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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einem Gehäuseoberteil
und Gehäuseunterteil,
wobei die Dampfturbine zumindest eine Überströmleitung zwischen einem Frischdampfstellventil
und einem HD-Dampfturbineneintritt aufweist, wobei das Ventilgehäuse des
Frischdampfstellventils über
eine Flanschverbindung mit der Überströmleitung
verbunden ist, wobei ein Frischdampfrohr im Frischdampfstellventil
als Dampfdurchführung
zwischen dem Ventilgehäuse
und der Überströmleitung
vorgesehen ist und wobei ein Dichtungselement zwischen dem Frischdampfrohr
und einem Dichtungssitz in der Überströmleitung
angeordnet ist.
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Aus
dem Stand der Technik sind Dampfturbinen bekannt, die ein Gehäuseober- und -unterteil aufweisen.
Zur Erleichterung von Montage- und Demontagearbeiten sind die Ventile,
genauer Frischdampfstellventile oder Frischdampfüberlastventile direkt an dem
Turbinengehäuseoberteil
befestigt.
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Bei
derartigen Dampfturbinen sind Überströmleitungen
zwischen dem Frischdampfstellventil oder dem Frischdampfüberlastventil
und dem HD-Dampfturbineneintritt vorgesehen. Derartige Überströmleitungen
sind mit Flanschverbindungen oder Rohrverschraubungen versehen.
Bei den Lösungen
mit Flansch oder Rohrverschraubungen treten des öfteren bei hohen Frischdampfwerten,
das heißt
bei hoher Temperatur oder hohem Druck im instationären Zustand
Dampfleckagen auf. Die Dichtheit der Flansche oder Rohrverschraubungen
ist daher in vielen Dampfturbinenanlagen ein Problem.
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Zur
Lösung
dieses Problems wurde in der
EP 0128343 B1 eine modular aufgebaute Dampfturbine mit
Zwischenüberhitzer
vorgestellt, bei der das Frischdampfturbinenventil ein Bestandteil
des Turbinenaussengehäuses
ist. Das Ventilgehäuse
ist mittels eines Flansches direkt am Turbinenaussengehäuse montiert.
Der Diffusor im Ventil wird als Dampfdurchführung zwischen Ventilgehäuse und
Turbinengehäuse
verwendet. Der Flansch zwischen Turbinenaussengehäuse und
Ventilgehäuse
wird in diesem Fall nur mit dem HD-Abdampfdruck und Rohrreaktionskräften beaufschlagt.
Zwar werden hier die o.g. Dichtungsprobleme weitgehend vermieden,
allerdings ist auch hier die Flanschverbindung sehr schwer ausgeführt und
kaum wärmeelastisch,
da sie beispielsweise in einigen Fällen mit Frischdampfdruck von
250 bar bei Nennweiten von 300 mm bis 350 mm belastet wird.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Dampfturbine
mit Druckentlastung von Flanschen in Überströmleitungen zwischen Frischdampfstellventilen
und HD-Dampfturbineneintritt zur Verfügung zu stellen, welche die
vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Ferner
soll der Flansch leichter gestaltet und wärmeelastischer ausgeführt werden
können.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemässe
Lösung
dieser Aufgabe sieht vor, dass der Ringraum zwischen dem Frischdampfrohr
und dem Ventilgehäuse
mit einer Druckentlastungsleitung in einen Raum niedrigeren Drucks
als dem Frischdampfdruck vorgesehen ist. Hierdurch wird eine verbesserte
Dampfturbine mit Druckentlastung von Flanschen in Überströmleitungen
zwischen Frischdampfstellventilen und HD-Dampfturbineneintritt zur
Verfügung
gestellt, wobei die Flanschverbindungen hierdurch leichter gestaltet
und wärmeelastischer
ausgeführt
werden. Die Gefahr von Dampfleckagen nach aussen im instationären Betrieb
kann wirkungsvoll minimiert werden. Ferner können druckentlastete Flanschverbindungen im
Bereich Ventilgehäuse/Überströmleitung
im Austausch gegen verschlissene Ventile bei bestehenden Dampfturbinen
nachgerüstet
werden. Dabei kann der Raum niedrigeren Drucks beispielsweise die
Umgebung oder ein Wärmetauscher,
oder jeder andere geeignete Ort sein. Durch die Flanschverbindung
zwischen Frischdampfstellventil und Überströmleitung lässt sich das HD-Oberteil bei
einer Revision leicht demontieren.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Druckentlastungsleitung
mit dem Abdampf der Hochdruckturbine verbunden ist. Die Verbindung
mit anderen Räumen mit
niedrigerem Druckniveau ist ebenso denkbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Dichtungselemente als
Kolbenringe ausgebildet sind. Diese Dichtungselemente sind besonders
temperatur- und druckbeständig
und halten auch instationären
Belastungen stand.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Druckentlastungsleitung
in der Flanschverbindung ausgebildet ist. Hier lässt sich in einfacher und nicht
störender
Weise ein Anschluss zum HD-Abdampf anformen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Druckentlastungsleitung
bei einem Ventilgehäuse
mit gestecktem Diffusor vorgesehen ist. Der Diffusor bildet dabei
in einem Bauteil den Ventilsitz und das Frischdampfrohr.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Druckentlastungsleitung
bei einem Ventilgehäuse
mit Diffusor und Glocke vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform
sind Diffusor und Frischdampfrohr voneinander getrennt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Flanschverbindung für eine Temperaturdifferenz
von 500°C
bis 700°C,
vorzugsweise für
eine Temperaturdifferenz von 550°C
bis 600°C
ausgelegt ist. Hierdurch kann die Erfindung bei bestehenden Dampfturbinen
nachgerüstet
werden
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Flanschverbindung für eine Temperaturdifferenz
größer oder
gleich 700°C
ausgelegt ist. Insbesondere hier machen sich die niedrigeren Druckbelastungen im
instationären
Bereich vorteilhaft für
die Auslegung der Flanschverbindung bei Dampfturbinen mit Hochtemperaturwerkstoffen
bemerkbar.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer beispielhaften Dampfturbine gemäss der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
schematischen Längsschnitt
im Bereich Frischdampfventil/Überströmleitung
einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische teilweise geschnittene Darstellung einer zweiten vorteilhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
schematische teilweise geschnittene Darstellung einer dritten vorteilhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Es
sind nur die für
das Verständnis
der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Bei der nachfolgenden
Beschreibung sind gleiche oder ähnliche Teile
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
eine Dampfturbine 1 mit je einer durch die Pfeile 2 und 3 angedeuteten
Frischdampfzufuhr in das Gehäuseoberteil 4 bzw.
in das Gehäuseunterteil 5.
Der vom nicht dargestellten Kessel gelieferte Frischdampf tritt
bei 2 und 3 in Schnellschlussventile 6 bzw. 7 ein
und gelangt bei geöffneten
Schnellschlussventilen 6 und 7 in Frischdampfstellventile 8 und 9,
durch welche der jeweils erforderliche Dampfstrom zur Dampfturbine 1 eingestellt und
geregelt werden kann. Die Einstellung und Regelung der Frischdampfstellventile 8, 9 erfolgt
durch mit diesen baulich verbundene Stellmotoren 10 und 11. Die
Schnellschlussventile 6 und 7 werden durch Aktuatoren 12 und 13 betätigt, deren
Aufgabe darin besteht, die Dampfzuleitung im Notfall schlagartig
abzusperren. Ferner ist eine Flanschverbindung 27 zwischen
dem Frischdampfstellventil 8 und einer Überströmleitung 18 dargestellt,
die mit dem Gehäuseoberteil 4 der
Dampfturbine 1 verbunden ist. In der Flanschverbindung 27 ist
zur Druckentlastung eine nicht dargestellte Druckentlastungsleitung
mit einem Anschluss 22 an den HD-Abdampf der Dampfturbine 1 vorgesehen.
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2 zeigt
einen schematischen Längsschnitt
im Bereich Ventilgehäuse/Überströmleitung einer
ersten vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit gestecktem Diffusor. Bei dieser Ausführungsform
ist das rotationssymmetrische Ventilgehäuse 14 über einen
ventilgehäuseseitigen Flansch 16,
einen überströmleitungsseitigen
Flansch 17 und Dehnungsstiftschrauben 20 mit einer
ebenfalls rotationssymmetrischen Überströmleitung 18 verbunden.
Dies stellt die Flanschverbindung 27 dar. Die Strömungsverbindung
für den
Frischdampf wird dabei durch einen innerhalb des Ventilgehäuses 14 und
der Überströmleitung 18 angeordneten
einstückig
ausgebildeten Diffusor 15 mit Frischdampfrohr 25 herge stellt,
der vom Ventilgehäuse 14 in
einen Ringraum 24 eingeschoben und mit Dichtungselementen 19 in
einem überströmleitungsseitigen
Dichtungssitz 28 aufgenommen wird. An seinem ventilseitigen
Ende bildet der Diffusor 15 einen Ventilsitz. Die Dichtung
des überströmleitungsseitigen
Endes des Frischdampfrohrs 25 gegen Leckage erfolgt durch ein
Dichtungselement 19, welches aus Kolbenringen besteht.
Der zwischen dem Frischdampfrohr 25 und dem Ventilgehäuse 14 gebildete
Ringraum 24 ist über
eine Druckentlastungsleitung 21, die einen Anschluss 22 aufweist,
mit dem HD-Abdampf verbunden. Die Druckentlastungsleitung 21 ist
dabei in dem ventilgehäuseseitigen
Flansch 16 eingearbeitet und verläuft senkrecht zur Diffusormittellinie.
Dadurch entstehen keine störenden
zusätzlichen
Vorsprünge am
Bauteil.
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3 zeigt
eine schematische teilweise geschnittene Darstellung einer zweiten
vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit gestecktem Diffusor. Dabei entspricht
der Aufbau prinzipiell dem zu 2 beschriebenen
und soll deshalb hier nicht noch einmal wiederholt werden. Im Unterschied
zu der Ausführungsform
in 2 sind hier die Druckentlastungsleitung 21 und
der Anschluss 22 zum HD-Abdampf am diffusorseitigen Ende
des Ringraums 24 angeordnet. Auch hier verläuft die
Druckentlastungsleitung 21 senkrecht zur Diffusormittellinie.
Hierdurch wird eine Schwächung
des Flansches vermieden.
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4 zeigt
eine schematische teilweise geschnittene Darstellung einer dritten
vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Frischdampfrohr 25 und Glocke 23.
Im Gegensatz zu den in 2 und 3 dargestellten
Ausführungsformen ist
hier das Frischdampfrohr 25 getrennt vom Diffusor 15 ausgeführt. Die Überströmleitung 18 und
das Frischdampfrohr 25 sind einstückig als sogenannte Glocke 23 ausgebildet,
in der ebenfalls ein Ringraum 24 ausgebildet ist. Dabei
steht das zylindrisch ausgebildete Frischdampfrohr 25 über die
Flanschvorderkante 26 des Überströmleitungsflanschs 17 in
das Ventilgehäuse 14 hervor
und wird darin durch Dichtungselemente 19 gedichtet. Die
Dichtungselemente 19 sind in diesem Ausführungsbeispiel
als Kolbenringe ausgebildet. Die Druckentlastungsleitung 21 und der
Anschluss 22 zum HD-Abdampf sind am ventil gehäuseseitigen
Ende des Ringraums 24 leicht schräg zur Ventilgehäusemittelachse
angeordnet.
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Während des
Anfahrens der Turbine, d.h. im instationären Betrieb, werden Stösse und
druck- und temperaturbedingte Schwankungen durch Längenänderungen
im Bereich Frischdampfventil 8 / Überströmleitung 18 kompensiert.
Durch die erfindungsgemässe
Druckentlastungsleitung 21 werden die hierbei auftretenden
Belastungen der Flanschverbindung 27 minimiert.
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- 1
- Dampfturbine
- 2
- Frischdampfzufuhr
- 3
- Frischdampfzufuhr
- 4
- Gehäuseoberteil
- 5
- Gehäuseunterteil
- 6
- Schnellschlussventil
- 7
- Schnellschlussventil
- 8
- Frischdampfstellventil
- 9
- Frischdampfstellventil
- 10
- Stellmotor
- 11
- Stellmotor
- 12
- Aktuator
- 13
- Aktuator
- 14
- Ventilgehäuse
- 15
- Diffusor
- 16
- Flansch
Ventilgehäuse
- 17
- Flansch Überströmleitung
- 18
- Überströmleitung
- 19
- Dichtelement
- 20
- Dehnungsstiftschraube
- 21
- Druckentlastungsleitung
- 22
- Anschluss
an HD-Abdampf
- 23
- Glocke
- 24
- Ringraum
- 25
- Frischdampfrohr
- 26
- Flanschvorderkante
- 27
- Flanschverbindung
- 28
- Dichtungssitz
- 29
- Abdampfkanal