DE102010007985A1

DE102010007985A1 - Dampfturbine und Verfahren zum Extrahieren von Feuchtigkeit aus einer Dampfturbine

Info

Publication number: DE102010007985A1
Application number: DE102010007985A
Authority: DE
Inventors: Sergey Kostyuchenko; Benjamin Megerle; Thomas Mokulys; Said Havakechian
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2010-09-02
Also published as: US20100221095A1; JP2010203438A; EP2224096A1; CN101818660A

Abstract

Die Dampfturbine umfasst ein Gehäuse (1), das mehrere Expansionsstufen enthält, die jeweils Stator- und Rotorschaufelprofile umfassen. Hinter den Statorschaufelprofilen von einer oder mehreren Expansionsstufen umfasst das Gehäuse (1) einen Schlitz (7), der so angeordnet ist, dass er Feuchtigkeit aufnimmt, die sich an einer Endwand (3) der Statorschaufelprofile (2) konzentriert, und sie nach außen austrägt. Jede Endwand (3) weist einen dem Schlitz (7) zugewandten Seitenabschnitt mit einem variablen radialen Hindernis in einer tangentialen Richtung auf, um mit dem Schlitz (7) eine Passage (10) zu definieren, durch die Feuchtigkeit hindurchtreten kann, die auf der Saugseite (12) kleiner oder geschlossen ist und auf der Druckseite (13) der Statorschaufeln (4) größer ist, um mindestens teilweise zu verhindern, dass Trockendampf den Schlitz (7) auf der Saugseite (12) der Schaufel (4) betritt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Extrahieren von Feuchtigkeit aus einer Dampfturbine.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfturbine und ein Verfahren zum Extrahieren von Feuchtigkeit aus einer Dampfturbine.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Niederdruckdampfturbinen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Dampfturbinenanlagen (insbesondere Anlagen zur Stromerzeugung) umfassen bekannterweise einen Dampfgenerator, der eine Turbine versorgt; die Turbine expandiert den Dampf, um einen Stromgenerator zu betreiben, und trägt dann den Abdampf in einem Kondensator.
Um die höchstmögliche Leistung aus dem Dampf zu extrahieren, wird der Dampf üblicherweise weit in den Nassdampfbereich expandiert.
Selbst wenn dadurch einerseits die Leistung heraufgesetzt werden kann, bewirkt dies andererseits, dass innerhalb des Dampfs Feuchtigkeit erzeugt wird, die eine Reihe von negativen Effekten aufweist.
Feuchtigkeitströpfchen (insbesondere, wenn sie eine gewisse Größe übersteigen) können tatsächlich wegen ihres hohen Trägheitsmoments dem Drehen der Dampfströmung nicht folgen; somit prallen sie auf die folgende Schaufeloberfläche auf, wodurch die sogenannte Nassdampferosion verusacht wird.
Dieses Problem ist besonders bei Niederdruckturbinen relevant, wo die Expansion in dem Nassdampfbereich stattfindet und oftmals eine große Feuchtigkeitsmenge vorliegt.
Zur Lösung dieses Problems werden Dampfturbinen (insbesondere Niederdruckstufen von Dampfturbinen) oftmals mit Einrichtungen ausgestattet, die die Feuchtigkeit extrahieren und sie nach außen austragen.
Bezüglich den Statorschaufeln werden solche Einrichtungen oftmals vor den Statorschaufeln und/oder hinter den Statorschaufeln vorgesehen.
Nachfolgend werden die Extraktionseinrichtungen hinter den Statorschaufeln ausführlich erörtert.
Dampfturbinen besitzen ein Gehäuse, das die Statorschaufelprofile trägt.
Jedes Statorschaufelprofil besitzt eine Endwand, die mit dem Gehäuse verbunden ist und von wo aus sich eine Statorschaufel erstreckt.
Hinter dem Statorschaufelprofil ist das Gehäuse mit einem Umfangsschlitz ausgestattet, der so angeordnet ist, dass er Feuchtigkeit aufnimmt, die sich während des Betriebs (aufgrund der durch die verwirbelnde Dampfströmung und die rotierenden Teile verursachten Zentrifugalkräfte) sich nahe der Endwand der Schaufelprofile konzentriert.
Um die Shaufeln vor Erosion zu schützen, muss die Feuchtigkeitsmenge, die durch den Schlitz extrahiert wird, so groß wie möglich sein; somit sollte der Schlitz so groß wie möglich sein, damit eine große Feuchtigkeitsmenge darin aufgenommen werden kann.
Dennoch nimmt ein großer Schlitz (zusätzlich zu einer großen Feuchtigkeitsmenge) auch eine große Menge von Trockendampf auf.
Dies verursacht einen Leistungsverlust, der vermieden werden sollte.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das technische Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung einer Dampfturbine und eines Verfahrens zum Extrahieren von Feuchtigkeit aus einer Dampfturbine, durch die die Probleme der bekannten Technik eliminiert werden.
Innerhalb des Schutzbereichs dieses technischen Ziels besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Dampfturbine und ein Verfahren bereitzustellen, durch die eine große Feuchtigkeitsmenge aus den Niederdruckexpansionsstufen bezüglich traditioneller Dampfturbinen extrahiert werden kann, die aber gleichzeitig nur eine kleine Extraktion von Trockendampf bewirken.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Dampfturbine und eines Verfahrens, durch die sowohl die Leistung als auch die Zuverlässigkeit bezüglich traditioneller Dampfturbinen vergrößert werden können.
Das technische Ziel sowie diese und weitere Aufgaben werden gemäß der Erfindung durch die Bereitstellung einer Dampfturbine und eines Verfahrens zum Extrahieren von Feuchtigkeit aus einer Dampfturbine gemäß den beiliegenden Ansprüchen erreicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Charakteristiken und Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen Ausführungsform der Dampfturbine und des Verfahrens gemäß der Erfindung, dargestellt über ein nicht beschränkendes Beispiel in den beiliegenden Zeichnungen, offensichtlicher. Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivansicht von drei Statorschaufelprofilen gemäß der Erfindung, mit einem Schlitz des Gehäuses assoziiert (der Schlitz ist gestrichelt gezeigt);
2–4 schematische Querschnitte durch die Linien II-II, III-III und IV-IV von 1, wobei in diesen Figuren ein Teil des Gehäuses, den Schlitz definierend, ebenfalls gezeigt ist;
5 eine weitere schematische Perspektivansicht von drei Statorschaufelprofilen gemäß der Erfindung; auch in dieser Figur ist der Schlitz gestrichelt gezeigt;
5A eine schematische Perspektivansicht von drei Statorschaufelprofilen gemäß der Erfindung in einer anderen Ausführungsform; auch in dieser Figur ist der Schlitz gestrichelt gezeigt;
6 einen schematischen Längsschnitt eines Abschnitts einer Turbine gemäß der Erfindung;
7 eine Perspektivansicht einer Statorschaufelprofilreihe gemäß der Erfindung und
8 und 9 Details von 7, aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigen sie nur einige der Statorschaufelprofile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Dampfturbine umfasst ein Gehäuse 1, das mehrere Expansionsstufen enthält.
Jede Expansionsstufe umfasst mehrere Statorschaufelprofile 2, hinter denen mehrere Rotorschaufelprofile 5 vorgesehen sind; insbesondere umfasst jedes Statorschaufelprofil 2 eine Endwand 3, die mit dem Gehäuse 1 verbunden ist und von wo aus sich eine Statorschaufel 4 erstreckt.
Um aus der Dampfturbine hinter den Statorschaufelprofilen 2 von einer oder allen der Expansionsstufen (die beigefügten Figuren zeigen nur eine Stufe) Feuchtigkeit zu extrahieren, weist das Gehäuse 1 einen Umfangsschlitz 7 auf, der so ausgelegt ist, dass er die Feuchtigkeit aufnimmt, die sich an der Endwand 3 der Statorschaufelprofile 2 konzentriert, und um sie aus der Dampfturbine hinaus auszutragen, beispielsweise über Löcher 8.
Jedes Statorschaufelprofil 2 weist die Endwand 3 auf, die mit dem Schlitz 7 eine Passage 10 definiert, durch die die Feuchtigkeit hindurchtreten kann.
Diese Passage 10 ist auf der Saugseite 12 kleiner oder geschlossen und ist auf der Druckseite 13 jeder Statorschaufel 4 größer, um mindestens teilweise zu verhindern, dass der Trockendampf den Schlitz 7 an der Saugseite 12 der Schaufeln 4 betritt.
Um eine kleinere oder geschlossene Passage 10 an der Saugseite 12 der Statorschaufeln 4 zu definieren, weist jede Endwand 3 einen dem Schlitz 7 zugewandten Abschnitt mit einem variablen radialen Hindernis in einer tangentialen Richtung auf.
In dieser Hinsicht weist der dem Schlitz 7 der Endwand 3 zugewandte Abschnitt auf der Saugseite 12 eine dicke Zone 15 auf, die sich bei der Statorschaufel 4 befindet und den Schlitz 7 teilweise oder völlig blockiert.
Zudem weist der dem Schlitz 7 der Endwand 3 zugewandte Abschnitt eine dünne Zone 17 auf, die sich bei der dicken Zone 15 in einer tangentialen Richtung befindet.
Vorteilhafterweise weist die dünne Zone 17 eine Dicke auf, die in einer tangentialen Richtung kontinuierlich von der der dicken Zone 15 zu der Seite der Endwand 3 abnimmt.
Auch die dünne Zone 17 weist eine Dicke auf, die in einer axialen Richtung kontinuierlich von ihrem Abschnitt gegenüber dem dem Schlitz 7 zugewandten Abschnitt zu dem dem Schlitz 7 zugewandten Abschnitt abnimmt.
Der Betrieb der Dampfturbine der Erfindung ergibt sich aus dem, was beschrieben und dargestellt ist, und ist im Wesentlichen das Folgende:
Die Dampfströmung strömt in der axialen Richtung (wie durch Pfeile F gezeigt), und beim Hindurchtreten durch die Stator- und Rotorschaufeln 4, 5 dreht sie, um den gekrümmten Kanälen zu folgen.
Aufgrund der Zentrifugalkräfte und der Trägheit wird die Feuchtigkeit gezwungen, sich an den Endwänden 3 der Statorschaufelprofile 2 auf der Druckseite 13 ihrer Schaufeln 4 zu konzentrieren.
Außerdem zwingt die besondere Form der Endwände 3, dass die Feuchtigkeit zu der Zone der Endwände 3 auf der Druckseite 13 der Blätter 4 läuft (siehe Pfeile M).
Aus dieser Zone tritt die Feuchtigkeit durch die Passagen 10 hindurch und betritt den Schlitz 7, um aus der Dampfturbine hinaus ausgetragen zu werden.
Natürlich wird zusätzlich zu der Feuchtigkeit auch Trockendampf durch die Passagen 10 ausgetragen.
Dennoch wird, da die Zone nahe den Saugseiten 12 der Statorschaufeln 4 nicht mit Passagen 10 versehen sind (oder in jedem Fall sind diese Passagen kleiner als die auf den Druckseiten 13), weder Feuchtigkeit noch Trockendampf durch diese Zonen ausgetragen (oder in jedem Fall werden nur begrenzte Mengen ausgetragen).
Da die Feuchtigkeit in den Zonen nahe den Druckseiten 13 der Schaufeln 4 konzentriert wird, wohingegen der Trockendampf fast gleichförmig in den zwischen zwei benachbarten Statorschaufeln 4 definierten Kanälen verteilt ist, kann durch die Dampfturbine der Erfindung die ausgetragene Feuchtigkeitsmenge vergrößert und/oder die ausgetragene Trockendampfmenge bezüglich traditioneller Dampfturbinen reduziert werden.
5A zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden für bereits beschriebene Elemente die gleichen Bezugszahlen verwendet.
Bei dieser Ausführungsform wird das variable radiale Hindernis durch eine Steigung an der Endwand definiert.
Zudem ist zwischen der dicken Zone 15 und der dünnen Zone 17 eine Stufe vorgesehen. Die Stufe weist eine Wand 20 senkrecht zu den Oberflächen der dicken Zone 15 und dünnen Zone 17 oder alternativ relativ zu ihnen (oder mindestens einer von ihnen) geneigt auf.
Die 7–9 zeigen eine weitere andere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden für bereits beschriebene Elemente die gleichen Bezugszahlen verwendet.
Auch bei dieser Ausführungsform ist das variable radiale Hindernis durch eine Steigung an der Endwand definiert; die Steigung steht von der Vorderkante 18 jeder Statorschaufel 4 nach innen zu der Hinterkante 19 der gleichen Statorschaufel 4 vor. Zudem befindet sich die Steigung bei jeder Statorschaufel 4 auf seiner Saugseite 12.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Extrahieren von Feuchtigkeit aus einer Dampfturbine, die ein Gehäuse 1 umfasst, das mehrere Expansionsstufen enthält, die jeweils Stator- und Rotorschaufelprofile umfassen, und hinter den Statorschaufelprofilen von mindestens einer Stufe ist das Gehäuse 1 mit einem Umfangsschlitz 7 versehen, der so angeordnet ist, dass er die Feuchtigkeit aufnimmt, die sich an einer Endwand 3 der Statorschaufelprofile 2 konzentriert, und sie nach außen austrägt.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung treibt die Endwand 3 der Statorschaufelprofile 2 die Feuchtigkeit von der Saugseite 12 ihrer Schaufel weg und verhindert mindestens teilweise, dass der Trockendampf den Schlitz 7 auf der Saugseite 12 der Schaufel 4 betritt.
Die Dampfturbine und das Verfahren, die auf diese Weise konzipiert sind, eignen sich für zahlreiche Modifikationen und Varianten, die alle in den Schutzbereich des erfindungsgemäßen Konzepts fallen; zudem können alle Details durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
In der Praxis können die verwendeten Materialien und die Abmessungen gemäß Anforderungen und dem Stand der Technik beliebig gewählt werden.

1: Gehäuse
2: Statorschaufelprofil
3: Endwand
4: Statorschaufel
5: Rotorschaufeln
7: Schlitz
8: Löcher
10: Passage
12: Saugseite der Schaufeln
13: Druckseite der Schaufeln
15: dicke Zone der Endwand
17: dünne Zone der Endwand
18: Vorderkante der Statorschaufel
19: Hinterkante der Statorschaufel
20: Wand der Stufe
F: Dampfströmung
M: Feuchtigkeit

Claims

Dampfturbine umfassend ein Gehäuse (1), das mehrere Expansionsstufen enthält, die jeweils Stator- und Rotorschaufelprofile umfassen, wobei hinter den Statorschaufelprofilen von mindestens einer Expansionsstufe das Gehäuse (1) einen Schlitz (7) umfasst, der so angeordnet ist, dass er Feuchtigkeit aufnimmt, die sich an einer Endwand (3) der Statorschaufelprofile (2) konzentriert, und sie nach außen austrägt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Endwand (3) einen dem Schlitz (7) zugewandten Seitenabschnitt mit einem variablen radialen Hindernis in einer tangentialen Richtung aufweist, um mit dem Schlitz (7) eine Passage (10) zu definieren, durch die die Feuchtigkeit hindurchtreten kann, die auf der Saugseite (12) kleiner oder geschlossen ist und auf der Druckseite (13) der Statorschaufeln (4) größer ist, um mindestens teilweise zu verhindern, dass der Trockendampf den Schlitz (7) auf der Saugseite (12) der Schaufel (4) betritt.
Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (7) ein Umfangsschlitz ist.
Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Schlitz (7) der Endwand (3) zugewandte Abschnitt auf seiner Saugseite (12) eine dicke Zone (15) aufweist, die sich bei der Statorschaufel (4) befindet und den Schlitz (7) teilweise blockiert.
Dampfturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dicke Abschnitt (15) den Schlitz (7) vollständig blockiert.
Dampfturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dicke Abschnitt (15) sich bei jeder Statorschaufel (4) auf seiner Saugseite (12) befindet.
Dampfturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Schlitz (7) der Endwand (3) zugewandte Abschnitt eine dünne Zone (17) aufweist, die sich bei der dicken Zone (15) in einer tangentialen Richtung befindet.
Dampfturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dünne Abschnitt (17) in einer tangentialen Richtung eine Dicke aufweist, die von der des dicken Abschnitts (15) kontinuierlich zu der Seite der Endwand (3) abnimmt.
Dampfturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Zone in einer axialen Richtung eine Dicke aufweist, die von ihrem Abschnitt gegenüber dem dem Schlitz (7) zugewandten Abschnitt zu dem dem Schlitz (7) zugewandten Abschnitt kontinuierlich abnimmt.
Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das variable radiale Hindernis durch eine Steigung an der Endwand definiert ist.
Dampfturbine nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dicken Zone (15) und der dünnen Zone (17) eine Stufe vorgesehen ist.
Dampfturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe eine Wand (20) senkrecht zu den Oberflächen der dicken Zone (15) und der dünnen Zone (17) aufweist.
Dampfturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe eine bezüglich den Oberflächen der dicken Zone (15) und/oder der dünnen Zone (17) geneigte Wand (20) aufweist.
Verfahren zum Extrahieren von Feuchtigkeit aus einer Dampfturbine, umfassend ein Gehäuse (1), das mehrere Expansionsstufen enthält, die jeweils Stator- und Rotorschaufelprofile umfassen, wobei hinter den Statorschaufelprofilen von mindestens einer Stufe das Gehäuse (1) mit einem Schlitz (7) versehen ist, der so angeordnet ist, dass er die Feuchtigkeit empfängt, die sich an einer Endwand (3) der Statorschaufelprofile (2) konzentriert und sie nach außen austrägt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Endwand (3) der Statorschaufelprofile (2) mindestens teilweise verhindert, dass der Trockendampf den Schlitz (7) auf der Saugseite (12) der Schaufel (4) betritt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwand (3) der Statorschaufelprofile (2) die Feuchtigkeit von der Saugseite (12) ihrer Schaufel (4) wegtreibt.