DE102014205263A1 - Micro steam turbine and method for heating a Laval nozzle of a micro steam turbine - Google Patents

Micro steam turbine and method for heating a Laval nozzle of a micro steam turbine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikrodampfturbine. Die Mikrodampfturbine weist einen Stator (10) auf. Des Weiteren weist die Mikrodampfturbine einen ersten, den Stator (10) umgebendes Gehäuse (12) auf, wobei in einem zwischen einer Außenwand (10a) des Stators (10) und einer Innenwand (12a) des ersten Gehäuses (12) ausgebildeten Hohlraum eine Lavaldüse (14) zur Beaufschlagung eines Rotors mit einer Strömung (SP) eines Prozessmediums angeordnet ist. Überdies weist die Mikrodampfturbine ein zweites, das erste Gehäuse (12) umgebendes Gehäuse (16) auf, wobei die Strömung (SP) des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse (16) der Lavaldüse (14) zuführbar ist, und wobei das zweite Gehäuse (16) dazu ausgebildet ist, mittels der Strömung (SP) des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse (16) eine Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) zum Eintrag von Wärme (W) in die Lavaldüse (14) zu erwärmen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Erwärmen einer Lavaldüse (14) einer Mikrodampfturbine.The invention relates to a micro steam turbine. The micro-steam turbine has a stator (10). Furthermore, the micro-steam turbine has a first housing (12) surrounding the stator (10), a Laval nozzle being formed in a cavity formed between an outer wall (10a) of the stator (10) and an inner wall (12a) of the first housing (12) (14) is arranged to act on a rotor with a flow (SP) of a process medium. Moreover, the micro-steam turbine has a second housing (16) surrounding the first housing (12), wherein the flow (SP) of the process medium through the second housing (16) of the Laval nozzle (14) can be supplied, and wherein the second housing (16 ) is adapted to heat by means of the flow (SP) of the process medium through the second housing (16) an outer wall (12b) of the first housing (12) for introducing heat (W) into the Laval nozzle (14). The invention further relates to a method for heating a Laval nozzle (14) of a micro steam turbine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrodampfturbine und ein Verfahren zum Erwärmen einer Lavaldüse einer Mikrodampfturbine.The invention relates to a micro steam turbine and a method for heating a Laval nozzle of a micro steam turbine.

Stand der TechnikState of the art

Aufgrund steigender Kraftstoffpreise sowie geplanter Gesetzesvorhaben zur Limitierung des CO2-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen arbeiten die Hersteller von Verbrennungskraftmaschinen heute an Technologien, welche die Effizienz eines Antriebs steigern bzw. den Kraftstoffverbrauch senken.Due to rising fuel prices and planned legislation to limit the CO 2 emissions of motor vehicles, the manufacturers of internal combustion engines today work on technologies that increase the efficiency of a drive or reduce fuel consumption.

Eine vielversprechende Maßnahme zur Steigerung des Wirkungsgrads des Antriebsstranges ist die Restwärmenutzung. Hierbei wird mit einer thermischen Energie eines Abgases nach Verbrennungskraftmaschine, welche in etwa einem Drittel der im Kraftstoff gebundenen Energie entspricht, ein klassischer Dampfkraftprozess betrieben.A promising measure for increasing the efficiency of the drive train is the residual heat utilization. Here, with a thermal energy of an exhaust gas to internal combustion engine, which corresponds to about one third of the energy bound in the fuel, operated a classic steam power process.

Zentrale Komponente eines solchen Dampfkraftprozesses ist die Expansionsmaschine, welche mittels überhitzten Dampfs mechanische Wellenleistung liefert. Hierbei können Maschinen unterschiedlicher Bauart eingesetzt werden. Beispielsweise können Hubkolben-, Rotationskolben oder Turbomaschinen verwendet werden. Aufgrund der systemimmanenten Vorteile einer kompakten Bauart und eines guten Wirkungsgrads stehen heute vor allem die Turbomaschinen im Fokus der Entwicklung.Central component of such a steam power process is the expansion machine, which delivers mechanical shaft power by means of superheated steam. Here, machines of different types can be used. For example, reciprocating, rotary or turbomachinery may be used. Due to the system-inherent advantages of a compact design and a high level of efficiency, turbomachinery is currently the focus of development.

Die im Kraftfahrzeugbereich über einen Dampfkraftprozess rekuperierbaren Leistungen sind im Vergleich zu z.B. Kraftwerksanwendungen sehr gering. Daher wird heute eine sogenannte Gleichdruckturbine oder Reaktionsturbine favorisiert. Bei der axial durchströmten Turbine wird das Arbeitsfluid zuerst in einer Lavaldüse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, bevor die kinetische Energie im Laufrad in mechanische Leistung gewandelt wird.The performances that can be recuperated in the motor vehicle sector via a steam power process are, in comparison with, for example, Power plant applications very low. Therefore today a so-called constant-pressure turbine or reaction turbine is favored. In the axial-flow turbine, the working fluid is first accelerated in a Laval nozzle to supersonic speed, before the kinetic energy in the impeller is converted into mechanical power.

Die DE 10 2010 009 832 A1 betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem kombinierten Antrieb. Der Antrieb umfasst eine Sekundär-Antriebsmaschine in Form einer Strömungsmaschine mit äußerer Verbrennung. Eine solche Strömungsmaschine weist einen ersten Bereich auf, in welchem chemisch gebundene Energie in thermische Energie umgewandelt und auf ein Arbeitsmedium übertragen wird, und einen zweiten Bereich, in welchem dem Arbeitsmedium seine Energie teilweise wieder entzogen wird. Die Sekundär-Antriebsmaschine mit äußerer Verbrennung ist eine Dampfturbine mit Dampferzeuger. Durch die Dampfturbine lässt sich eine Umwandlung der chemisch gebundenen Energie in mechanische Energie erreichen.The DE 10 2010 009 832 A1 relates to a motor vehicle with a combined drive. The drive comprises a secondary drive machine in the form of a turbomachine with external combustion. Such a turbomachine has a first region, in which chemically bound energy is converted into thermal energy and transferred to a working medium, and a second region, in which the working medium its energy is partially withdrawn. The secondary engine with external combustion is a steam turbine with steam generator. The steam turbine can be used to convert the chemically bound energy into mechanical energy.

Es hat sich gezeigt, dass bei aktuellen Konstruktionen das Arbeitsfluid bzw. Prozessmedium durch die isentrope Expansion innerhalb der Lavaldüse nach dem engsten Querschnitt der Düse bis unter die Kondensationstemperatur und den Sättigungsdampfdruck abgesenkt wird. Das Prozessmedium kondensiert sodann. Es werden Tropfen gebildet, was zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads und ungewollten Zunahme des Massenstromes durch die Turbine führt. Durch den Kondensationsprozess innerhalb der Lavaldüse und die Tropfenbildung vor dem Rotor kann es somit zu einer Tropfenschlagerosion kommen.It has been found that in current constructions, the working fluid or process medium is lowered by the isentropic expansion within the Laval nozzle to the narrowest cross-section of the nozzle to below the condensation temperature and the saturation vapor pressure. The process medium then condenses. Drops are formed, resulting in degradation of efficiency and unwanted increase in mass flow through the turbine. The condensation process within the Laval nozzle and the formation of droplets in front of the rotor can thus lead to drop impact erosion.

In 1 ist ein Teilabschnitt einer beispielhaften Mikrodampfturbine dargestellt. Ein Stator 1 weist in einem Bereich zunehmenden Durchmessers eine Lavaldüse auf. Ein Statorgehäuse ist in 1 nicht gezeigt. Ein Rotor 2 ist benachbart zu der Lavaldüse des Stators 1 derart angeordnet, dass ein die Lavaldüse durchströmendes Prozessmedium die Rotorblätter des Rotors beaufschlagt und somit den Rotor in Drehung versetzt.In 1 is a section of an exemplary micro steam turbine shown. A stator 1 has a Laval nozzle in an area of increasing diameter. A stator housing is in 1 Not shown. A rotor 2 is adjacent to the Laval nozzle of the stator 1 arranged such that a process flowing through the Laval nozzle process fluid acts on the rotor blades of the rotor and thus causes the rotor in rotation.

2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teilabschnitts einer beispielhaften Mikrodampfturbine. Eine Strömung SP des Prozessmediums strömt durch ein zweites Gehäuse 4, von dem zweiten Gehäuse 4 in das erste Gehäuse 3 und in dem ersten Gehäuse 3 in einen Bereich zwischen dem Stator 1 und einer Außenwand des ersten Gehäuses 3, in welchem die Lavaldüse angeordnet ist. Die in 2 dargestellten Pfeile im Bereich des Stators 1 stellen einen Wärmetransport von der Lavaldüse in den Stator 1 dar. Die im Bereich des ersten Gehäuses 3 gezeigten Pfeile stellen einen Wärmetransport von der Lavaldüse in das erste Gehäuse 3 und von dem ersten Gehäuse 3 in eine Umgebung dar. Der Wärmetransport verringert somit eine Temperatur im Bereich der Lavaldüse. 2 shows a cross-sectional view of a portion of an exemplary micro steam turbine. A flow S P of the process medium flows through a second housing 4 , from the second housing 4 in the first case 3 and in the first housing 3 in an area between the stator 1 and an outer wall of the first housing 3 in which the Laval nozzle is arranged. In the 2 arrows shown in the region of the stator 1 provide heat transfer from the Laval nozzle into the stator 1 The. In the area of the first housing 3 shown arrows provide a heat transfer from the Laval nozzle into the first housing 3 and from the first housing 3 in an environment. The heat transfer thus reduces a temperature in the region of the Laval nozzle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft eine Mikrodampfturbine mit einem Stator, einem ersten, den Stator umgebenden Gehäuse, wobei in einem zwischen einer Außenwand des Stators und einer Innenwand des ersten Gehäuses ausgebildeten Hohlraum eine Lavaldüse zur Beaufschlagung eines Rotors mit einer Strömung eines Prozessmediums angeordnet ist. Die Mikrodampfturbine weist des Weiteren ein zweites, das erste Gehäuse umgebendes Gehäuse auf, wobei die Strömung des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse der Lavaldüse zuführbar ist, und wobei das zweite Gehäuse dazu ausgebildet ist, mittels der Strömung des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse eine Außenwand des ersten Gehäuses zum Eintrag von Wärme in die Lavaldüse zu erwärmen.The present invention provides a micro-steam turbine having a stator, a first housing surrounding the stator, a Laval nozzle being arranged in a cavity formed between an outer wall of the stator and an inner wall of the first housing for impinging a rotor with a flow of a process medium. The micro-steam turbine further comprises a second, the first housing surrounding housing, wherein the flow of the process medium through the second housing of the Laval nozzle is supplied, and wherein the second housing is adapted to, by means of the flow of the process medium through the second housing an outer wall of the heat the first housing to introduce heat into the Laval nozzle.

Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zum Erwärmen einer Lavaldüse einer Mikrodampfturbine, wobei die Mikrodampfturbine einen Stator und ein erstes, den Stator umgebendes Gehäuse aufweist, wobei in einem zwischen einer Außenwand des Stators und einer Innenwand des ersten Gehäuses ausgebildeten Hohlraum die Lavaldüse zur Beaufschlagung eines Rotors mit einer Strömung eines Prozessmediums angeordnet ist, und wobei die Mikrodampfturbine ein zweites, das erste Gehäuse umgebendes Gehäuse aufweist, wobei die Strömung des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse der Lavaldüse zugeführt wird, und wobei mittels der Strömung des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse eine Außenwand des ersten Gehäuses zum Eintrag von Wärme in die Lavaldüse erwärmt wird. The present invention further provides a method for heating a Laval nozzle of a micro-steam turbine, wherein the micro-turbine has a stator and a first housing surrounding the stator, wherein in a cavity formed between an outer wall of the stator and an inner wall of the first housing, the Laval nozzle for applying a rotor is arranged with a flow of a process medium, and wherein the micro-steam turbine has a second housing surrounding the first housing, wherein the flow of the process medium is supplied through the second housing of the Laval nozzle, and wherein by means of the flow of the process medium through the second housing Outside wall of the first housing is heated to introduce heat into the Laval nozzle.

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetransport aus dem Bereich der Lavaldüse in die Umgebung, d.h. den Stator und/oder das erste Gehäuse, zu verringern. Die Innenwände der Lavaldüse sollen auf hohem Temperaturniveau bleiben und damit im Prozessmedium zu einer Zwischenüberhitzung führen.An idea of the present invention is to transfer heat from the region of the Laval nozzle into the environment, i. the stator and / or the first housing to reduce. The inner walls of the Laval nozzle should remain at a high temperature level and thus lead to intermediate reheating in the process medium.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Prozessmedium durch den Eintrag von Wärme von der Außenwand des ersten Gehäuses in die Lavaldüse zwischenüberhitzbar ist. Somit kann ein Temperaturabfall des Prozessmediums nach dem engsten Querschnitt der Lavaldüse bis unter die Kondensationstemperatur und den Sättigungsdampfdruck vermieden werden.It is preferably provided that the process medium can be overheated by the introduction of heat from the outer wall of the first housing into the Laval nozzle. Thus, a temperature drop of the process medium to the narrowest cross section of the Laval nozzle can be avoided to below the condensation temperature and the saturation vapor pressure.

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Außenwand des ersten Gehäuses zumindest im Bereich der Lavaldüse Heizrippen aufweist. Durch Vorsehen der Heizrippen kann eine Oberfläche der Außenwand des ersten Gehäuses vergrößert werden, um somit den Wärmeübertrag in die Lavaldüse weiter zu steigern.Preferably, it is further provided that the outer wall of the first housing has heating ribs at least in the region of the Laval nozzle. By providing the heating fins, a surface of the outer wall of the first housing can be increased, thus further increasing the heat transfer into the Laval nozzle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Strömung des Prozessmediums durch eine in dem Stator ausgebildete Öffnung, um eine Innenwand des Stators zum Eintrag von Wärme in die Lavaldüse zu erwärmen, in einen Innenbereich des Stators führbar ist. Somit kann ein Wärmetransport aus der Lavaldüse in den Stator verringert bzw. ein hohes Temperaturniveau in der Lavaldüse beibehalten werden.According to a further preferred embodiment, it is provided that the flow of the process medium through an opening formed in the stator to heat an inner wall of the stator for introducing heat into the Laval nozzle, in an inner region of the stator is feasible. Thus, a heat transfer from the Laval nozzle can be reduced in the stator or maintained a high temperature level in the Laval nozzle.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Stator zumindest eine Öffnung zum Abführen der Strömung des Prozessmediums aus dem Innenbereich des Stators in die Lavaldüse aufweist. According to a further preferred embodiment, it is provided that the stator has at least one opening for discharging the flow of the process medium from the interior region of the stator into the Laval nozzle.

Die in den Innenbereich des Stators geführte Strömung des Prozessmediums kann somit aus dem Stator effizient in die Lavaldüse abgeführt werden.The flow of the process medium conducted into the interior of the stator can thus be efficiently removed from the stator into the Laval nozzle.

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass das Prozessmedium durch den Eintrag von Wärme von der Außenwand des ersten Gehäuses in der Lavaldüse zwischenüberhitzt wird. Somit kann ein Temperaturabfall des Prozessmediums nach dem engsten Querschnitt der Lavaldüse bis unter die Kondensationstemperatur und den Sättigungsdampfdruck vermieden werden.Preferably, it is further provided that the process medium is overheated by the entry of heat from the outer wall of the first housing in the Laval nozzle. Thus, a temperature drop of the process medium to the narrowest cross section of the Laval nozzle can be avoided to below the condensation temperature and the saturation vapor pressure.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass im Bereich der Lavaldüse an der Außenwand des ersten Gehäuses angeordnete Heizrippen dazu ausgebildet sind, mittels der Strömung des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse die Außenwand des ersten Gehäuses zum Eintrag von Wärme in die Lavaldüse zu erwärmen. Durch Vorsehen der Heizrippen kann eine Oberfläche der Außenwand des ersten Gehäuses vergrößert werden, um somit den Wärmeübertrag in die Lavaldüse weiter zu steigern.According to a further preferred embodiment, it is provided that in the region of the Laval nozzle arranged on the outer wall of the first housing heating fins are adapted to heat by means of the flow of the process medium through the second housing, the outer wall of the first housing for introducing heat into the Laval nozzle. By providing the heating fins, a surface of the outer wall of the first housing can be increased, thus further increasing the heat transfer into the Laval nozzle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Strömung des Prozessmediums durch eine in dem Stator ausgebildete Öffnung, um eine Innenwand des Stators zum Eintrag von Wärme in die Lavaldüse zu erwärmen, in einen Innenbereich des Stators geführt wird. Somit kann ein Wärmetransport aus der Lavaldüse in den Stator verringert bzw. ein hohes Temperaturniveau in der Lavaldüse beibehalten werden.According to a further preferred embodiment, it is provided that the flow of the process medium through an opening formed in the stator to heat an inner wall of the stator for introducing heat into the Laval nozzle, is guided into an inner region of the stator. Thus, a heat transfer from the Laval nozzle can be reduced in the stator or maintained a high temperature level in the Laval nozzle.

Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Strömung des Prozessmediums aus dem Innenbereich des Stators mittels zumindest einer Öffnung des Stators in die Lavaldüse abgeführt wird. Die in den Innenbereich des Stators geführte Strömung des Prozessmediums kann somit aus dem Stator effizient in die Lavaldüse abgeführt werden.Preferably, it is further provided that the flow of the process medium is discharged from the interior of the stator by means of at least one opening of the stator in the Laval nozzle. The flow of the process medium conducted into the interior of the stator can thus be efficiently removed from the stator into the Laval nozzle.

Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.The described embodiments and developments can be combined with each other as desired.

Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.The accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention.

Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The illustrated elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other.

Es zeigen:Show it:

1 einen Teilabschnitt einer beispielhaft Mikrodampfturbine; 1 a subsection of an exemplary micro steam turbine;

2 eine Querschnittsansicht eines Teilabschnitts einer beispielhaft Mikrodampfturbine; 2 a cross-sectional view of a portion of an exemplary micro steam turbine;

3 eine Querschnittsdarstellung eines Teilabschnitts einer Mikrodampfturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 3 a cross-sectional view of a portion of a micro steam turbine according to a first embodiment of the invention;

4 eine Querschnittsdarstellung des Teilabschnitts der Mikrodampfturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 4 a cross-sectional view of the subsection of the micro steam turbine according to a second embodiment of the invention;

5 eine Querschnittsdarstellung des Teilabschnitts der Mikrodampfturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und 5 a cross-sectional view of the subsection of the micro steam turbine according to a third embodiment of the invention; and

6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erwärmen einer Lavaldüse der Mikrodampfturbine gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung. 6 a flow chart of a method for heating a Laval nozzle of the micro steam turbine according to the first to third embodiments of the invention.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures of the drawings, like reference characters designate like or functionally identical elements, components or components unless otherwise indicated.

3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Teilabschnitts einer Mikrodampfturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a cross-sectional view of a portion of a micro steam turbine according to a first embodiment of the invention.

Die Mikrodampfturbine weist zumindest einen Stator 10 auf. Darüber hinaus ist ein erstes, den Stator 10 umgebendes Gehäuse 12 vorgesehen. Der Stator 10 ist innen hohl ausgebildet und weist eine Außenwand 10a und eine Innenwand 10b auf. Das erste Gehäuse 12 ist ebenfalls hohl ausgebildet und weist eine Innenwand 12a und eine Außenwand 12b auf. In einem Bereich zwischen der Außenwand 10a des Stators 10 und der Innenwand 12a des ersten Gehäuses 12 ist eine Lavaldüse 14 angeordnet. Die Lavaldüse 14 dient der Beaufschlagung eines (in 3 nicht dargestellten) Rotors mit einer Strömung SP eines Prozessmediums. Das erste Gehäuse 12 umgibt den Stator 10 vollständig.The micro-steam turbine has at least one stator 10 on. In addition, a first, the stator 10 surrounding housing 12 intended. The stator 10 is hollow inside and has an outer wall 10a and an inner wall 10b on. The first case 12 is also hollow and has an inner wall 12a and an outer wall 12b on. In an area between the outer wall 10a of the stator 10 and the inner wall 12a of the first housing 12 is a Laval nozzle 14 arranged. The Laval nozzle 14 serves the admission of a (in 3 not shown) rotor with a flow S P of a process medium. The first case 12 surrounds the stator 10 Completely.

Des Weiteren ist ein das erste Gehäuse 12 vollständig umgebendes zweites Gehäuse 16 vorgesehen. Zwischen der Außenwand 12b des Stators 10 und einer Innenwand des zweiten Gehäuses 16 ist ein Hohlraum ausgebildet.Furthermore, one is the first housing 12 completely surrounding second housing 16 intended. Between the outer wall 12b of the stator 10 and an inner wall of the second housing 16 a cavity is formed.

Die Strömung SP des Prozessmediums tritt über eine in einem oberen Bereich des zweiten Gehäuses 16 ausgebildete Öffnung in das zweite Gehäuse 16 ein. Das Prozessmedium weist im Bereich des zweiten Gehäuses 16 eine Temperatur von ≥ 600 K auf. Das durch das zweite Gehäuse 16 strömende Prozessmedium gibt somit Wärme an das zweite Gehäuse 16 sowie an das in dem zweiten Gehäuse 16 angeordnete erste Gehäuse 12 ab.The flow S P of the process medium enters via an upper region of the second housing 16 formed opening in the second housing 16 one. The process medium points in the area of the second housing 16 a temperature of ≥ 600 K on. That through the second housing 16 flowing process medium thus gives heat to the second housing 16 as well as in the second housing 16 arranged first housing 12 from.

Die Strömung SP des Prozessmediums strömt von dem zweiten Gehäuse 16 durch eine in dem ersten Gehäuse 12 ausgebildete Öffnung in das erste Gehäuse 12 und von dort in die Lavaldüse 14 zur Beaufschlagung des (in 3 nicht gezeigten) Rotors der Mikrodampfturbine.The flow S P of the process medium flows from the second housing 16 through one in the first housing 12 formed opening in the first housing 12 and from there into the Laval nozzle 14 to charge the (in 3 not shown) rotor of the micro steam turbine.

Das zweite Gehäuse 16 ist somit dazu ausgebildet, mittels der Strömung SP des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse die Außenwand 12b des ersten Gehäuses 12 zum Eintrag von Wärme in die Lavaldüse 14 zu erwärmen. Dadurch, dass das zweite Gehäuse 16 das erste Gehäuse 12 vollständig umgibt und das zweite Gehäuse 16 durch das Prozessmedium erwärmt ist, wird ein Wärmetransport aus der Lavaldüse an die Umgebung, d.h. das erste Gehäuse und/oder den Stator, verringert.The second housing 16 is thus adapted, by means of the flow S P of the process medium through the second housing, the outer wall 12b of the first housing 12 to introduce heat into the Laval nozzle 14 to warm up. Because of that, the second case 16 the first case 12 completely surrounds and the second housing 16 heated by the process medium, a heat transfer from the Laval nozzle to the environment, that is, the first housing and / or the stator is reduced.

4 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Teilabschnitts der Mikrodampfturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 4 shows a cross-sectional view of the subsection of the micro steam turbine according to a second embodiment of the invention.

In 4 weist das erste Gehäuse 12 im Bereich der Lavaldüse 14 an der Außenwand 12b des ersten Gehäuses 12 Heizrippen 18 auf. Die Heizrippen 18 vergrößern die Oberfläche der Außenwand 12b des ersten Gehäuses 12. Dadurch wird der Wärmeeintrag von dem zweiten Gehäuse 16 in die Lavaldüse 14 gesteigert. Alternativ können die Heizrippen 18 auch an einer anderen geeigneten Stelle des ersten Gehäuses 12 angeordnet werden.In 4 has the first housing 12 in the area of the Laval nozzle 14 on the outside wall 12b of the first housing 12 heating ribs 18 on. The heating ribs 18 enlarge the surface of the outer wall 12b of the first housing 12 , As a result, the heat input from the second housing 16 in the Laval nozzle 14 increased. Alternatively, the heating ribs 18 also at another suitable location of the first housing 12 to be ordered.

5 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Teilabschnitts der Mikrodampfturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 5 shows a cross-sectional view of the subsection of the micro steam turbine according to a third embodiment of the invention.

In 5 weist der Stator 10 eine in einem mittigen Bereich des Stators 10 ausgebildete Öffnung 20 auf, durch welche die Strömung SP des Prozessmediums in einen Innenbereich des Stators führbar ist. Dies weist den Effekt auf, dass der Innenbereich des Stators 10, insbesondere die Innenwand 10b des Stators 10, durch das Prozessmedium erwärmt wird. Somit kann ein Wärmetransport aus der Lavaldüse 14 an die Umgebung, d.h. den Stator 10, verringert werden. Der Stator 10 weist des Weiteren zwei Öffnungen 21 zum Abführen der Strömung SP des Prozessmediums aus dem Innenbereich des Stators in die Lavaldüse 14 auf.In 5 points the stator 10 one in a central area of the stator 10 trained opening 20 on, through which the flow S P of the process medium in an inner region of the stator feasible is. This has the effect that the interior of the stator 10 , in particular the inner wall 10b of the stator 10 , is heated by the process medium. Thus, a heat transfer from the Laval nozzle 14 to the environment, ie the stator 10 , be reduced. The stator 10 also has two openings 21 for discharging the flow S P of the process medium from the interior of the stator into the Laval nozzle 14 on.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erwärmen einer Lavaldüse der Mikrodampfturbine gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung. 6 FIG. 10 is a flowchart showing a method of heating a laval nozzle of the micro-steam turbine according to the first to third embodiments of the invention.

In Schritt S1 des Verfahrens zum Erwärmen der Lavaldüse 14 der Mikrodampfturbine wird die Strömung SP des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse 16 der Lavaldüse 14 zugeführt. In Schritt S2 wird mittels der Strömung SP des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse 16 die Außenwand 12b des ersten Gehäuses 12 zum Eintrag von Wärme W in die Lavaldüse 14 erwärmt. In dem optionalen Schritt S3 wird die Strömung SP des Prozessmediums durch eine in dem Stator 10 ausgebildete Öffnung 20, um die Innenwand 10b des Stators 10 zum Eintrag von Wärme W in die Lavaldüse 14 zu erwärmen, in den Innenbereich des Stators 10 geführt. In dem optionalen Schritt S4 wird die Strömung SP des Prozessmediums aus dem Innenbereich des Stators 10 mittels zumindest einer Öffnung 21 des Stators 10 in die Lavaldüse 14 abgeführt.In step S1 of the method for heating the Laval nozzle 14 the micro-steam turbine, the flow S P of the process medium through the second housing 16 the Laval nozzle 14 fed. In step S2, by means of the flow S P of the process medium through the second housing 16 the outer wall 12b of the first housing 12 for introducing heat W into the Laval nozzle 14 heated. In the optional step S3, the flow S P of the process medium through one in the stator 10 trained opening 20 to the inner wall 10b of the stator 10 for introducing heat W into the Laval nozzle 14 to heat in the interior of the stator 10 guided. In the optional step S4, the flow S P of the process medium from the interior of the stator 10 by means of at least one opening 21 of the stator 10 in the Laval nozzle 14 dissipated.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto but is modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

Beispielsweise kann die Formgebung des zweiten Gehäuses 16 an bauliche Anforderungen der Mikrodampfturbine angepasst werden. Überdies sind beispielsweise getrennte Kanäle zur Führung der Strömung SP des Prozessmediums in dem zweiten Gehäuse 16 zur Zuführung in die Lavaldüse 14 und zur Erwärmung der Lavaldüse 14 über die Außenwand des ersten Gehäuses vorstellbar. For example, the shape of the second housing 16 adapted to structural requirements of the micro steam turbine. Moreover, for example, separate channels for guiding the flow S P of the process medium in the second housing 16 for feeding into the Laval nozzle 14 and for heating the Laval nozzle 14 imaginable over the outer wall of the first housing.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010009832 A1 [0006] DE 102010009832 A1 [0006]

Claims (10)

Mikrodampfturbine, mit: einem Stator (10); einem ersten, den Stator (10) umgebenden Gehäuse (12), wobei in einem zwischen einer Außenwand (10a) des Stators (10) und einer Innenwand (12a) des ersten Gehäuses (12) ausgebildeten Hohlraum eine Lavaldüse (14) zur Beaufschlagung eines Rotors mit einer Strömung (SP) eines Prozessmediums angeordnet ist; und einem zweiten, das erste Gehäuse (12) umgebendes Gehäuse (16), wobei die Strömung (SP) des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse (16) der Lavaldüse (14) zuführbar ist, und wobei das zweite Gehäuse (16) dazu ausgebildet ist, mittels der Strömung (SP) des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse (16) eine Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) zum Eintrag von Wärme (W) in die Lavaldüse (14) zu erwärmen.Micro steam turbine, comprising: a stator ( 10 ); a first, the stator ( 10 ) surrounding housing ( 12 ), wherein in one between an outer wall ( 10a ) of the stator ( 10 ) and an inner wall ( 12a ) of the first housing ( 12 ) formed cavity a Laval nozzle ( 14 ) is arranged to act on a rotor having a flow (S P ) of a process medium; and a second, the first housing ( 12 ) surrounding housing ( 16 ), wherein the flow (S P ) of the process medium through the second housing ( 16 ) of the Laval nozzle ( 14 ), and wherein the second housing ( 16 ) is designed, by means of the flow (S P ) of the process medium through the second housing ( 16 ) an outer wall ( 12b ) of the first housing ( 12 ) for introducing heat (W) into the Laval nozzle ( 14 ) to heat. Mikrodampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmedium durch den Eintrag von Wärme (W) von der Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) in die Lavaldüse (14) zwischenüberhitzbar ist.Microdampfurbine according to claim 1, characterized in that the process medium by the entry of heat (W) from the outer wall ( 12b ) of the first housing ( 12 ) into the Laval nozzle ( 14 ) is reheatable. Mikrodampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) zumindest im Bereich der Lavaldüse (14) Heizrippen (18) aufweist.Microdampfurbine according to claim 1 or 2, characterized in that the outer wall ( 12b ) of the first housing ( 12 ) at least in the region of the Laval nozzle ( 14 ) Heating ribs ( 18 ) having. Mikrodampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (SP) des Prozessmediums durch eine in dem Stator (10) ausgebildete Öffnung (20), um eine Innenwand (10b) des Stators (10) zum Eintrag von Wärme (W) in die Lavaldüse (14) zu erwärmen, in einen Innenbereich des Stators (10) führbar ist. Microdampfurbine according to any one of the preceding claims, characterized in that the flow (S P ) of the process medium by a in the stator ( 10 ) formed opening ( 20 ) to an inner wall ( 10b ) of the stator ( 10 ) for introducing heat (W) into the Laval nozzle ( 14 ) in an interior region of the stator ( 10 ) is feasible. Mikrodampfturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) zumindest eine Öffnung (21) zum Abführen der Strömung (SP) des Prozessmediums aus dem Innenbereich des Stators (10) in die Lavaldüse (14) aufweist.Microdampfurbine according to claim 4, characterized in that the stator ( 10 ) at least one opening ( 21 ) for discharging the flow (S P ) of the process medium from the interior of the stator ( 10 ) into the Laval nozzle ( 14 ) having. Verfahren zum Erwärmen einer Lavaldüse (14) einer Mikrodampfturbine, wobei die Mikrodampfturbine einen Stator (10) und ein erstes, den Stator (10) umgebendes Gehäuse (12) aufweist, wobei in einem zwischen einer Außenwand des Stators (10) und einer Innenwand (12a) des ersten Gehäuses (12) ausgebildeten Hohlraum die Lavaldüse (14) zur Beaufschlagung eines Rotors mit einer Strömung (SP) eines Prozessmediums angeordnet ist, und wobei die Mikrodampfturbine ein zweites, das erste Gehäuse (12) umgebendes Gehäuse (16) aufweist, wobei die Strömung (SP) des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse (16) der Lavaldüse (14) zugeführt wird (S1), und wobei mittels der Strömung (SP) des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse (16) eine Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) zum Eintrag von Wärme (W) in die Lavaldüse (14) erwärmt wird (S2).Method for heating a Laval nozzle ( 14 ) of a micro-steam turbine, wherein the micro-steam turbine is a stator ( 10 ) and a first, the stator ( 10 ) surrounding housing ( 12 ), wherein in one between an outer wall of the stator ( 10 ) and an inner wall ( 12a ) of the first housing ( 12 ) formed cavity the Laval nozzle ( 14 ) is arranged to act on a rotor having a flow (S P ) of a process medium, and in which the micro-steam turbine has a second, the first housing ( 12 ) surrounding housing ( 16 ), wherein the flow (S P ) of the process medium through the second housing ( 16 ) of the Laval nozzle ( 14 ) (S1), and wherein by means of the flow (S P ) of the process medium through the second housing ( 16 ) an outer wall ( 12b ) of the first housing ( 12 ) for introducing heat (W) into the Laval nozzle ( 14 ) is heated (S2). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmedium durch den Eintrag von Wärme (W) von der Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) in die Lavaldüse (14) zwischenüberhitzt wird.A method according to claim 6, characterized in that the process medium by the entry of heat (W) from the outer wall ( 12b ) of the first housing ( 12 ) into the Laval nozzle ( 14 ) is overheated. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Lavaldüse (14) an der Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) angeordnete Heizrippen (18) dazu ausgebildet sind, mittels der Strömung (SP) des Prozessmediums durch das zweite Gehäuse (16) die Außenwand (12b) des ersten Gehäuses (12) zum Eintrag von Wärme (W) in die Lavaldüse (14) zu erwärmen.A method according to claim 6 or 7, characterized in that in the region of the Laval nozzle ( 14 ) on the outside wall ( 12b ) of the first housing ( 12 ) arranged heating ribs ( 18 ) are designed, by means of the flow (S P ) of the process medium through the second housing ( 16 ) the outer wall ( 12b ) of the first housing ( 12 ) for introducing heat (W) into the Laval nozzle ( 14 ) to heat. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (SP) des Prozessmediums durch eine in dem Stator (10) ausgebildete Öffnung (20), um eine Innenwand (10b) des Stators (10) zum Eintrag von Wärme (W) in die Lavaldüse (14) zu erwärmen, in einen Innenbereich des Stator (10) geführt wird (S3).Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that the flow (S P ) of the process medium by a in the stator ( 10 ) formed opening ( 20 ) to an inner wall ( 10b ) of the stator ( 10 ) for introducing heat (W) into the Laval nozzle ( 14 ) in an interior of the stator ( 10 ) (S3). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung (SP) des Prozessmediums aus dem Innenbereich des Stators (10) mittels zumindest einer Öffnung (21) des Stators (10) in die Lavaldüse (14) abgeführt wird (S4).Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the flow (S P ) of the process medium from the interior of the stator ( 10 ) by means of at least one opening ( 21 ) of the stator ( 10 ) into the Laval nozzle ( 14 ) is discharged (S4).
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