DE1551193A1

DE1551193A1 - Quick start turbine

Info

Publication number: DE1551193A1
Application number: DE19671551193
Authority: DE
Inventors: Freyer Dipl-Ing Juergen; Steinack Dipl-Ing Karl; Ehrich Dr-Ing Robert; Walter Zoerner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1967-05-16
Filing date: 1967-05-16
Publication date: 1970-03-12
Also published as: BE714459A; US3525575A; CH461537A; FR1565824A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GebH Frankfurt/Main, (Bieodor-Stern-Iai 1Licentia Patent-Verwaltungs-GebH Frankfurt / Main, (Bieodor-Stern-Iai 1

Werner/schm L 56 509 Ia/14-c Werner / schm L 56 509 Ia / 14-c

6. Nov. 196?Nov 6, 196?

N ο u β Beschreibung N ο u β Description

High-speed start turbine

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine für den Einsatz ala Schnelletartturbine zur Deckung von unvorhergesehen auftretenden Spitzenlasten.-The invention relates to a steam turbine for use ala Rapid start turbine to cover unforeseen occurrences Peak loads.

Spitzenlasten werden aus wirtschaftlichen und betrieblichen Gründen möglichst kurze An- und Abfahrseiten gefordert, damit beim plötzlichen Auftreten einer unvorhergesehenen Belastung*· spitze der Leietungabedarf umgehend gedeckt werden kann. Die An- bzw. Abfahrzeiten einer Dampfturbine richten «ich In erster Linie nach den In den Bauteilen, insbesondere la Gehäuse und im Lauffν auftretenden Wärmespannungen. For economic and operational reasons, peak loads are required to have the shortest possible start-up and shutdown sides, so that the line requirement can be met immediately in the event of an unexpected load * · peak. The start-up and shutdown times of a steam turbine are primarily based on the thermal stresses that occur in the components, in particular the housing and in the running.

Wärmeapannungen entstehen bei der plötzlichen Änderung der Temperatur des das Bauteil beaufschlagenden Arbeitsmittels, : da infolge der endlichen Wärmeleitung des Werkstoffs Ib Bauteil Teeperaturdifferenztn auftreten. Diese Wanjeepennungan sind umso größer, je dicker die Wandstärken und je gr5fier die Teaperaturanderungen des beaufschlagenden Arbeitsmittels «Ind. Heat tensions arise when the temperature of the working medium acting on the component suddenly changes, since differences in temperature occur as a result of the finite heat conduction of the material Ib component. These Wanjeepennan are all the greater, the thicker the wall thickness and the greater the temperature changes of the working equipment.

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So slad bei geringen Wandstärken und beidseitiger Wäre·b« auf-•ohlftgung die auftretenden wsjreespannungen verhältnismäßig gering* wihrend beispielsweise in eines dickwandigen Turbinengehäuse, das τοη innen durch Daspf plötzlich erwärmt wird, unzulässig hohe Vaxaespannungen auftreten können.Thus, in the case of small wall thicknesses and two-sided heat dissipation, the wsjree stresses that occur are proportionate low * while, for example, in a thick-walled turbine housing, which is suddenly heated up inside by Daspf, inadmissibly high Vaxaes tensions can occur.

Hit diesen Schwierigkeiten nuß bei Belaatungsänderungen, vor allen aber bein An- und Abfahren τοη Dampfturbinen, insbesondere aus kalten Zustand, gerechnet werden. Beim Anfahren einer Dampfturbine dürfen daher die in den Bauteilen auftretenden Warneepannungen zulässige Werte nicht überschreiten. Als kri~ teriache Bauteile werden dabei die Gehäuse- und Läuferpartien angesehen.You have to face these difficulties with changes in load all but when starting up and shutting down steam turbines, especially when they are cold, are to be expected. When approaching a Steam turbines must therefore not exceed the permissible values that occur in the components. As a kri ~ The housing and rotor parts are the teriache components viewed.

Ua die in den Oehäusepartien auftretenden Wärmespannungen herabzusetzen und damit eine Verkürzung der Anfahrzeit der Turbine zu erzielen, sind schon verschiedene Maßnahmen, beispielsweise das Anbringen einer Flanschheizung, bekannt.Among other things, reducing the thermal stresses occurring in the housing parts and thus shortening the start-up time of the turbine to achieve, various measures, such as the attachment of a flange heater, are known.

Es ist weiterhin bekannt, Turbinengehäuse von Hochdruckmaschinen in zwei- und nehrechaliger Bauart auszuführen. Diese Maßnahme verfolgte in allgemeinen den Zweck» eine Druckabstufung zu erzielen, üb die statische Beanspruchung der Teilfugenschrauben herabzusetzen, andererseits ergibt eich durch diese Maßnahme ein wirtschaftliche;? Werkstoff einsatz. Auf diese Weise können nämlich die von Dampf höchster Temperatur beaufschlagten Gehäueeteile aus hochwarcfestern Werkstoff, dagegen die Gehäuseteile in Bereich tieferer Dampftemperaturen aus weniger teu-It is also known, turbine housings of high pressure machines to be carried out in two- and nehreechalig design. This measure In general, it pursued the purpose of »achieving a pressure gradation via the static loading of the jointing screws on the other hand, results from this measure an economic? Material use. That way you can namely, the parts of the housing that are subjected to steam at the highest temperature are made of high-temperature-resistant material, whereas the parts of the housing in the region of lower steam temperatures are made of less expensive

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res Werkstoff gefertigt werden. Durch eehrachalige Bauart der Turbinengehäuse kann jedoch auch eine Ibetufung der Temperaturen erreicht werden, die su verringerten Wärmespannungen in den Gehäusen führt.res material can be manufactured. Thanks to the eehrachalige design of the Turbine casing can, however, also be achieved by increasing the temperatures, which in turn reduces thermal stresses in the casings leads.

Aber auch die im Bereich der ersten Stufen liegenden Läuferpar-■cien unterliegen erhöhten Beanspruchungen durch Wärme spannungen, da die Temperaturen in Läuferkern gegenüber dem Umfang beträchtlich hinterher "hinken". Bei der Untersuchung von Wäraeapannungsriasen an Danpfturbinenläufern iat zudem erkannt worden, daß diejenigen Läuferpartien besonders gefährdet Bind, in denen Kerben vorhanden sind, wie z.B. in den Außenstopfbüchsen und den Zwischenstopfbüchsen zwischen den einzelnen Stufen (Leitschaufelabdichtungen) sowie in den Laufschaufelbefeetlgungsnuten. Besonders rißgefährdet sind die Läufer solcher Turbinen, beispielsweise Spitzenlastmaschinen, die sehr oft an- und abgefahren werden, also eine große Zahl von Beanspruchungswechseln aufweisen.But also the rotor sections lying in the area of the first stage ■ are subject to increased stresses due to thermal stresses, since the temperatures in the rotor core “lag” considerably behind the circumference. During the investigation of Wäraeapannungsriasen on Danpfturbinenrasen it was also recognized that those parts of the rotor in which there are notches are particularly at risk, such as in the outer stuffing boxes and the intermediate stuffing boxes between the individual stages (guide vane seals) as well as in the rotor blade fastening grooves. The runners of such turbines, for example peak load machines, which are started up and shut down very often, that is to say have a large number of load changes, are particularly at risk of cracking.

Diese Gefahren zu vermeiden und eine Dampfturbine ;;u entwickeln, die mit verkürzten Anfahrzeiten als Schne.-.lstartturbine zur Deckung von Spitzenlasten herangezogen werden kann, iat Aufgabe der Erfindung.Avoid these hazards and develop a steam turbine ;; u those with shortened start-up times as a snow-oil starter turbine can be used to cover peak loads, iat the object of the invention.

Die Lösung der Aufgabe besteht daxin, daß die zwischen den Stufen vorgesehenen Zwischenstopf büchsen dadurch, auf gegenüber dem Wellenschaft größeren Durchmessern angeordnet sind, daß an den Läuferscheiben axial seitliche Ringschultern vor-The solution to the problem is that between the Steps provided intermediate stuffing box thereby, on opposite larger diameters are arranged on the shaft shaft so that axially lateral annular shoulders are in front of the carrier disks.

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gesehen sind, dtr«n radial äußere Uafangsfläohan als ßtopfbuchsdichtflachen ausgebildet sind.are seen, dtr «n radially outer peripheral surfaces are designed as stuffing box sealing surfaces.

Als weiteres Mittel sur Verringerung der Väraespannungen in der LMuftrvelle besteht die Möglichkeit, diese Läuferwelle alβ Hohlwelle auszubilden, deren Wandstärke im Bereich höherer Teaperaturen des Arbeitsaittels kleiner ist als im Bereich niedrigerer ArbeitSBitteltemperaturesAs a further means of reducing the tension in the LMuftrvelle there is the possibility of this rotor shaft as a hollow shaft, the wall thickness of which is higher The temperature of the work equipment is smaller than in the area lower working temperature

Ein AuefUhrungebeiapiel fler Xrfladung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in folgenden näher beschrieben.An example of the implementation of the charge is shown in the drawing and is described in more detail below.

In den Längsschnitt durch eine Turbine gemäß der Erfindung sind die Läuferwelle Bit 1, das Außengehäuse mit 2, ein erstes, mittleres Innengehäus» Bit 3 und ein zweites J.nnengehäuse ait 4 gekennzeichnet. Ober den mittels einer Kolbenringdurchführung 6 zentrisch-wärmebeweglich in dem am Außengehäuse 2 angeflanschten Ventilkasten 7 geführton Einströmstutzen 5 gelangt der Arbeifcsdampi' zu den in einem Düsenkranz 3 eingesetzten DJsen and den auf einer Radscheibe 9 angeordneten Schaufeln der ersten Stufe. In dem Innenraum des Innengehäuses 4, das gegenüber dem mittleren Ionengehäuse 3 aittels einer Eolbenringdurchführung 6 dampfdicht und wärmebeweglich geführt ist, teilt sich der Arbeitsmittelstrom in zwei gleichgroße, entgegengesetzt gerichtete Dampfströme. Die in den Gehäusen 2, 3, 4· eingesetzten Leitschaufelböden tragen an ihrem radial inneren Umfang S topf buche segment e "¹I, die die Druckräume vor und hinter den Leitschaufel gegenein-In the longitudinal section through a turbine according to the invention, the rotor shaft bit 1, the outer housing with 2, a first, middle inner housing with bit 3 and a second inner housing with 4 are marked. Via the inflow nozzle 5 guided by means of a piston ring leadthrough 6 centrally and thermally movable in the valve box 7 flange-mounted on the outer housing 2, the workloader reaches the DJses inserted in a nozzle ring 3 and the blades of the first stage, which are arranged on a wheel disk 9. In the interior of the inner housing 4, which is guided in a vapor-tight and heat-movable manner with respect to the central ion housing 3 by means of an Eolbenring bushing 6, the working medium flow divides into two equally large, oppositely directed vapor flows. The guide vane bases used in the housings 2, 3, 4 have on their radially inner circumference cup beech segment e " ¹ I, which oppose the pressure chambers in front of and behind the guide vane.

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ander abdichten, in den die Laufschaufeln aufnehmenden Laufrad· ehe iben 15 elnd seitlich· Ringichultern 12 angeordnet, deren radial äußere Uefaogaflächen ale Stopfbuchedichtflachen ausgebildet aind.seal the other, in the impeller receiving the rotor blades 15 and laterally circular shoulders 12, their radially outer uefaoga surfaces ale gland sealing surfaces trained aind.

Durch die nach der Erfindung vorgeaehene Anordnung der Zwiachenatopfbüchsen besteht die Möglichkeit, einen an der Oberfläche durchgehend glatten, kerbenfreien und daher weniger wärmeapannungaempfindlichen Läuferachaft zu erhalten. Die Labyrinthe der Zwiachenatopfbuchaen wurden von der Oberfläche der Welle weggenommen und an den Radkörper selbst gebracht, weil dort keine ao gefährlichen Wäraespannungen auftreten. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die von der Läuferbeaeepruchung durch unzulässige Värmespannungen herrührende Begrenzung der AnfahTBeib der Turbine erheblich herabgesetzt wird. Gleichzeitig wird die Ilaußxvärneapannungs-Rißeapfindlichkeit des Läufers herabgesetzt, d. h. es ist eine höhere Zahl von Lastwechseln, also von An- und Abfahrvorgängen, möglich, ohne daß Risse am Läufer entstellen. Weiterhin ergibt sich als Folge der radialen Verkürzung der Leitschaufelböden 10 der Vorteil, daß auch deren axiale Abmessungen verkleinert werden können, so daJ schließlich die Gesamtlänge des Läufers und der Turbine verkürst werden kann.Due to the arrangement of the Zwiachenatopfbüchsen provided according to the invention, there is the possibility of one on the surface consistently smooth, notch-free and therefore less sensitive to heat accumulation. The mazes the Zwiachenatopfbuchaen were removed from the surface of the shaft and attached to the wheel center itself because there no dangerous thermal stresses occur. Through this Measure is achieved that the runner force check limitation of the Starting up the turbine is considerably reduced. Simultaneously becomes the Ilaussxvärneapension-crack sensitivity of the runner reduced, d. H. there is a higher number of load changes, so of start-up and shutdown processes, possible without cracks on the Disfigure runner. Furthermore, as a result of the radial Shortening the guide vane bottoms 10 has the advantage that too whose axial dimensions can be reduced, so that finally the total length of the rotor and the turbine can be shortened.

Dadurch, daß nach der JErflndune die als Hohlwelle ausgebildete Läuferwelle im Bereich hoher Temperaturen des ArbeitsmittelsThe fact that, after the end of the year, the rotor shaft, which is designed as a hollow shaft, is in the area of high temperatures of the working medium

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tin· geringere Wandetärk· als Ib Bereich niedrigerer Arbeit·· ■Itteltteperaturen aufweist, wird erreicht, daß die Wänaespannungen der Ii Bereich der JSinatröarung und der ersten Stufen liegenden Läuferpartien bei in- und Abfahrvorgängen in der gleiohen Größenordnung liegen wie ie Bereich der weiter stromabwärts liegenden Stufen. Diese Tora der Läuferwelle ist deshalb aÖglioh, weil i» Bereich der ersten Stufen wegen der kleinen Sohauf«Hängen nur kleine Zentrifugalkräfte auf die Welle ausgeübt werden, während la Bereich der letzten Stufen wegen der grOderen Schaufellängen die Welle großen Zentrifugalkräften auag«s«tst ist, dort alao kompakter auegebildet sein muß. Venn die Läuferwelle ait konstanten Querschnitt auegebildet würde, würden sich bei An- und Abfahrvorgängen der Turbine im Bereich der Einströmung und der ersten Stufen, also dort, wo d..e größten TeBperaturänderungen auftreten, die größten Wärmespannungen zeigen. Im Bereich der weiter stromabwärts liegenden Btufen der Turbine ändern eich dagegen die Arbeitsmitteltemperaturen auch bei An- und Abfahrvorgängen nicht in dem Maße wie in den ersten Stufen; dort sind die Wärmespannungen demzufolge weit kleiner.tin lower wall thickness than Ib area of lower work ■ Itteltteperaturen, it is achieved that the thermal stresses of the Ii range of JSinatröarung and the first stages lying runners during entry and exit processes are in the same order of magnitude as the area of the steps further downstream. This Torah of the rotor shaft is therefore aÖglioh, because in the "area of the first stages because of the small heaps" only small centrifugal forces hang on the shaft While in the area of the last stages, due to the longer blade lengths, the shaft is usually exposed to large centrifugal forces, it must be more compact there. Venn the Rotor shaft would be formed with a constant cross-section during startup and shutdown processes of the turbine in the area of the inflow and the first stages, i.e. where the largest Temperature changes occur, which show the greatest thermal stress. In the area of the troughs further downstream Turbines, on the other hand, also change the working fluid temperatures not to the same extent as in the first stages during start-up and shutdown processes; there the thermal stresses are consequently much smaller.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltunee-OabH Frankfurt / Hain, Theodor-Stern-Iai 1 Werner / Boh «L Se 509 6. Vor. 196? Patent | tiLT> r <lcha

1. Dampfturbine für den llnsate «la Schnelletartturbine zur Deckung τοη unvorhergesehen auftretenden Spitzenlasten, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Stufen vorgesehenen Zwischenstopfbüchsen (11) dadurch auf gegenüber des Vellenechaft größeren Durchmessern angeordnet sind,1. Steam turbine for the insate «la high-speed start turbine Cover τοη unforeseen peak loads, characterized in that the intermediate stuffing boxes (11) provided between the steps are on opposite sides of the Vellenechaft are arranged with larger diameters, daß an den Lauferseheiben (13) axial seitliche Hingschultem (12) angeordnet sind, deren radial äußere Umfangeflachen als Stopfbuchsdichtflachen ausgebildet sind.that on the Lauferseheiben (13) axially lateral Hingschultem (12) are arranged whose radially outer peripheral surfaces are designed as stuffing box sealing surfaces.

2. Dampfturbine naoh Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Auebildung der Läuferwelle als Hohlwelle, deren Wandstärke la Bereich höherer Temperaturen des Arbeitemittele kleiner ist als im Bereich niedrigerer Arbeitamitteltemperaturen.2. Steam turbine naoh claim 1, characterized by the Formation of the rotor shaft as a hollow shaft, its wall thickness la range of higher temperatures of the working mediume smaller than in the range of lower average working temperatures.

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