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Hintergrund der Erfindung
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Der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft ein Niederdruckdampfturbinensystem mit schwenkbaren (oder flächenvariablen) Dampfturbinenleitschaufeln oder Führungsschaufeln. Insbesondere betrifft der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand eine Niederdruckdampfturbine, die verstellbare Leitschaufeln mit verstellbaren Betriebsbereichen in ihrem Niederdruckabschnitt zum Verbessern des Wirkungsgrades oder zum Erweitern des Betriebskennfeldes des Dampfturbinensystems enthält.
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Dampfturbinenstromerzeugungssysteme werden im Hinblick auf spezielle Lastbedingungen ausgelegt und gebaut. Oft werden diese Systeme dafür ausgelegt und optimiert, dass sie die Spitzen- oder nahezu die Spitzenlasten ihrer Kunden bewältigen, und/oder den durchschnittlichen Tagesumgebungstemperaturen und Kondensatorrückdrücken entsprechen. Diese Bedingungen können typischerweise zur Auswahl einer großen Leitschaufel-(oder Laufschaufel)-Ringfläche der letzten Stufe in den Dampfturbinenniederdruckabschnitt führen. Jedoch müssen während Perioden geringeren Bedarfs, höhere Umgebungstemperaturen oder höherer Kondensatorrückdrücke, diese Systeme oft unter Nicht-Spitzenbedingungen arbeiten. Beispielsweise kann ein Dampfturbinenstromerzeugungssystem seine Ausgangsleistung gut unter 50% seiner Nennleistung während der Abendstunden (zum Beispiel nach 21 Uhr lokaler Zeit) verringern, wenn die Verbraucher wenig Elektrizität benötigen. Die Reduzierung der Ausgangsleistung des Dampfturbinenstromerzeugungssystems auf derartige Pegel kann unter anderem Systemineffizienzen (zum Beispiel Niederdruckabschnitt-Abdampfverluste) und Probleme der mechanischen Festigkeit (zum Beispiel für die Schaufeln der letzten Stufe) bewirken, da die Dampfturbine nicht für diese Bedingungen ausgelegt ist.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Aspekte der Erfindung stellen eine Niederdruckdampfturbine bereit, die eine Leitschaufelanordnung mit Leitschaufeln verstellbarer Querschnittsfläche in dem Niederdruckabschnitt enthält. In einer Ausführungsform enthält die Dampfturbine: einen Rotor mit: einem Rotorkörper; und mehreren Laufschaufelstufen, die axial entlang des Rotors angeordnet sind, wobei die mehreren Laufschaufelstufen eine letzte Laufschaufelstufe beinhalten; und eine Leitschaufelanordnung welche wenigstens teilweise den Rotor umgibt, wobei die Leitschaufelanordnung mehrere Leitschaufelstufen enthält, die den mehreren Laufschaufelstufen entsprechen, wobei eine Leitschaufel in einer Leitschaufelstufe axial stromaufwärts vor der letzten Laufschaufelstufe einstellbar ist, um einen Fluidstrom in der letzten Laufschaufelstufe während des Betriebs der Dampfturbine zu modifizieren.
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Ein erster Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Niederdruckdampfturbine, die enthält. In einer Ausführungsform enthält die Dampfturbine: einen Rotor mit: einem Rotorkörper; und mehreren Laufschaufelstufen, die axial entlang des Rotors angeordnet sind, wobei die mehreren Laufschaufelstufen eine letzte Laufschaufelstufe beinhalten; und eine Leitschaufelanordnung, die wenigstens teilweise den Rotor umgibt, wobei die Leitschaufelanordnung mehrere Leitschaufelstufen enthält, die den mehreren Laufschaufelstufen entsprechen, wobei eine Leitschaufel in einer Leitschaufelstufe axial stromaufwärts vor der letzten Laufschaufelstufe einstellbar ist, um einen Fluidstrom in der letzten Laufschaufelstufe während des Betriebs der Dampfturbine zu modifizieren.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Niederdruckdampfturbinensystem mit: einem Rotor mit: einem Diffusorabschnitt; einer mit dem Diffusorabschnitt verbundenen Turbine, wobei die Turbine enthält: einen Rotorkörper; und mehrere Laufschaufelstufen, die axial entlang des Rotors angeordnet sind, wobei die mehreren Laufschaufelstufen eine letzte Laufschaufelstufe enthalten; einer Leitschaufelanordnung die wenigstens teilweise den Rotor umgibt, wobei die Leitschaufelanordnung mehrere Leitschaufelstufen enthält, die den mehreren Laufschaufelstufen entsprechen, wobei eine Leitschaufel in einer Leitschaufelstufe axial stromaufwärts vor der letzten Laufschaufelstufe einstellbar ist, um einen Fluidstrom in der letzten Laufschaufelstufe oder dem Diffusor während des Betriebs der Dampfturbine einzustellen; und einem Steuersystem, das funktionell mit der Leitschaufelstufe verbunden ist, wobei das Steuersystem dafür eingerichtet ist, das Schwenken der Leitschaufel in Reaktion auf eine vorbestimmte Lastbedingung zu bewirken.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Niederdruckdampfturbinenvorrichtung mit: einem Diffusorabschnitt; einer Turbine, die mit dem Diffusorabschnitt verbunden ist, wobei die Turbine enthält: einen Rotor mit: einem Rotorkörper; und mehrere Laufschaufelstufen, die axial entlang des Rotors angeordnet sind, wobei die mehreren Laufschaufelstufen eine letzte Laufschaufelstufe enthalten; und einem Stator, der im Wesentlichen den Rotor umgibt, wobei der Stator enthält: eine Leitschaufelanordnung, die wenigstens teilweise den Rotor umgibt, wobei die Leitschaufelanordnung mehrere Leitschaufelstufen enthält, die den mehreren Laufschaufelstufen entsprechen, wobei eine Leitschaufel in einer Leitschaufelstufe axial stromaufwärts vor der letzten Laufschaufelstufe um eine Achse schwenkbar ist, um einen Fluidstrom in der letzten Laufschaufelstufe oder dem Diffusor während des Betriebs der Dampfturbine zu modifizieren.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in welchen:
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1 eine zweidimensionale Querschnittsansicht eines Abschnittes einer Dampfturbine gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
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eine dreidimensionale perspektivische Querschnittsansicht eines Abschnittes einer Dampfturbinenleitschaufelstufe gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
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3 eine schematische Ansicht eines Dampfturbinensystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
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4 eine zweidimensionale Querschnittsansicht eines Abschnittes einer letzten Stufe einer Niederdruckdampfturbine gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
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5 eine veranschaulichende Abdampfverlustgraphik für Bezugszwecke darstellt.
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Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht notwendigerweise maßstäblich sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung darstellen und dürfen daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet werden. In den Zeichnungen repräsentiert eine gleiche Nummerierung gleiche Elemente in den verschiedenen Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Wie vorstehend angegeben, stellen Aspekte der Erfindung ein Dampfturbinensystem mit Dampfturbinenleitschaufeln (oder Führungsschaufeln) verstellbarer (zum Beispiel schwenkbarer) Fläche bereit. Insbesondere betrifft der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand eine Dampfturbine mit Leitschaufeln verstellbarer Fläche in ihrem Niederdruckabschnitt zum Verbessern des Wirkungsgrades oder der mechanischen Lebensdauer bei von der Auslegung abweichenden Belastungen des Dampfturbinensystems.
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Dampfturbinenstromerzeugungssysteme werden im Hinblick auf spezielle Lastbedingungen ausgelegt und gebaut. Oft werden diese Systeme gebaut, Spitzen- oder nahezu die Spitzenlasten ihrer Kunden bewältigen, welche mit Nachmittagsstunden zusammenfallen, in welchen die Umgebungstemperatur (zum Beispiel etwa 27°C) hoch ist. Jedoch müssen während Perioden geringeren Bedarfs diese Systeme bei von der Spitze abweichenden Belastungen arbeiten. Beispielsweise kann ein Dampfturbinenstromerzeugungssystem seine Ausgangsleistung gut unter 50% seiner Nennleistung während der Abendstunden (zum Beispiel nach 21 Uhr lokaler Zeit) verringern, wenn Verbraucher wenig Elektrizität benötigen. Eine Reduzierung der Ausgangsleistung des Dampfturbinenstromerzeugungssystems auf derartige Pegel kann unter anderem Systemineffizienzen bewirken, da die Dampfturbine nicht für diese Bedingungen ausgelegt ist. Zusätzlich können Ineffizienzen in der Dampfturbine auftreten, wenn ein hoher Rückdruck in dem Kondensator erzeugt wird, wie zum Beispiel an Tagen, wenn die Umgebungstemperatur besonders hoch ist und der Kondensator über seinen Auslegungsbedingungen arbeitet.
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Insbesondere kann während jeder der vorstehend erwähnten Szenarien der axiale Raum stromaufwärts oder stromabwärts von der letzten Laufschaufelstufe der Dampfturbine fluiddynamischen Bedingungen unterliegen, die eine ineffiziente Rotation der Laufschaufeln der letzten Stufe in dieser Stufe oder Hochfahrverluste in dem Auslass (oder Diffusor) bewirken. Das heißt, ein reduzierter Dampfstrom oder ein hoher Rückdruck bewirken weniger Dampfstrom (und/oder einen unregelmäßigen Strom) durch diesen axialen Raum, welcher herkömmlicherweise durch einen Dampfstrom unter Auslegungsbedingungen gefüllt ist. Dieser reduzierte/irreguläre Dampfstrom erzeugt Wirbeleffekte, irreguläre Strömungsmuster und im Wesentlichen stagnierende Bereiche, welche die gewünschte Bewegung des Dampfes durch die Laufschaufeln der letzten Stufen unterbrechen und die Diffusion durch den Abgasstrom stromabwärts von der Schaufel der letzten Stufe beeinträchtigen kann. Diese Unterbrechung kann das von dem Rotorkörper erzeugte Drehmoment und demzufolge die Ausgangsleistung der Dampfturbine (zum Beispiel der Niederdruckdampfturbine) beeinträchtigen.
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Frühere Versuche zur Behandlung dieser Probleme haben Strömungsmodifikatoren (zum Beispiel Finnen, Klappen, Leitbleche) axial stromabwärts von der letzten Laufschaufelstufe implementiert. Das heißt, diese herkömmlichen Ansätze haben versucht, den Strom des Dampfes axial stromabwärts von den Laufschaufeln der letzten Stufe zu modifizieren, um das Problem der axial stromaufwärts vor der Laufschaufel der letzten Stufe initiierten irregulären Strömung anzugehen.
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Im Gegensatz zu diesen früheren Ansätzen ermöglichen Aspekte der Erfindung Modifikationen des Dampfstrompfades axial stromaufwärts vor den Laufschaufeln der letzten Stufe unter Verwendung wenigstens einer einstellbaren (zum Beispiel flächenverstellbaren) Leitschaufelstufe, welche während des Betriebs der Dampfturbine einschließlich der Leitschaufel der letzten Stufe eingestellt werden kann. Es dürfte sich verstehen, dass sich wie hierin verwendet, der Begriff ”flächenverstellbare Leitschaufel” auf eine Leitschaufel beziehen kann, die eine fluidzugewandte Oberfläche mit einem einstellbaren Winkel und/oder einer einstellbaren Oberfläche in Bezug auf die Fluidströmung hat. Das heißt, der axial stromaufwärts zeigende Oberflächenwinkel der Leitschaufel kann (zum Beispiel mittels mechanischer Manipulation der Leitschaufel) verstellbar sein. Es versteht sich, dass diese mechanische Manipulation in einer Anzahl hierin beschriebener Möglichkeiten erreicht werden kann. Beispielsweise kann jede flächenverstellbare Leitschaufel um eine Achse oder Schwenkachse dergestalt schwenkbar, drehbar, verschiebbar, faltbar usw. sein, dass wenigstens eine fluidzugewandte Oberfläche einen modifizierbaren Winkel hat. In einigen Fällen kann das Leitschaufelblatt selbst schwenkbar sein oder Leitschaufelseitenwandverbindungen können um eine spezielle Achse oder Schwenkpunkt schwenkbar sein. Zusätzlich kann das Leitschaufelblatt dergestalt segmentiert sein, dass ein oder mehrere Segmente um eine oder mehrere Achsen schwenken, um das Strömungsprofil (Geschwindigkeit, Richtung usw.) über dem Schaufelblatt zu modifizieren oder die Fluiddurchführungsfläche zwischen der Leitschaufel und der benachbarten Leitschaufel zu modifizieren. Diese Einstellungen in der effektiven Oberfläche der Leitschaufel können während des Betriebs der Dampfturbine (insbesondere im Betrieb des Niederdruckdampfturbinenabschnittes) durchgeführt werden.
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In 1 ist ein Querschnitt eines Abschnittes einer Niederdruckdampfturbine 10 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Wie dargestellt, kann die Niederdruckdampfturbine 10 einen Rotor 12 mit einem Rotorkörper 14 und einem Stator 16 mit einer Leitschaufelanordnung (wovon nur eine Leitschaufelstufe 18 der Leitschaufelanordnung dargestellt ist), die teilweise den Rotorkörper 14 umgibt, enthalten. Die Leitschaufelanordnung (einschließlich der Stufe 18) kann ein inneres Zwischenwandsegment 20 und ein äußeres Zwischenwandsegment 22 haben, welche die Form von Zwischenwandringen wie im Fachgebiet bekannt annehmen können. Die Zwischenwandsegmente 20, 22 können (zum Beispiel mittels mechanischer Verbindung wie zum Beispiel Schweißverbindung, Fügung oder anderer geeigneter Verbindung) ein Leitschaufelblatt (zum Beispiel Trennwand) 24 in Position halten, um ein Arbeitsfluid (zum Beispiel Dampf) über mehrere Turbinenschaufeln 26 (eine davon ist in dieser Ansicht dargestellt) zu führen. Wie im Fachgebiet bekannt, kann die Turbinenschaufel 26 eine von mehreren Laufschaufeln in einer speziellen Laufschaufelstufe einer Turbine sein. Eine letzte Laufschaufelstufe 28 ist hierin dargestellt, wobei die letzte Laufschaufelstufe 28 axial stromabwärts (näher an dem Niederdruckabschnitt) von der Dampfturbine 10 als die Leitschaufel 24 angeordnet ist.
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Gemäß Darstellung kann die Leitschaufel 24 (einschließlich des Leitschaufelblattes und/oder der Seitenwände 25, 27) um eine Achse schwenkbar sein, und dadurch der Leitschaufel 24 ermöglichen, den Strom des Fluids in der letzten Laufschaufelstufe 28 (zum Beispiel quer zu der Schaufel 26) über einen Raum 29 axial stromaufwärts vor der Schaufel 26 zu modifizieren. Das heißt, die Leitschaufel 24, einschließlich einer oder mehrerer Seitenwände 25, 27 kann dafür eingerichtet sein, um eine Achse zu schwenken, um die Fläche zwischen benachbarten Leitschaufelblättern zu modifizieren, um dadurch den Fluidstrom axial, radial und/oder in Umfangsrichtung über die Stirnfläche der Leitschaufel 24 hinweg zu modifizieren. 1 stellt drei Beispielachsen dar, um welche die Leitschaufel 24 schwenken kann. In einer Ausführungsform kann die Leitschaufel 24 um eine Achse (i) schwenken, welche im Wesentlichen rechtwinklig zu der Hauptachse a des Rotorkörpers 14 verlaufen kann. Die Achse (i) kann die Hauptachse (a) so schneiden, dass sie sich radial von der Hauptachse (a) des Rotorkörpers 14 aus erstreckt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Leitschaufel 24 um eine Achse (ii) schwenken, welche im Wesentlichen parallel zu der Hauptachse (a) des Rotorkörpers 14 verläuft. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Leitschaufel 24 um eine Achse (iii, in die und aus der Seite) tangential zu einem Umfang des Stators 16 schwenken. In diesem Falle kann die Leitschaufel 24 um eine Achse (iii) schwenken, die durch einen Abschnitt mit einer kreisrunden Form (oder im Wesentlichen kreisrunden Form) konzentrisch zu einem Umfang des Stators 16 ausgebildet ist.
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Es dürfte sich verstehen, dass, obwohl 1 nur eine Leitschaufelstufe 18 und nur eine Laufschaufelstufe 28 darstellt, der Niederdruckdampfturbinenabschnitt 10 mehrere Leitschaufelstufen und entsprechende Laufschaufelstufen enthalten kann. Die mehreren Leitschaufelstufen können so ausgelegt sein, dass sie ein Arbeitsfluid (zum Beispiel Dampf) über die Schaufel (zum Beispiel Schaufel 26) leiten, um die Drehung dieser Schaufeln und demzufolge die Drehung des Rotorkörpers (oder der Welle) 14 um ihre Hauptachse (a) zu erzwingen.
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In 2 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht eines Abschnittes einer Dampfturbinenleitschaufelstufe 28 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es dürfte sich verstehen, dass gleich nummerierte Elemente zwischen den Figuren im Wesentlichen identische Komponenten anzeigen können. Eine redundante Erläuterung dieser Komponenten wurde hierin zur Verdeutlichung weggelassen.
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Gemäß Darstellung in 2 kann die Leitschaufelstufe 28 mehrere Leitschaufeln 24 (und/oder Leitschaufeln 34) enthalten, die zur Anordnung in Umfangsrichtung um einen Rotor (Rotor nicht dargestellt) eingerichtet sind. Wie im Fachgebiet bekannt, kann jede Leitschaufelstufe 18 aus oberen und unteren Zwischenwandsegmenten ausgebildet sein, welche an einer horizontalen Verbindungsoberfläche der Dampfturbine verbunden sein können. Eine Darstellung der Wechselwirkung zwischen oberen und unteren Zwischenwandsegmenten wird hierin zur Verdeutlichung weggelassen, wobei sich jedoch versteht, dass der in 2 dargestellte Abschnitt der Leitschaufelstufe 18 ein Abschnitt eines unteren (oder oberen) Zwischenwandsegmentes sein kann. In jedem Fall kann gemäß Darstellung in 2 wenigstens eine Leitschaufel 34 von mehreren Leitschaufeln einen mehrfach-segmentierten Körper mit einem ersten Segment 34A und einem zweiten Segment 34B enthalten, das funktionell mit dem ersten Segment 34A (zum Beispiel entlang der Achse (i)) verbunden ist. In einigen Fällen ist das erste Segment 34A zum Schwenken in Bezug auf das zweite Segment 34B um die Achse (zum Beispiel die Achse (i)) eingerichtet. In dieser Ausführungsform kann die Leitschaufel 34 mittels herkömmlicher Stifte, Verbindungsstellen, Perforationen, usw. dergestalt angelenkt sein, dass sich das erste Segment 34A in Bezug auf das zweite Segment 34B bewegen kann. In einigen Fällen können die Seitenwände 25, 27 überdimensionierte Schlitze unmittelbar an dem ersten Segment 34A dergestalt enthalten, dass das erste Segment einen Bewegungsbereich von angenähert ±30° innerhalb der Seitenwände 25, 27 hat. In dieser Ausführungsform kann die Position des zweiten Segmentes 34B fixiert sein, während die Position des ersten Segmentes 34A über eine Bewegung des ersten Segmentes 34A verändert werden kann. Jedoch kann in anderen Fällen das erste Segment 34A fixiert sein, während die Position des zweiten Segmentes 34B über eine Bewegung des zweiten Segmentes 34B veränderbar sein kann.
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Es versteht sich, dass in weiteren Ausführungsformen eine oder mehrere Leitschaufeln (zum Beispiel die Leitschaufeln 24 und/oder 34) dafür eingerichtet sein können, als nur eine Einheit dergestalt zu schwenken, dass Segmente (zum Beispiel die Segmente 34A, 34B) eliminiert werden. In diesem Falle können die Leitschaufeln (zum Beispiel die Leitschaufeln 24 und/oder 34) in überdimensionierten Schlitzen in den Seitenwänden 25, 27 entlang jeder Achse (zum Beispiel (i), (ii) und/oder (iii) wie hierin beschrieben schwenken. In weiteren Ausführungsformen können die Leitschaufeln (zum Beispiel die Leitschaufeln 24 und/oder 34) und die Seitenwände 25, 27 dafür eingerichtet sein, sich zusammen in den Schlitzen in den inneren und äußeren Zwischenwandsegmenten 20 bzw. 22 zu bewegen (zum Beispiel zu schwenken).
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In 3 ist eine schematische Ansicht eines Dampfturbinensystems 30 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Gemäß Darstellung kann das Dampfturbinensystem 30 in einigen Ausführungsformen ein Steuersystem 32 enthalten, das mit der Dampfturbine 10 (zum Beispiel mittels drahtloser, festverdrahteter und/oder elektromechanischer Mittel) verbunden ist. In einigen Ausführungsformen wird die Bewegung der Leitschaufeln (zum Beispiel der Leitschaufeln 24 und/oder 34) über ein Steuersystem 32 betätigt, welches ein elektromechanisches Steuersystem sein kann, das dafür eingerichtet ist, Befehle an eine mechanische Vorrichtung (zum Beispiel an einen Hebel oder eine Betätigungseinrichtung für jede einzelne Leitschaufel oder für Gruppen von Leitschaufeln, ein gleitschienenbasierendes System, ein pneumatisches System, ein hydraulisches System, ein elektrisches System, ein manuelles System, ein elektrohydraulisches System, usw.) zu liefern. Das Steuersystem 32 kann Teil eines (nicht dargestellten) herkömmlichen Dampfturbinensteuersystems sein (oder zur Wechselwirkung damit eingerichtet sein) und kann zugeordnete Benutzerschnittstellensteuerelemente enthalten, sodass die Schwenkleitschaufeln 24, 34 und/oder Seitenwände 25, 27 betätigt über einen Befehl von einer Bedienungsperson betätigt (zum Beispiel geschwenkt, gedreht usw.) werden können. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen die Betätigung der Schwenkleitschaufeln (zum Beispiel der Leitschaufeln 24 und/oder 34) über vorprogrammierte Befehle ausgeführt werden, die auf vorbestimmte Lastbedingungen, zum Beispiel Teillast (weniger als 50% der Nennlast), niedrige Teillast (weniger als 30% der Nennlast) und/oder erhöhten Kondensatordruck reagieren. Beispielsweise kann abhängig von den optimierten Bedingungen und der Art der Kondensatorkühleinrichtung, diese Zunahme im Druck eine Zunahme von 20 mbar (0,5 inches Hg) absolut über den optimalen Auslegungsbedingungen für eine Laufschaufel der letzten Stufe sein. In anderen Fällen, wie zum Beispiel für luftgekühlte Kondensatoren, kann diese Zunahme größer sein, zum Beispiel 50–150 mbar (mehrere inches Hg) absolut, oder die additive Kombination sowohl von Teillast als auch des vorgenannten erhöhten Kondensatordruckes sein.
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4 stellt eine zweidimensionale Querschnittsansicht eines Abschnittes der letzten Stufe 400 einer Niederdruckdampfturbine zusammen mit einem Diffusor 430 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dar. Gemäß Darstellung kann die letzte Stufe 400 eine Leitschaufel 410 der letzten Stufe und eine Laufschaufel 420 der letzten Stufe enthalten, welche dafür eingerichtet ist, zusammen mit einem Rotor in der (nicht dargestellten) Niederdruckdampfturbine wie im Fachgebiet bekannt, zu rotieren. Der Strom aus der Laufschaufel 420 der letzten Stufe tritt in den Diffusorabschnitt 430 der Dampfturbine zur Führung an dem Kondensator gemäß Darstellung der Pfeile in 4 ein. Wie unter Bezugnahme auf die Leitschaufeln 24, 34 hierin beschrieben ist die Leitschaufel 410 der letzten Stufe einstellbar, um einen Fluidstrom in der letzten Stufe 400 oder in dem Diffusor 430 stromabwärts von der letzten Stufe 400 während des Betriebs der Dampfturbine zu modifizieren. In einigen Fällen kann die Leitschaufel 410 der letzten Stufe um eine oder mehrere Achsen (zum Beispiel die Achse i-i, i-ii und/oder iii-iii) schwenken. Jedoch kann die Leitschaufel 410 der letzten Stufe in einer beliebigen hierin beschriebenen Weise wie denjenigen unter Bezugnahme auf die Leitschaufeln 24, 34 beschriebenen eingestellt werden.
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In einigen Fällen kann die Betätigung der Schwenkleitschaufeln (zum Beispiel der Leitschaufeln 24, 34 und/oder der Leitschaufel 410 der letzten Stufe) implementiert werden, wenn die Ringgeschwindigkeit der letzten Stufe der Dampfturbine unter einen mechanischen oder leistungsbedingten Schwellenwert fällt. In 5 ist eine exemplarische Graphik 500 einer Abdampfverlustkurve 510 nur für Darstellungszwecke gezeigt. Wie gezeigt, enthält die Graphik 500 einen über der Ringraumgeschwindigkeit der Laufschaufel der letzten Stufe aufgetragenen Abdampfverlust einer Niederdruckdampfturbine, der als eine Abdampfverlustkurve 510 dargestellt ist. Ebenso ist ein Betriebsbereich 520 dargestellt, welcher einen Bereich erheblicher Abdampfverluste bezeichnet, wenn die Ringraumgeschwindigkeit der Laufschaufel der letzten Stufe abnimmt. Das heißt, in diesem Betriebsbereich 520 trägt ein kleiner Abfall in der Ringraumgeschwindigkeit der Laufschaufel der letzten Stufe überproportional zu einem Anstieg der Abdampfverluste in der Niederdruckdampfturbine bei. Um diesen Effekten zu begegnen, ermöglichen Aspekte der Erfindung eine Einstellung der Leitschaufel der letzten Stufen (wie hierin beschrieben), wenn die Ringraumgeschwindigkeit der Laufschaufel der letzten Stufe unter einen bestimmten Schwellenwert fällt. In einigen Fällen kann der Schwellenwert angenähert 137 m/s (450 feet/s) sein oder wenn die Abdampfverluste beginnen, 10 BTUs/lbm zu überschreiten. Zusätzlich kann die Anpassung der Leitschaufeln der letzten Stufe auch durch mechanische Überlegungen (zum Beispiel Verwindung, Überhitzung, Laufschaufelflattern/Instabilität) vorgegeben sein, welche mit einem weiteren Ringraumgeschwindigkeitsschwellenwert, zum Beispiel ca. 91,5 m/s (300 feet/s) oder weniger Ringraumgeschwindigkeit verknüpft sein können. Zusätzlich können Kombinationen von höheren Rückdrücken aus dem Kondensator zu den vorstehend genannten Problemen beitragen, welche die genannten Ringraumgeschwindigkeitsschwellenwerte modifizieren.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht die Erfindung einschränken. So wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen mit einschließen, soweit der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Es dürfte sich ferner verstehen, dass die Begriffe ”weist auf” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen festgestellter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
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Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
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Es wird eine Niederdruckdampfturbine offengelegt, die einen Rotor enthält, mit: einem Rotorkörper; und mehreren Laufschaufelstufen, die axial entlang des Rotors angeordnet sind, wobei die mehreren Laufschaufelstufen eine letzte Laufschaufelstufe beinhalten; und eine Leitschaufelanordnung, die wenigstens teilweise den Rotor umgibt, wobei die Leitschaufelanordnung mehrere Leitschaufelstufen enthält, die den mehreren Laufschaufelstufen entsprechen, wobei eine Leitschaufel in einer Leitschaufelstufe axial stromaufwärts vor der letzten Laufschaufelstufe einstellbar ist, um einen Fluidstrom in der letzten Laufschaufelstufe während des Betriebs der Dampfturbine zu modifizieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Niederdruckdampfturbine
- 12
- Rotor
- 14
- Rotorkörper
- 16
- Stator
- 18
- Leitschaufelstufe
- 20
- inneres Zwischenwandsegment
- 22
- äußeres Zwischenwandsegment
- 24
- Leitschaufel
- 25
- Seitenwand
- 26
- Turbinenschaufel
- 27
- Seitenwand
- 28
- letzte Laufschaufelstufe
- 29
- Zwischenraum
- 30
- Turbinensystem
- 32
- Steuersystem
- 34
- Leitschaufel
- 34A
- erstes Segment
- 34B
- zweites Segment
- 40
- letzte Stufe der Niederdruckdampfturbine
- 410
- Leitschaufel der letzte Stufe
- 420
- letzte Laufschaufelstufe
- 430
- Diffusor
- 500
- Graphik
- 510
- Abdampfverlustkurve
- 520
- Betriebsbereich
