DE102009003526B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung des Einlaufbereichs einer Zweistromturbine - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung des Einlaufbereichs einer Zweistromturbine Download PDFInfo
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Abstract
Dampfturbine (10), die aufweist:einen Turbinenrotor (20);ein Generatorende (12), das eine erste Stufe (26) des Generatorendes aufweist, die mehrere Leitapparate (28) des Generatorendes und mehrere an dem Turbinenrotor (20) angeordnete Laufschaufeln (30) des Generatorendes aufweist, wobei die erste Stufe (26) des Generatorendes ein erstes Verhältnis eines Abfalls des statischen Drucks über den mehreren Laufschaufeln (30) des Generatorendes zu einem gesamten Druckabfall über sowohl den mehreren Leitapparaten (28) des Generatorendes als auch den mehreren Laufschaufeln (30) des Generatorendes aufweist;ein Turbinenende (14), das eine erste Stufe (34) des Turbinenendes aufweist, die mehrere Leitapparate (36) des Turbinenendes und mehrere an dem Turbinenrotor (20) angeordnete Laufschaufeln (38) des Turbinenendes aufweist, wobei die erste Stufe (26) des Turbinenendes ein zweites Verhältnis eines Abfalls des statischen Drucks über den mehreren Laufschaufeln (38) des Turbinenendes zu einem gesamten Druckabfall über sowohl den mehreren Leitapparaten (36) des Turbinenendes als auch den mehreren Laufschaufeln (38) des Turbinenendes aufweist, wobei das zweite Verhältnis nicht dem ersten Verhältnis entspricht; undeinen Einlaufabschnitt (18), der zwischen dem Generatorende (12) und dem Turbinenende (14) angeordnet ist, wobei der Turbinenrotor (20) und der Einlaufabschnitt (18) einen Ringraum (22) dazwischen definieren, der ein erstes Ringraumende (42) in dem Generatorende (12) und ein zweites Ringraumende (44) in dem Turbinenende (14) aufweist;wobei der Turbinenrotor (20) wenigstens ein Durchgangsloch (32, 40) oder einen Kanal enthält, das oder der in der Lage ist, den Dampfstrom (46, 52) von der ersten Stufe (26) des Generatorendes über das erste Ringraumende (42) oder von der ersten Stufe (34) des Turbinenendes über das zweite Ringraumende (44) zu dem Ringraum (22) zu leiten; undwobei eine Differenz zwischen dem ersten Verhältnis und dem zweiten Verhältnis in der Lage ist, einen Dampfstrom (46) durch den Ringraum (22) hindurch zu treiben, um eine Temperatur des Turbinenrotors (20) zu reduzieren.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Dampfturbinen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Kühlung eines Einlaufbereichs einer Zweistromdampfturbine.
- Zweistromdampfturbinen enthalten gewöhnlich zwei parallele Strömungen führende Turbinenenden, die auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Häufig ist zwischen den Turbinenenden ein auch als Wanne oder Sammelraum bezeichneter Einlaufbereich angeordnet, der sich rings um die Welle erstreckt. Dampf strömt in die Dampfturbine hinein radial nach innen zu dem Einlaufbereich hin, und der Dampfstrom wird anschließend aufgeteilt, in axialer Richtung umgelenkt und strömt in entgegengesetzte Richtungen, so dass er in jeden der beiden Turbinenenden mit parallelen Strömen eintritt.
- Der Dampfstrom kann zwischen dem Rotor und dem Einlaufbereich der Zweistromdampfturbine ins Stocken geraten, was aufgrund der durch Ventilationsverluste herbeigeführten Erhitzung des stagnierenden Dampfs eine hohe Temperatur an dem Rotor zur Folge hat. Eine hohe Rotortemperatur verkürzt möglicherweise die Nutzungsdauer des Rotors und kann zum Ausfall der Dampfturbine führen.
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EP 1 452 688 A1 beschreibt einen Dampfturbinenrotor und ein Verfahren zur aktiven Kühlung eines Dampfturbinenrotors, wobei der Dampfturbinenrotor eine integrierte Durchführung aufweist, die sich entlang des Dampfturbinenrotors über eine oder mehrere Stufen von Laufschaufeln durchgängig erstreckt und zur Aufnahme und Durchleitung eines Kühlfluids dient. -
US 7 322 789 B2 undUS 2006/0269397 A1 -
US 2007/0065273 A1 -
US 6 945 749 B2 beschreibt ein Kühlsystem für eine Turbinenlaufschaufelanordnung mit Kühlkanälen in der Schaufelplattform der Laufschaufeln, die sich von der Hinterkante bis in die Nähe der Vorderkante der Schaufelplattform erstrecken, und mit mehreren Kühllöchern, die zwischen einem Hohlschaft der Laufschaufel und den Kühlkanälen in der Schaufelplattform verlaufen. Kühlluft wird dem Turbinenrotor zugeführt und über den Hohlschaft den Kühllöchern zugeführt. Da der Druck am Hohlschaft größer ist als der Druck an der Hinterkante der Plattform, wird die Kühlluftströmung durch die Kühllöcher hindurch und in die Kühlkanäle hinein getrieben, durch die Kühlkanäle der Schaufelplattform gedrückt und an deren Hinterkante ausgelassen. -
JP S63-205403 A - Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine mit einem Turbinenrotor und ein Verfahren zur Kühlung eines Rotors einer Dampfturbine zu schaffen, die eine wirksame Kühlung des Turbinenrotors ermöglichen.
- Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Dampfturbine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und das Verfahren zur Kühlung eines Rotors einer Dampfturbine nach Anspruch 4 geschaffen. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlicher.
- Der als Erfindung erachtete Gegenstand ist in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders angegeben und klar und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
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1 eine schematisierte Ansicht eines Beispiels für eine Zweistromdampfturbine; -
2 eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Zweistromdampfturbine mit einem Kühlstrom durch einen Einlaufabschnitt; und -
3 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für eine Zweistromdampfturbine, die einen durch einen Einlaufabschnitt strömenden Kühldampfstrom aufweist. - Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit ihren Vorteilen und Merkmalen zu Beispielszwecken unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
- In
1 ist eine schematisierte Darstellung einer Zweistromdampfturbine10 veranschaulicht. Die Dampfturbine10 enthält ein Generatorende12 , das am nächsten zu einem (nicht veranschaulichten) Generator angeordnet ist, und ein Turbinenende14 , das am weitesten weg von dem Generator angeordnet ist, wobei das Generatorende12 und das Turbinenende14 in einem äußeren Gehäuse16 untergebracht sein können. Axial zwischen dem Generatorende12 und dem Turbinenende14 und radial außerhalb eines Rotors20 ist ein (auch als Wannenabschnitt bezeichneter) Zweistrom-Einlaufabschnitt18 angeordnet. Der Rotor20 kann beispielsweise einen Trommelrotor oder wenigstens eine Rotorscheibe aufweisen, die auf einer Rotorwelle angeordnet ist. Der Rotor20 und der Einlaufabschnitt18 sind gestaltet und angeordnet, um zwischen dem Rotor20 und dem Einlaufabschnitt18 einen Ringraum22 zu definieren. Dampf tritt in die Dampfturbine10 an einem Einlass24 ein, der radial außerhalb des Rotors20 und des Einlaufabschnitts18 angeordnet ist. In die Dampfturbine10 an dem Einlass24 eintretender Dampf strömt zu dem Einlaufabschnitt18 hin, teilt sich auf und tritt anschließend in eines von den beiden Enden, nämlich das Generatorende12 oder das Turbinenende14 , ein. - Indem nun auf
2 Bezug genommen wird, enthält das Generatorende12 eine erste Stufe26 des Generatorendes, die mehrere Leitapparate28 des Generatorendes, die in einigen Ausführungsformen in dem Einlaufabschnitt16 angeordnet sind, und mehrere Laufschaufeln30 des Generatorendes aufweist. Die Laufschaufeln30 des Generatorendes sind an dem Rotor20 montiert. In einigen Ausführungsformen kann der Rotor20 mehrere generatorendseitige Ausgleichslöcher32 enthalten, die Laufradlöcher und/oder Schwalbenschwanzlöcher enthalten können, die radial innen von den Laufschaufeln30 des Generatorendes oder alternativ in den Laufschaufeln30 des Generatorendes angeordnet sind. In ähnlicher Weise enthält das Turbinenende14 eine erste Stufe34 des Turbinenendes, die mehrere Leitapparate36 des Turbinenendes und mehrere Laufschaufeln38 des Turbinenendes aufweist. Die turbinenendseitigen Laufschaufeln38 sind an dem Rotor20 angeordnet. In einigen Ausführungsformen können mehrere turbinenendseitige Ausgleichslöcher40 radial innen von den Laufschaufeln38 des Turbinenendes oder alternativ in den Laufschaufeln38 des Turbinenendes angeordnet sein. - Das Generatorende
12 und das Turbinenende14 sind konfiguriert, um zwischen einem ersten Ringraumende42 und einem zweiten Ringraumende44 eine Druckdifferenz zu erzeugen, so dass durch die Druckdifferenz ein Querstrom46 durch den Ringraum22 erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen wird dies dadurch erreicht, dass eine der Stufen aus der ersten Stufe26 des Generatorendes und der ersten Stufe34 des Turbinenendes derart konfiguriert wird, dass sie eine negative Reaktion aufweist, während die andere Stufe aus der ersten Stufen26 des Generatorendes und der ersten Stufe34 des Turbinenendes konfiguriert wird, um eine positive Reaktion zu haben. Der Begriff „Reaktion“, wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein Verhältnis eines Abfalls des statischen Drucks über den Laufschaufeln zu einem gesamten Druckabfall über sowohl den Leitapparaten als auch den Laufschaufeln für die jeweilige Stufe. In einer Stufe, die eine negative Reaktion aufweist, ist ein Laufschaufelaustrittsdruck größer als ein Leitapparataustrittsdruck. - In der Ausführungsform nach
2 ist die erste Stufe26 des Generatorendes mit einer negativen Reaktion eingerichtet, während die erste Stufe34 des Turbinenendes mit einer positiven Reaktion eingerichtet ist. Ferner ist ein Austrittsdruck an den Laufschaufeln30 des Generatorendes größer als ein Austrittsdruck der Laufschaufeln38 des Turbinenendes. Eine Konfiguration der Dampfturbine10 in einer derartigen Weise, dass diese eine negative Reaktion an der ersten Stufe26 des Generatorendes und eine positive Reaktion an der ersten Stufe34 des Turbinenendes enthält, ruft ein Strömungsbild zur Kühlung des Rotors20 in dem Ringraum22 hervor. Wenn die Dampfturbine10 arbeitet, ergibt dies einen Dampfstrom, wie er durch die Pfeile46 veranschaulicht ist. Der Dampfstrom46 strömt durch die Leitapparate28 des Generatorendes und durch die zugehörigen Laufschaufeln30 des Generatorendes. Ein Teil des Stroms strömt weiter zu einer zweiten Stufe48 des Generatorendes, während ein anderer Teil durch die Ausgleichslöcher32 des Generatorendes oder andere Durchgangslöcher oder Kanäle, durch den Rotor20 und weiter zu dem Ringraum22 zwischen dem Einlaufabschnitt18 und dem Rotor20 strömt. Der Dampfstrom46 strömt weiter durch den Ringraum22 hindurch zu dem Turbinenende14 . Der Dampfstrom46 strömt durch die Ausgleichslöcher40 oder andere Löcher oder Kanäle hindurch und zu einer zweiten Stufe50 des Turbinenendes. Der den Ringraum22 durchströmende Dampfstrom46 sorgt für eine Kühlung des Rotors20 in der Nähe des Ringraums22 und begrenzt dadurch das Aussetzung des Rotors20 gegenüber Temperaturen, die die Nutzungsdauer des Rotors20 verkürzen und möglicherweise die Dampfturbine10 beschädigen würden. Es ist verständlich, dass in ähnlicher Weise eine derartige Konfiguration, dass die erste Stufe26 des Generatorendes eine positive Reaktion aufweist und die erste Stufe34 des Turbinenendes eine negative Reaktion aufweist, einen ähnlichen Dampfstrom46 durch den Ringraum22 , jedoch in der entgegengesetzten Richtung schaffen würde. - In einigen Ausführungsformen können gegebenenfalls die Ausgleichslöcher
32 des Generatorendes und/oder die Ausgleichslöcher40 des Turbinenendes nicht vorgesehen sein. In einer Dampfturbine10 mit einer derartigen Konfiguration strömt ein Teil des Dampfstroms46 zwischen den Leitapparaten28 des Generatorendes und den Laufschaufeln30 des Generatorendes vorbei und in den Ringraum22 hinein. Der Dampfstrom46 strömt weiter durch den Ringraum22 hindurch zu dem Turbinenende14 sowie zwischen den Leitapparaten36 des Turbinenendes und den Laufschaufeln38 des Turbinenendes und anschließend durch die Laufschaufeln38 des Turbinenendes. - In einigen Ausführungsformen ist die Dampfturbine
10 derart konfiguriert, dass sowohl die erste Stufe26 des Generatorendes als auch die erste Stufe34 des Turbinenendes positive Reaktionen aufweisen, wobei die Reaktion einer von der ersten Stufe26 des Generatorendes und der ersten Stufe34 des Turbinenendes größer ist als diejenige der anderen von der ersten Stufe26 des Generatorendes und der ersten Stufe34 des Turbinenendes. Unter Bezugnahme auf3 ergibt diese Konfiguration einen Kühlstrom52 . Der Kühlstrom52 strömt weiter durch die Leitapparate28 des Generatorendes, wobei ein Teil durch die Laufschaufeln30 des Generatorendes weiterströmt, während ein weiterer Teil zwischen den Leitapparaten28 des Generatorendes und den Laufschaufeln30 des Generatorendes fortschreitet und in den Ringraum22 eintritt. Der Kühlstrom52 strömt weiter durch den Ringraum22 hindurch und zu dem Turbinenende14 , wo er zwischen den Leitapparaten36 des Turbinenendes und den Laufschaufeln38 des Turbinenendes vorbei und anschließend durch die Laufschaufeln38 des Turbinenendes strömt. Der Kühlstrom52 weist eine höhere Temperatur als der Dampfstrom46 auf, weil dem Kühlstrom52 keine Energie entzogen wird aufgrund des Durchströmens der generatorendseitigen Laufschaufeln30 vor dem Eintritt in den Ringraum22 und somit seine Temperatur nicht dadurch verringert wird. - Es ist eine Dampfturbine
10 offenbart, die einen Turbinenrotor20 , ein Generatorende12 mit einer generatorendseitigen ersten Stufe26 mit einer ersten Reaktion und ein Turbinenende14 mit einer turbinenendseitigen ersten Stufe34 mit einer zweiten Reaktion enthält, die nicht der ersten Reaktion entspricht. Die Dampfturbine10 enthält einen Einlaufabschnitt18 , der zwischen dem Generatorende12 und dem Turbinenende14 angeordnet ist, wobei der Turbinenrotor20 und der Einlaufabschnitt18 dazwischen einen Ringraum22 definieren. Eine Differenz zwischen der ersten Reaktion und der zweiten Reaktion ist in der Lage, einen Dampfstrom46 durch den Ringraum22 hindurch zu treiben, um eine Temperatur des Turbinenrotors20 zu reduzieren. Es ist ferner ein Verfahren zur Kühlung des Turbinenrotors20 offenbart. - Bezugszeichenliste
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Zweistromdampfturbine 10 Generatorende 12 Turbinenende 14 Äußeres Gehäuse 16 Doppelstrom-Einlaufabschnitt 18 Rotor 20 Ringraum 22 Einlass 24 Erste Stufe des Generatorendes 26 Leitapparate des Generatorendes 28 Laufschaufeln des Generatorendes 30 Ausgleichslöcher des Generatorendes 32 Erste Stufe des Turbinenendes 34 Leitapparate des Turbinenendes 36 Laufschaufeln des Turbinenendes 38 Ausgleichslöcher des Turbinenendes 40 Erstes Ringraumende 42 Zweites Ringraumende 44 Dampfstrom 46 Zweite Stufe des Generatorendes 48 Zweite Stufe des Turbinenendes 50 Kühlstrom 52
Claims (6)
- Dampfturbine (10), die aufweist: einen Turbinenrotor (20); ein Generatorende (12), das eine erste Stufe (26) des Generatorendes aufweist, die mehrere Leitapparate (28) des Generatorendes und mehrere an dem Turbinenrotor (20) angeordnete Laufschaufeln (30) des Generatorendes aufweist, wobei die erste Stufe (26) des Generatorendes ein erstes Verhältnis eines Abfalls des statischen Drucks über den mehreren Laufschaufeln (30) des Generatorendes zu einem gesamten Druckabfall über sowohl den mehreren Leitapparaten (28) des Generatorendes als auch den mehreren Laufschaufeln (30) des Generatorendes aufweist; ein Turbinenende (14), das eine erste Stufe (34) des Turbinenendes aufweist, die mehrere Leitapparate (36) des Turbinenendes und mehrere an dem Turbinenrotor (20) angeordnete Laufschaufeln (38) des Turbinenendes aufweist, wobei die erste Stufe (26) des Turbinenendes ein zweites Verhältnis eines Abfalls des statischen Drucks über den mehreren Laufschaufeln (38) des Turbinenendes zu einem gesamten Druckabfall über sowohl den mehreren Leitapparaten (36) des Turbinenendes als auch den mehreren Laufschaufeln (38) des Turbinenendes aufweist, wobei das zweite Verhältnis nicht dem ersten Verhältnis entspricht; und einen Einlaufabschnitt (18), der zwischen dem Generatorende (12) und dem Turbinenende (14) angeordnet ist, wobei der Turbinenrotor (20) und der Einlaufabschnitt (18) einen Ringraum (22) dazwischen definieren, der ein erstes Ringraumende (42) in dem Generatorende (12) und ein zweites Ringraumende (44) in dem Turbinenende (14) aufweist; wobei der Turbinenrotor (20) wenigstens ein Durchgangsloch (32, 40) oder einen Kanal enthält, das oder der in der Lage ist, den Dampfstrom (46, 52) von der ersten Stufe (26) des Generatorendes über das erste Ringraumende (42) oder von der ersten Stufe (34) des Turbinenendes über das zweite Ringraumende (44) zu dem Ringraum (22) zu leiten; und wobei eine Differenz zwischen dem ersten Verhältnis und dem zweiten Verhältnis in der Lage ist, einen Dampfstrom (46) durch den Ringraum (22) hindurch zu treiben, um eine Temperatur des Turbinenrotors (20) zu reduzieren.
- Dampfturbine (10) nach
Anspruch 1 , wobei die Laufschaufeln (30) des Generatorendes wenigstens ein Durchgangsloch (32) enthalten, das in der Lage ist, den Dampfstrom (46) von der ersten Stufe (26) des Generatorendes zu dem Ringraum (22) zu leiten. - Dampfturbine (10) nach
Anspruch 1 oder2 , wobei der Turbinenrotor (20) wenigstens ein Durchgangsloch (40) enthält, das in der Lage ist, ein Fluid von dem Ringraum (22) in das Turbinenende (14) hinein zu leiten. - Verfahren zur Kühlung eines Rotors (20) einer Dampfturbine (10), das aufweist: Einleiten eines Dampfstroms (26) in die Dampfturbine (10) hinein, die enthält: einen Turbinenrotor (20); ein Generatorende (12), das eine erste Stufe (26) des Generatorendes aufweist, die mehrere Leitapparate (28) des Generatorendes und mehrere an dem Turbinenrotor (20) angeordnete Laufschaufeln (30) des Generatorendes aufweist, wobei die erste Stufe (26) des Generatorendes ein erstes Verhältnis eines Abfalls des statischen Drucks über den mehreren Laufschaufeln (30) des Generatorendes zu einem gesamten Druckabfall über sowohl den mehreren Leitapparaten (28) des Generatorendes als auch den mehreren Laufschaufeln (30) des Generatorendes aufweist; ein Turbinenende (14), das eine erste Stufe (34) des Turbinenendes aufweist, die mehrere Leitapparate (36) des Turbinenendes und mehrere an dem Turbinenrotor (20) angeordnete Laufschaufeln (38) des Turbinenendes aufweist, wobei die erste Stufe (26) des Turbinenendes ein zweites Verhältnis eines Abfalls des statischen Drucks über den mehreren Laufschaufeln (38) des Turbinenendes zu einem gesamten Druckabfall über sowohl den mehreren Leitapparaten (36) des Turbinenendes als auch den mehreren Laufschaufeln (38) des Turbinenendes aufweist, wobei das zweite Verhältnis nicht dem ersten Verhältnis entspricht; und einen Einlaufabschnitt (18), der zwischen dem Generatorende (12) und dem Turbinenende (14) angeordnet ist, wobei der Turbinenrotor (20) und der Einlaufabschnitt (18) zwischen einander einen Ringraum (22) definieren, der ein erstes Ringraumende (42) in dem Generatorende (12) und ein zweites Ringraumende (44) in dem Turbinenende (14) aufweist; wobei der Turbinenrotor (20) wenigstens ein Durchgangsloch (32, 40) oder einen Kanal enthält, das oder der in der Lage ist, den Dampfstrom (46, 52) von der ersten Stufe (26) des Generatorendes über das erste Ringraumende (42) oder von der ersten Stufe (34) des Turbinenendes über das zweite Ringraumende (44) zu dem Ringraum (22) zu leiten; Leiten des Dampfstroms (46) durch die erste Stufe (26) des Generatorendes zu dem ersten Ringraumende (42) oder durch die erste Stufe (34) des Turbinenendes zu dem zweiten Ringraumende (44) ; Treiben wenigstens eines Teils des Dampfstroms (46) durch den Ringraum (22) infolge einer Differenz zwischen dem zweiten Verhältnis und dem ersten Verhältnis, um die Temperatur des Turbinenrotors (20) zu reduzieren; und Leiten des Teils des Dampfstroms (46) von dem Ringraum (22) über das zweite Ringraumende (44) in das Turbinenende (14) oder über das erste Ringraumende (42) in das Generatorende (12) hinein.
- Verfahren nach
Anspruch 4 , das enthält, dass der Teil des Dampfstroms (46) in das Turbinenende (14) hinein durch eine zweite Öffnung (40) zwischen den mehreren Leitapparaten (36) des Turbinenendes und den mehreren Laufschaufeln (38) des Turbinenendes geleitet wird. - Verfahren nach
Anspruch 4 oder5 , wobei das zweite Verhältnis positiv ist, während das erste Verhältnis negativ ist.
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