert. Der ringförmige Wellenschild 43 erstreckt sich zwischen den beiden Kränzen der Leitschaufeln 11 ' der ersten beiden Schaufelstufen und ist an diesen gelagert. Er erstreckt sich über die axiale Länge der Haupt-Einströmkammer 14 und schirmt den Aussenumfang bzw. die Oberfläche der Wellenpartie 400 des Rotors 40 gegenüber dem Frischdampf, der aus dem Frischdampf-Einströmkanal 15 zuströmt, ab. Der Wellenschild 43 ist in zwei Schalenhälften 43.1 (untere Hälfte) und 43.2 (obere Hälfte) aufgeteilt, deren Teilfugen bevorzugt mit den horizontalen Gehäuseteilfugen 100 fluchten, wie es Fig. 7 zeigt. Die beiden axialen Enden des Wellenschildes 43 sind mit axial orientierten Ringvorsprüngen 43a versehen, mit welchen der Wellenschild im Sinne eines Ringnut-Ring-feder-Eingriffes in einer entsprechenden Ringnut der ihm zugewandten Stirnseiten der Leitschaufel-Deckbänder 19 In the first exemplary embodiment according to FIGS. 5 to 8, the same parts as in FIG. 1 have the same reference numerals and are therefore not explained again in detail. The ring-shaped wave shield 43 extends between the two rings of the guide blades 11 'of the first two blade stages and is supported thereon. It extends over the axial length of the main inflow chamber 14 and shields the outer circumference or the surface of the shaft section 400 of the rotor 40 from the live steam that flows in from the live steam inflow duct 15. The wave shield 43 is divided into two shell halves 43.1 (lower half) and 43.2 (upper half), the joints of which are preferably aligned with the horizontal housing joints 100, as shown in FIG. 7. The two axial ends of the shaft shield 43 are provided with axially oriented ring projections 43a, with which the shaft shield in the sense of an annular groove-ring-spring engagement in a corresponding annular groove of the end faces of the guide vane cover bands 19 facing it

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

663251 663251

wärmebeweglich gelagert ist, vgl. Fig. 6. Die Deckbänder 19 gehören zu den Leitschaufelkränzen der beiden ersten Schaufelstufen mit den Leitschaufeln 11'. Die Frischdampf-einströmkammer 14 wird durch den Wellenschild 43 in die radial äussere Haupt-Einströmkammer 14a und in eine radial innere Hilfs-Einströmkammer 14b aufgeteilt. Der Wellenschild 43 weist in seinem Mittelteil, welcher im Axialbereich der Verlängerung des Frischdampf-Einströmkanals 15 liegt, eine Radialbeschaufelung in Form eines Kranzes von Hilfsleitschaufeln 44 auf, vgl. Fig. 7 und 8, welche zwischen sich Schaufelkanäle 45 definieren. Über letztere kommunizieren die Haupt-und die Hilfseinströmkammer 14a, 14b miteinander. Fig. 8 zeigt, dass eine Mehrzahl von Hilfs-Laufschau-feln 46 auf dem Aussenumfang der Rotor-Wellenpartie 400 angeordnet und unter Bildung einer Kühldampf-Stufe dem Kranz von Leitschaufeln 44 strömungsmässig nachgeschaltet ist. Jede der Hilfslaufschaufeln 46 ist durch Verstärkungsrippen 40a verstärkt. Der gemäss Strömungspfeilen 47 (Fig. 7) durch die beiden Einströmkanäle 15 von oben und unten zuströmende Frischdampf strömt zunächst in die Haupteinströmkammer 14a. Der grösste Anteil dieses Frischdampfes wird gemäss Strömungspfeilen 16 in zwei etwa gleich grosse axiale Mengenstromteile aufgeteilt und umgelenkt, so dass er die Leit- und Laufschaufeln 11 ' 11 der ersten Schaufelstufe und daran anschliessend der Folgestufen 12', 12 usw. durchströmt und dabei den Rotor 40 antreibt. Eine Teilmenge des Frischdampfes tritt durch die Schaufelkanäle 45 zwischen den Hilfsleitschaufeln 44 entsprechend dem Strömungspfeil 48 in die Kühldampfstufe 44,45,46 ein und trifft auf die Hilfslaufschaufeln 46 auf, wobei zusätzliche Antriebsarbeit für den Rotor 40 geleistet wird, die aber entsprechend dem verarbeiteten Gefälle und dem im Vergleich zum Hauptdampfstrom 16 kleineren Teildampfstrom geringer ist. Nach Arbeitsleistung an den Hilfslaufschaufeln fliesst die Kühldampfmenge nach entsprechender Umlenkung in die axiale Strömungsrichtung in zwei einander entgegengesetzten Teilströmen gemäss Pfeilen 18 am Aussenumfang der Rotorwellenpartie 400 entlang unter Kühlung derselben, um dann an den Auslassseiten der Kränze der Leitschaufeln 11 ' der beiden ersten Schaufelstufen in den Stufenraum einzuströmen, wo er sich mit dem Hauptdampfstrom vereinigt. Durch die Entspannung einer Teilmenge des Frischdampfstromes in der Kühldampfstufe 44,45,46 wird also ein Kühldampfstrom gewonnen, dessen Temperatur ausreichend gegenüber derjenigen des Frischdampfstromes herabgesetzt ist und der auf diese Weise die Oberflächentemperatur der Rotorwellenpartie 400 niedriger halten kann als die in der Haupteinströmkammer herrschende Temperatur. is stored in a heat-mobile manner, cf. Fig. 6. The cover bands 19 belong to the guide vane rings of the first two blade stages with the guide vanes 11 '. The live steam inflow chamber 14 is divided by the wave shield 43 into the radially outer main inflow chamber 14a and into a radially inner auxiliary inflow chamber 14b. In its central part, which lies in the axial region of the extension of the live steam inflow duct 15, the wave shield 43 has radial blading in the form of a ring of auxiliary guide vanes 44, cf. 7 and 8, which define blade channels 45 between them. The main and auxiliary inflow chambers 14a, 14b communicate with one another via the latter. FIG. 8 shows that a plurality of auxiliary rotor blades 46 are arranged on the outer circumference of the rotor shaft section 400 and, downstream of the ring of guide vanes 44, are connected downstream in terms of flow to form a cooling steam stage. Each of the auxiliary blades 46 is reinforced by reinforcing ribs 40a. The live steam flowing in from the top and bottom through the two inflow channels 15 according to flow arrows 47 (FIG. 7) initially flows into the main inflow chamber 14a. The largest portion of this live steam is divided and diverted into two approximately equal axial mass flow parts according to flow arrows 16, so that it flows through the guide and rotor blades 11 '11 of the first blade stage and then the subsequent stages 12', 12 etc. and thereby the rotor 40 drives. A portion of the live steam enters the cooling steam stage 44, 45, 46 through the blade channels 45 between the auxiliary guide blades 44 in accordance with the flow arrow 48 and impinges on the auxiliary blades 46, additional drive work being performed for the rotor 40, but corresponding to the gradient being processed and the smaller partial steam flow compared to the main steam flow 16 is lower. After work on the auxiliary blades, the amount of cooling steam flows after corresponding deflection in the axial flow direction in two opposite partial flows according to arrows 18 along the outer circumference of the rotor shaft section 400 while cooling the same, and then on the outlet sides of the rings of the guide blades 11 'of the first two blade stages in the Inflow step room where it merges with the main steam flow. By relaxing a portion of the live steam flow in the cooling steam stage 44, 45, 46, a cooling steam flow is thus obtained, the temperature of which is sufficiently reduced compared to that of the live steam flow and which in this way can keep the surface temperature of the rotor shaft section 400 lower than the temperature prevailing in the main inflow chamber .

Fig. 9 und 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wiederum gleiche Teile zu Fig. 5 auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deshalb nicht näher erläutert werden. Labyrinth-Dichtungsringe 71 sind im Bereich der beiden Enden des Wellenschildes 43 zwischen den Innenumfang der ihn halternden Leitschaufeln 11 ' und den den Leitschaufeln-Deckbändern mit Ringspalt gegenüberliegenden Rotoraussenumfangs-Partien angeordnet. Der an den Hilfslaufschaufeln 45 umgelenkte Kühldampf fliesst axial innerhalb der Neben-Einströmkammer 14b und gelangt dann durch schaufel-axiale Durchbrechungen 72 der Leitschaufeln 11 ' und daran anschliessende Kanalabschnitte 73 innerhalb des Leitschaufelträgers bzw. Gehäuses 10' in eine der ersten Schaufelstufe 11 ' 11 nachgeordnete Schaufelstufe, im vorliegenden Falle in die unmittelbar nachgeschaltete Schaufelstufe 12', 12, wobei die Schaufeldurchbrechungen und die Kanalabschnitte 73 ersichtlich als Bypasskanäle wirken. Durch diese Kühldampf-Umleitung in eine stromab der ersten Schaufelstufe gelegene Schaufelstufe kann man den Druck und damit auch die Temperatur des Kühldampfes innerhalb der Neben-Einströmkammer 14b erniedrigen. Folglich kann die Oberfläche der Rotorwellenpartie 400 innerhalb der Neben-Einströmkammer 14b auf einer niedrigeren Temperatur gehalten werden als ohne die genannte U mleitmassnahme. FIGS. 9 and 10 show a second exemplary embodiment of the invention, again the same parts as in FIG. 5 also being given the same reference numerals and therefore not explained in more detail. Labyrinth sealing rings 71 are arranged in the region of the two ends of the wave shield 43 between the inner circumference of the guide vanes 11 'holding it and the rotor outer circumference parts opposite the guide vane cover bands with an annular gap. The cooling steam deflected at the auxiliary blades 45 flows axially within the secondary inflow chamber 14b and then passes through blade-axial openings 72 of the guide blades 11 'and adjoining channel sections 73 within the guide blade carrier or housing 10' into a downstream of the first blade stage 11 '11 Blade stage, in the present case in the immediately downstream blade stage 12 ', 12, the blade openings and the channel sections 73 evidently acting as bypass channels. This cooling steam redirection to a blade stage located downstream of the first blade stage makes it possible to lower the pressure and thus also the temperature of the cooling steam within the secondary inflow chamber 14b. Consequently, the surface of the rotor shaft section 400 within the secondary inflow chamber 14b can be kept at a lower temperature than without the aforementioned diversion measure.

Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist mit 87 der Leitschaufelträger und mit 80 derTurbinenrotor bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine einflutige Frisch-dampf-Einströmpartie. Der Wellenschild 83 ist an seinem einen Axialende an einer Stirnwand der Einströmkammer 85 gelagert und an seinem anderen Ende am Innenumfang des Kranzes der Leitschaufeln 81 der ersten Stufe und erstreckt sich somit über die axiale Länge der Frischdampf-Einström-kammer 85, wodurch diese wieder in eine Haupt-Einström-kammer 85a am Aussenumfang des Wellenschildes 83 und in eine Neben-Einströmkammer 85b am Innenumfang des Wellenschildes 83 unterteilt wird. Der Wellenschild 83 hat in seinem in der Verlängerung des Frischdampf-Einströmka-nals liegenden Axialbereich wieder einen Kranz von radialen Hilfsleitschaufeln 84 entsprechend denjenigen nach Fig. 8, und der Rotor 80 ist innerhalb seiner Wellenpartie 800 mit einem Kranz von Hilfslaufschaufeln 86 versehen, welcher dem Kranz von Hilfsleitschaufeln 84 strömungsmässig nachgeschaltet ist. Der Hauptanteil des Frischdampfstromes strömt in Richtung des Pfeiles 88a nach radial-axialer Umlenkung innerhalb der Haupt-Einströmkammer in Richtung auf den Kranz von Leitschaufeln 81 der ersten Schaufelstufe und von dort durch die weiteren Schaufelstufen in axialer Richtung. Ein Teilmengenstrom des Frischdampfes, welcher durch den Kranz der Hilfsleitschaufeln 84 in die Neben-Einströmkammer 85b eingeströmt ist, trifft auf die Hilfslaufschaufeln 86 auf. Da in der einen Axialrichtung die Neben-Einströmkammer durch eine Labyrinthdichtungsanordnung 89 abgedichtet ist, kann der Kühldampf nur in Richtung des Pfeiles 88b die Neben-Einströmkammer durchströmen und verlassen, so dass er in die erste Schaufelstufe im Bereich des Axialspaltes zwischen deren Leit- und Laufschaufelkranz eintritt und sich hier mit dem Hauptdampfstrom vereinigt. Hierbei hat der Kühldampf die Oberfläche der Rotorwellenpartie 800 gekühlt. In the third exemplary embodiment according to FIG. 11, 87 denotes the guide vane carrier and 80 denotes the turbine rotor. It is a single-flow fresh steam inflow section. The shaft shield 83 is mounted at one axial end on an end wall of the inflow chamber 85 and at its other end on the inner circumference of the ring of the guide vanes 81 of the first stage, and thus extends over the axial length of the live steam inflow chamber 85, as a result of which the latter is reinserted a main inflow chamber 85a is divided on the outer circumference of the wave shield 83 and into a secondary inflow chamber 85b on the inner circumference of the wave shield 83. In its axial region lying in the extension of the live steam inflow channel, the shaft shield 83 again has a ring of radial auxiliary guide vanes 84 corresponding to those according to FIG. 8, and the rotor 80 is provided within its shaft section 800 with a ring of auxiliary rotor blades 86, which Wreath of auxiliary guide vanes 84 is connected downstream in terms of flow. The main portion of the live steam flow flows in the direction of arrow 88a after radial-axial deflection within the main inflow chamber in the direction of the ring of guide vanes 81 of the first blade stage and from there through the further blade stages in the axial direction. A partial flow of live steam, which has flowed into the secondary inflow chamber 85b through the ring of the auxiliary guide vanes 84, strikes the auxiliary rotor blades 86. Since the secondary inflow chamber is sealed in one axial direction by a labyrinth seal arrangement 89, the cooling steam can flow through and leave the secondary inflow chamber only in the direction of arrow 88b, so that it enters the first blade stage in the region of the axial gap between the guide and rotor blade rings occurs and unites here with the main steam flow. Here, the cooling steam has cooled the surface of the rotor shaft section 800.

Man erkennt, dass die Erfindung sowohl bei zweiflutigen als auch bei einflutigen Dampfturbinen der Axialbauart zur Kühlung der Oberflächen der Rotorwellenpartie im Bereich der Frischdampf-Einströmung geeignet ist. Als Vorteile sind dabei insbesondere der einfache Aufbau und der gute Kühleffekt hervorzuheben, welch letzterer durch den Kreislauf des Arbeitsmediums praktisch nicht beeinflusst wird. Das zur Erreichung der Kühldampftemperaturen in der Kühldampfstufe verarbeitete Gefälle wird als zusätzliche Antriebsenergie des Rotors ausgenutzt. It can be seen that the invention is suitable both for double-flow and for single-flow steam turbines of the axial type for cooling the surfaces of the rotor shaft section in the area of the live steam inflow. The advantages here are in particular the simple structure and the good cooling effect, the latter of which is practically not influenced by the circulation of the working medium. The gradient processed to reach the cooling steam temperatures in the cooling steam stage is used as additional drive energy of the rotor.

4 4th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

663251 PATENT CLAIMS

1.Device for cooling the rotors of steam turbines with a live steam inflow chamber, which is arranged between the live steam inflow channel leading through the turbine housing and the axial blading and which through an annular wave shield into a radially outer main inflow chamber and a radially inner side -Inflow chamber is subdivided, the shaft shield being held on fixed housing parts and being provided with inflow channels for shaft cooling steam which, after deflection in the secondary inflow chamber, can be introduced along shaft surfaces of the rotor into a step space of the turbine blades, characterized in that the inflow channels of the shaft shield ( 43) are designed as vane channels (45) of a radial baffle (44, 45) and that the fixed radial ring of auxiliary guide vanes (44) has a ring of auxiliary rotor blades (46) connected downstream in terms of flow, forming a cooling steam stage, which scope the rotor shaft (400) is fastened, the expansion of a partial fresh steam quantity in the cooling steam stage (44, 45, 46) being used on the one hand to generate rotational energy for the rotor (40) and on the other hand to produce cooling steam.

2. Device according to claim 1, for double-flow steam turbines of the axial type, the shaft shield being held at both ends by a guide vane ring, characterized in that the ring of auxiliary guide vanes (44) of the cooling steam stage (44, 45, 46)

is arranged centrally within the shaft shield (43) and that the auxiliary blades (46) are set up to deflect the radially flowing cooling steam (48) in two opposite axial directions (18).

3. Device according to claim 1, wherein the shaft shield is carried at at least one end by guide vanes, characterized in that at least one end of the shaft shield (43) between the guide blades (11 ') and a rotor outer circumferential portion of a labyrinth with an annular gap Sealing rings (71) are arranged and that these guide vanes (11 ') carrying the shaft shield (43) are broken through and bypass channels (73) for diverting the cooling steam into a blade stage (12', 12) of the axial together with adjacent housing parts Turbine blades form which blade stage is further downstream than the first blade stage

(11 ', 11).

4. Device according to claim 3, characterized in that in a double-flow axial turbine at both ends of the shaft shield (43) labyrinth sealing rings (71) and perforated guide vanes (11 ') with bypass channels (73) are arranged.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the wave shield (43) by means of annular groove-ring spring interventions (43a) of its two ends is heat-movably mounted on the cover bands (19) of the guide vane rings (11 ') holding it.