DE1751947A1

DE1751947A1 - Mengenregelung fuer Turbomaschinen

Info

Publication number: DE1751947A1
Application number: DE19681751947
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl-Ing Roeder
Original assignee: AEG Kanis Turbinenfabrik GmbH
Current assignee: Alstom Power Turbinen GmbH
Priority date: 1968-08-22
Filing date: 1968-08-22
Publication date: 1971-09-02
Also published as: FR2016189A1; GB1274473A; DE1751947B2

Description

AEG-KMIS TURBUTEirPABRIX GMBH 8500 Nürnberg 2, Frankenstraße 70-80

WernerAe Erf .-Hr.; Ve 10/059 Menarenreceltinec für 3hirbomaschlnen

Die Erfindung betrifft eine Mengenregelung für Strömungsmaschinen , die mit Düsen- bzw. Düsengruppenabschaltung arbeitet«

Zur Vermeidung der Gefälleverlust«, die bei Drosselregelung auftreten, verwendet man Mengenregelungen, bei denen der Strömungequerschnitt zumindest der ersten beaufschlagten Düsen bzw· Leitschaufeln dem gewünschten Durchsatz entsprechend eingestellt wird* Bei Wasserturbinen wird der Düsenquerschnitt in vollkommener Weise dem gewünschten Durchsatz dadurch angepaßt, daß aamtliche Leitschaufeln gleichsinnig um denselben Betrag verdreht werden· Diese Art der Mengenregelung stößt bei Dampf- und Gasturbinen, insbesondere wenn diese mit hohen Temperaturen arbeiten, auf erhebliche mechanische Schwierigkeiten, so daß man sich entweder mit der Absperrung einzelner Düsen bzw· Düsengruppen bei Teildurcheätzen begnügt (Düsengruppenregelung) oder den ersten !Peil der Beschaufelung für den kleinsten wirtschaftlich zu verarbeitenden Durchsatz aus-

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legt und eine Vergrößerung des Durchsatzes durch Einleitung des Arbeitemittels in spätere Stufen erreicht (StufehÜberbrückung nach Parsons).

Nengenregelung durch Stufenüberbrückung weist den Kachteil auf, daß bei einer Vergrößerung des Arbeitsmitteldurchsatses immer weniger Stufen für die fiiergieumvandlung verfügbar sind, während immer mehr Stufen überbrückt werden und an der Energieumwandlung nicht teilnehmen« In den überbrückten Stufen entstehen Ventilationsverlustβ, um die sich die verfügbare Leistung der Maschine verringert. Darüber hinaus mufi sur Vermeidung einer Oberhitisung der überbrückten Stufen deren Durchströmung sichergestellt werden, was dadurch geschieht, daß das Arbeitsmedium hinter den überbrückten Stufen nicht mit vollem Dampfdruck, sondern gedrosselt eingeführt wird. Ea treten also bei der Mengenregelung durch Stufenüberbrückung Verluste durch Drosselung und Ventilation sowie durch Verringerung der thermodynamiachen Güte infolge der Verkleinerung der für die Energieumseteung verfügbaren Stufensahl ein.

Die Mengenregelung durch Düsen- bsw. Düeengruppenabechaltung bedingt eine Teilbeaufschlagung der nachfolgenden ersten Laufschaufelreihe, die bei mehrstufigen Turbinen im Durchmesser größer ausgeführt werden muß als die nachfolgenden vollbeaufeohlagten Stufen, damit die aus den beaufschlagten Sektoren austretenden Dampfstrahlen die vollbeaufschlagten Stufen nicht ungünstig beeinflussen können· Dies ist bei Turbinen, die nur ein kleines Gefälle iu verarbeiten haben, besonders nachteilig!

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da die teilbeaufschlagte erste Regelstufe einen großen Teil dieses Gefälles mit niedrigerem Wirkungsgrad verarbeitet als die anderen Stufen und damit den .Gesamtwirkungsgrad besondere bsi l'eildurchaätzen ungünstig beeinflußt. Diese Kachteile sollen durch die erfindungsgemäße Mengenregelung vermieden werden.

Die Erfindung besteht darin, daß ein radial-zentripetal durchströmter, in abschaltbaren Düsen oder Düsengruppen aufgeteilter ^ Leitschaufelring vorgesehen ist, der die nachfolgenden Schaufelreihen, deren Durchströmung im wesentlichen axial erfolgt, beaufschlagt»

Bei voller öffnung aller Regelventile arbeitet der radial durchströmte Leitschaufelring mit dem axial durchstrc.jten ersten Laufkranz in derselben Weise zusannen, wie dies bei Wasserturbinen der Francis- und Kaplan-Bauart der Fall ist. Die Verringerung des Arbeitsmitteldurchsatzes wird durch das Abschalten von Düsen bzw» Düsengruppen durch das Schließen der zugehörigen Regelventile erreicht» Dabei werden mit Rücksicht auf möglichst symmetrische Temperatur- und Strömungsverhältnisse innerhalb der Beschaufelung vorzugsweise diametral einander gegenüberliegende Sektoren des Leitschaufelringes abgesperrt, so daß die noch vom Arbeitsmittel durchströmten Düsen bzw, Düsengruppen einander vorzugsweise ebenfalls diametral gegenüberliegen. Die Arbeitsmittelströmung innerhalb des Leitschaufelringes besitzt unmittelbar an den beaufschlagten Sektoren außer der von der Leitechaufelstellung erzwungenen Umfangskomponente auch eine auf

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den Mittelpunkt gerichtete Radialkomponente, die la Bereich der unbeaufschlagten Sektoren nicht vorhanden let· BeIa Weiterströmen des Arbeitsmittels bis zum Eintritt in die erste !•aufschaufelreihe ändert eich die Uafangskomponente nach dem Flächenaatz, während die Radialkomponente in axialer Richtung umgelenkt wird« Dabei gleichen sich die Unterschiede aus, so daß vor der ersten Laufsohaufelreihe eine nach OrSBe und Richtung weitgehend gleichmäßige Zuetrömgeechwindigkeit herrscht* Daher werden der erste Laufschaufelkrans und die nachfolgenden Stufen voll beaufschlagt»

Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert«

In der Zeichnung ist der Brfindnngsgedanke Io Prinzip dargestellt, und zwar Figur Λ für eine einflutige, in figur 2 für eine doppelflutige Turbine im Längsschnitt, während figur 3 einen Querschnitt und figur 4 eine Turbine für geregelten Entnahme-, Zweidruck- oder ZwlechenÜberhitBungsbetrieb zeigt. In den figuren let der Leltschaufelring alt 1 bezeichnet. Hit I₁ und 1g (fig· 3) sind die für geringste Durohsatsaengen bestimmten« vorzugsweise von eines gemeinsamen ersten Hegelventil (nicht dargestellt) beherrschten, außerhalb der Turbine verbundenen Dttsengruppen gekennzeichnet, während die benachbarten Düsengruppen 1? und I4. gemeinsam dem sweiten Regelventil, Düsengruppo ic dem dritten und 1g dem vierten Regelventil nachgeschaltet sind» Hit 2 ist die erste Laufschaufelreihe und alt 3 der ZuBtrüxak&nnl zwischen dem Leitschaufelring 1 und der ersten

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!»aufschaufelreihe 2, mit 4 die übrige Beschaufelung gekennzeichnet«

In Raum 3 bildet eich durch den Anstellwinkel der Leitschaufel 1 gegenüber der radialen Sichtung eine Strömung aus, deren Umfangekomponente von dem im leltsohaufelring 1 umgesetzten Gefälle abhängt und damit am größten ist bei geringster Beaufschlagung, während die Meridiankomponente dieser Strömung »it der Größe des Durchsatzes des Arbeitsmedium wächst und daher bei voller Beaufschlagung des Leitschaufelringes 1 ihren höchsten Wert erreicht. Infolgedessen erhalten die Düsen der nacheinander zuzuschaltenden Düsengruppen in der Reihenfolge ihrer Zusehaltung größer werdende Ausströmwlnkel« Der Düsenring 1 wird in den zur Aufnahme der Leitachaufeln und/oder Stopfbuchslabyrinthe 5 vorgesehenen Trägern 6 befestigt« Diese durch eine aohsparallele Teilfuge zweigeteilten Träger 6 werden durch Befestigungselemente, also s«B< Schrauben, Klammern oder, wie dargestellt, einteilige Ringe 8 dichtend zusammengehalten« Die Arbeitsmittelzuführungsrohre 9 dienen gleichzeitig zur Zentrierung der Träger 6 gegenüber dem Außengehäuse 7 und gestatten den Trägern 6 eine freie Dehnung unter dem Einfluß der Arbeitemitteltemperatur bei Aufrechterhaltung der genauen Zentrierung gegenüber dem Außengehäuse 7· Zwischen der Innenkontur des Turbinenaußengehäuses 7 und der Außenkontur des geteilten Trägers 6 verbleibt ein Rau» 10 (I¹Ig. 3) für den vollständigen Gegendruckausgleich innerhalb des Gehäuses·

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In der figur 4 ist eine Turbine für geregelten Batnahae-, Zw^idruck- oder Zvischenüberhitsungsbetrieb dargestellt· Die be id on. Turbinenseiten alt den Etnatröaungen für den &rtnahae- bzw. Qegendruck sind durch eine Oehäuseachulter 11, an der sich der Träger 6 für die leitbeschaufelung und die Zwisohenlabyrinthe 12 abstützt, getrennt.

Als Torteile der erfindungsgeaäBen Kengenregelung sind zu nennen:

Tolle Beaufschlagung aller Stufen bis auf den Düsenring,

bessere Ausnutzung der Auslafienergie in den darauffolgen-Stufen, besondere bei der ersten Laufschaufelreihe_t

raumsparende Zuführung des Arbeitsaediuns an die Beschaufelung,

geringerer Flatzbedarf für die Beschaufelung, wodurch eine größere Stufenzahl bei gleicher Länge ausgeführt werden kann als bei anderen Mengenregelungen,

Ausführbarkeit der Turbine in ein- oder zweiflutiger Bauart alt einem Innengehäuse, das alt dem von den radialen Daapfzuführungen wärmeelastisch zentrierten Düsenring eine Einheit bildet und die Leitschaufeln sowie bei einflutigen Turbinen die Ausgleichskolbenlabyrinthe trägt, während das Turbinengehäuse nur dem Qegendruck standzuhalten hat und nur der Abdampftemperatur ausgesetzt ist«

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Claims

AEG-EAHIS TÜHBUiEKFABßlK ONSH 8500 Nürnberg 2, ?ranlcenatraße 70~8ü

Werner/he Srf»-Hr.: Ve 10/059

.Patentansprüche

1, Mengenregelung für Strömungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein radial-zentripetal durchströmter, in abschaltbare Düsen oder !Düsengruppen aufgeteilter Leitschaufelring (1) vorgesehen ist, der die nachfolgenden Schaufelreihen (2), deren Durchströmung ist wesentlichen axial erfolgt, voll beaufschlagt.

2. Mengenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise diametral gegenüberliegende Büsengruppen paarweise zu- oder abgeschaltet werden und daß einander benachbarte Düsengruppenpaare nacheinander beaufschlagt werden*

3, Mengenregelung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in höheren Laetbereichen die Düsengruppen einzeln zugeschaltet werden«

4. Mengenregelung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Düsen der Düeengruppe in der Reihenfolge ihrer Zuschaltung größer werdende Abstronwinkel aufweisen.

5« Hengenregelung nach dim Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der loitsehaufelring (1) in einem zumindest } durch Verbindungsmittel zu einer Einheit 109836/0349

susa&mengefügten Träger (6) angeordnet let, in des die Leitschaufel sowie bei einflutigen Turbinen auch das Auegleichkolbenlabyrinth (5) eingebaut iat·

6t Mengenregelung nach den vorhergehenden Ansprüchen, lnsbeaondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daB der Leiteohaufal- und Ausgleionkolben-Labyrinthtrager (6) durch radial angeordnete Arbeitamittalsufffhnmgerohre (9) in der Weise in Turbinengehäuse (7) sentriert wird, daB er sich in Abhängigkeit von der feaperatur daa Arbeitsmittels frei dehnen kann, ohne eich dabei außermittig verschieben su können·

7. Mengenregelung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennseichnet, daB durch die Verwendung des erfindungagemäßen Leitschaufel- und Ausgleichkolben-Labyrinthtragers daa Turbinengehäuse (7) selbst nicht den hohen Vertan das Druckes und der Temperatur dea zuströmenden Mediums, sondern nur ait den niedrigeren dee abströmenden Mediums beansprucht iat·

8. Mengenregelung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennseichnet, daB «wischen den Einströmrohren (9)^innerhalb des Gehäuses (7) und außerhalb des Leitschaufel- und Ana· gleichkolben-Labyrinthtrlgare (6) genügend Baum (12) für den vollständigen Gegendruokausglelch frei bleibt·

9« Turbine mit Mengenregelung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennseichnet, daß aumindest bei in der Acharioh-

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tung ungeteilter Ausführung des Gehäuses (7) die sonst notwendigen OehSueeabsohlußflansche zur Aufnehme der Gehäusedeckel auf der einen Seite ersetzt werden durch einen nach innen ragenden Gehäuse vor sprung, an den der Gehäusedeckel durch den inneren Oberdruck angepreßt wird, auf der anderen Seite durch einen geteilten Einlege-, ungeteilten Bajonett- oder Gewindering, wobei eventuell auftretender Leckdampf in besonderen Kammern aufgefangen wird.

10« Turbine mit Mengenregelung nach Anspruch 1, dadurch gekenn» zeichnet, daß unter Verwirklichung eines, mehrerer oder sämtlicher übriger Ansprüche eine geregelte Entnahme und/ oder Einspeisung von Arbeitsmittel bzw« Zwischenüberhltzungsbetrieb durchgeführt wird durch Ausführung je eines erfindungsgemäßen Leitschaufelringes (1) für den Hoch- und Hiederdruokteil♦

11. !Turbine für geregelte Entnahme und/oder Einspeisung bzw. Zwischenüberhitzung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dafl die DuBenringe (1) für den Hoch- und Niederdrückten in einem gemeinsamen Leltschaufelträger (6) untergebracht sind, der auch das erforderliche Zwischenlabyrinth (12) trägt.

12# Turbine für Zweidruckbetrieb nach den Ansprüchen 1 bis 9» jedoch nicht 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein einziger Leitachaufelring (1) Verwendung findet, bei dem

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der Erstdampf in einen Teil, der Zweitdaapf In den anderen Teil der vorzugsweise einander diaaetral gegenüberliegenden Düsen oder Düeengruppen eingeleitet wird.

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