DE19527662C1 - Leitschaufelstruktur für eine Dampfturbine sowie Verwendung der Leitschaufelstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelstruktur für eine Dampfturbine mit zumindest einem tragenden Leitschaufeldeckel und einem weiteren Leitschaufeldeckel. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer solchen Leitschaufelstruktur sowie eine Dampfturbine mit einer in einem Gehäuse fixierten Leitschaufelstruktur.

Bei Dampfturbinen mit Anzapfung wird an einer Anzapfstelle oder mehreren Anzapfstellen Dampf aus dem Gehäuse der Dampf­ turbine abgeleitet. Das Gehäuse weist hierzu an vorgegebenen Positionen entsprechende Anzapfstutzen auf. Der Druck des ab­ gezapften Dampfes hängt davon ab, hinter welcher Turbinen­ stufe, d. h. hinter welchem in Strömungsrichtung angeordneten Leitschaufeldeckel die Anzapfung erfolgt. Die Anzapfung er­ folgt häufig hinter einem Paket aus zwei bis drei Leitschau­ feldeckeln. Die Leitschaufeldeckel können aneinander ge­ schweißt oder mittels radial verlaufender Stifte verbunden sein. Durch diese Befestigungsart sind Anzahl und Lage der in der Dampfturbine einsetzbaren Leitschaufeldeckel vorgegeben, so daß ebenfalls eine vorgegebene unveränderbare Anzapfung erfolgt.

In der DE 28 28 490 B2 ist ein Stator für eine Turbomaschine beschrieben, bei dem eine Anzahl von Zwischenwänden mit Leit­ schaufeln zu einem Paket zusammengebaut sind, das als Einheit im Statorgehäuse montiert ist. Jede Zwischenwand ist hierbei von einem Ring umfaßt, die jeweils entsprechende Vertiefungen aufweisen, so daß benachbarte Ringe ineinandergreifen und ei­ nen direkten mechanischen Kontakt besitzen. Der in Strömungs­ richtung erste Ring ist mit dem Statorgehäuse verbunden. Die weiter stromab liegenden Ringe sind durch einen sie durch­ dringende Bolzen zwischen dem ersten Ring und einem keine Zwischenwand umschließenden in dem Gehäuse fixierten Füh­ rungsring befestigt. Die beschriebene Turbomaschine weist ein einziges solches Paket mit unveränderbarem axialen Abstand zwischen den Zwischenwänden auf.

In der DE-PS 4 83 287 ist eine Überlastdüse für Dampfturbinen beschrieben mit einem Durchflußraum für den Überlastdampf mit nahezu unveränderlicher Spaltbreite. Der Durchflußraum wird durch Ausdrehen des oberen Teils eines Zwischenbodens herge­ stellt. Der Zwischenboden ist in dem Durchflußraum durch Ver­ wendung eines Abstandstückes von dem Gehäuseteil beabstandet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Leitschaufelstruktur anzugeben, bei der Anzahl und Lage der Leitschaufeldeckel va­ riabel sind, so daß eine einfach veränderbare Anzapfung ge­ währleistet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Verwendung der Leitschaufelstruktur, so­ wie einer Dampfturbine mit fixierter Leitschaufelstruktur.

Die auf eine Leitschaufelstruktur für eine Dampfturbine ge­ richtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest eine Gruppe von Leitschaufeldeckeln, welche weitgehend <rota­ tionssymmetrisch zu einer Hauptachse sind und zumindest je eine zur Hauptachse parallel verlaufenden Schraubenöffnung aufweisen, vorgesehen ist, umfassend zumindest einen tragen­ den Leitschaufeldeckel zur Fixierung der Gruppe in der Dampf­ turbine und zumindest einen weiteren Leitschaufeldeckel. Die­ ser weitere Leitschaufeldeckel ist je nach für eine Anzapfung über die Gruppe zu erzielenden Druckabfall in Richtung der Hauptachse in einem entsprechenden Abstand vor oder hinter dem tragenden Leitschaufeldeckel angeordnet und an diesem durch ein im wesentlichen parallel zur Hauptachse gestrecktes durch die Schraubenöffnung geführtes Befestigungselement be­ festigt.

Durch die weitgehend parallel verlaufenden Schraubenöffnungen in den Leitschaufeldeckeln können standardisierte Leitschau­ feldeckel mit dem Befestigungselement aneinander befestigt werden. Die Zahl der Leitschaufeldeckel ist dabei variabel und kann beispielsweise zwei bis fünf betragen. Der weitere Leitschaufeldeckel kann dabei in Strömungsrichtung gesehen sowohl vor oder hinter dem tragenden Leitschaufeldeckel ange­ ordnet und mit diesem befestigt sein. Bei Verwendung mehrerer weiterer Leitschaufeldeckel können diese in nahezu beliebiger Anordnung stromab und stromauf des tragenden Leitschaufel­ deckels angeordnet sein. Hierdurch ist bei vorgegebener Posi­ tion der Anzapfstutzen in einer Dampfturbine selbst bei vor­ gegebener Position des tragenden Leitschaufeldeckels eine Va­ riation des Druckgefälles durch eine veränderte Anordnung der weiteren Leitschaufeldeckel gegeben. Hierdurch kann durch ei­ ne veränderte Anordnung der Leitschaufeldeckel ohne weitere Maßnahmen eine Veränderung des Anzapfdruckes erreicht werden.

Zwischen zwei benachbarten Leitschaufeldeckeln ist vorzugs­ weise ein Distanzring angeordnet, wodurch der axiale Abstand der Leitschaufeldeckel zueinander und damit der Stufe defi­ niert wird.

Der Distanzring weist vorzugsweise ebenfalls eine Schrauben­ öffnung auf, durch die das Befestigungselement führbar ist, wodurch eine Positionierung des Distanzringes ohne weitere Maßnahmen erreicht ist. Selbstverständlich kann der Distanz­ ring auch so angeordnet sein, daß er von dem Befestigungsele­ ment nicht durchdrungen wird.

Das Befestigungselement ist vorzugsweise lösbar, wodurch auch im nachhinein eine Veränderung der Leitschaufelstruktur auf einfache Art und Weise durchgeführt werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ohne Veränderung der Lage der Anzapfstellen der Druck des abgezapften Dampfes geändert werden soll.

Das Befestigungselement ist hierzu vorzugsweise eine Schrau­ be. Diese kann zum Ausgleich von Temperaturdehnungen und zur Minimierung von Wärmespannungen als Dehnbolzen ausgeführt sein. Die Schraubenöffnung eines Leitschaufeldeckels kann zu­ dem so geformt sein, daß sie einen solchen Dehnbolzen bündig aufnimmt, so daß dieser in dem Leitschaufeldeckel versenkt ist. Die Schraubenöffnung ist bevorzugt eine Durchgangsboh­ rung mit rundem Querschnitt, wobei selbstverständlich auch andere Querschnittsformen, wie rechteckig, möglich sind. Das Befestigungselement kann beispielsweise auch eine Metall­ stange sein, welche Bohrungen zur Aufnahme von Stiften auf­ weist, welche lösbar in radialer Richtung durch einen ent­ sprechenden Leitschaufeldeckel in die Metallstange eingreift. Auch hierdurch wird eine lösbare Befestigung der Leitschau­ feldeckel mittels eines Befestigungselementes erreicht. Selbst im Falle einer Reparatur, bei der das Befestigungs­ element beschädigt wird bleiben dennoch die Leitschaufel­ deckel unbeschädigt und können erneut mittels eines neuen Be­ festigungselementes zu der gewünschten Leitschaufelstruktur zusammengefaßt werden, die in ihrer ursprünglichen Form somit erhalten bleibt.

Die auf eine Verwendung der Leitschaufelstruktur gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leitschaufelstruktur in einer Dampfturbine zur Herstellung einer veränderbaren An­ zapfung verwendet wird. Dies wird insbesondere dadurch er­ reicht, daß innerhalb einer Stufengruppe die Leitschaufel­ deckel gleich und weitgehend standardisiert hergestellt wer­ den, so daß sie unabhängig von einer konkreten Anzapfung und Lage der Anzapfstutzen herstellbar sind. Innerhalb einer Stu­ fengruppe sind durch Variation der Dicke der Distanzringe so­ wie der Anordnung zu dem tragenden Leitschaufeldeckel die weiteren Leitschaufeldeckel für eine konkrete Anzapfung ent­ sprechend anordenbar. Ist eine Änderung des Anzapfdruckes ei­ nes vorgegebenen Anzapfstutzens erforderlich, so kann die Leitschaufelstruktur neu zusammen- oder umgesetzt werden, um den gewünschten Anzapfdruck einzustellen. Dies ist mit gerin­ gem Aufwand ohne eine völlige Neukonzeption der Leitschaufel­ struktur, d. h. der Stufengruppe, durchführbar.

Erfindungsgemäß wird eine Dampfturbine mit einer veränderba­ ren Anzapfung dadurch gelöst, daß in einem, entlang einer Hauptachse gestreckten Gehäuse, eine Leitschaufelstruktur fi­ xiert ist, welche zumindest einen tragenden Leitschaufel­ deckel und einen weiteren Leitschaufeldeckel aufweist. Diese Leitschaufeldeckel sind weitgehend zu der Hauptachse rotati­ onssymmetrisch und weisen zumindest je eine zu der Hauptachse weitgehend parallel verlaufende Schraubenöffnung auf, durch welche ein im wesentlichen parallel zur Hauptachse gestreck­ tes Befestigungselement geführt ist. Die Fixierung der Leit­ schaufelstruktur in dem Gehäuse erfolgt über den tragenden Leitschaufeldeckel. Der tragende Leitschaufeldeckel ist hier­ zu vorzugsweise radial nach außen weiter gestreckt als der weitere Leitschaufeldeckel und ragt in eine eine Dichtfläche bildende Nut des Gehäuses hinein. Die Veränderbarkeit der Leitschaufelstruktur wird erreicht, indem der weitere Leit­ schaufeldeckel oder die weiteren Leitschaufeldeckel nahezu in beliebiger Kombination stromab oder stromauf des tragenden Leitschaufeldeckels anordenbar sind. Durch eine Umgruppierung der vorhandenen Leitschaufeldeckel oder einer Zunahme bzw. Wegnahme eines oder mehrerer Leitschaufeldeckel stromab sowie stromauf des tragenden Leitschaufeldeckels ist der Anzapf­ druck variabel einstellbar.

Anhand der Figur wird die Leitschaufelstruktur näher erläu­ tert. Die einzige Figur zeigt in einem Längsschnitt eine Leitschaufelstruktur in einer Dampfturbine.

Die dargestellte Leitschaufelstruktur 1 ist weitgehend symme­ trisch zu der Hauptachse 4, entlang derer das Gehäuse 11 der Dampfturbine gestreckt ist. Die Leitschaufelstruktur 1 weist einen tragenden Leitschaufeldeckel 2 auf, an dem stromauf und stromab je ein weiterer Leitschaufeldeckel 3 befestigt ist. Im Bereich des äußeren Umfanges 13 der Leitschaufeldeckel 2, 3, an dem diese unmittelbar an das Gehäuse 11 angrenzen, sind in dem tragenden Leitschaufeldeckel 2 und den weiteren Leit­ schaufeldeckeln 3 eine Mehrzahl von parallel zur Hauptachse 4 verlaufenden Schraubenöffnungen 5 bzw. 6, welche als Durch­ gangsbohrungen ausgeführt sind, vorhanden. Zwischen dem tra­ genden Leitschaufeldeckel 2 und den weiteren Leitschaufel­ deckeln 3 ist jeweils ein Distanzring 7 angeordnet. Dieser Distanzring 7 weist ebenfalls eine ihn durchdringende paral­ lel zur Hauptachse 4 verlaufende Schraubenöffnung 8 auf. Durch sämtliche in einer Linie parallel zur Hauptachse 4 lie­ gende Schraubenöffnungen 5, 6 und 8 ist ein Befestigungsmit­ tel 9, eine Schraube 9a, geführt. Diese Schraube 9a ist als Dehnbolzen ausgeführt, an dessen Enden je eine Schraubenmut­ ter 16 mit einem Sicherungselement aufgezogen ist. Der tra­ gende Leitschaufeldeckel 2 ist gegenüber den weiteren Leit­ schaufeldeckeln 3 radial weiter nach außen geführt und liegt somit an einer Dichtfläche 10 des Gehäuses 11 an. Jeder Leitschaufeldeckel 2, 3 hat von dem äußeren Umfang zur Haupt­ achse 4 verlaufende Leitschaufeln 12. Mit dem Pfeil 15 ist die Strömungsrichtung des Dampfes der Dampfturbine bei Ein­ tritt zwischen die Leitschaufeln angedeutet.

Mit dem Befestigungselement 9 ist eine lösbare Befestigung und Anordnung der weiteren Leitschaufeldeckel 3 mit dem tra­ genden Leitschaufeldeckels 2 gegeben. Je nach gewünschtem Druckabfall und Lage des Druckabfalls ist auch nachträglich eine Veränderung der Leitschaufelstruktur 1 durch einfaches Lösen des Befestigungselementes 9 erreichbar. Eine Hinzunahme eines weiteren Leitschaufeldeckels 3 oder eine Wegnahme eines weiteren Leitschaufeldeckels 3 ist ebenfalls einfach möglich, indem ein entsprechend in der Länge geändertes Befestigungs­ mittel 9 verwendet wird.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Leitschaufelstruktur 1 aus, in der standardisierte Leitschaufeldeckel durch Zwi­ schenschaltung von Distanzringen unterschiedlicher Dicke an einem ebenfalls standardisierten tragenden Leitschaufeldeckel befestigt sind. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise über ein Befestigungselement, welches durch Schraubenöffnungen in den Leitschaufeldeckeln und den Distanzringen durch sämtliche Di­ stanzringe und Leitschaufeldeckel hindurchgeführt ist und diese somit zu einer Einheit verbindet. Bei vorgegebener Lage einer Anzapfstelle kann durch die variabel anpaßbare Leit­ schaufelstruktur ein gewünschter Anzapfdruck realisiert wer­ den, in dem die Anzahl und die Lage der weiteren Leitschau­ feldeckel sowie der Abstand untereinander entsprechend ge­ wählt wird. Mit dem tragenden Leitschaufeldeckel wird nicht nur eine Befestigung der weiteren Leitschaufeldeckel und eine Fixierung in dem Gehäuse der Dampfturbine erreicht sondern auch eine Abdichtung gegenüber dem Gehäuse der Dampfturbine. Es ist ebenfalls möglich Leitschaufelstrukturen dieser Art mit unterschiedlichem Durchmesser mit standardisierten Leit­ schaufeldeckeln herzustellen.

Claims (7)

1. Leitschaufelstruktur (1) für eine Dampfturbine mit einer Gruppe von Leitschaufeldeckeln (2, 3), welche weitgehend rota­ tionssymmetrisch zu einer Hauptachse (4) sind und zumindest je eine zu der Hauptachse (4) parallel verlaufende Schrauben­ öffnung (5, 6) aufweisen, umfassend zumindest einen tragenden Leitschaufeldeckel (2) zur Fixierung der Gruppe in der Dampf­ turbine und zumindest einen weiteren Leitschaufeldeckel (3), der je nach für eine Anzapfung über die Gruppe zu erzielendem Druckabfall in Richtung der Hauptachse (4) in einem entspre­ chenden Abstand vor oder hinter dem tragenden Leitschaufel­ deckel angeordnet und an diesen durch zumindest ein sich im wesentlichen parallel zur Hauptachse (4) erstreckendes und durch die Schrau­ benöffnungen (5, 6) geführtes Befestigungselement (9) befestigt ist.

2. Leitschaufelstruktur (1) nach Anspruch 1, bei der zwischen zwei benachbarten Leitschaufeldeckel (2, 3) ein Distanzring (7) angeordnet ist.

3. Leitschaufelstruktur (1) nach Anspruch 2, bei der der Di­ stanzring (7) zumindest eine Schraubenöffnung (8) aufweist, durch die ein angeordnetes Befestigungselement (9) geführt ist.

4. Leitschaufelstruktur (1) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei der jedes Befestigungselement (9) lösbar ist.

5. Leitschaufelstruktur (1) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei der jedes Befestigungselement (9) eine Schraube (9a) ist.

6. Leitschaufelstruktur (1) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei der der tragende Leitschaufeldeckel (2) eine Dichtfläche (10) bildend radial von der Hauptachse (4) weiter nach außen gestreckt ist als der weitere Leitschaufeldeckel (3).

7. Verwendung der Leitschaufelstruktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Dampfturbine mit zumindest einer in axialer Richtung vorgegebenen Anzapfstelle zur Bereitstellung einer veränderbaren Anzapfung.