DE19846224A1 - Dampfturbine mit einem Abdampfgehäuse - Google Patents

Abstract

Bei einer Dampfturbine (1) mit einem Abdampfgehäuse (2) soll das Abdampfgehäuse (2) mit besonders einfachen Mitteln unter Wahrung günstiger Strömungseigenschaften des Abdampfes an verschiedene Kombinationen von einem dem Abdampfgehäuse (2) vorgeschalteten Eintrittsgehäuse (26) und einem Kondensator anpaßbar sein. Dazu umfaßt erfindungsgemäß der Außenmantel (34) des Abdampfgehäuses (2) einen ersten, zylindermantelförmigen Mantelteil (36), der über einen Versteifungsring (38) mit einem zweiten, kegelmantelförmigen Mantelteil (40) verbunden ist, wobei zur Führung des Abdampfstromes innerhalb des Außenmantels (34) am Versteifungsring (38) ein kegelmantelförmiges Führungselement (44) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfturbine mit einem Abdampfgehäuse

Eine Dampfturbine wird üblicherweise in einer Kraftwerksan­ lage zum Antrieb eines Generators oder in einer Industriean­ lage zum Antrieb einer Arbeitsmaschine eingesetzt. Dazu wird der Dampfturbine als Strömungsmedium dienender Dampf zuge­ führt, der sich in der Dampfturbine arbeitsleistend ent­ spannt. Nach seiner Entspannung gelangt der Dampf üblicher­ weise über ein Abdampfgehäuse der Dampfturbine in einen die­ ser nachgeschalteten Kondensator und kondensiert dort. Das Abdampfgehäuse kann dabei axial oder auch radial durchströmt sein. Das Kondensat wird sodann als Speisewasser einem Dampf­ erzeuger zugeführt und gelangt nach seiner Verdampfung erneut in die Dampfturbine, so daß ein geschlossener Wasser-Dampf- Kreislauf entsteht.

Das Turbinengehäuse einer Dampfturbine ist üblicherweise aus mehreren Gehäuseabschnitten zusammengesetzt, die in ihrer konstruktiven Dimensionierung an vorgegebene Randparameter wie beispielsweise die gewünschte Leistungsgröße angepaßt sind. Insbesondere im Hinblick auf die fortschreitende Stan­ dardisierung und Modularisierung im Kraftwerksbau können die Gehäuseabschnitte dabei auch für eine geeignete Kombination mit anderen Standardbauteilen dimensioniert sein.

Bei einer Dampfturbine mit axialer Abströmung durchströmt der Abdampf das Abdampfgehäuse in im wesentlichen zur Hauptachse des Turbinenläufers paralleler Richtung. Ein derartiges Kon­ zept kann beispielsweise besonders im Einsatz in sogenannten Gas- und Dampfturbinenanlagen vorteilhaft und wünschenswert sein. Bei einer Dampfturbine mit axialer Abströmung ist der Turbinenläufer üblicherweise in einem innerhalb des Abdampf­ gehäuses angeordneten, von einer Innennabe umgebenen Endlager gelagert. Die Innennabe bildet dabei gemeinsam mit dem Außen­ mantel des Abdampfgehäuses einen Strömungsraum für den Ab­ dampf mit kreisringförmigem Querschnitt, der üblicherweise nahezu über die gesamte Länge des Abdampfgehäuses als Kreis­ ringdiffusor ausgebildet ist.

Das Abdampfgehäuse ist üblicherweise über einen umlaufenden Radialflansch an dem ihm vorangehenden, auch als Eintrittsge­ häuse bezeichneten Gehäuseabschnitt angeordnet. Hinsichtlich seines Dampfeinströmbereiches ist der durch das Abdampfge­ häuse gebildete Kreisringdiffusor somit durch die Abmessungen des Eintrittsgehäuses weitgehend festgelegt. Diese können je­ doch je nach vorgegebener Leistungsgröße der Dampfturbine und somit nach ausgewähltem Standardmodul für das Eintrittsge­ häuse vergleichsweise stark variieren. Andererseits ist der Kreisringdiffusor dampfausgangsseitig in seiner Dimensionie­ rung durch den Anschlußdurchmesser des nachgeschalteten Kon­ densators festgelegt, der wiederum aus Standardisierungsgrün­ den in der Regel unabhängig von der Leistungsgröße der Dampf­ turbine einheitlich gewählt ist.

Die Anpassung des Abdampfgehäuses und des dabei gebildeten Kreisringdiffusors an eine letztendlich durch die Leistungs­ größe der Dampfturbine vorgegebene Kombination eines Stan­ dardmoduls für das Eintrittsgehäuse mit einem Standardmodul für den Kondensator kann somit vergleichsweise aufwendig sein, zumal aufgrund der Funktionalität als Diffusor der Aus­ gestaltung des Strömungsweges besondere Aufmerksamkeit zu widmen ist. Eine derartig aufwendige Anpassung kann die durch die Modularisierung und/oder Standardisierung der Komponenten erzielbaren Vorteile weitgehend kompensieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dampf­ turbine mit einem Abdampfgehäuse anzugeben, bei der das Ab­ dampfgehäuse mit besonders einfachen Mitteln unter Wahrung günstiger Strömungseigenschaften des Abdampfes an verschie­ dene Kombinationen von Eintrittsgehäuse und Kondensator an­ paßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Außen­ mantel des Abdampfgehäuses einen ersten, zylindermantelförmi­ gen Mantelteil umfaßt, der über einen Versteifungsring mit einem zweiten, kegelmantelförmigen Mantelteil verbunden ist, wobei zur Führung des Abdampfstromes innerhalb des Außenman­ tels am Versteifungsring ein kegelmantelförmiges Führungsele­ ment angeordnet ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß für eine besonders einfache Anpassung des Abdampfgehäuses an eine be­ liebige Kombination von Eintrittsgehäuse und Kondensator eine weitgehende Verwendung von Standardbauteilen unter Gewährlei­ stung einer hohen Flexibilität bei der Ausgestaltung des Strömungskanals vorgesehen sein sollte. Als Standardbauteile sind dabei insbesondere der zylindermantelförmige erste und der kegelmantelförmige zweite Mantelteil vorgesehen. Der er­ ste Mantelteil ist dabei für einen Anschluß an den Radial­ flansch des Eintrittsgehäuses vorgesehen, der unabhängig von der Leistungsgröße der Dampfturbine in Standardabmessungen ausgeführt sein kann. Der zweite Mantelteil hingegen ist für den Anschluß an den Kondensator vorgesehen und entsprechend dessen üblicherweise standardisierter Dimensionierung eben­ falls in Standardabmessungen ausgeführt. Die kegelmantelför­ mige Ausbildung des zweiten Mantelteils begünstigt dabei des­ sen Einsatz im Diffusorbereich.

Die leistungsgrößenabhängige Anpassung erfolgt dann in ver­ gleichsweise einfacher Art und Weise durch das kegelmantel­ förmige Führungselement, das innerhalb des ersten Mantelteils angeordnet ist und den Einströmquerschnitt für den Dampf auf den gewählten Auslaßquerschnitt des vorgeschalteten Ein­ trittsgehäuses begrenzt.

Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Führungselement ein­ gangsseitig bis über die in Strömungsrichtung des Abdampfes gesehen letzte Laufschaufelreihe. Auf diese Weise ist ein strömungstechnisch besonders günstiger Übergang vom Ein­ trittsgehäuse in den Abströmbereich erreichbar, so daß die Diffusorfunktion auf besonders zuverlässige Weise sicherge­ stellt.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist der Turbinenläu­ fer der Dampfturbine in einem innerhalb des Abdampfgehäuses angeordneten, von einer Innennabe umgebenen Endlager gela­ gert, wobei die Innennabe ein erstes, im wesentlichen kegel­ mantelförmiges Nabenteil und ein zweites, im wesentlichen zy­ lindermantelförmiges Nabenteil umfaßt. Das Führungselement gemeinsam mit dem zweiten Mantelteil im Außenbereich und die Lnnennabe im Innenbereich bilden dabei einen Diffusor mit kreisringförmigem Querschnitt, der insbesondere durch eine geeignete Dimensionierung des ersten, kegelmantelförmigen Na­ benteils auf einfache Weise für ein besonders günstiges Strö­ mungsverhalten ausgelegt sein kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß durch den ersten und den zweiten Mantelteil des Außenmantels auf besonders einfache Weise über Standard­ bauteile ein Anschluß des Abdampfgehäuses sowohl an das vor­ geschaltete Eintrittsgehäuse als auch an den nachgeschalteten Kondensator ermöglicht ist, wobei durch das Führungselement eine Anpassung an das je nach geforderter Leistungsgröße spe­ zifisch gewählte Eintrittsgehäuse gewährleistet ist. Durch das Führungselement ist zudem eine strömungstechnisch gün­ stige Ausformung des Strömungsbereichs erreicht, wobei insbe­ sondere in Kombination mit dem kegelmantelförmigen Nabenteil der Innennabe auch bei variierender Strömungsgeometrie des Eintrittsgehäuses ein zuverlässig wirkender Kreisringdiffusor gebildet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch eine Dampfturbine im Längsschnitt.

Die Dampfturbine 1 gemäß der Figur umfaßt ein Abdampfgehäuse 2, durch das in der Dampfturbine 1 entspannter Dampf in axia­ ler Abströmrichtung einem in der Figur nicht näher darge­ stellten, der Dampfturbine 1 nachgeschalteten Kondensator zu­ führbar ist. Die Dampfturbine 1 ist im Ausführungsbeispiel zum Einsatz als Industrieturbine vorgesehen und für eine me­ chanische Leistung von etwa 6 bis 8 MW ausgelegt. Alternativ kann die Dampfturbine 1 aber auch zum Einsatz als Kraftwerk­ sturbine mit vergleichsweise höherer mechanischer Leistung vorgesehen sein.

Innerhalb des Abdampfgehäuses 2 ist ein als Radiallager aus­ gebildetes Endlager 4 für den Turbinenläufer 6 der Dampftur­ bine 1 angeordnet. Der Turbinenläufer 6 ist zudem in einer Anzahl weiterer, als Radial- und/oder Axiallager ausgebilde­ ter Lager 8 um seine Mittelachse 10 drehbar gelagert. Das in einer Innennabe 12 angeordnete Endlager 4 umfaßt Lagerteile 14, 16, die gemeinsam ein Lagergehäuse für das eigentliche Lager 18 des Endlagers 4 bilden. Weitere Einzelheiten bezüg­ lich der Ausgestaltung des Endlagers 4 sowie der zugehörigen Dichtungsanordnung sind ebenfalls aus der Figur erkennbar; sie werden der Übersicht halber an dieser Stelle jedoch nicht erörtert.

Am Turbinenläufer 6 ist eine An zahl von zu Schaufelgruppen zusammengefaßten Laufschaufeln 20 angeordnet, die gemeinsam mit ortsfest angeordneten Leitschaufeln 22 eine Umsetzung ki­ netischer Energie des die Dampfturbine 1 durchströmenden Dampfes in Rotationsenergie des Turbinenläufers 6 bewirken.

Der Turbinenläufer 6 ist in einem vorderen Bereich 24 von ei­ nem Eintrittsgehäuse 26 umgeben, an dem zum Einlaß von Dampf in die Dampfturbine 1 ein Dampfsammelraum 28 angeordnet ist. Über den Dampfsammelraum 28 gelangt unter Hochdruck stehender Dampf in das Innere des Eintrittsgehäuses und somit in den Bereich der Laufschaufeln 20 und der Leitschaufeln 22, wo er sich arbeitsleistend entspannt. In einem in Strömungsrichtung des Dampfes gesehen hinteren Bereich 30 hingegen ist der Tur­ binenläufer 6 vom Abdampfgehäuse 2 umgeben, das über einen umlaufenden Radialflansch 32 direkt mit dem Eintrittsgehäuse 26 verbunden ist.

Für eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise ist die Dampfturbine 1 unter Verwendung einer großen Anzahl stan­ dardisierter Komponenten hergestellt. Dabei ist sowohl der Radialflansch 32 als auch ein nicht näher dargestellter An­ schlußflansch des nachgeschalteten Kondensators unter Verwen­ dung von Standardmaßen dimensioniert. Zum Anschluß an diese Komponenten weist das Abdampfgehäuse 2 einen Außenmantel 34 auf, der einen ersten, zylindermantelförmigen Mantelteil 36 umfaßt. Der Mantelteil 36 ist dabei hinsichtlich seiner Di­ mensionierung, insbesondere hinsichtlich seines Durchmessers, an den Radialflansch 32 angepaßt und unmittelbar an diesen angeschlossen.

Der Mantelteil 36 ist dampfausgangsseitig über einen umlau­ fenden Versteifungsring 38 mit einem zweiten, kegelmantelför­ migen Mantelteil 40 verbunden, der seinerseits dampfausgangs­ seitig über einen umlaufenden Radialflansch 42 unmittelbar an den Anschlußflansch des Kondensators angeschlossen ist. Der Radialflansch 42 ist dabei hinsichtlich seiner Dimensionie­ rung ebenfalls standardisiert und an die Standardmaße des An­ schlußflansches des Kondensators angepaßt.

Die Dampfturbine 1 ist in modularer Bauweise ausgeführt und durch die Wahl eines geeigneten Moduls für das Eintrittsge­ häuse 26 an eine vorgegebene Leistungsgröße angepaßt. Die An­ passung an die Leistungsgröße erfolgt dabei unter Beibehal­ tung der standardisierten Maße für den Radialflansch 32 durch geeignete Wahl der Innengeometrie beispielsweise des Ein­ trittsgehäuses 26. Zur leistungsgrößenspezifischen Anpassung des Abdampfgehäuses 2 an das Eintrittsgehäuse 26 ist inner­ halb des Außenmantels 34 am Versteifungsring 38 ein kegelman­ telförmiges Führungselement 44 zur Führung des Abdampfstromes angeordnet.

Das Führungselement 44 erstreckt sich eingangsseitig bis über die in Strömungsrichtung des Abdampfes gesehen letzte Reihe 46 der Laufschaufeln 20 und bildet dabei eine radiale Abdich­ tung der Laufschaufeln 20 der letzten Reihe 46 zum Außenman­ tel 34. Durch geeignete Wahl des Öffnungswinkels des das Füh­ rungselement 44 beschreibenden Kegels ist dabei auch bei fest vorgegebenem und somit standardisierten Durchmesser des Ver­ steifungsrings 38 eine besonders einfache Anpassung des Strö­ mungsraums im Abdampfgehäuse an die spezifische Innengeome­ trie des Eintrittsgehäuses 26 möglich.

Zur Ausbildung eines für die Abströmung des Dampfes besonders günstigen kreisringförmigen Diffusors umfaßt die das Endlager 4 umschließende Innennabe ein erstes, im wesentlichen kegel­ mantelförmiges Nabenteil 48. Zudem ist zur Bildung der In­ nennabe 12 ein zweites, im wesentlichen zylindermantelförmi­ ges Nabenteil 50 vorgesehen. Der Kreisringdiffusor des axia­ len Abströmgehäuses 2 ist damit außen aus dem Führungselement 44 und dem anschließenden zweiten Mantelteil 40 und innen aus dem ersten, kegelmantelförmigen Nabenteil 48 und anschließend aus dem zweiten, zylindermantelförmigen Nabenteil 50 gebil­ det.

Das Endlager 4 ist mitsamt der Innennabe 12 durch einen in einem unteren Bereich durch das Abdampfgehäuse 2 geführten, auf einen nicht näher dargestellten Fundamentblock gestützten Träger 52 gehaltert.

Claims (3)

1. Dampfturbine (1) mit einem Abdampfgehäuse (2), dessen Außenmantel (34) einen ersten, zylindermantelförmigen Mantel­ teil (36) umfaßt, der über einen Versteifungsring (38) mit einem zweiten, kegelmantelförmigen Mantelteil (40) verbunden ist, wobei zur Führung des Abdampfstromes innerhalb des Au­ ßenmantels (34) am Versteifungsring (38) ein kegelmantelför­ miges Führungselement (44) angeordnet ist.

2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1, deren Führungselement (44) sich eingangsseitig bis über die in Strömungsrichtung des Abdampfes gesehen letzte Laufschaufelreihe erstreckt.

3. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2, deren Turbinen­ läufer (6) in einem innerhalb des Abdampfgehäuses (2) ange­ ordneten, von einer Innennabe (12) umgebenen Endlager (4) gelagert ist, wobei die Innennabe (12) ein erstes, im wesent­ lichen kegelmantelförmiges Nabenteil (48) und ein zweites, im wesentlichen zylindermantelförmiges Nabenteil (50) umfaßt.