DE102012107420A1 - Ablenkplatte für eine Dampfturbinenabdampfhaube - Google Patents

Abstract

Eine Dampfturbinenabdampfhaube (11) enthält einen Abdampfhaubenabschnitt (12, 13) und eine Ablenkplatte (70), die in dem Abdampfhaubenabschnitt (12, 13) angeordnet ist. Die Ablenkplatte (70) enthält ein komplexes kurvenförmiges Querschnittsprofil mit einem ersten Abschnitt (80), der sich zwischen einem ersten Endabschnitt (73) und einem Mittelabschnitt (76) erstreckt, und einem zweiten Abschnitt (82), der sich zwischen dem Mittelabschnitt (76) und einem zweiten Endabschnitt (75) erstreckt. Einer von dem ersten und zweiten Abschnitt (80, 82) ist aus wenigstens zwei gekrümmten Segmenten (85, 90) ausgebildet, die wenigstens ein gekrümmtes Segment (85), das eine positive Krümmung aufweist, und wenigstens ein gekrümmtes Segment (85) enthalten, das eine negative Krümmung aufweist.

Description

• HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
• Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft das Gebiet von Dampfturbinenmaschinen und insbesondere eine als Schmetterlingsplatte (butterfly plate) bezeichnete Ablenkplatte für eine Dampfturbinenmaschinenhaube.
• Viele Einrichtungen zur Energieerzeugung verwenden Dampfturbinenmaschinensysteme mit einem Niederdruck(ND)-Dampfturbinenabschnitt, der mit einem Mitteldruck(MD)-Dampfturbinenabschnitt und einem Hochdruck(HD)-Dampfturbinenabschnitt gekoppelt ist, um einen Generator anzutreiben. Im Allgemeinen wird Dampf in dem ND-Dampfturbinenabschnitt expandiert und in eine Abdampfhaube geleitet. Die Abdampfhaube trennt Dampf unter Vakuum von atmosphärischen Bedingungen, während sie umlaufenden und stationären Turbomaschinenbauteilen Halt bietet. Allgemein lenken stationäre Komponenten Dampf in Richtung auf umlaufende Komponenten, um eine Rotordrehung zu unterstützen, die zur Energieerzeugung genutzt wird. Ferner sorgen Abdampfhauben für statische Druckerholung, die eine zusätzliche Expansion von Gasen, die zu letzten Dampfturbinenlaufschaufeln weiterströmen, ermöglicht.
• Eine beispielhafte Abdampfhaube ist aus verschiedenen komplexen Blechplatten gebildet, die miteinander kombiniert werden, um eine Schalenanordnung zu bilden. Die Schalenanordnung wird maschinell bearbeitet, um Verbindungen für innere und äußere Komponenten zu schaffen. Die Schalenanordnung enthält eine obere und eine untere Hälfte, die Dampf abwärts zu einem Kondensator hin führen. Die Abdampfhaube enthält eine Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte, die eine obere Dampfströmung um 180° nach unten in Richtung auf den Kondensator umlenkt. Existierende Ablenkplatten umfassen sowohl lineare als auch elliptische Querschnittsprofile, die ausgebildet sind, um die obere Dampfströmung vertikal nach unten umzulenken.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Gemäß einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform enthält eine auch als Schmetterlingsplatte bezeichnete Ablenkplatte für eine Dampfturbinenabdampfhaube ein komplexes kurvenförmiges Querschnittsprofil mit einem ersten Abschnitt, der sich zwischen einem Endabschnitt und einem Mittelabschnitt erstreckt, und einem zweiten Abschnitt, der sich zwischen dem Mittelabschnitt und einem zweiten Endabschnitt erstreckt. Einer von dem ersten und dem zweiten Abschnitt ist aus wenigstens zwei kurvenförmigen Segmenten ausgebildet, zu denen wenigstens ein kurvenförmiges Segment, das eine positive Krümmung aufweist, und wenigstens ein kurvenförmiges Segment gehören, das eine negative Krümmung aufweist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der beispielhaften Ausführungsform enthält eine Dampfturbinenabdampfhaube einen Abdampfhaubenabschnitt und eine in dem Abdampfhaubenabschnitt angeordnete Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte. Die Ablenkplatte enthält ein komplexes kurvenförmiges Querschnittsprofil, das einen ersten Abschnitt, der sich zwischen einem ersten Endabschnitt und einem Mittelabschnitt erstreckt, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der sich zwischen dem Mittelabschnitt und einem zweiten Endabschnitt erstreckt. Einer von dem ersten und dem zweiten Abschnitt ist aus wenigstens zwei kurvenförmigen Segmenten ausgebildet, zu denen wenigstens ein kurvenförmiges Segment mit einer positiven Krümmung und wenigstens ein kurvenförmiges Segment mit einer negativen Krümmung gehören.
• Gemäß einem noch weiteren Aspekt der beispielhaften Ausführungsform enthält ein Dampfturbomaschinensystem einen Turbinenabschnitt, der einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt enthält, und eine Abdampfhaube, die an dem Auslassabschnitt montiert ist. Die Abdampfhaube enthält einen Abdampfhaubenabschnitt und eine Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte, die in dem Abdampfhaubenabschnitt angeordnet ist. Die Ablenkplatte enthält ein komplexes kurvenförmiges Querschnittsprofil mit einem ersten Abschnitt, der sich zwischen einem ersten Endabschnitt und einem Mittelabschnitt erstreckt, und einem zweiten Abschnitt, der sich zwischen dem Mittelabschnitt und einem zweiten Endabschnitt erstreckt. Einer von dem ersten und dem zweiten Abschnitt ist aus wenigstens zwei kurvenförmigen Segmenten ausgebildet, zu denen wenigstens ein kurvenförmiges Segment, das eine positive Krümmung aufweist, und wenigstens ein kurvenförmiges Segment gehören, das eine negative Krümmung aufweist.
• Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundiger.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Dampfturbinenmaschinensystems, das einen Niederdruck(ND)-Dampfturbinenabschnitt enthält, der eine Abdampfhaube aufweist, die mit einer Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte versehen ist, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ausgebildet ist;
• 2 eine obere ebene Ansicht des ND-Dampfturbinenabschnitts und der Abdampfhaube gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
• 3 eine im Querschnitt dargestellte Draufsicht des ND-Dampfturbinenabschnitts und der Abdampfhaube nach 2; und
• 4 eine Grafik, die ein Teilquerschnittsprofil der Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
• Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Bezugnehmend auf 1 ist ein Dampfturbinenmaschinensystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform allgemein bei 2 angezeigt. Das Dampfturbinenmaschinensystem 2 enthält einen Hochdruck(HD)-Dampfturbinenabschnitt 4, der betriebsmäßig mit einem Mitteldruck(MD)-Dampfturbinenabschnitt 6 gekoppelt ist, der wiederum mit einem Niederdruck(ND)-Dampfturbinenabschnitt 8 betriebsmäßig gekoppelt ist. In der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform enthält der ND-Dampfturbinenabschnitt 8 eine Abdampfhaube 11. Die Abdampfhaube 11 enthält einen ersten Abdampfhaubenabschnitt 12, der mit einem zweiten Abdampfhaubenabschnitt 13 um den ND-Dampfturbinenabschnitt 8 herum verbunden ist. Da beide Abdampfhaubenabschnitte 12, 13 im Wesentlichen ähnlich sind, folgt eine detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf den ersten Abdampfhaubenabschnitt 12, wobei verstanden wird, dass der zweite Abdampfhaubenabschnitt 13 eine entsprechende Struktur enthält.
• Wie am besten in den 2–3 veranschaulicht, enthält der erste Abdampfhaubenabschnitt 12 einen Hauptkörper 14, der durch einen oberen Schalenteil 15 und einen unteren Schalenteil 16 gebildet ist, die entlang einer horizontalen Verbindung 18 miteinander gekoppelt sind. Wie veranschaulicht, enthält der obere Schalenteil 15 eine Druckentlastungsöffnung 20 (die in einer offenen Konfiguration veranschaulicht ist), die zu einem Innengehäuse 24 führt, das den ND-Dampfturbinenabschnitt 8 umschließt. Die Druckentlastungsöffnung 20 ist allgemein in einer normalerweise geschlossenen Konfiguration, die öffnet, um einen Druck zu verringern, der sich innerhalb des Innengehäuses 24 aufbauen kann. Der ND-Dampfturbinenabschnitt 8 ist im Inneren des Innengehäuses 20 positioniert.
• In der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform enthält der ND-Dampfturbinenabschnitt 8 einen Innenmantel 30, der einen ersten Dampfturbinenabschnitt 33 und einen zweiten Dampfturbinenabschnitt 35 aufnimmt. Der erste Dampfturbinenabschnitt 33 enthält einen ersten Lagerkonus 38, der innerhalb des Innengehäuses 24 durch eine erste Herzog-Platte 40 gehaltert ist. Der erste Lagerkonus 38 definiert eine erste Dampfführung 41 mit einem Auslassabschnitt 42, der Dampf ermöglicht, von dem ersten Dampfturbinenabschnitt 33 in das Innengehäuse 24 hinein weiterzuströmen. Der erste Auslassabschnitt 42 enthält ein erstes Führungselement 44, das Dampf von der ersten Dampfführung 41 in den Innenmantel 30 hinein leitet. In ähnlicher Weise enthält der zweite Dampfturbinenabschnitt 35 einen zweiten Lagerkonus 47, der innerhalb des Innengehäuses 24 durch eine zweite Herzog-Platte 49 gehaltert ist. Der zweite Lagerkonus 47 definiert eine zweite Dampfführung 50, die einen zweiten Auslassabschnitt 51 aufweist, der Dampf ermöglicht, von dem zweiten Dampfturbinenabschnitt 35 aus in das Innengehäuse 24 hinein zu strömen. Der zweite Auslassabschnitt 51 enthält ein zweites Führungselement 53, das Dampf von der zweiten Dampfführung 50 aus in den Innenmantel 30 hinein leitet. Wie weiter veranschaulicht, enthält die Abdampfhaube 11 einen Einlass 58, der Dampf von dem MD-Turbinenabschnitt 6 aus in den ersten und den zweiten Dampfturbinenabschnitt 33 und 35 des ND-Dampfturbinenabschnitts 8 hinein leitet, und einen Auslass 61, der Dampf aus dem Innengehäuse 24 zu einem (nicht veranschaulichten) Kondensator weiterleitet.
• Gemäß der beispielhaften Ausführungsform enthält die Abdampfhaube 11 eine auch als Schmetterlingsplatte (butterfly plate) bezeichnete Ablenkplatte 70, die Dampf von dem oberen Schalenteil 15 in Richtung auf den Auslass 61 führt. Insbesondere muss Dampf, der den ersten und den zweiten Auslassabschnitt 42 und 51 oberhalb der horizontalen Verbindung 18 verlässt, zunächst aufwärts innerhalb des Innengehäuses 24 strömen. Der Dampf dreht dann um 90° und strömt in Richtung auf die Ablenkplatte 70. Die Ablenkplatte 70 beugt oder dreht den Dampf um weitere 90° in Richtung auf den Auslass 61. Um Druckverluste zu reduzieren, die mit Wirbeln verbunden sind, die durch mehrere Beugungen bzw. Drehungen der Dampfströmung verursacht sind, enthält die Ablenkplatte 70 ein spezielles Querschnittsprofil.
• Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte 70 einen ersten Endabschnitt 73, der sich über einen Mittelabschnitt 76 zu einem zweiten Endabschnitt 75 erstreckt. Ein erster Abschnitt 80 ist zwischen dem ersten Endabschnitt 73 und dem Mittelabschnitt 76 definiert, und ein zweiter Abschnitt 82 erstreckt sich zwischen dem Mittelabschnitt 76 und dem zweiten Endabschnitt 75. Da der erste und der zweite Abschnitt 80 und 82 im Wesentlichen ähnlich sind, wird nun auf 4 Bezug genommen, um den ersten Abschnitt 80 zu beschreiben, wobei verstanden wird, dass der zweite Abschnitt 82 dessen Spiegelbild darstellt.
• Der erste Abschnitt 80 enthält ein komplexes krummliniges bzw. kurvenförmiges Querschnittsprofil 82 mit einem ersten im Wesentlichen linearen Segment 84, das zu einem ersten gekrümmten bzw. kurvenförmigen Segment 85 führt, das wiederum zu einem zweiten im Wesentlichen linearen Segment 88 führt. Das zweite im Wesentlichen lineare Segment 88 führt zu einem zweiten gekrümmten bzw. kurvenförmigen Segment 90, das sich bis zu dem Mittelabschnitt 76 erstreckt. Das erste kurvenförmige Segment 85 enthält eine negative Krümmung, während das zweite kurvenförmige Segment 90 eine positive Krümmung enthält. Die Ausdrücke „negativ” und „positiv” werden einfach verwendet, um zu beschreiben, dass das erste kurvenförmige Segment 85 eine Krümmung aufweist, die zu der Krümmung des zweiten kurvenförmigen Segmentes 90 entgegengesetzt bzw. umgekehrt ist. Die spezielle Geometrie des ersten Abschnitts 80 kann durch die Formel beschrieben werden: Y = 0,94 Θ⁶ – 1,86 Θ⁵ – 0,86 Θ⁴ + 2,9 Θ³ – 0,75 Θ² + 0,5 Θ + 0,6, wobei Θ der Winkel von dem oberen Totpunkt der Abdampfhaube 11 aus ist, der im Bogenmaß gemessen wird, und wobei 0 # Θ # 1,3. Y ist eine dimensionslose Entfernung von einem (nicht gesondert bezeichneten) äußeren Ende der ersten Dampfführung 41 mit der Randbedingung 0 < Y < 0,15 für den Mittelabschnitt 76. Die Formel definiert die speziellen Punkte, die die Gestalt der Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte 70 definieren. Die tatsächliche dimensionslose Entfernung des komplexen kurvenförmigen Querschnittsprofils 82 kann innerhalb von ∀ 0,15 in Bezug auf Y liegen.
• Der Abstand zwischen dem Mittelabschnitt 76 und dem (nicht gesondert bezeichneten) äußeren Ende der ersten Dampfführung 41, sowie die gesamte Gestalt der Ablenkplatte 70 tragen zur Reduktion von Wirbeln in der Dampfströmung bei, die aus dem ND-Dampfturbinenabschnitt 8 oberhalb der horizontalen Verbindung 18 in Richtung auf den Auslass 61 austritt. Eine Reduktion von Wirbeln in der Dampfströmung führt zu geringeren Druckverlusten und einer verbesserten Dampfhaubenerholung. An dieser Stelle sollte verstanden werden, dass die beispielhaften Ausführungsformen einen Mechanismus zur Führung bzw. Leitung einer Dampfströmung von einem oberen Abschnitt in einer Abdampfhaube in Richtung auf einen Kondensator bereitstellen. Die Schmetterlings- bzw. Ablenkplatte ist bemessen und gestaltet, um die Erzeugung von Wirbeln in der Dampfströmung zu reduzieren, um Wirkungsgradverluste in dem Turbomaschinensystem zu vermeiden.
• Während der Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Außerdem ist es zu verstehen, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
• Eine Dampfturbinenabdampfhaube 11 enthält einen Abdampfhaubenabschnitt 12, 13 und eine Ablenkplatte 70, die in dem Abdampfhaubenabschnitt 12, 13 angeordnet ist. Die Ablenkplatte 70 enthält ein komplexes kurvenförmiges Querschnittsprofil mit einem ersten Abschnitt 80, der sich zwischen einem ersten Endabschnitt 73 und einem Mittelabschnitt 76 erstreckt, und einem zweiten Abschnitt 82, der sich zwischen dem Mittelabschnitt 76 und einem zweiten Endabschnitt 75 erstreckt. Einer von dem ersten und zweiten Abschnitt 80, 82 ist aus wenigstens zwei gekrümmten Segmenten 85, 90 ausgebildet, die wenigstens ein gekrümmtes Segment 85, das eine positive Krümmung aufweist, und wenigstens ein gekrümmtes Segment 85 enthalten, das eine negative Krümmung aufweist.
• Bezugszeichenliste

2

Dampfturbinenmaschinensystem

4

Hochruck(HD)-Dampfturbinenabschnitt

6

Mitteldruck(MD)-Dampfturbinenabschnitt

8

Niederdruck(ND)-Dampfturbinenabschnitt

11

Abdampfhaube

12

erster Abdampfhaubenabschnitt

13

zweiter Abdampfhaubenabschnitt

14

Hauptkörper

15

oberer Schalenteil

16

unterer Schalenteil

18

horizontale Verbindung

20

Druckentlastungsöffnung

24

Innengehäuse

30

Innenmantel

33

erster Dampfturbinenabschnitt

35

zweiter Dampfturbinenabschnitt

38

erster Lagerkonus

40

erste Herzog-Platte

41

erste Dampfführung

42

Auslassabschnitt

44

erstes Führungselement

47

zweiter Lagerkonus

49

zweite Herzog-Platte

50

zweite Dampfführung

51

zweiter Auslassabschnitt

53

zweites Führungselement

58

Einlass

61

Auslass

70

Schmetterlingsplatte, Ablenkplatte

73

erster Endabschnitt

75

zweiter Endabschnitt

76

Mittelabschnitt

80

erster Abschnitt

82

zweiter Abschnitt

84

erstes im Wesentlichen lineares Segment

85

erstes kurvenförmiges Segment

88

zweites im Wesentlichen lineares Segment

90

zweites kurvenförmiges Segment

Claims (6)

1. Ablenkplatte (70), wobei die Ablenkplatte (70) aufweist: ein komplexes kurvenförmiges Querschnittsprofil mit einem ersten Abschnitt (80), der sich zwischen einem ersten Endabschnitt (73) und einem Mittelabschnitt (76) erstreckt, und einem zweiten Abschnitt (82), der sich zwischen dem Mittelabschnitt (76) und einem zweiten Endabschnitt (75) erstreckt, wobei einer von dem ersten und dem zweiten Abschnitt (80, 82) aus wenigstens zwei kurvenförmigen Segmenten (85, 90) ausgebildet ist, die wenigstens ein kurvenförmiges Segment (85), das eine positive Krümmung aufweist, und wenigstens ein kurvenförmiges Segment (85) enthalten, das eine negative Krümmung aufweist.
2. Ablenkplatte (70) nach Anspruch 1, wobei die Ablenkplatte (70) konfiguriert und angeordnet ist, um in einer Dampfturbinenabdampfhaube (11) montiert zu sein, und wobei der eine von dem ersten und zweiten Abschnitt (80, 82) wenigstens ein im Wesentlichen lineares Segment (84) enthält.
3. Ablenkplatte (70) nach Anspruch 2, wobei das wenigstens eine im Wesentlichen lineare Segment (84) sich zwischen dem wenigstens einen kurvenförmigen Segment (85), das die positive Krümmung aufweist, und dem wenigstens einen kurvenförmigen Segment (85), das die negative Krümmung aufweist, erstreckt.
4. Ablenkplatte (70) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der eine von dem ersten und zweiten Abschnitt (80, 82) zwei im Wesentlichen lineare Segmente (84, 88) enthält.
5. Ablenkplatte (70) nach einem beliebigen der Ansprüche 2–4, wobei der eine von dem ersten und zweiten Abschnitt (80, 82) einer krummlinigen Bahn folgt, die durch die Formel definiert ist: Y = 0,94 Θ⁶ – 1,86 Θ⁵ – 0,86 Θ⁴ + 2,9 Θ³ – 0,75 Θ² + 0,5 Θ + 0,6.
6. Ablenkplatte (70) nach einem beliebigen der Ansprüche 2–5, wobei der erste Abschnitt (80) ein Spiegelbild des zweiten Abschnitts (82) ist.

Images