DE102013217334A1

DE102013217334A1 - Housing arrangement for a steam turbine

Info

Publication number: DE102013217334A1
Application number: DE102013217334.2A
Authority: DE
Inventors: Jens Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung (1) für eine Dampfturbine umfassend ein Innengehäuse (2) und an das Innengehäuse (2) wenigstens teilweise umschließendes Außengehäuse (3). An der Außenseite des Innengehäuses (2) sind Kühlrippen (4) angeordnet, wodurch eine effektive Kühlung des Innengehäuses (2) und damit eine verringerte thermische Belastung sowohl des Innen- als auch des Außengehäuses (2, 3) erzielt wird.The invention relates to a housing arrangement (1) for a steam turbine comprising an inner housing (2) and to the inner housing (2) at least partially enclosing the outer housing (3). On the outside of the inner housing (2) cooling fins (4) are arranged, whereby an effective cooling of the inner housing (2) and thus a reduced thermal load of both the inner and the outer housing (2, 3) is achieved.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung für eine Dampfturbine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. The invention relates to a housing arrangement for a steam turbine according to the preamble of independent claim 1.

Moderne Dampfturbinen werden heute aufgrund der hohen Frischdampfparameter (Druck und Temperatur) überwiegend in zweischaliger Ausbildung, mit einem Innengehäuse und einem das Innengehäuse umschließenden Außengehäuse, ausgebildet. Aufgrund der hohen Frischdampfparameter ist das Innen- und zum Teil auch das Außengehäuse hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Aufgrund der hohen Gehäusetemperaturen kommt es zudem zu größeren Temperaturdifferenzen zwischen Gehäuseober- und Gehäuseunterseite, wodurch Gehäuseverkrümmungen entstehen können. Diese Verkrümmungen sorgen für eine Verkleinerung des Spiels zwischen dem Rotor und dem Gehäuse, wodurch es in Folge dessen zu Anstreifschäden und damit zu einem Ausfall der Turbine kommen kann. Modern steam turbines are today due to the high live steam parameters (pressure and temperature) predominantly in a two-shell design, with an inner casing and a housing enclosing the inner casing, formed. Due to the high live steam parameters, the inner and in some cases also the outer casing is exposed to high thermal loads. Due to the high housing temperatures, there are also larger temperature differences between the upper and lower sides of the housing, as a result of which housing distortions can occur. These curvatures reduce the clearance between the rotor and the housing, which can result in seizure damage and failure of the turbine.

Den hohen thermischen Belastungen versucht man dadurch gerecht zu werden, in dem man möglichst homogene Einströmparameter gewährleistet. Dies bedeutet, dass eine möglichst gleichmäßige Druck- und Temperaturverteilung über den Querschnitt des Gehäuses erreicht wird. Eine weitere Maßnahme ist die sogenannte Mitteneinströmung, dies begünstigt, wegen ihrer zentrischen Lage der höchsten Temperatur, eine symmetrische Wärmedehnung des Gehäuses. Trotz dieser Maßnahmen kann eine thermische Überlastung des Turbinengehäuses nicht ausgeschlossen werden. The high thermal loads to try to be fair by ensuring the most homogeneous Einströmparameter. This means that the most uniform possible pressure and temperature distribution over the cross section of the housing is achieved. Another measure is the so-called center inflow, this favors, because of their centric position of the highest temperature, a symmetrical thermal expansion of the housing. Despite these measures, a thermal overload of the turbine housing can not be excluded.

Um die thermische Belastung insbesondere des Außengehäuses zu reduzieren, wird bei Dampfturbine mit einen Schubausgleich mittels Schubkolben, der Kolbenleckagedampf mittels Ventilatoren von vorne in den hinteren Dampfraum der Dampfturbine abgeführt. Da der Kolbenleckagedampf jedoch noch eine relativ hohe Temperatur aufweist, wird keine hinreichende Kühlung des heißen Außengehäuses insbesondere im vorderen Turbinenbereich erreicht. In order to reduce the thermal load, in particular of the outer casing, steam steam turbine with a thrust balance by means of thrust piston, the piston leakage steam is removed by fans from the front into the rear steam room of the steam turbine. However, since the piston leakage steam still has a relatively high temperature, adequate cooling of the hot outer housing, in particular in the front turbine region, is not achieved.

Die EP 1 630 360 B1 schlägt zur effektiveren Kühlung des Außengehäuses einer Dampfturbine vor, am Außengehäuse am Aufnahmebereich des Kolbenleckdampfes einen Anschluss zum Zuführen vom kühleren Dampf vorzusehen. Im Gegensatz zu den bisherigen Ventilationskonzepten wird dabei nicht der Heißdampf umgewälzt und in einen hinteren Bereich der Dampfturbine geleitet, sondern es wird im Aufnahmebereich des Kolbendampfes kühlerer Dampf zugeführt. Hierdurch wird eine verbesserte Kühlung des Außengehäuses erzielt. Der Wärmeübergang vom heißen Innengehäuse an den vorbeiströmenden Dampf ist jedoch nur unzureichend, so dass die thermische Belastung, insbesondere des Innengehäuses, weiterhin sehr hoch ist. The EP 1 630 360 B1 proposes for more effective cooling of the outer casing of a steam turbine to provide on the outer casing at the receiving area of the piston leakage steam a connection for supplying the cooler steam. In contrast to the previous ventilation concepts, the superheated steam is not circulated and passed into a rear area of the steam turbine, but cooler steam is supplied in the intake area of the piston steam. As a result, an improved cooling of the outer housing is achieved. However, the heat transfer from the hot inner housing to the passing steam is insufficient, so that the thermal load, in particular of the inner housing, continues to be very high.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Gehäuseanordnung für eine Dampfturbine bereitzustellen, bei der eine verbesserte Kühlung, insbesondere des Innengehäuses, gewährleistet ist. Object of the present invention is therefore to provide a housing assembly for a steam turbine, in which an improved cooling, in particular of the inner housing, is ensured.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. The object is solved by the features of independent claim 1.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche. Further embodiments of the invention, which are used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Gehäuseanordnung für eine Dampfturbine, umfassend ein Innengehäuse und ein das Innengehäuse wenigstens teilweise umschließendes Außengehäuse, zeichnet sich dadurch aus, dass an der Außenseite des Innengehäuses Kühlrippen angeordnet sind. Aufgrund der Kühlrippen wird die Oberfläche des Innengehäuses an der Außenseite stark vergrößert, wodurch ein verbesserter Wärmeübergang und damit eine effizientere Kühlung gewährleistet werden. The housing arrangement according to the invention for a steam turbine, comprising an inner housing and an outer housing which at least partially surrounds the inner housing, is characterized in that cooling ribs are arranged on the outer side of the inner housing. Due to the cooling fins, the surface of the inner housing is greatly enlarged on the outside, whereby an improved heat transfer and thus more efficient cooling are ensured.

Die Kühlrippen können nach einer Ausgestaltung der Erfindung radial von der Außenseite des Innengehäuses nach außen in Richtung Außengehäuse angeordnet sein. The cooling fins can be arranged according to an embodiment of the invention radially from the outside of the inner housing to the outside in the direction of the outer housing.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kühlrippen, derart ausgebildet und angeordnet sind, dass Sie Kühlkanäle ausbilden. Hierdurch können die Kühlkanäle mit einem geeigneten Kühlmedium durchströmt werden, wodurch sich ein weiter verbesserter Wärmeübergang vom Innengehäuse an das umgebende Kühlmedium ergibt. An embodiment of the invention provides that the cooling fins, are formed and arranged so that they form cooling channels. As a result, the cooling channels can be flowed through with a suitable cooling medium, resulting in a further improved heat transfer from the inner housing to the surrounding cooling medium.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich die Kühlrippen, von der Außenseite des Innengehäuses, bis zur Innenseite des Außengehäuses, erstrecken und hierdurch Kühlkanäle ausbilden. Hierdurch erreicht man die maximale Größe für die Kühlrippen als auch für die Kühlkanäle, wodurch eine maximale Wärmeübertragung an das durch die Kühlkanäle strömende Kühlmedium übertragbar ist. Als Kühlmedium bieten sich sämtliche Fluide, also sowohl Gase als auch Flüssigkeiten, an, wobei Flüssigkeiten aufgrund ihrer, in der Regel höheren Wärmekapazität, größere Kühlleistungen gewährleisten. A further embodiment of the invention provides that the cooling ribs, from the outside of the inner housing, to the inner side of the outer housing, extend and thereby form cooling channels. This achieves the maximum size for the cooling fins as well as for the cooling channels, whereby a maximum heat transfer to the flowing through the cooling channels cooling medium is transferable. As a cooling medium, all fluids, so both gases and liquids to offer, with liquids ensure greater cooling capacity due to their, usually higher heat capacity.

Eine Zu- und Abströmung für das Kühlmedium zu den Kühlkanälen muss dabei bei der Gehäuseanordnung berücksichtigt werden. An inflow and outflow for the cooling medium to the cooling channels must be taken into account in the housing arrangement.

Die erfindungsgemäße Gehäuseanordnung bietet aufgrund der Anordnung der Kühlrippen/Kühlkanäle eine deutlich verbesserte Kühlung des Innengehäuses, wodurch thermische Überlastungen der Gehäuseanordnung sicher vermieden werden können. Aufgrund der Abfuhr der Wärme mittels Kühlmedium kann darüber hinaus eine starke Erwärmung des Außengehäuses ebenfalls wirkungsvoll verhindert werden. Due to the arrangement of the cooling fins / cooling channels, the housing arrangement according to the invention offers significantly improved cooling of the housing Inner housing, whereby thermal overloads of the housing assembly can be safely avoided. Due to the removal of heat by means of cooling medium, a strong heating of the outer housing can also be effectively prevented.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren dargestellt. Es zeigen: Further advantages and embodiments of the invention are illustrated below with reference to FIGS. Show it:

1 erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung und 1 first embodiment of the housing assembly according to the invention and

2 eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gehäuseanordnung. 2 a further embodiment of the housing arrangement according to the invention.

Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind in beiden Figuren figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Identical or functionally identical components are provided with the same reference numbers across the figures in both figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gehäuseanordnung 1 für eine Dampfturbine im Radialschnitt. Die Gehäuseanordnung 1 umfasst ein Innengehäuse 2 und ein das Innengehäuse 2 wenigstens teilweise umschließendes Außengehäuse 3. Das Innengehäuse 2 wird innen von Dampf durchströmt. Aufgrund der hohen Frischdampfparameter kommt es dabei zu einer starken thermischen Belastung des Innengehäuses 2. Um die hohe thermische Belastung zu verringern, sind an der Außenseite des Innengehäuses 2 über den Umfang verteilt Kühlrippen 4 angeordnet. Die Kühlrippen 4 vergrößern die äußere Oberfläche des Innengehäuses 3, wodurch eine höhere Wärmemenge abgegeben werden kann und damit eine stärkere Kühlung des Innengehäuses 2 erfolgt. Die Kühlrippen 4 sind im Ausführungsbeispiel gleichmäßig über den Außenumfang des Innengehäuses 2 verteilt und erstrecken sich radial nach außen. Grundsätzlich können die Kühlrippen 4 aber auch in anderer Weise an der Außenseite des Innengehäuses 2 angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass eine höhere Anzahl von Kühlrippen an der Unterseite des Innengehäuses 2 angeordnet sind, da häufig eine ungleichmäßige Temperaturverteilung und eine stärkere Erwärmung des Innengehäuses 2 an der Unterseite erfolgt. Durch die höhere Anzahl von Kühlrippen 4 in diesem Bereich kann die unterschiedliche Temperaturverteilung somit ausgeglichen werden, und so Verkrümmungen aufgrund der unterschiedlichen Temperaturverteilung vermieden werden. 1 shows a schematic representation of a housing assembly 1 for a steam turbine in radial section. The housing arrangement 1 includes an inner housing 2 and a the inner case 2 at least partially enclosing outer housing 3 , The inner case 2 is traversed by steam inside. Due to the high live steam parameters, this leads to a strong thermal load on the inner housing 2 , To reduce the high thermal load, are on the outside of the inner housing 2 distributed over the circumference cooling fins 4 arranged. The cooling fins 4 enlarge the outer surface of the inner housing 3 , whereby a higher amount of heat can be delivered and thus a stronger cooling of the inner housing 2 he follows. The cooling fins 4 are in the embodiment uniformly over the outer circumference of the inner housing 2 distributed and extend radially outward. Basically, the cooling fins 4 but also in another way on the outside of the inner housing 2 be arranged. In particular, it can be provided that a higher number of cooling fins on the underside of the inner housing 2 are arranged, as often uneven temperature distribution and greater heating of the inner housing 2 done at the bottom. Due to the higher number of cooling fins 4 In this area, the different temperature distribution can thus be compensated, and so curvatures due to the different temperature distribution can be avoided.

Die Kühlrippen 4 sind im Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass sie durch einen umschließenden Ring 6 Kühlkanäle 5 ausbilden. Die Kühlkanäle 5 können von einem Kühlmedium durchströmt werden. Hierdurch wird eine weiter verbesserte Kühlwirkung erzielt. Als Kühlmedium ist grundsätzlich jedes Fluid, d.h. sowohl ein gasförmiges als auch ein flüssiges Fluid, geeignet. Flüssigkeiten haben jedoch den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer höheren Wärmekapazität höhere Wärmemengen aufnehmen können und somit für eine effektivere Kühlung sorgen. Für die Zuführung zu den Kühlkanälen 5 und die Ausleitung des Kühlmediums am Ende der Kühlkanäle 5 ist ein entsprechende Zu- bzw. Ablauf am Außengehäuse zu berücksichtigen, welche in 1 nicht näher dargestellt ist. The cooling fins 4 are formed in the embodiment such that they by an enclosing ring 6 cooling channels 5 form. The cooling channels 5 can be flowed through by a cooling medium. As a result, a further improved cooling effect is achieved. In principle, any fluid, ie both a gaseous and a liquid fluid, is suitable as the cooling medium. However, liquids have the advantage that they can absorb higher amounts of heat due to their higher heat capacity and thus provide more effective cooling. For feeding to the cooling channels 5 and the discharge of the cooling medium at the end of the cooling channels 5 a corresponding inlet and outlet on the outer housing is to be considered, which in 1 not shown in detail.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung 1. Der grundsätzliche Aufbau der Gehäuseanordnung 1 entspricht dabei dem Ausführungsbeispiel in 1, auf dessen Beschreibung hier noch einmal hingewiesen wird. Das Ausführungsbeispiel in 2 unterscheidet sich dadurch, dass die Kühlrippen 4 sich von der Außenseite des Innengehäuses 2 bis zur Innenseite des Außengehäuses 3 erstrecken. Hierdurch ist ein zusätzlicher Ring zur Ausbildung der Kühlkanäle 5 nicht erforderlich, wodurch sich der konstruktive Aufwand verringert. Gleichzeitig erreicht man hierdurch eine maximale Länge der Kühlrippen 4 und einen maximalen Durchströmungsquerschnitt der Kühlkanäle 5, wodurch sich eine maximale Kühlleistung ergibt. Die Kühlrippen 4 können dabei an der Innenseite des Außengehäuses 3 anliegen oder leicht von ihnen beabstandet sein. Bei einer leichten Beabstandung kommt es zu Querströmungen zwischen den einzelnen Kühlkanälen 5, welche jedoch kaum Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Kühlung hat. 2 shows a second embodiment of the housing assembly according to the invention 1 , The basic structure of the housing arrangement 1 corresponds to the embodiment in 1 , whose description is referred to here again. The embodiment in 2 differs in that the cooling fins 4 from the outside of the inner housing 2 to the inside of the outer housing 3 extend. As a result, an additional ring for the formation of the cooling channels 5 not required, which reduces the design effort. At the same time, this achieves a maximum length of the cooling fins 4 and a maximum flow cross-section of the cooling channels 5 , resulting in a maximum cooling performance. The cooling fins 4 can do this on the inside of the outer case 3 abut or slightly spaced from them. With a slight spacing, there are transverse flows between the individual cooling channels 5 , which, however, has little influence on the performance of the cooling.

Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gehäuseanordnung mit an der Außenseite des Innengehäuses angeordneten Kühlrippen eine deutlich verbesserte Kühlung des Innengehäuses und damit eine deutlich verringerte thermische Belastung sowohl des Innen- als auch des Außengehäuses erzielt wird. Durch die Ausbildung und Anordnung der Kühlrippen zu Kühlkanälen kann die Kühlwirkung insbesondere beim Durchströmen der Kühlkanäle mit einem geeigneten Kühlmedium noch einmal deutlich erhöht werden. Durch die erfindungsgemäße Gehäuseanordnung und die effektive Kühlung der Gehäusebauteile können diese aus einfacherem Material ausgebildet werden, so dass sich eine deutlich preiswertere Ausgestaltung der Gehäusebauteile ergibt. In summary, it can thus be stated that a significantly improved cooling of the inner housing and thus a significantly reduced thermal load of both the inner and the outer housing is achieved by the inventive design of the housing assembly with arranged on the outside of the inner housing cooling fins. Due to the design and arrangement of the cooling fins to cooling channels, the cooling effect can be significantly increased again especially when flowing through the cooling channels with a suitable cooling medium. Due to the housing arrangement according to the invention and the effective cooling of the housing components, these can be formed of a simpler material, resulting in a significantly cheaper design of the housing components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1630360 B1 [0005]

Claims

Housing arrangement ( 1 ) for a steam turbine, comprising an inner housing ( 2 ) and the inner housing ( 2 ) at least partially enclosing outer housing ( 3 ), characterized in that on the outside of the inner housing ( 2 ) Cooling fins ( 4 ) are arranged.

Housing arrangement ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cooling fins ( 4 ) are designed and arranged in such a way that they have cooling channels ( 5 ) train.

Housing arrangement ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the cooling channels ( 5 ) are formed by a cooling medium can be flowed through.

Housing arrangement ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling fins ( 4 ) from the outside of the inner housing ( 2 ) to the inside of the outer housing ( 3 ) and thereby cooling channels ( 5 ) train.