DE10042317A1 - Dampfturbine und Verfahren zur Einleitung von Beipassdampf - Google Patents

Abstract

Es wird eine Dampfturbine vorgestellt, insbesondere für einen kombinierten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerksprozeß, mit wenigstens einer Ventilanordnung (96, 98) zur geregelten Einleitung von Frischdampf in die Dampfturbine, wobei die Ventilanordnung ein Schnellschlußventil sowie wenigstens ein dem Schnellschlußventil zugeordnetes Frischdampfregelventil aufweist. Außerdem hat die Dampfturbine einen Frischdampfbeipass, der Frischdampf als sogenannten Beipassdampf mittels wenigstens einer Beipassleitung (120) sowie mittels einer jeder Beipassleitung zugeordneten Beipasszuführung (132) in den Hochdruckbereich der Dampfturbine einleitet, jedoch erst nach der ersten Turbinenlaufschaufelreihe dampfstromabwärts des Dampfturbineneintrittsbereichs gesehen. Es ist wenigstens ein Schnellschlußventil sowohl wenigstens ein Frischdampfregelventil als auch wenigstens ein Beipassregelventil zugeordnet. DOLLAR A Weiterhin wird ein Verfahren zum Einleiten von Beipassdampf in die Dampfturbine vorgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine, die insbesondere für einen kombinierten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerksprozeß vorgesehen ist, mit wenigstens einer Ventilanordnung zur geregelten Einleitung von Frischdampf in die Dampfturbine, wo­ bei die Ventilanordnung ein Schnellschlußventil sowie wenigstens ein dem Schnell­ schlußventil zugeordnetes Frischdampfregelventil aufweist, mit einem Frischdampf­ beipass, der Frischdampf als sogenannten Beipassdampf mittels wenigstens einer Beipassleitung sowie mittels einer jeder Beipassleitung zugeordneten Beipasszufüh­ rung in den Hochdruckbereich der Dampfturbine einleitet.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einleiten von Beipassdampf in die Dampfturbine.

In der Kraftwerkstechnik kann man Kraftwerkstypen nach ihrer Art der Stromerzeu­ gung oder nach ihrem Anwendungsbereich unterscheiden. Ein Kraftwerkstyp ist das Industriekraftwerk, das Strom nur als Nebenprodukt generiert, dessen wichtigeres Energieprodukt jedoch Heizenergie oder Prozeßdampf für verfahrenstechnische oder chemische Prozesse ist.

Beispiele für Kraftwerkstypen zur kommerziellen Stromerzeugung sind das Dampf­ turbinenkraftwerk oder das Gasturbinenkraftwerk.

Eine Prozeßkombination eines Dampfturbinenprozesses mit einem Gasturbinenpro­ zeß führt zu einem sogenannten Kombiprozeß, bei dem wenigstens eine Gasturbine mit einer Dampfturbine zu einem gemeinsamen Prozeß verschaltet werden, wobei die erzielbaren Wirkungsgrade der Stromerzeugung vergleichsweise hoch sind. Ein solches Gas- und Dampfturbinenkraftwerk wird auch Kombikraftwerk genannt.

Ein Nachteil der Kombikraftwerke ist es, daß die insgesamt erzeugbare Strommenge stark von den Gasturbinen abhängig ist. Gasturbinen sind standardisierte Produkte, deren Leistung beziehungsweise Stromerzeugung signifikant abhängig ist von den Umgebungsbedingungen, insbesondere den Umgebungstemperaturen. Auch unter Einbeziehung des nachgeschalteten Dampfturbinenprozesses wird so nur eine Strommenge erzeugt, die beispielsweise in den Sommermonaten nur 80% der Strommenge beträgt, die in den Wintermonaten erzeugt wird.

Manchmal besteht jedoch die Forderung, daß auch in den Sommermonaten eine hö­ here Strommenge erzeugt werden soll, als der Kombiprozeß alleine liefern kann, bei­ spielsweise wenn in dieser Zeit ein erhöhter Bedarf an Strom durch das Zuschalten von Klimageräten entsteht. Um diesen Mehrbedarf an Strom zu decken, sind Kom­ bikraftwerke mit einer Zusatzfeuerung bekannt. Ein Dampferzeuger, bei Kombikraft­ werken auch Abhitzekessel genannt, wird dann nicht nur mit heißen Abgasen der Gasturbinen gespeist, sondern auch mit einem zusätzlichem Energieeintrag durch Verbrennung eines fossilen Brennstoffs beaufschlagt. Demgemäß kann der Abhitze­ kessel eine entsprechend größere Dampfmenge als sogenannten Frischdampf pro­ duzieren und zudem einen höheren Frischdampfdruck erreichen. Die Leistung der Dampfturbine steigt dementsprechend an, jedoch muß die Auslegung des Abhitze­ kessels, der Frischdampfleitungen und sonstiger Komponenten des Frischdampfpfa­ des nach diesem vergleichsweise seltenen, aber maximalen Frischdampfzuständ erfolgen.

Die Auslegung erfolgt damit für unübliche Bedingungen und führt im sogenannten 100% Lastfall bei vergleichsweise kleinen Werten des Frischdampfdrucks zu einem verschlechterten Wirkungsgrad des Kombikraftwerks. Außerdem ist das Kombikraft­ werk mit vergleichsweise großdimensionierten Komponenten, das heißt teureren, ausgestattet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine anzugeben, die eine erhöhte Leistung bei vergleichsweise geringem technischen Aufwand aufweist. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung ein Ver­ fahren zur Einleitung von Beipassdampf in die Dampfturbine anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Dampfturbine mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 10 genannten Merkmalen gelöst. Weitere Verbesserungen und Ausgestaltungen des Gegenstan­ des der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Dampfturbine besitzt ein Schnellschlußventil, dem sowohl wenigstens ein Frischdampfregelventil, als auch wenigstens ein Beipassregelventil zugeordnet sind.

Damit wird erreicht, daß über das Schnellschlußventil eine große Frischdampfmenge geleitet wird. Auf diese Weise wird der Frischdampfdruck im Dampferzeuger auf dem ursprünglichen Druckwert gehalten, so daß eine Auslegung des Dampferzeugers auf einen höheren Druck vorteilhafterweise entfallen kann.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung entfällt außerdem ein separates Beipass­ schnellschlußventil, das ansonsten aus Sicherheitsgründen jedem Beipassregelventil vorgeschaltet sein muß. Die Sicherheitsfunktion wird von dem Schnellschlußventil für beide Regelventile, dem Frischdampfregelventil sowie dem Beipassregelventil, ge­ währleistet.

Mit vergleichsweise geringen technischen Anpassungen, zum Beispiel der Größe des Schnellschlußventils, wird so eine erhebliche Steigerung der Leistung der Dampfturbine erreicht, um beispielsweise 50%, wobei allein druckverursachte, tech­ nisch aufwendige Anpassungen, wie zum Beispiel dickere Wandungen von Rohren oder Gehäusen, Materialwechsel zu höherwertigen Stählen oder Designanpassung der Dampfturbine, nicht erforderlich sind.

Ein weiterer Vorteil liegt im verbesserten Regelverhalten der Dampfturbine. Frisch­ dampfregelventile sowie Beipassregelventile sind bauartbedingt nicht vollkommen dampfdicht. In der erfindungsgemäßen Dampfturbine wird während des Betriebes das Beipassregelventil immer durch Frischdampf beaufschlagt sein, weil das ge­ meinsame Schnellschlußventil geöffnet ist. Durch die bauartbedingte Undichtigkeit des Beipassregelventils wird die Beipassleitung ständig mit einem geringen Beipass­ dampfstrom durchströmt. Eine sonst übliche ständige Entwässerung der Beipasslei­ tung ist so vermieden. Außerdem ist die Beipassleitung dadurch permanent ange­ wärmt. Dies hat den Vorteil, daß die übliche Anwärmphase für die Beipassleitung entfällt und auf Anforderung unmittelbar in Betrieb genommen werden kann, d. h. z. B. gleich nach einer Zündung der Zusatzfeuerung des Abhitzekessels und die dadurch verursachte höhere Dampfproduktion. Die Dampfturbine hat so eine vorteilhaft ver­ kürzte Regelzeit bei kurzfristiger Leistungsanforderung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Dampfturbine ist erreicht, wenn das wenigstens eine Beipassregelventil zusammen mit dem Schnellschlußventil und dem wenigstens einen Frischdampfregelventil in einem gemeinsamen Ventilgehäuse angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung wird eine optimiert kompakte, also platzsparende Dampf­ turbinenanordnung erreicht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dampfturbine ist die wenigstens eine Beipasszuführung derart im Hochdruckbereich der Dampfturbine angeordnet, beispielsweise in Schwerkraftrichtung gesehen von unten, daß eine Demontage der Beipasszuführung bei einer Demontage des Außengehäuseoberteils der Dampfturbine, insbesondere zu Wartungszwecken, vermieden ist.

Die in Schwerkraftrichtung gesehen obere Hälfte der erfindungsgemäßen Dampftur­ bine ist demgemäß frei zugänglich, beispielsweise für Wartungsarbeiten, bei deren Durchführung es von besonderem Vorteil ist, wenn das obere Außengehäuse mög­ lichst einfach demontiert werden kann.

Bei einer erfindungsgemäß gestalteten Dampfturbine ist ein Beipasseintrittsbereich, an der die Beipasszuführung Beipassdampf in den Hochdruckbereich der Dampftur­ bine einleitet, in axialer Richtung zwischen zwei benachbarten Schaufelreihen der Turbine frei wählbar.

Auf diese Weise kann die gewünschte Schluckfähigkeit der Dampfturbine besonders einfach konzipiert und realisiert werden.

Eine vorteilhaft gleichmäßige Verteilung des Beipassdampfes über den Umfang der Dampfturbine im Beipasseintrittsbereich ist durch einen torusartigen Ringraum er­ reicht.

Der torusartige Ringraum weist einerseits ein U-förmiges Profilelement als Begren­ zung des äußeren Durchmessers des torusartigen Ringraums auf. Die Schenkel des U-förmigen Profilelements bildet wenigstens teilweise dessen axiale, beidseitige Be­ grenzung. Andererseits bildet das Innengehäuses der Dampfturbine durch entspre­ chende Ausgestaltung die Begrenzung des inneren Durchmessers des torusartigen Ringraums. Ebenso wird wiederum wenigstens teilweise die axiale, beidseitige Be­ grenzung durch entsprechende Ausgestaltung des Innengehäuses gebildet. Auf diese Weise wird der torusartige Ringraum mit vorteilhaft wenigen sowie einfach gestalteten Bauelementen geformt.

Darüber hinaus ist das U-förmige Profilelement, unter Ausnutzung des vergleichs­ weise höheren Beipassdampfdrucks im torusartigen Ringraum, selbstabdichtend ge­ gen den bereits teilweise entspannten Dampf im einem Schaufelkanal im Bereich des Beipasseintrittsbereich der Dampfturbine.

Eine aufwendige Dichtungskonstruktion ist vermieden.

Ein weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Dampfturbine ist es, wenn das Innengehäuse im Beipasseintrittsbereich Ausnehmungen als Verbindung zwischen dem torusartigen Ringraum sowie dem Schaufelkanal aufweist, die so an­ geordnet und gestaltet sind, daß eine homogene Vermischung von Beipassdampf aus dem torusartigen Ringraum sowie dem bereits teilweise entspannten Dampf im Schaufelkanal im Bereich des Beipasseintrittsbereichs in die Dampfturbine erreicht ist.

Die gewünschte homogene Vermischung von Beipassdampf und teilweise ent­ spanntem Dampf wird auf diese Weise mit besondere einfachen technischen Mitteln erreicht.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Einleitung von Beipassdampf in eine Dampfturbine, zunächst der Frischdampf vom Dampferzeuger über ein Schnell­ schlußventil geleitet und anschließend wird der Frischdampf dann teilweise über wenigstens ein Frischdampfregelventil dem Turbineneintrittsbereich zugeleitet. Zusätz­ lich kann der Frischdampf teilweise als sogenannter Beipassdampf über wenigstens ein Beipassregelventil einem Beipasseintrittsbereich im Hochdruckbereich der Dampfturbine zugeleitet werden.

Die Dampfstromführung zur Dampfturbine ist vorteilhaft vereinfacht, denn nach ei­ nem Schnellschlußventil verzweigt sich der Frischdampf zu Beipassdampf und Frischdampf. Eine zusätzliche Sicherheitsarmatur, nämlich ein separates Beipass­ schnellschlußventil entfällt günstigerweise.

Außerdem ist die Rohrleitungsführung der Dampfrohrleitungen vorteilhaft vereinfacht und jetzt ist es möglich die Planung der Anordnung der Dampfturbine kompakter auszuführen.

Insgesamt ist der Beipasswirkungsgrad verbessert, weil eine den Strömungswider­ stand verursachende Komponente, nämlich das Beipassschnellschlußventil entfällt. Außerdem weist die notwendige Dampfrohrleitungsstrecke vorteilhaft verkürzte Län­ ge auf.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Beipassdampf über eine Beipassleitung sowie über eine Beipasszuführung in den Hochdruckbereich der Dampfturbine eingeleitet, wobei der Beipassdampf jedoch frü­ hestens nach der ersten Turbinenlaufschaufelreihe, die dampfstromabwärts nach dem Dampfturbineneintrittsbereich folgt, eingeleitet wird.

Hier ist nur eine Beipassleitung und eine Beipasszuführung vorgesehen, die eine einfache und kurze Rohrleitungsführung gewährleistet sowie zudem die Druckverlu­ ste zwischen Beipassregelventil und Dampfturbine gering hält.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Er­ findung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie be­ sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prozeß-Schema einer Dampfturbine,

Fig. 2 eine Schnittansicht als Draufsicht auf eine Hochdruckteilturbine,

Fig. 3 eine Schnittansicht senkrecht zur Mittellinie der Turbinenteilwelle der Hochdruckteilturbine,

Fig. 4 eine Ansicht auf einen Schnitt längs durch die Hochdruckteiltur­ bine und

Fig. 5 ein Regelungskonzept für eine Dampfturbine.

Fig. 1 zeigt ein Prozeß-Schema einer dreigehäusigen Dampfturbine mit einer Hoch­ druckteilturbine 10, einer Mitteldruckteilturbine 12 sowie einer Niederdruckteilturbine 14, die zusammen mit einem Generator 16, zu einem Wellenstrang 18 angeordnet sind. Von einer ersten Dampfquelle 20 kann Dampf über eine erste Ventilkombinati­ on 22 mittels einer ersten Dampfleitung 24 in eine Überströmleitung 26 eingeleitet werden, wobei die Überströmleitung 26 einen Dampfaustrittsbereich der Mittel­ druckteilturbine 12 mit einem Eintrittsbereich der Niederdruckteilturbine 14 verbindet. Von einer zweiten Dampfquelle 30 wird ein Dampfstrom mittels der Dampfleitungen 32 und 34 zu zwei weiteren Ventilkombinationen 36, 38 geleitet. Beide weiteren Ven­ tilkombinationen 36, 38 regeln die ihnen zugeordneten Teilströme des Dampfstroms und leiten die jeweiligen geregelten Teilströme zu je einer Stelle im Eintrittsbereich der Mitteldruckteilturbine 12. Diese Einleitung der Teilströme erfolgt jedenfalls vor der ersten Laufschaufelreihe der Mitteldruckteilturbine 12 in Stromrichtung des Dampfes gesehen.

Zur Dampfversorgung der Hochdruckteilturbine ist eine Frischdampfquelle 40 vor­ handen. Der Frischdampf von der Frischdampfquelle 40 wird durch eine Frisch­ dampfhauptleitung 42, die sich in zwei Frischdampfleitungen 44, 46 verzweigt, zu einer ersten Frischdampfventilkombination 48, die in Dampfstromrichtung gesehen zunächst ein erstes Schnellschlußventil 50, dann ein erstes Regelventil 52 aufweist, beziehungsweise zu einer zweiten Frischdampfventilkombination 60, die in Dampfstromrichtung gesehen zunächst ein zweites Schnellschlußventil 62, ein zweites Regelventil 64 sowie zusätzlich zum zweiten Regelventil 64, parallel zu die­ sem angeordnet, ein Beipassregelventil 66, geleitet. Von dem ersten beziehungswei­ se zweiten Regelventil 52, 64 wird der entsprechende Teilstrom an Frischdampf über die Fortführung der Frischdampfleitungen 44, 46 in den Eintrittsbereich 67 der Hoch­ druckteilturbine 10 geleitet. Auch die Einleitung der Frischdampfteilströme erfolgt je­ weils vor der ersten Laufschaufelreihe der Hochdruckteilturbine 10 in Stromrichtung des Frischdampfes gesehen. Von dem Beipassregelventil 66 wird ein Beipass­ dampfstrom mittels der Beipassleitung 68 zu einem Beipasseintrittsbereich 70 im Be­ reich der Hochdruckteilturbine 10 geführt und dort in diese eingeleitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in diesem Beispiel wie folgt ausgeführt. Frischdampf wird zum zweiten Schnellschlußventil 62 geleitet. Dem zweiten Schnell­ schlußventil 62 sind zwei weitere Ventile nachgeordnet, nämlich das zweite Regel­ ventil 64 sowie das Beipassregelventil 66, wobei beide bei Schnellschluß des zwei­ ten Schnellschlußventils 62 keinen Frischdampf mehr erhalten. Das ist ein wesentli­ cher Vorteil zu den bisher bekannt gewordenen Ventilanordnungen, da ein separa­ tes, allein dem Beipassregelventil 66 zugeordnetes Beipassschnellschlußventil vor­ teilhafterweise entfällt. Die Dampfstromführung bis zur Turbine ist vorteilhaft verein­ facht.

Während des Betriebs der Dampfturbine wird der Frischdampf nach dem zweiten Schnellschlußventil 62 aufgeteilt und ein Anteil als Frischdampf zum Turbineneintritt der Hochdruckteilturbine 10 geleitet, und andererseits ein weiterer Anteil des Frisch­ dampfs als sogenannter Beipassdampf, der jedoch im wesentlichen den Dampfzu­ stand des Frischdampfes besitzt, mittels der Beipassleitung 68 zum Beipasseintritts­ bereich geleitet.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht als Draufsicht auf eine mögliche Ausgestaltung einer Hochdruckteilturbine 10, wobei hier eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dampfturbine gezeigt ist. Soweit möglich werden die Bezugszeichen der Fig. 1 in dieser sowie in den folgenden Figuren für die gleichen Bauteile identisch verwendet. In einem Gehäuseunterteil 80 ist eine Turbinenteilwelle 82 angeordnet, die an ihrem einen Ende durch das Gehäuseunterteil 80 geführt ist und mit einem Flansch 88 ab­ schließt, sowie an ihrem entgegengesetzt liegenden Wellenende mit einer Wellen­ drehvorrichtung 91 zusammenwirkt und in deren Bereich endet. Die Leit- sowie die Laufbeschaufelung der Hochdruckteilturbine 10 ist wegen der besseren Übersicht­ lichkeit in der Figur nicht dargestellt, befindet sich jedoch zwischen der Turbinenteilwelle 82 sowie einem Innengehäuse 84, welches durch eine Anzahl von Schrumpf­ ringen 86 zusammengehalten wird.

Ein Turbineneintrittsbereich ist im dem Flansch 88 zugewandten inneren Bereich der Hochdruckteilturbine 10 angeordnet und als torusartiges Dampfeintrittselement 90 mit zwei Dampfeinlaßöffnungen 92, 94 versehen. Das Dampfeintrittselement 90 ist im Bereich der Dampfeinlaßöffnungen 92, 94 so ausgestaltet, daß es jeweils durch das Außengehäuse durchgreift und wird dort jeweils mit dem frischdampfführenden Bau­ element einer ersten 96 sowie zweiten Ventilkombination 98 verbunden, was jedoch nicht dargestellt ist. In dieser Figur sind die beiden Ventilkombinationen 96, 98 als Draufsicht, jedoch nicht als Schnitt gezeigt. Daher sind als Verbindung des ersten 100 beziehungsweise zweiten Ventilgehäuses 102 mit dem Gehäuse der Hoch­ druckteilturbine die entsprechenden Verbindungsflansche 104, 106 gezeigt. Die erste Ventilkombination 96 weist ein erstes Regelventil, dessen erster Regelven­ tilantrieb 110 sich am ersten Ventilgehäuse 100 abstützt, sowie ein erstes Schnell­ schlußventil, dessen erster Schnellschlußventilantrieb 112 sich ebenfalls am ersten Ventilgehäuse 100 abstützt, auf, wobei der erste Regelventil und das erste Schnell­ schlußventil in dem ersten Ventilgehäuse 100 gemeinsamen angeordnet sind. Die zweite Ventilkombination 98 ist teilweise vergleichbar zu der ersten Ventilkombi­ nation 96 aufgebaut mit einem zweiten Regelventil und dessen zweiten Regelventi­ lantrieb, sowie mit einem zweiten Schnellschlußventil und dessen Schnellschlußven­ tilantrieb 116 in dem gemeinsamen zweiten Ventilgehäuse 102. Zusätzlich hierzu ist in dem zweiten Ventilgehäuse 102 ein Beipassventil mit einem diesem zugeordneten Beipassventilantrieb 118 angeordnet, nämlich im Frischdampfpfad zwischen dem zweiten Schnellschlußventil und dem zweiten Regelventil. Eine Beipassdampfleitung 120 verbindet einen Beipassventilaustritt 130, siehe Fig. 3, der in dieser Ansicht ver­ deckt ist, mit einer Beipasszuführung 132, siehe Fig. 3, an der Hochdruckteilturbine, ebenfalls verdeckt, aber durch einen Kreis 122 angedeutet. Des weiteren ist ein to­ rusartiger Ringraum 124 zwischen zwei benachbarten Schrumpfringen 86 sowie un­ gefähr mittig zum Innengehäuse 84 in axialer Richtung der Turbinenteilwelle 82 ge­ sehen, angeordnet, der zum einen Teil durch entsprechende Ausgestaltung des In­ nengehäuses 84 sowie durch ein ringförmiges U-förmiges Profilelement 125 geformt wird.

Hier ist also eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfin­ dung gezeigt, bei der das zweite Schnellschlußventil, in Strömungsrichtung des Frischdampfes aus gesehen, zuerst sowie nachfolgend das Beipassregelventil und das zweite Regelventil in dem gemeinsamen Ventilgehäuse 102 angeordnet ist.

Die Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zur Mittellinie der Turbinenteilwelle 82 der Hochdruckteilturbine 10. Der Schnitt wurde jedoch nur durch einen Bereich der Hochdruckteilturbine 10 durchgeführt, in dem der torusartige Ringraum 124 angeord­ net ist, so daß die angeflanschte erste sowie zweite Ventilkombination 96, 98 nur als Ansicht von außen dargestellt sind. Die Bezugszeichen der Fig. 2 werden für die sich entsprechenden Bauelemente für diese Figur übernommen.

In dieser Figur sind insbesondere der Beipassventilaustritt 130 sowie die Beipasszu­ führung 132 gezeigt. Die Beipasszuführung 132 schließt einerseits an der Beipass­ dampfleitung 120 an, andererseits ist diese mit einem äußeren Beipasszufühungs­ element 134 an dem Gehäuseunterteil 80 angeflanscht sowie mit einem inneren Bei­ passzuführungselement 136 mit einem Anschlußelement 138 des torusartigen Rin­ graums 124 verbunden.

Des weiteren ist ein Gehäuseoberteil 140 des Außengehäuses gezeigt, das mittels einer Flanschverbindung 142 mit dem Gehäuseunterteil 80 verbunden ist.

Die Fig. 4 zeigt eine Ansicht auf einen Schnitt längs durch die Hochdruckteilturbine 10. Die Bezugszeichen sind aus der Fig. 2 sowie 3 wiederum für gleiche Bauele­ mente in diese Figur übernommen.

Es ist ein Schaufelkanal 146 gezeigt, der zwischen dem Innengehäuse 84 sowie der Turbinenteilwelle 82 angeordnet ist. Im Schaufelkanal 146 sind sowohl die Leit-, als auch die Laufbeschaufelung angeordnet, in dieser Figur jedoch nur vereinzelt als Schaufeln 148 angedeutet.

Der torusartige Ringraum 124 weist an seinem inneren Durchmesser Bohrungen 144 auf, über die Beipassdampf vom torusartigen Ringraum 124 in den Schaufelkanal 146 eingeleitet wird. Mittels geeigneter Wahl der Anzahl sowie Anordnung der Boh­ rungen 144 wird eine homogene Vermischung des bereits im Schaufelkanal 146 vor­ handenen Dampfes mit dem eingeleiteten Beipassdampf erreicht.

Durch geeignete Wahl der Ausgestaltung des torusartigen Ringraums 124 ist eine Temperaturverteilung im Bereich der Vermischung erreicht, die es erlaubt, Standardwerkstoffe einzusetzen. Vorteilhafterweise bleiben auch die Wellen- sowie La­ gerkonstruktion der Hochdruckteilturbine 10 unverändert.

In dieser Ansicht ist zu erkennen, wie beim U-förmigen Profilelement 125 der Selbstabdichtungsmechanismus wirkt. Die beiden Schenkel des U-förmigen Profile­ lements 125 sind zwischen zwei benachbarten Schrumpfringen 86 angeordnet, wäh­ rend der die Schenkel verbindende Teil des U-förmigen Profilelements 125 die Be­ grenzung am äußeren Durchmessers des torusartige Ringraums bewirkt. Zwischen einem der Schenkel und dem diesem zugeordneten Schrumpfring ist ein Distanz­ stück 150 angeordnet, damit das U-förmige Profilelement 125 axial positioniert ist. Der Druck im torusartigen Ringraum 124 entspricht dem Beipassdampfdruck und hat daher fast Frischdampfdruckparameter. Jedenfalls ist dieser Druck höher als der Dampfdruck im Schaufelkanal an der betreffenden Stelle, der bereits auf seinem Weg von dem Dampfeintrittselement 90 bis zu der betreffenden Stelle teilweise ent­ spannt wurde. Demgemäß werden die Schenkel durch den Innendruck mit einer Kraftwirkung in jeweils vorzugsweise axialer Richtung versehen und derart verklem­ mend abdichtet gegen den Sitz des U-förmigen Profilelements. Mit steigender Druckdifferenz zwischen Innendruck und Schaufelkanaldruck steigt auch die ver­ klemmende Wirkung und damit auch die Dichtigkeit an der betreffenden Stelle.

Die Fig. 5 zeigt schließlich ein Regelungskonzept für eine Dampfturbine, die erfin­ dungsgemäß ausgestaltet ist, in Form eines Diagramms. Auf der x-Achse 160 ist ei­ ne Leistung in MW aufgetragen, beispielsweise der elektrischen Leistung am Gene­ rator der Turbine, wobei bei der x-Achse 160 Maßangaben vermieden sind, da nur qualitative Aussagen getroffen werden sollen. Eine y-Achse 162 ist mit einer ersten Skala 164 für den Frischdampfdruck sowie einer zweiten Skala 166 für die prozen­ tuale Öffnung von Ventilen versehen. In dem Diagramm sind drei Kurven gezeigt, wobei eine erste Kurve 168 den Frischdampfdruck, eine zweite Kurve 170 die pro­ zentuale Öffnung der Regelventile sowie eine dritte Kurve 172 die prozentuale Öff­ nung des Beipassregelventils betrifft.

In dem gezeigten Beispiel sind die Regelventile bei einem Frischdampfdruck von 60 bar ca. 70% geöffnet. Bei steigender Leistung, aber gleichem Frischdampfdruck öff­ nen die Regelventile stetig linear bis sie vollständig offen sind. Erst nach dem Punkt an der Leistungsskala wird der Frischdampfdruck linear erhöht, um eine höhere Lei­ stung zu erzielen. Ein 100% Lastfall 174 wird bei 95 bar Frischdampfdruck erreicht.

Der Frischdampfdruck kann bis zur einer Auslegungsgrenze, beispielsweise des Ab­ hitzekessels, von hier maximal 135 bar weiter linear erhöht werden, um eine bei 135 bar maximale Leistung zu erreichen. Herkömmliche Kombikraftwerke sind unter den entsprechenden Bedingungen auf diesen maximalen Leistungswert beschränkt. Nach diesem Punkt auf der Leistungsskala beginnt das Beipassregelventil zu öffnen und ermöglicht eine Dampfmassenstromsteigerung bei konstantem Frischdampf­ druck, was in einer Leistungserhöhung resultiert, solange bis das Beipassregelventil vollständig geöffnet ist und damit die Maximalleistung der erfindungsgemäßen Dampfturbine erreicht ist.

Claims (14)

1. Dampfturbine, insbesondere für einen kombinierten Gas- und Dampfturbinen- Kraftwerksprozeß, mit wenigstens einer Ventilanordnung (96, 98) zur geregelten Einleitung von Frischdampf in die Dampfturbine, wobei die Ventilanordnung ein Schnellschlußventil sowie wenigstens ein dem Schnellschlußventil zugeordnetes Frischdampfregelventil aufweist, mit einem Frischdampfbeipass, der Frischdampf als sogenannten Beipassdampf mittels wenigstens einer Beipassleitung (120) sowie mittels einer jeder Beipassleitung zugeordneten Beipasszuführung (132) in den Hochdruckbereich der Dampfturbine einleitet, jedoch nach der ersten Turbinenlauf­ schaufelreihe dampfstromabwärts des Dampfturbineneintrittsbereichs gesehen, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Schnellschlußventile sowohl we­ nigstens ein Frischdampfregelventil, als auch wenigstens ein Beipassregelventil zu­ geordnet ist.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Beipassregelventil zusammen mit einem Schnellschlußventil und dem wenig­ stens einen Frischdampfregelventil in einem gemeinsamen Ventilgehäuse (98) an­ geordnet sind.

3. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischdampfbeipass genau eine Beipassleitung (120) sowie genau eine Beipasszu­ führung (132) aufweist.

4. Dampfturbine nach einem vorgenannten der Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wenigstens eine Beipasszuführung (132) derart am Hochdruckbe­ reich der Dampfturbine angeordnet ist, daß die Demontage der Beipasszuführung (132) bei einer Demontage des oberen Dampfturbinenaußengehäuses (140), insbe­ sondere bei Wartungsarbeiten, vermieden ist.

5. Dampfturbine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Beipasseintrittsbereich, an der die Beipasszuführung (132) Bei­ passdampf in den Hochdruckbereich der Dampfturbine einleitet, in axialer Richtung zwischen zwei benachbarten Schaufelreihen frei wählbar ist.

6. Dampfturbine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der eingeleitete Beipassdampf durch einen torusartiges Ringraum (124) gleichmäßig über den Umfang der Dampfturbine im Beipasseintrittsbereich verteilt ist.

7. Dampfturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der torusartige Ringraum (124) einerseits durch ein U-förmiges Profilelement (125) als Begrenzung des äußeren Durchmessers des torusartigen Ringraums (124), sowie als dessen we­ nigstens teilweise axiale, beidseitige Begrenzung, und andererseits durch entspre­ chende Ausgestaltung des Innengehäuses (84) der Dampfturbine für die Begrenzung des inneren Durchmessers des torusartigen Ringraums (124) sowie als dessen we­ nigstens teilweise axiale, beidseitige Begrenzung.

8. Dampfturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmiges Profilelement (125), unter Ausnutzung des vergleichsweise höheren Beipassdampf­ drucks im torusartigen Ringraum (124), selbstabdichtend gegen den teilweise ent­ spannten Dampf im einem Schaufelkanal (146) im Beipasseintrittsbereich der Dampfturbine ausgestaltet ist.

9. Dampfturbine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Innengehäuse (84) im Beipasseintrittsbereich Ausnehmungen als Verbindung zwischen dem torusartigen Ringraum (124) sowie dem Schaufelkanal (146) aufweist, die so angeordnet und gestaltet sind, daß eine homogene Vermi­ schung von Beipassdampf aus dem torusartigen Ringraum (124) sowie dem bereits teilweise entspannten Dampf im Schaufelkanal (146) im Bereich des Beipassein­ trittsbereichs in die Dampfturbine erreicht ist.

10. Verfahren zur Einleitung von Beipassdampf in eine Dampfturbine, die insbe­ sondere für einen kombinierten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerksprozeß vorgesehen ist, wobei Frischdampf mittels wenigstens einer Ventilanordnung (96, 98) gere­ gelt und anschließend in die Dampfturbine eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischdampf über ein Schnellschlußventil geleitet wird, und daß der Frisch­ dampf dann teilweise über wenigstens ein Frischdampfregelventil dem Turbinenein­ trittsbereich (90) sowie teilweise als sogenannter Beipassdampf über wenigstens ein Beipassregelventil einem Beipasseintrittsbereich im Hochdruckbereich der Dampftur­ bine zugeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Beipassdampf über eine Beipassleitung sowie über eine Beipasszuführung in den Hochdruckbe­ reich der Dampfturbine eingeleitet wird, wobei der Beipassdampf jedoch erst nach der ersten Turbinenlaufschaufelreihe, die dampfstromabwärts nach dem Dampfturbi­ neneintrittsbereich (90) folgt, eingeleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bei­ passdampf durch einen torusartigen Ringraum (124) gleichmäßig über den Umfang der Dampfturbine im Beipasseintrittsbereich verteilt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Beipassdampf über eine Anzahl von Ausnehmungen (144) vom torusartigen Rin­ graum (124) in einen Schaufelkanal (146) geleitet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausgestaltung der Ausnehmungen (144) sowie deren Anzahl und Position, die Vermischung von Beipassdampf und dem bereits teilweise entspannten Dampf im Schaufelkanal (146) gesteuert wird.