DE102011006658A1

DE102011006658A1 - Control stage for turbine, has stator with guide vanes and two flow channels, where former flow channel is configured such that working fluid impinges with fluid parameters and mass flow of former guide vane

Info

Publication number: DE102011006658A1
Application number: DE201110006658
Authority: DE
Inventors: Bernd Leidinger; Matthias Schöneich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-02-16
Also published as: WO2012130879A1

Abstract

The control stage (100) has a stator (110) with guide vanes (111,112) and two flow channels (101,102), where the former flow channel is configured such that a working fluid impinges with fluid parameters and a mass flow (m1) of the former guide vane. The working fluid is flowed through the former flow channel. Independent claims are also included for the following: (1) a turbine with an impeller; and (2) a method for operating a control stage for turbine.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft die Düsen der Regelstufe einer düsengruppengeregelten Turbine.The present invention relates to the nozzles of the control stage of a nozzle group-controlled turbine.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Für Dampfturbinen gibt es unterschiedliche Konzepte der thermodynamischen Auslegung, wobei auf die unterschiedlichen Fahrweisen der Anlage hin optimiert wird. Wird die Turbine fast ausschließlich unter der gleichen Last gefahren, so wird sie als drosselgeregelte Turbine ausgelegt. Hierbei optimiert man die Auslegung auf den maximalen Lastpunkt.For steam turbines, there are different concepts of thermodynamic design, which is optimized for the different modes of operation of the system. If the turbine is driven almost exclusively under the same load, it is designed as a throttle-controlled turbine. Here, the design is optimized to the maximum load point.

Gibt es stattdessen viele verschiedene Fahrpunkte mit unterschiedlicher Last, dann ist es sinnvoll, das Teillastverhalten der Turbine zu berücksichtigen. Die Turbine wird dazu Düsengruppen geregelt, d. h. im Teillastbereich hat sie einen höheren Wirkungsgrad als im Vergleich mit der drosselgeregelten Turbine.If there are many different driving points with different load instead, then it makes sense to consider the partial load behavior of the turbine. The turbine is controlled to nozzle groups, d. H. In the partial load range, it has a higher efficiency than in comparison with the throttle-controlled turbine.

Der Aufbau einer düsengruppengeregelten Turbine besteht aus den Ventilen, Strömungskanälen, Düsensegmenten (bestehend aus Turbinenschaufeln in Gleichdruckbauweise), dem Regelrad (bestehend aus Turbinenschaufeln in Gleichdruckbauweise) sowie der in Strömungsrichtung folgenden Beschaufelung in Gleichdruck- oder Überdruckbauweise.The structure of a nozzle group-controlled turbine consists of the valves, flow channels, nozzle segments (consisting of turbine blades in constant pressure construction), the control wheel (consisting of turbine blades in constant pressure construction) and the following blading in the flow direction in constant pressure or overpressure.

Dabei wird der Frischdampf durch getrennte Ventile jeweils einem Düsensegment zugeleitet. Mit steigender Leistung der Turbine öffnen sich die Ventile in einer bestimmten Reihenfolge, z. B. 1-2-3-4.The live steam is fed through separate valves each a nozzle segment. As the power of the turbine increases, the valves open in a particular order, e.g. 1-2-3-4.

Je mehr Ventile geöffnet sind, desto höher ist der Druck nach den Düsen und desto geringer folglich die Belastung der einzelnen Düsen. Die gegenwärtige Bauweise der Düsensegmente ist bestimmt durch Schaufelprofile, die auf ein großes Druckgefälle hin optimiert sind, wie es beim Öffnen des ersten Ventils auftritt.The more valves are opened, the higher the pressure to the nozzles and thus the lower the load of the individual nozzles. The current design of the nozzle segments is determined by blade profiles that are optimized for a large pressure gradient, as occurs when opening the first valve.

Da alle Düsensegmente gleich gebaut sind, sind die Schaufelprofile der Segmente, die den zuletzt öffnenden Ventilen (z. B. 3 und 4) zugeordnet sind, überdimensioniert. Durch die Überdimensionierung der Profile wird der Wirkungsgrad in dem Segment im Vergleich mit einer optimalen Auslegung verringert.Since all nozzle segments are built identically, the blade profiles of the segments associated with the last opening valves (eg, 3 and 4) are oversized. Oversizing the profiles reduces the efficiency in the segment compared to an optimal design.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Gesamtwirkungsgrad der Düsen und damit der Regelstufe zu steigern.It is an object of the present invention to increase the overall efficiency of the nozzles and thus the control stage.

Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Regelstufe für eine Turbine, durch eine Turbine, und durch ein Verfahren zum Betreiben einer Regelstufe für eine Turbine, gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.The present object is achieved by a control stage for a turbine, by a turbine, and by a method for operating a control stage for a turbine, according to the independent claims.

Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Regelstufe für eine Turbine beschrieben. Die Regelstufe weist ein Leitrad mit einem ersten Leitschaufelsegment bzw. ersten Leitschaufeln und mindestens einem zweiten Leitschaufelsegment bzw. zweiten Leitschaufeln auf. Ferner weist die Regelstufe einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal auf. Der erste Strömungskanal ist derart eingerichtet, dass ein durch den ersten Strömungskanal strömendes erstes Arbeitsfluid mit ersten Fluidparametern und einem ersten Massenstrom die ersten Leitschaufeln beaufschlagt. Der zweite Strömungskanal ist derart eingerichtet, dass ein durch den zweiten Strömungskanal strömendes zweites Arbeitsfluid mit zweiten Fluidparametern und einem zweiten Massenstrom die zweiten Leitschaufeln des zweiten Leitschaufelsegments beaufschlagt. Eine erste Anzahl der ersten Leitschaufeln und/oder eine erste Geometrie der ersten Leitschaufeln unterscheiden sich von einer zweiten Anzahl der zweiten Leitschaufeln und/oder einer zweiten Geometrie der zweiten Leitschaufeln.According to a first aspect of the present invention, a control stage for a turbine is described. The control stage has a stator with a first vane segment or first vanes and at least one second vane segment or second vanes. Furthermore, the control stage has a first flow channel and a second flow channel. The first flow channel is set up such that a first working fluid flowing through the first flow channel with first fluid parameters and a first mass flow acts on the first guide vanes. The second flow channel is set up such that a second working fluid having second fluid parameters and a second mass flow flowing through the second flow channel acts on the second guide vanes of the second guide blade segment. A first number of the first vanes and / or a first geometry of the first vanes differ from a second number of the second vanes and / or a second geometry of the second vanes.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Turbine, beschrieben. Die Turbine weist eine oben beschriebene Regelstufe und ein Laufrad auf. Das Laufrad ist entlang einer Strömungsrichtung der Turbine hinter der Regelstufe angeordnet. Die Regelstufe ist ausgebildet, das erste Arbeitsfluid und/oder das zweite Arbeitsfluid derart zu steuern, dass das erste Arbeitsfluid und/oder das zweite Arbeitsfluid das Laufrad in einem vorbestimmten Bereich in einem vorbestimmten Anströmwinkel anströmt.In accordance with another aspect of the present invention, a turbine is described. The turbine has a control stage and an impeller described above. The impeller is arranged along a flow direction of the turbine behind the control stage. The control stage is designed to control the first working fluid and / or the second working fluid such that the first working fluid and / or the second working fluid flows against the impeller in a predetermined range at a predetermined angle of attack.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Regelstufe für eine Turbine, insbesondere für eine Gleichdruckturbine, beschrieben. Die Regelstufe weist ein Laufrad mit ersten Leitschaufeln und zweiten Leitschaufeln auf. Ferner weist die Regelstufe einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal auf. Eine erste Anzahl der ersten Leitschaufeln und/oder eine erste Geometrie der ersten Leitschaufeln unterscheiden sich von einer zweiten Anzahl der zweiten Leitschaufeln und/oder einer zweiten Geometrie der zweiten Leitschaufeln. Die ersten Leitschaufeln werden mit einem durch den ersten Strömungskanal strömenden ersten Arbeitsfluid mit ersten Fluidparametern und einem ersten Massenstrom beaufschlagt. Die zweiten Leitschaufeln werden mit einem durch den zweiten Strömungskanal strömenden zweiten Arbeitsfluid mit zweiten Fluidparametern und einem zweiten Massenstrom beaufschlagt.According to a further aspect of the present invention, a method for operating a control stage for a turbine, in particular for a constant pressure turbine, is described. The control stage has an impeller with first vanes and second vanes. Furthermore, the control stage has a first flow channel and a second flow channel. A first number of the first vanes and / or a first geometry of the first vanes differ from a second number of the second vanes and / or a second geometry of the second vanes. The first vanes are replaced with a through the the first flow channel flowing first working fluid with first fluid parameters and a first mass flow applied. The second guide vanes are acted upon by a second working fluid flowing through the second flow passage with second fluid parameters and a second mass flow.

Als Arbeitsfluid kann ein gasförmiges oder ein flüssiges Fluid bezeichnet werden. Das erste Arbeitsfluid kann dabei gleiche oder unterschiedliche Massenströme und/oder Parameter gegenüber dem zweiten Arbeitsfluid aufweisen.As a working fluid may be referred to a gaseous or a liquid fluid. The first working fluid may have the same or different mass flows and / or parameters compared to the second working fluid.

Unter Fluidparametern kann beispielsweise die Temperatur T, die Strömungsgeschwindigkeit c und/oder der Druck p bezeichnet werden. Der erste und zweite Massenstrom beschreiben die Masse des Arbeitsfluids, die sich in einer Zeiteinheit durch einen Querschnitt des ersten oder zweiten Strömungskanals bewegt. Der Massenstrom bezeichnet beispielsweise, wie viel Kilogramm je Zeiteinheit (z. B. Sekunde oder Minute) durch einen Querschnitt des entsprechenden Strömungskanals fließen. Alternativ zum Massenstrom kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Durchflussmenge des Arbeitsfluids in entsprechenden Strömungskanälen über dem Volumenstrom beschrieben werden, wonach das Volumen des Arbeitsfluids pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt eines entsprechenden Strömungskanals definiert wird.For example, the temperature T, the flow velocity c and / or the pressure p can be referred to as fluid parameters. The first and second mass flow describe the mass of the working fluid which moves in a unit of time through a cross section of the first or second flow channel. The mass flow designates, for example, how many kilograms per unit time (eg second or minute) flow through a cross section of the corresponding flow channel. As an alternative to the mass flow, in the context of the present invention the flow rate of the working fluid in corresponding flow channels above the volume flow can be described, after which the volume of the working fluid per unit time is defined by a cross section of a corresponding flow channel.

Die Regelstufe weist gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise zumindest das Leitrad und entsprechende erste und zweite Strömungskanäle auf. Aufgrund der Zuströmung des Arbeitsfluids durch erste und zweite Strömungskanäle zu bestimmten ersten und zweiten Leitschaufelsegmenten wird eine Umlenkung des Arbeitsfluids in eine gewünschte Richtung und eine Einstellung einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit und eines vorbestimmten Druckniveaus nach der Regelstufe eingestellt. Durch Steuerung der Fluidparameter und der Massenströme der entsprechenden ersten und zweiten Arbeitsfluide in den entsprechenden ersten und zweiten Strömungskanälen kann mit der im Rahmen der Erfindung beschriebenen Regelstufe eine eingangs erläuterte Düsengruppenregelung umgesetzt werden.The control stage, according to the present invention, for example, at least the stator and corresponding first and second flow channels. Due to the inflow of the working fluid through first and second flow channels to certain first and second vane segments, a deflection of the working fluid in a desired direction and an adjustment of a predetermined flow rate and a predetermined pressure level after the control stage is set. By controlling the fluid parameters and the mass flows of the corresponding first and second working fluids in the corresponding first and second flow channels, a nozzle group control explained in the introduction can be implemented with the control stage described in the context of the invention.

Die ersten und zweiten Leitschaufeln bzw. eine erste Gruppe (bzw. erstes Leitschaufelsegment) erster Leitschaufeln und eine zweite Gruppe (bzw. zweites Leitschaufelsegment) zweiter Leitschaufeln des Leitrads sind entlang der Umfangsrichtung des Leitrads nacheinander angeordnet. Der erste und zweite Strömungskanal segmentiert hierbei die ersten Leitschaufeln von den zweiten Leitschaufeln.The first and second vanes or a first group (or first vane segment) of first vanes and a second group (or second vane segment) of second vanes of the stator are successively arranged along the circumferential direction of the stator. In this case, the first and second flow channels segment the first guide vanes from the second guide vanes.

Die ersten und zweiten Strömungskanäle sind ferner derart ausgebildet, dass ein in radialer Richtung anströmendes Arbeitsfluid in eine im Wesentlichen axiale Richtung umgelenkt wird, so dass die ersten und zweiten Leitschaufeln durch das jeweilige erste und zweite Arbeitsfluid in axialer Richtung angeströmt werden.The first and second flow channels are further configured such that a working fluid flowing in the radial direction is deflected in a substantially axial direction, so that the first and second guide vanes are flowed through in the axial direction by the respective first and second working fluid.

Die Begriffe „axial” und „radial” beziehen sich in der vorliegenden Erfindung auf die Orientierung einer Turbinenwelle der Turbine. Eine radiale Richtung beschreibt eine Richtung zum Mittelpunkt der Turbinenwelle. Eine Axialrichtung beschreibt eine Richtung, welche parallel zur Drehachse der Turbinenwelle ist.The terms "axial" and "radial" in the present invention refer to the orientation of a turbine shaft of the turbine. A radial direction describes a direction to the center of the turbine shaft. An axial direction describes a direction which is parallel to the axis of rotation of the turbine shaft.

Unter dem Begriff „Geometrie” der jeweiligen Leitschaufeln werden die geometrische Form sowie die geometrischen Abmessungen der jeweiligen Leitschaufeln subsumiert. Die Geometrie kann beispielsweise bestimmte Größen wie auch verschiedene Oberflächenprofile der ersten und zweiten Leitschaufeln beschreiben.The term "geometry" of the respective guide vanes subsumes the geometric shape and the geometric dimensions of the respective guide vanes. For example, the geometry may describe particular sizes as well as various surface profiles of the first and second vanes.

Die erste Anzahl der ersten Leitschaufeln beschreiben die Anzahl der betreffenden Leitschaufeln in einem ersten Leitschaufelsegment des Leitrads, welche durch das erste Arbeitsfluid aus dem ersten Strömungskanal beaufschlagt werden. Eine weitere zweite Anzahl von zweiten Leitschaufeln definiert beispielsweise diejenige Anzahl an zweiten Leitschaufeln in einem zweiten Leitschaufelsegment des Leitrads, welche durch das zweite Arbeitsfluid, welches durch den zweiten Strömungskanal strömt, beaufschlagt werden. Das erste Leitschaufelsegment und das zweite Leitschaufelsegment können gleich groß ausgebildet sein, d. h. das erste Leitschaufelsegment und das zweite Leitschaufelsegment können gleichgroße Kreissegmente des Leitrades darstellen.The first number of the first vanes describe the number of respective vanes in a first vane segment of the stator impinged by the first working fluid from the first flow duct. For example, another second number of second vanes defines the number of second vanes in a second vane segment of the stator impinged by the second working fluid flowing through the second flow channel. The first vane segment and the second vane segment may be of equal size, d. H. the first vane segment and the second vane segment may be equal sized circle segments of the stator.

Im Betrieb der oben beschriebenen Regelstufe für eine Turbine kann zur Umsetzung einer Düsengruppenregelung in einem bestimmten Lastpunkt zunächst das erste Arbeitsfluid durch den ersten Strömungskanal strömen und die ersten Leitschaufeln beaufschlagen. Das erste Arbeitsfluid weist einen bestimmten ersten Massenstrom auf und strömt gegen die ersten Leitschaufeln. Hierdurch entsteht eine sehr hohe Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck des ersten Arbeitsfluids vor den ersten Leitschaufeln und dem Druck des ersten Arbeitsfluids nach den ersten Leitschaufeln. Diese Druckdifferenz führt zu einer hohen Belastung der ersten Leitschaufeln. Nachdem ein maximaler erster Massenstrom durch den ersten Strömungskanal strömt, wird bei weiterem Bedarf der Turbine das zweite Arbeitsfluid durch den zweiten Strömungskanal zugeführt, um die Laufräder mit zusätzlichem Arbeitsfluid zu versorgen. Das zweite Arbeitsfluid trifft auf das zweite Leitschaufelsegment mit dem zweiten Massenstrom. Die zweiten Leitschaufeln beschleunigen das zweite Arbeitsfluid und reduzieren entsprechend den zweiten Druck hinter dem zweiten Leitschaufelsegment. Da bereits das erste Arbeitsfluid, welches durch die ersten Leitschaufeln strömt, das Druckniveau hinter dem Leitschaufelkranz bereits erhöht hat, ist die Druckdifferenz zwischen dem Druck des zweiten Arbeitsfluids vor den zweiten Leitschaufeln und in Strömungsrichtung nach den zweiten Leitschaufeln geringer als die Druckdifferenz, welche bei den ersten Leitschaufeln bei Beaufschlagung nur des ersten Düsensegments der Turbine anliegt.In operation of the control stage for a turbine described above, to implement a nozzle group control in a certain load point, first the first working fluid can flow through the first flow channel and act on the first guide vanes. The first working fluid has a certain first mass flow and flows against the first vanes. This results in a very high pressure difference between the first pressure of the first working fluid upstream of the first guide vanes and the pressure of the first working fluid downstream of the first guide vanes. This pressure difference leads to a high load on the first guide vanes. After a maximum first mass flow flows through the first flow channel, as the turbine continues to need, the second working fluid is supplied through the second flow channel to provide the impellers with additional working fluid. The second working fluid meets the second vane segment with the second mass flow. The second vanes accelerate the second working fluid and correspondingly reduce the second pressure behind the second vane segment. Since already the first working fluid flowing through the first vanes has already increased the pressure level downstream of the vane ring, the pressure difference between the pressure of the second working fluid upstream of the second vanes and downstream of the second vanes is less than the pressure difference associated with the second vanes first vanes when applying only the first nozzle segment of the turbine is applied.

Aus diesem Grunde können zum einen die Geometrien der ersten und zweiten Leitschaufeln unterschiedlich ausgebildet werden. Insbesondere da beispielsweise die zweiten Leitschaufeln einer geringeren Druckdifferenz standhalten müssen, können diese schmaler und somit weniger robust als die ersten Leitschaufeln ausgebildet werden. Ebenso können sich alternativ oder zusätzlich die Anzahl der ersten Leitschaufeln von der Anzahl der zweiten Leitschaufeln unterscheiden.For this reason, on the one hand, the geometries of the first and second guide vanes can be formed differently. In particular, since, for example, the second guide vanes must withstand a lower pressure difference, they can be made narrower and thus less robust than the first guide vanes. Likewise, alternatively or additionally, the number of first vanes may differ from the number of second vanes.

Mit anderen Worten werden die jeweiligen Leitschaufeln in ihrer geometrischen Ausgestaltung und in ihrer Anzahl an ihre entsprechende betriebsbedingte Belastung angepasst. In Umfangsrichtung weist das Leitrad sozusagen unterschiedlich ausgebildete erste und zweite Leitschaufeln auf. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Geometrien und der Anzahl der ersten und zweiten Leitschaufeln kann das Design eines Leitrads optimiert werden, so dass dadurch die unterschiedlichsten positiven Effekte erzielt werden. Beispielsweise werden das Gewicht und die Herstellkosten des Leitrads reduziert, da bei geringerer Belastung einzelner Segmente leichtere Leitschaufeln eingesetzt werden können. Es ist daher nicht notwendig, durchgängig massive und schwere Leitschaufeln einzusetzen, obwohl in manchen Segmenten eine derart hohe Robustheit unnötig ist. Ferner können aufgrund der niedrigeren Belastung in manchen Segmenten die Leitschaufeln beispielsweise schmaler ausgeführt werden als beispielsweise diejenigen Leitschaufeln, welche zuerst bei Beginn des Betriebs der Turbine beaufschlagt werden. Da im Allgemeinen die Strömungsverluste bei gleicher Schaufelhöhe der Leitschaufeln umso größer sind, je breiter die beaufschlagte Leitschaufel ausgeführt ist, führt der Einsatz schmalerer Leitschaufeln bei weniger belasteten Leitschaufeln zusätzlich zu einem höheren Wirkungsgrad der Regelstufe.In other words, the respective vanes are adapted in their geometric configuration and in number to their corresponding operational load. In the circumferential direction, the stator on so to speak, differently shaped first and second vanes. Due to the different design of the geometries and the number of first and second vanes, the design of a stator can be optimized, thereby achieving a variety of positive effects. For example, the weight and the manufacturing costs of the stator are reduced, since at lower load of individual segments lighter vanes can be used. It is therefore not necessary to use solid and heavy vanes throughout, although in some segments such high ruggedness is unnecessary. Further, because of the lower stress in some segments, the vanes may, for example, be made narrower than, for example, those vanes which are first loaded at the beginning of operation of the turbine. In general, since the flow losses at the same blade height of the vanes are greater the wider the impinged vane is made, the use of narrower vanes with less loaded vanes will in addition result in a higher efficiency of the control stage.

Zusammenfassend kann mit den angepassten ersten und zweiten Leitschaufeln, welche beispielsweise unterschiedliche Profile, Profilstärken, Profillängen sowie eine unterschiedliche Anzahl je Segment aufweisen können, an eine im Betrieb ausgesetzte Belastung optimiert werden. Damit kann der Wirkungsgrad jedes Segments bzw. jeder Gruppe an ersten und/oder Leitschaufeln gesteigert und somit auch der Wirkungsgrad der gesamten Regelstufe gesteigert werden. Die Schaufelprofile der Düsensegmente (bzw. Leitschaufelsegmente) werden auf ihren Differenzdruck hin optimiert wodurch der Wirkungsgrad der Leitschaufelsegmente gesteigert wird.In summary, with the adapted first and second guide vanes, which may have, for example, different profiles, profile thicknesses, profile lengths and a different number per segment, they can be optimized for a load which is exposed during operation. Thus, the efficiency of each segment or each group of first and / or vanes can be increased and thus the efficiency of the entire control level can be increased. The blade profiles of the nozzle segments (or vane segments) are optimized for their differential pressure, thereby increasing the efficiency of the vane segments.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erste Geometrie eine erste Profildicke und die zweite Geometrie eine zweite Profildicke auf. Die erste Profildicke unterscheidet sich von der zweiten Profildicke.According to a further exemplary embodiment of the present invention, the first geometry has a first profile thickness and the second geometry has a second profile thickness. The first profile thickness differs from the second profile thickness.

Die Profildicke eines Strömungsprofils, aus welchem üblicherweise die Leitschaufeln gebildet werden, beschreibt einen größtmöglichen Kreisdurchmesser auf einer Skelettlinie (Mittellinie) der jeweiligen Leitschaufel. Die Skelettlinie bzw. Mittellinie verbindet eine Profilnase mit einem hinteren Ende bzw. mit der Abströmkante der Leitschaufel. Mit anderen Worten beschreibt die Profildicke die größtmögliche Breite bzw. die maximale Breite einer entsprechenden Leitschaufel. Mit der oben beschriebenen Ausführungsform unterscheiden sich somit die einzelnen ersten Leitschaufeln von den zweiten Leitschaufeln entsprechend ihren Dicken. Beispielsweise können die ersten Leitschaufeln dicker ausgeführt sein als die zweiten Leitschaufeln.The profile thickness of an airfoil, from which the vanes are usually formed, describes a maximum circle diameter on a skeleton line (center line) of the respective vane. The skeleton line or center line connects a profile nose with a rear end or with the trailing edge of the guide vane. In other words, the profile thickness describes the maximum width or the maximum width of a corresponding vane. Thus, with the embodiment described above, the individual first vanes are different from the second vanes according to their thicknesses. For example, the first guide vanes may be made thicker than the second guide vanes.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die erste Geometrie eine erste Profillänge und die zweite Geometrie eine zweite Profillänge auf. Die erste Profillänge unterscheidet sich von der zweiten Profillänge. Die Profillänge beschreibt die längste Linie von der Profilnase bis zur Profilhinterkante (Skelettlinie, Mittellinie). Mit anderen Worten sind beispielsweise die ersten Leitschaufeln länger als die zweiten Leitschaufeln ausgebildet.According to a further exemplary embodiment, the first geometry has a first profile length and the second geometry has a second profile length. The first profile length differs from the second profile length. The profile length describes the longest line from the profile nose to the profile trailing edge (skeleton line, center line). In other words, for example, the first vanes are formed longer than the second vanes.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die erste Geometrie eine erste Profilwölbung und die zweite Geometrie eine zweite Profilwölbung auf. Die erste Profilwölbung unterscheidet sich von der zweiten Profilwölbung. Als Profilwölbung kann die größte Abweichung der Skelettlinie von der Profilsehne beschrieben werden.According to a further exemplary embodiment, the first geometry has a first profile curvature and the second geometry has a second profile curvature. The first profile curvature differs from the second profile curvature. As profile curvature the greatest deviation of the skeleton line from the chord can be described.

Die Profilsehne ist eine gedachte Linie, die die Profilnase und die Hinterkante des Profils der Leitschaufeln verbindet. Die Skelettlinie (Profilmittellinie, Wölbungslinie) ist eine gedachte Linie von der Vorder- bis zur Hinterkante des Profils, die an jedem Ort den gleichen Abstand zu der Profilober- und -unterseite hat. Bei symmetrischen Profilen beispielsweise ist die Skelettlinie eine Gerade und fällt mit der Profilsehne zusammen. Bei nichtsymmetrischen Profilen ist die Skelettlinie gewölbt und weist somit einen Abstand zu der Profilsehne auf.The chord is an imaginary line connecting the lug nose and the trailing edge of the profile of the vanes. The skeleton line (profile center line, camber line) is an imaginary line from the front to the rear edge of the profile, which has the same distance to the profile top and bottom at each location. For symmetrical profiles, for example, the skeleton line is a straight line and coincides with the chord. In non-symmetrical profiles, the skeleton line is curved and thus has a distance from the chord.

Ferner kann zur unterschiedlichen Definition der ersten Geometrie zur zweiten Geometrie weitere geometrische Formdefinitionen herangezogen werden. Beispielsweise kann sich die erste Geometrie von der zweiten Geometrie durch ihre Hohlwölbung, dem Nasenradius, dem Hinterkantenwinkel, der Wölbungsrücklage oder der Dickenrücklage unterscheiden. Furthermore, for the different definition of the first geometry to the second geometry further geometric shape definitions can be used. For example, the first geometry may differ from the second geometry in terms of its concavity, nose radius, trailing edge angle, camber rest, or thickness constraint.

Insbesondere können sich die ersten Leitschaufeln von den weiteren und diese untereinander auch in Formdefinitionen unterscheiden, welche geeignet sind, die Profile jeweils für den Betrieb im Überschallbereich, im schallnahen oder Unterschallbereich zu bevorzugen.In particular, the first guide vanes may differ from the others and also among one another in terms of shape definitions, which are suitable for preference in each case for operation in the supersonic range, in the sound-near or subsonic range.

Die Hohlwölbung ist die größte Abweichung einer Profilbitangente von der Profilkontur der Leitschaufel. Sie befindet sich meist nur auf der unteren Profilseite hinten. Der Nasenradius bezeichnet den Radius des Nasenkreises der Profilnase. Großer Nasenradius bedeutet meistens geringe Dickenrücklage. Der Hinterkantenwinkel ist der Winkel an der Hinterkante zwischen Profiloberseite und Profilunterseite.The hollow curvature is the largest deviation of a profile bit tangent from the profile contour of the guide vane. It is usually only on the lower profile side behind. The nose radius refers to the radius of the nose circle of the profile nose. Large nose radius usually means low thickness reserve. The trailing edge angle is the angle at the trailing edge between the top of the profile and the underside of the profile.

Die Wölbungsrücklage bezeichnet den Abstand von der Profilnase, den der Punkt in maximaler Höhe der Skelettlinie hat. Sie befindet sich immer hinter der Dickenrücklage. Die Dickenrücklage bezeichnet den Abstand der größten Dicke über der Profilsehne von der Profilnase. Sie befindet sich immer vor der Wölbungsrücklage.The buckling reserve refers to the distance from the profile nose that the point has at the maximum height of the skeleton line. It is always behind the thickness reserve. The thickness reserve refers to the distance of the largest thickness over the chord from the profile nose. It is always in front of the Völbungsrücklage.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zwischen zwei benachbarten ersten Leitschaufeln ein erster Düsenkanal mit einem ersten Düsenquerschnitt ausgebildet. Zwischen zwei benachbarten zweiten Leitschaufeln ist ein zweiter Düsenkanal mit einem zweiten Düsenquerschnitt ausgebildet. Der erste Düsenquerschnitt unterscheidet sich von dem zweiten Düsenquerschnitt.According to a further exemplary embodiment, a first nozzle channel having a first nozzle cross-section is formed between two adjacent first guide vanes. Between two adjacent second guide vanes, a second nozzle channel is formed with a second nozzle cross-section. The first nozzle cross section differs from the second nozzle cross section.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Leitrad weitere Leitschaufeln (bzw. weitere Leitschaufelsegmente) auf. Die Regelstufe weist ferner einen weiteren Strömungskanal auf. Der weitere Strömungskanal ist derart eingerichtet, dass ein durch den weiteren Strömungskanal strömendes weiteres Arbeitsfluid mit weiteren Fluidparametern und einem weiteren Massenstrom die weiteren Leitschaufeln beaufschlagt. Eine weitere Anzahl der weiteren Leitschaufeln unterscheidet sich zumindest von der ersten Anzahl der ersten Leitschaufeln und/oder der zweiten Anzahl der zweiten Leitschaufeln. Alternativ oder zusätzlich unterscheidet sich zumindest eine weitere Geometrie der weiteren Leitschaufeln von zumindest der ersten Geometrie der ersten Leitschaufeln und/oder der zweiten Geometrie der zweiten Leitschaufeln.According to a further exemplary embodiment, the stator further vanes (or more Leitschaufelsegmente) on. The control stage also has a further flow channel. The further flow channel is set up such that a further working fluid flowing through the further flow channel acts on the further guide vanes with further fluid parameters and a further mass flow. A further number of the further guide vanes differs at least from the first number of the first guide vanes and / or the second number of the second guide vanes. Alternatively or additionally, at least one further geometry of the further guide vanes differs from at least the first geometry of the first guide vanes and / or the second geometry of the second guide vanes.

Mit der oben beschriebenen Ausführungsform wird verdeutlicht, dass eine Vielzahl an Düsengruppen aufweisend einen Düsenkanal und eine Gruppe an Leitschaufeln segmentiert und verwendet werden kann. Später öffnende bzw. durchströmte Düsengruppen erfahren weniger Druckdifferenz, wodurch die Leitschaufeln der entsprechenden Düsengruppe weniger belastet werden und daher weniger robust ausgebildet werden müssen.With the embodiment described above, it will be understood that a plurality of nozzle groups including a nozzle channel and a group of vanes may be segmented and used. Later-opening or flow-through nozzle groups experience less pressure difference, as a result of which the guide vanes of the corresponding nozzle group are subjected to less stress and therefore have to be made less robust.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.It should be noted that the embodiments described herein represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. Thus, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that for the person skilled in the art with the variants of embodiment that are explicit here, a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.In the following, for further explanation and for a better understanding of the present invention, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying figures.

1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Regelstufe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 shows a sectional view of a control stage according to an embodiment of the present invention;

2 zeigt eine schematische Darstellung von dritten Leitschaufeln eines dritten Leitschaufelsegments des Leitrads gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 FIG. 12 is a schematic diagram of third vanes of a third vane segment of the nozzle according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.

3 zeigt eine schematische Darstellung von ersten Leitschaufeln eines ersten Leitschaufelsegments des Leitrads gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 3 shows a schematic representation of first vanes of a first vane segment of the stator according to an exemplary embodiment of the present invention; and

4 zeigt eine Schnittdarstellung einer Turbine mit einer Regelstufe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 shows a sectional view of a turbine with a control stage according to an exemplary embodiment of the present invention.

Detaillierte Beschreibung von exemplarischen AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments

Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The same or similar components are provided in the figures with the same reference numerals. The illustrations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt eine Regelstufe 100 für eine Turbine 400 (siehe 4). Die Regelstufe 100 weist ein Leitrad 110 mit ersten Leitschaufeln 111 und zweiten Leitschaufeln 112 auf. Ferner weist die Regelstufe 100 einen ersten Strömungskanal 101 und einen zweiten Strömungskanal 102 auf. Der erste Strömungskanal 101 ist derart ausgebildet, dass ein durch den ersten Strömungskanal 101 strömendes erstes Arbeitsfluid mit ersten Fluidparametern und einem ersten Massenstrom ṁ1 der ersten Leitschaufeln 111 beaufschlagt. Der zweite Strömungskanal 102 ist derart ausgebildet, dass ein durch den zweiten Strömungskanal 102 strömendes zweites Arbeitsfluid mit zweiten Fluidparametern und einem Massenstrom ṁ2 die zweiten Leitschaufeln 112 beaufschlagt. Eine erste Anzahl der ersten Leitschaufeln 111 und/oder eine erste Geometrie der ersten Leitschaufeln 111 unterscheiden sich von einer zweiten Anzahl der zweiten Leitschaufeln 112 und/oder einer zweiten Geometrie der zweiten Leitschaufeln 112. 1 shows a control level 100 for a turbine 400 (please refer 4 ). The control level 100 has a stator 110 with first vanes 111 and second vanes 112 on. Furthermore, the control level 100 a first flow channel 101 and a second flow channel 102 on. The first flow channel 101 is formed such that a through the first flow channel 101 flowing first working fluid with first fluid parameters and a first mass flow ṁ1 of the first vanes 111 applied. The second flow channel 102 is formed such that a through the second flow channel 102 flowing second working fluid with second fluid parameters and a mass flow ṁ2 the second vanes 112 applied. A first number of the first vanes 111 and / or a first geometry of the first vanes 111 differ from a second number of the second vanes 112 and / or a second geometry of the second vanes 112 ,

Ferner zeigt 1, dass die Regelstufe 100 weitere Strömungskanäle 103, 104 aufweisen kann. Beispielsweise zeigt 1, dass ein dritter Strömungskanal 103 und ein vierter Strömungskanal 104 ausgebildet werden kann, um entsprechende dritte Leitschaufeln 113 und vierte Leitschaufeln 114 mit einem Arbeitsfluid, wie beispielsweise Wasserdampf, zu beaufschlagen. Die jeweiligen Strömungskanäle 101–104 teilen bzw. segmentieren die Leitschaufeln 111–114 des Leitrads 110 in entsprechende Segmente A–D.Further shows 1 that the regulation level 100 further flow channels 103 . 104 can have. For example, shows 1 that a third flow channel 103 and a fourth flow channel 104 can be formed to corresponding third vanes 113 and fourth vanes 114 to pressurize with a working fluid, such as water vapor. The respective flow channels 101 - 104 divide or segment the vanes 111 - 114 of the stator 110 in corresponding segments A-D.

In 1 beispielsweise wird der erste Strömungskanal 101 durch seine Wandung begrenzt und steuert das durch ihn hindurchströmende Arbeitsfluid direkt zu den ersten Leitschaufeln 111. Die ersten Leitschaufeln 111 bilden zusammen mit dem ersten Strömungskanal 101 das erste Segment A der Regelstufe 100. Entsprechend werden das zweite Segment B, das dritte Segment C und das vierte Segment D gebildet.In 1 For example, the first flow channel 101 limited by its wall and controls the working fluid flowing through it directly to the first vanes 111 , The first vanes 111 form together with the first flow channel 101 the first segment A of the control level 100 , Accordingly, the second segment B, the third segment C and the fourth segment D are formed.

Durch jeden Strömungskanal 101–104 fließt ein entsprechendes Arbeitsfluid, welches beispielsweise unterschiedliche Massenströme ṁ1–ṁ4 und/oder unterschiedliche Fluidparameter aufweisen kann. Die Fluidparameter sind beispielsweise Drücke p1–p4 und Strömungsgeschwindigkeiten c1–c4.Through each flow channel 101 - 104 flows a corresponding working fluid, which, for example, different mass flows ṁ1-ṁ4 and / or may have different fluid parameters. The fluid parameters are, for example, pressures p1-p4 and flow velocities c1-c4.

Der Massenstrom ṁ1–ṁ4 und die Strömungsparameter des Arbeitsfluids in dem jeweiligen Strömungskanal 101–104 können durch in den Strömungskanälen 101–104 angeordnete Ventile 121–124 eingestellt werden.The mass flow ṁ1-ṁ4 and the flow parameters of the working fluid in the respective flow channel 101 - 104 can pass through in the flow channels 101 - 104 arranged valves 121 - 124 be set.

Wird die Turbine 400 aus dem Stillstand gestartet und bis zur Vollauslastung hochgefahren, öffnet sich zunächst das erste Ventil 121, so dass durch den ersten Strömungskanal 101 ein erstes Arbeitsfluid mit dem Massenstrom 1711 und dem ersten Druck p1 und der ersten Strömungsgeschwindigkeit c1 in Richtung erste Leitschaufeln 111 strömt. Die ersten Leitschaufeln 111 lenken das erste Arbeitsfluid in eine vorbestimmte Richtung, so dass in der vorbestimmten Richtung die dahinter angeordneten Laufschaufeln eines Laufrades angeströmt werden.Will the turbine 400 Starting from a standstill and starting up to full capacity, the first valve opens 121 , so that through the first flow channel 101 a first working fluid with the mass flow 1711 and the first pressure p1 and the first flow velocity c1 toward first vanes 111 flows. The first vanes 111 deflect the first working fluid in a predetermined direction, so that in the predetermined direction, the blades of an impeller arranged behind it are flown.

Wenn das erste Ventil 121 vollständig geöffnet ist und sozusagen in seinem Ventilpunkt am verlustärmsten das erste Arbeitsfluid einströmen lässt, wird bei Bedarf zusätzlicher Leistung der Turbine 400 das zweite Ventil 122 geöffnet. Mittels des zweiten Ventils 122 strömt ein zweites Arbeitsfluid durch den zweiten Strömungskanal 102 in Richtung Leitrad 110 und strömt gegen die zweiten Leitschaufeln 112. Da in Strömungsrichtung hinter dem Leitrad 110 bzw. in einem Raum zwischen dem Leitrad 110 und dem dahinterliegenden Laufrad bereits ein erhöhter Druck aufgrund der Strömung des ersten Arbeitsfluids vorliegt, ist die Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druck p2 des zweiten Arbeitsfluids vor den zweiten Leitschaufeln 112 und dem Druck des Arbeitsfluids hinter den Leitschaufeln geringer als diejenige Druckdifferenz, welche beim Start der Turbine 400 auf die ersten Leitschaufeln 111 wirkt. Aufgrund der niedrigeren Druckdifferenz werden die zweiten Leitschaufeln 112 weniger beansprucht als die ersten Leitschaufeln 111.If the first valve 121 is fully open and, so to speak, at its valve point at the lowest loss flow the first working fluid, if necessary, additional power of the turbine 400 the second valve 122 open. By means of the second valve 122 a second working fluid flows through the second flow channel 102 in the direction of the stator 110 and flows against the second vanes 112 , As in the flow direction behind the stator 110 or in a space between the stator 110 and the underlying impeller already has an increased pressure due to the flow of the first working fluid, the pressure difference between the second pressure p2 of the second working fluid before the second guide vanes 112 and the pressure of the working fluid downstream of the vanes less than the pressure difference which occurs at the start of the turbine 400 on the first vanes 111 acts. Due to the lower pressure difference, the second vanes become 112 less stressed than the first vanes 111 ,

Nachdem auch das zweite Ventil 122 in seinem Ventilpunkt betrieben wird und somit den optimalen Wirkungsgrad aufweist, wird bei Bedarf das dritte Ventil 123 geöffnet, so dass ein drittes Arbeitsfluid durch den dritten Strömungskanal 103 in Richtung dritte Leitschaufeln 113 strömt. Die dritten Leitschaufeln 113 werden weniger belastet als die ersten Leitschaufeln 111 und die zweiten Leitschaufeln 112, da bei den dritten Leitschaufeln 113 eine geringere Druckdifferenz zwischen dem dritten Druck p3, welcher vor den dritten Leitschaufeln 113 anliegt und einem Druck, welcher hinter den dritten Leitschaufeln 113, vorherrscht.After the second valve 122 is operated at its valve point and thus has the optimum efficiency, if necessary, the third valve 123 open, leaving a third working fluid through the third flow channel 103 towards third vanes 113 flows. The third vanes 113 are less loaded than the first vanes 111 and the second vanes 112 because at the third vanes 113 a lower pressure difference between the third pressure p3, which before the third vanes 113 abuts and a pressure which is behind the third vanes 113 , prevails.

Wenn das dritte Ventil 123 mit seinem Ventilpunkt betrieben wird und ein zusätzlicher Bedarf an frisch zugeführtem Arbeitsfluid notwendig ist, wird schließlich das vierte Ventil 124 geöffnet, damit ein viertes Arbeitsfluid durch den vierten Strömungskanal 104 mit einem vierten Massenstrom ṁ4 und einer vierten Strömungsgeschwindigkeit c4 in Richtung vierte Leitschaufeln 114 strömt. Vor den vierten Leitschaufeln 114 liegt ein vierter Druck p4 des vierten Arbeitsfluids an.If the third valve 123 is operated with its valve point and an additional need for freshly supplied working fluid is necessary, eventually becomes the fourth valve 124 opened, so that a fourth working fluid through the fourth flow channel 104 with a fourth mass flow ṁ4 and a fourth flow velocity c4 in the direction of fourth vanes 114 flows. In front of the fourth vanes 114 is a fourth pressure p4 of the fourth working fluid.

Somit wird eine Düsengruppenregelung bereitgestellt, wodurch das Arbeitsfluid, wie beispielsweise Frischdampf, durch getrennte Ventile 121–124 jeweils einem zugeordneten Düsensegment A–D zugeleitet wird. Mit steigender Leistung der Turbine 400 öffnen sich die Ventile 121–124 in einer vorbestimmten Reihenfolge. Je mehr Ventile 121–124 geöffnet sind, desto höher ist der Druck nach dem Leitrad 110 und desto geringer ist folglich die Belastung der einzelnen Leitschaufeln 111–114 in den jeweiligen Segmenten A–D. Dies hat zur Folge, dass diejenigen Leitschaufeln 111–114, welche in den Segmenten A–D liegen und erst bei höherer Turbinenleistung zugeschaltet werden, niedriger belastet sind als diejenigen Leitschaufeln 111–114 der zuerst durchströmten Segmente A–D.Thus, a nozzle group control is provided, whereby the working fluid, such as live steam, through separate valves 121 - 124 each is fed to an associated nozzle segment A-D. With increasing power of the turbine 400 the valves open 121 - 124 in a predetermined order. The more valves 121 - 124 are open, the higher the pressure after the stator 110 and consequently the load on the individual guide vanes is lower 111 - 114 in the respective Segments A-D. This has the consequence that those vanes 111 - 114 , which are in the segments A-D and are switched on only at higher turbine power, are loaded lower than those vanes 111 - 114 the first through-flow segments A-D.

Die in den vorgenannten Abschnitten genannte Öffnungssequenz kann während des Turbinenbetriebes beim Belasten der Turbine 400 wie beschrieben oder beim Entlasten der Turbine 400 in umgekehrter Folge ganz oder teilweise beliebig häufig durchlaufen werden.The opening sequence mentioned in the aforementioned sections may during turbine operation during loading of the turbine 400 as described or when unloading the turbine 400 in reverse order completely or partially as often as you like.

Erfindungsgemäß können die entsprechenden Leitschaufeln 111–114 der später durchströmten Segmente A–D schmaler und leichter ausgeführt werden als diejenigen Leitschaufeln 111–114 der zuerst geöffneten Segmente A–D, insbesondere des ersten Segments A.According to the invention, the corresponding guide vanes 111 - 114 later flowed through segments A-D are made narrower and lighter than those vanes 111 - 114 the first opened segments A-D, in particular the first segment A.

1 zeigt, dass die Wandungen der Strömungskanäle 101–104 die Segmentierung der Leitschaufeln 111–114 definieren. Der Strömungskanal 101 definiert beispielsweise den ersten Sektor A, in dem aufgrund der Ausbildung des ersten Strömungskanals 101 ausschließlich das erste Arbeitsfluid mit den ersten Fluidparametern und dem ersten Massenstrom ṁ1 beaufschlagt wird. Entsprechend werden die zweiten Leitschaufeln 112 ausschließlich durch das zweite Arbeitsfluid mit dem zweiten Massenstrom ṁ2 und den zweiten Fluidparametern beaufschlagt. Entsprechend steuert der dritte Strömungskanal 103 und der vierte Strömungskanal 104 die Zuströmung eines dritten Arbeitsfluids und eines vierten Arbeitsfluids an die dritten Leitschaufeln 113 des dritten Segments C und an die vierten Leitschaufeln 114 des vierten Segments D, respektive. 1 shows that the walls of the flow channels 101 - 104 the segmentation of the vanes 111 - 114 define. The flow channel 101 defines, for example, the first sector A, in which due to the formation of the first flow channel 101 only the first working fluid with the first fluid parameters and the first mass flow ṁ1 is acted upon. Accordingly, the second vanes become 112 exclusively by the second working fluid with the second mass flow ṁ2 and the second fluid parameters acted upon. Accordingly, the third flow channel controls 103 and the fourth flow channel 104 the inflow of a third working fluid and a fourth working fluid to the third vanes 113 of the third segment C and to the fourth vanes 114 of the fourth segment D, respectively.

Ferner zeigt 1, dass das Leitrad 110 um eine Turbinenwelle 130 angeordnet ist. Die Turbinenwelle 130 weist einen Mittelpunkt auf, welcher auf einer Drehachse der Turbinenwelle 130 liegt. Die Drehachse der Turbinenwelle 130 bestimmt die Axialrichtung 131 der Turbine 400 bzw. der Turbinenwelle 130.Further shows 1 that the stator 110 around a turbine shaft 130 is arranged. The turbine shaft 130 has a center which is on a rotation axis of the turbine shaft 130 lies. The axis of rotation of the turbine shaft 130 determines the axial direction 131 the turbine 400 or the turbine shaft 130 ,

2 zeigt den Schnitt II-II des Leitrads 110. Insbesondere zeigt 2 mit dem Schnitt II-II einen Ausschnitt des dritten Segments C, in welchem die dritten Leitschaufeln 113 angeordnet sind. Zur Orientierung ist ebenfalls die Axialrichtung 131 der Turbinenwelle 130 dargestellt. Das dritte Arbeitsfluid strömt mit einem dritten Massenstrom ṁ3 und einer dritten Strömungsgeschwindigkeit c3 gegen die Profilnasen der einzelnen dritten Leitschaufeln 113. In Strömungsrichtung vor den dritten Leitschaufeln 113 herrscht ein Druck p3. Zwischen den einzelnen dritten Leitschaufeln 113 bildet sich ein dritter Düsenkanal 213 aus. Das dritte Arbeitsfluid strömt durch den dritten Düsenkanal 213. Das durchströmende dritte Arbeitsfluid wird durch den dritten Strömungskanal 213 in eine vorbestimmte Strömungsrichtung gelenkt. Ferner sind die Profile der dritten Leitschaufeln derart ausgebildet, dass der dritte Düsenkanal 213 als Düse wirkt, so dass sich der dritte Druck p3 auf ein niedrigeres drittes Druckniveau p3, nach reduziert und seine dritte Strömungsgeschwindigkeit c3 erhöht, so dass hinter den dritten Leitschaufeln 113 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit c3, nach des dritten Arbeitsfluids vorherrscht. 2 shows the section II-II of the stator 110 , In particular shows 2 with the section II-II a section of the third segment C, in which the third vanes 113 are arranged. For orientation is also the axial direction 131 the turbine shaft 130 shown. The third working fluid flows with a third mass flow ṁ3 and a third flow velocity c3 against the profile projections of the individual third guide vanes 113 , In the flow direction in front of the third vanes 113 there is a pressure p3. Between the individual third vanes 113 a third nozzle channel forms 213 out. The third working fluid flows through the third nozzle channel 213 , The flowing through third working fluid is through the third flow channel 213 directed in a predetermined flow direction. Further, the profiles of the third vanes are formed such that the third nozzle channel 213 acting as a nozzle, so that the third pressure p3 is reduced to a lower third pressure level p3, and increases its third flow speed c3, so that behind the third vanes 113 a higher flow velocity c3 prevails after the third working fluid.

Die Profilformen der dritten Leitschaufeln 113 definieren einen dritten Düsenquerschnitt A3, welcher die Fluidparameter des durchströmenden dritten Arbeitsfluids in vorbestimmter Art und Weise steuern.The profile shapes of the third vanes 113 define a third nozzle cross-section A3, which controls the fluid parameters of the flowing through the third working fluid in a predetermined manner.

Jedes der dritten Leitschaufeln 113 weist gleiche oder unterschiedliche Geometrien auf. Die unterschiedlichen Geometrien können beispielsweise wie in 2 dargestellt, über eine dritte Profildicke d3, eine dritte Skelettlinie s3 und/oder über eine dritte Länge l3 bestimmt werden.Each of the third vanes 113 has the same or different geometries. The different geometries can, for example, as in 2 represented, are determined via a third profile thickness d3, a third skeleton line s3 and / or a third length l3.

3 zeigt den Schnitt I-I aus 1. 3 zeigt einen Ausschnitt des ersten Segments A des Leitrads 110, in welchem in Umfangsrichtung die ersten Leitschaufeln 111 angeordnet sind. Stromaufwärts strömt das erste Arbeitsfluid mit ersten Fluidparametern und einem ersten Massenstrom ṁ1 gegen die Profilnasen der ersten Leitschaufeln 111. Stromaufwärts liegt ein erster Druck p1 an den Profilnasen der ersten Leitschaufeln 111 an. Das erste Arbeitsfluid weist eine erste Strömungsgeschwindigkeit c1 auf. Das erste Arbeitsfluid strömt durch erste Düsenkanäle 211, welche sich zwischen den ersten Leitschaufeln 111 ausbilden. Jeder der ersten Düsenkanäle 211 weist einen ersten Düsenquerschnitt A1 auf. 3 shows the section II 1 , 3 shows a section of the first segment A of the stator 110 in which in the circumferential direction the first vanes 111 are arranged. Upstream, the first working fluid flows with first fluid parameters and a first mass flow ṁ1 against the profile lugs of the first guide vanes 111 , Upstream, a first pressure p1 is applied to the profile lugs of the first vanes 111 at. The first working fluid has a first flow velocity c1. The first working fluid flows through first nozzle channels 211 extending between the first vanes 111 form. Each of the first nozzle channels 211 has a first nozzle cross section A1.

Das erste Arbeitsfluid weist stromabwärts nach Durchströmen der ersten Düsenkanäle 211 einen ersten Druck p1, nach und eine erste Strömungsgeschwindigkeit c1, nach auf. Bei Verwendung des Leitrads 110 in einer Gleichdruckturbine wird im Allgemeinen in der Regelstufe der Druck verringert und das erste Arbeitsfluid beschleunigt. Daher sind die Drücke p1 und p3 vor den Leitschaufeln 111–114 im Allgemeinen höher als die Drücke p1, nach und p3, nach der Arbeitsfluide nach den Leitschaufeln 111–114. Entsprechend sind die Strömungsgeschwindigkeiten c1, c3 der Arbeitsfluide vor den Leitschaufeln 111–114 niedriger als die Strömungsgeschwindigkeiten c1, nach und c3, nach nach den jeweiligen Leitschaufeln 111–114.The first working fluid points downstream after flowing through the first nozzle channels 211 a first pressure p1, after and a first flow velocity c1, after. When using the stator 110 In a constant-pressure turbine, the pressure is generally reduced in the control stage and the first working fluid is accelerated. Therefore, the pressures p1 and p3 are in front of the vanes 111 - 114 generally higher than the pressures p1, after and p3, after the working fluids after the vanes 111 - 114 , Correspondingly, the flow rates c1, c3 of the working fluids in front of the guide vanes 111 - 114 lower than the flow velocities c1, after and c3, after the respective vanes 111 - 114 ,

Im Vergleich zu 2 zeigt 3 die ersten Leitschaufeln 111, welche als erstes bei Start der Turbine 400 mit einem ersten Arbeitsfluid angeströmt werden. Hierbei ist die erste Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem ersten Druck p1, nach hinter den ersten Leitschaufeln 111 größer als die Druckdifferenz zwischen dem dritten Druck p3, p3, nach, welcher an den dritten Leitschaufeln 113 vorliegt. Daher ist die Belastung der ersten Leitschaufeln 111 größer als die Belastung der dritten Leitschaufeln 113. Daher sind die ersten Leitschaufeln 111 beispielsweise robuster ausgeführt als die dritten Leitschaufeln 113, wie durch Vergleich der 2 und 3 dargestellt. Die ersten Leitschaufeln 111 weisen beispielsweise eine erste Profildicke d1 auf, welche größer als die dritte Profildicke d3 der dritten Leitschaufeln 113 ist. Ferner weisen die ersten Leitschaufeln 111 beispielsweise eine längere Länge l1 (erste Profilsehne) auf als die dritte Länge l3 (dritte Profilsehne). Zusätzlich oder alternativ kann die Skelettlinie s1 der ersten Leitschaufeln 111 länger ausgebildet sein als die dritte Skelettlinie s3 der dritten Leitschaufeln 113. Die ersten Leitschaufeln 111 sind somit robuster ausgebildet als die dritten Leitschaufeln 113.Compared to 2 shows 3 the first vanes 111 , which first when starting the turbine 400 be streamed with a first working fluid. Here, the first pressure difference between the first pressure p1 and the first pressure p1, after the first vanes 111 greater than the pressure difference between the third pressure p3, p3, after, which at the third vanes 113 is present. Therefore, the load on the first vanes 111 greater than the load on the third vanes 113 , Therefore, the first vanes 111 For example, designed to be more robust than the third vanes 113 as by comparing the 2 and 3 shown. The first vanes 111 For example, have a first profile thickness d1, which is greater than the third profile thickness d3 of the third vanes 113 is. Furthermore, the first guide vanes 111 for example, a longer length l1 (first chord) as the third length l3 (third chord). Additionally or alternatively, the skeleton line s1 of the first guide vanes 111 be formed longer than the third skeleton line s3 of the third vanes 113 , The first vanes 111 are thus more robust than the third vanes 113 ,

Alternativ oder zusätzlich ist die erste Anzahl der ersten Leitschaufeln 111 in dem ersten Segment A geringer als die Anzahl der dritten Leitschaufeln 113 in dem dritten Segment C. Die Segmente A–D können beispielsweise gleich große oder verschiedene Kreissegmente des Leitrads 110 bilden.Alternatively or additionally, the first number of first vanes 111 in the first segment A less than the number of third vanes 113 in the third segment C. The segments A-D, for example, the same or different circle segments of the stator 110 form.

2 zeigt eine höhere Anzahl an dritten Leitschaufeln 113 in dem dritten Segment C im Vergleich zu der ersten Anzahl der ersten Leitschaufeln 111 in dem ersten Segment A. Dadurch reduziert sich der dritte Düsenquerschnitt A3 des dritten Düsenkanals 213 im Vergleich zu dem ersten Düsenquerschnitt A1 des ersten Düsenkanals 211. 2 shows a higher number of third vanes 113 in the third segment C compared to the first number of the first vanes 111 in the first segment A. This reduces the third nozzle cross section A3 of the third nozzle channel 213 in comparison to the first nozzle cross-section A1 of the first nozzle channel 211 ,

Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass die Leitschaufeln 111–114 in den Segmenten A–D entsprechend ihrer Belastung ausgebildet und angepasst sind, so dass die Leitschaufeln 111–114 mit ihren Geometrien und in ihrer Anzahl in den jeweiligen Segmenten A–D an die benötigte Robustheit und einem besseren Wirkungsgrad angepasst werden. Somit wird der Wirkungsgrad der Regelstufe 100 und somit der gesamten Turbine 400 erhöht.In summary, it should be noted that the vanes 111 - 114 are formed and adapted in the segments A-D according to their load, so that the vanes 111 - 114 with their geometries and their number in the respective segments A-D to be adapted to the required robustness and better efficiency. Thus, the efficiency of the control stage 100 and thus the entire turbine 400 elevated.

4 zeigt eine Schnittdarstellung der Turbine 400. Die Turbine 400 weist die oben beschriebene Regelstufe 100 auf. Die in 4 gezeigte Regelstufe 100 weist das Leitrad 110 auf, an welchem äußeren Umfang die Leitschaufeln 111–114 angeordnet sind (nicht dargestellt). Drei Strömungskanäle 101–103 segmentieren die Leitschaufeln 111–114 in drei Leitschaufelsegmente A–C. In einem zentralen Bereich wird die Turbinenwelle 130 gelagert. 4 shows a sectional view of the turbine 400 , The turbine 400 has the control level described above 100 on. In the 4 shown control level 100 has the stator 110 on which outer circumference the vanes 111 - 114 are arranged (not shown). Three flow channels 101 - 103 segment the vanes 111 - 114 in three vane segments A-C. In a central area is the turbine shaft 130 stored.

Wie in 4 dargestellt, wird das Arbeitsfluid, wie beispielsweise Frischdampf, in einer Zuführleitung zugeführt und durch die Strömungskanäle 101–104 zunächst in radialer Richtung zur Turbinenwelle 130 geleitet. Bevor das Arbeitsfluid die Leitschaufeln 111–114 durchströmt, wird das Arbeitsfluid durch die Strömungskanäle 101–104 in axiale Richtung 131 umgelenkt.As in 4 shown, the working fluid, such as live steam, is supplied in a supply line and through the flow channels 101 - 104 initially in the radial direction to the turbine shaft 130 directed. Before the working fluid the vanes 111 - 114 flows through, the working fluid through the flow channels 101 - 104 in the axial direction 131 diverted.

Während des Startvorgangs der Turbine wird zunächst das erste Ventil 121 geöffnet, so dass das erste Arbeitsfluid durch den ersten Strömungskanal 101 die ersten Leitschaufeln 111 des ersten Segments A durchströmt. Wenn das erste Ventil 121 voll geöffnet ist und der Ventilpunkt am ersten Ventil 121 eingestellt ist, öffnet sich je nach Bedarf das zweite Ventil 122. Ein zweites Arbeitsfluid strömt entlang des zweiten Strömungskanals 102 zu den zweiten Leitschaufeln 112 des zweiten Sektors B. Wenn schließlich auch das zweite Ventil 122 voll geöffnet ist und sich der Ventilpunkt eingestellt hat, öffnet sich das dritte Ventil 123, so dass durch den dritten Strömungskanal 103 ein drittes Arbeitsfluid die dritten Leitschaufeln 113 des dritten Segments C durchströmt. Wenn schließlich auch das dritte Strömungsventil 123 voll geöffnet ist, läuft die Turbine 400 unter Volllast. Eine Regelstufe 100 gemäß der vorliegenden Erfindung kann 3, 4, 5 oder eine weitere Vielzahl an Düsengruppen aufweisen, welche jeweils ein Segment A–D, einen Strömungskanal 101–104 und ein Ventil 121–124 aufweisen.During the starting process of the turbine, first the first valve 121 open, allowing the first working fluid through the first flow channel 101 the first vanes 111 flows through the first segment A. If the first valve 121 is fully open and the valve point on the first valve 121 is set, opens as needed, the second valve 122 , A second working fluid flows along the second flow channel 102 to the second vanes 112 of the second sector B. Finally, if the second valve 122 is fully open and the valve point has set, opens the third valve 123 , so through the third flow channel 103 a third working fluid the third vanes 113 of the third segment C flows through. Finally, if the third flow valve 123 is fully open, the turbine is running 400 under full load. A control level 100 According to the present invention may comprise 3, 4, 5 or a further plurality of nozzle groups, each having a segment A-D, a flow channel 101 - 104 and a valve 121 - 124 exhibit.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "encompassing" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

Claims

Control level ( 100 ) for a turbine, the control stage ( 100 ) comprising a stator ( 110 ) with first guide vanes ( 111 ) and second guide vanes ( 112 ), a first flow channel ( 101 ), and a second flow channel ( 102 ), wherein the first flow channel ( 101 ) is arranged such that a through the first flow channel ( 101 ) flowing first working fluid with first fluid parameters and a first mass flow (ṁ1) the first guide vanes ( 111 ), wherein the second flow channel ( 102 ) is arranged such that a through the second flow channel ( 102 ) flowing second working fluid with second fluid parameters and a second mass flow (ṁ2) the second guide vanes ( 112 ), and wherein a first number of the first guide vanes ( 111 ) and / or a first geometry of the first guide vanes ( 111 ) from a second number of second guide vanes ( 112 ) and / or a second geometry of the second guide vanes ( 112 ).

Control level ( 100 ) according to claim 1, wherein the first geometry has a first profile thickness and the second geometry has a second profile thickness, wherein the first profile thickness is different from the second profile thickness.

Control level ( 100 ) according to claim 1 or 2, wherein the first geometry has a first profile length (s1) and the second geometry has a second profile length (s2), wherein the first profile length (s1) differs from the second profile length (s2).

Control level ( 100 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the first geometry having a first profile curvature and the second geometry having a second profile curvature, wherein the first profile curvature of the second profile curvature is different.

Control level ( 100 ) according to one of claims 1 to 4, wherein between two adjacent first guide vanes ( 111 ) a first nozzle channel ( 211 ) is formed with a first nozzle cross-section (A1), wherein between two adjacent second guide vanes ( 112 ), a second nozzle channel is formed with a second nozzle cross section, and wherein the first nozzle cross section (A1) differs from the second nozzle cross section.

Control level ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, further comprising a first valve ( 121 ), and a second valve ( 122 ), the first valve ( 121 ) is arranged in the first flow channel ( 101 ) adjust the first fluid parameters and / or the first mass flow (ṁ1) of the working fluid, and wherein the second valve ( 122 ) is arranged in the second flow channel ( 102 ) adjust the second fluid parameters and / or the second mass flow (ṁ2) of the working fluid.

Control level ( 100 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the stator ( 110 ) further vanes ( 113 . 114 ), and wherein the control stage ( 100 ) further comprises a further flow channel ( 103 . 104 ), wherein the further flow channel ( 103 . 104 ) is arranged such that a through the further flow channel ( 103 . 104 ) flowing further working fluid with further fluid parameters and a further mass flow (ṁ3, ṁ4) the further guide vanes ( 113 . 114 ), wherein a further number of further guide vanes ( 113 . 114 ) at least from the first number of the first guide vanes ( 111 ) and / or the second number of second guide vanes ( 112 ), and / or wherein a further geometry of the further guide vanes ( 113 . 114 ) at least from the first geometry of the first guide vanes ( 111 ) and / or the second geometry of the second guide vanes ( 112 ) is different.

Turbine having turbine, a control stage ( 100 ) according to one of claims 1 to 7, and an impeller, wherein the impeller along a flow direction of the turbine downstream of the control stage ( 100 ), and wherein the control stage ( 100 ) is configured to control the first working fluid and / or the second working fluid such that the first working fluid and / or the second working fluid flows against the impeller in a predetermined range at a predetermined angle of attack.

Method for operating a control stage ( 100 ) for a turbine, in particular for a constant pressure turbine, wherein the control stage ( 100 ) a stator ( 110 ) with first guide vanes ( 111 ) and second guide vanes ( 112 ) and further comprises a first flow channel ( 101 ) and a second flow channel ( 102 ), wherein a first number of the first guide vanes ( 111 ) and / or a first geometry of the first guide vanes ( 111 ) from a second number of second guide vanes ( 112 ) and / or a second geometry of the second guide vanes ( 112 ), the method comprising applying the first guide vanes ( 111 ) with a through the first flow channel ( 101 ) flowing first working fluid with first fluid parameters and a first mass flow (ṁ1), and loading the second guide vanes ( 112 ) with a through the second flow channel ( 102 ) flowing second working fluid with second fluid parameters and a second mass flow (ṁ2).