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Einrichtung zur Kühlung des Rotors einer Dampfturbine Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Kühlung des Rotors des Hochdruckteils einer Dampfturbine
im Bereich des Frischdampf-Eintritts in die Turbinenbeschaufelung durch Zuführung
von Xühldampf, für den ein nach einem Regelventil abgezweigter Teil des Frischdampfes
nach einer Temperaturabsenkung verwendet wird.
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Die stark zunehmende Grdsse der Einheitsleistung von Dampfturbinen
zwingt den Konstrukteur, die ihm heute zur Verfügung stehen den Werkstoffe maximal
auszunUtzen. Turbinenteile, die mit dem heissen Dampfstrom in Berührung kommend
z. B. der Rotor, werden aus warmfesten Stählen hergestellt9 den Festigkeitseigenschaften
von der Betriebs temperatur und der Verwendungszeit abhängen.
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Während die Verwendungszeit durch die vorgesehene Lebensdauer der
Anlage bestimmt wird, lässt sich durch eine Beeinflussung der Temperatur, falls
eine solche möglich ist, ein Gewinn für die Auslegung hinsichtlich der zugrundelegenden
Festigkeitswerte erreichen. Gelingt für einen Bauteil eine Senkung der Betriebstemperatur,
so erreicht man damit eine Erhöhung der Festigkeit, was direkt ein Kriterium dafür
sein kann, ob eine bestimmte Konstruktion verwirklicht werden kann oder nicht.
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Ist eine Kühlung im Hochdruckteil einer Dampfturbine nötig, so kann
dafür Dampf mit tieferer Temperatur als jener-des Frischdampfes aus dem Kessel bezogen
werden. Dieses Vorgehen hat aber mehrere Nachteile: Der Turbinenbauer ist vom Kessellieferanten
abhängig, was schon bei der Planung zu Schwierigkeiten führen kann; es müssen Absperr-
und Regelorgane für das Kühldampfsystem eingebaut'werden, die mit der Turbinenregelung
verkettet sein müssen; Störungen bei diesen Organen können zu Havarien führen, sie
vermindern also die Betriebssicherheit.
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FUr die Bereitstellung des Kühldampfes ist auch eine andere Möglichkeit
bekannt, die darin besteht, vom Frischdampf eine Teilmenge abzuzweigen und vor der
Verwendung zu kühlen. Es ist dafür ein eigenes Kühlsystem mit den zugehörigen Absperr-
und Regelorganen notwendig, woraus sich ähnliche Nachteile wie im vorhergehenden
Fall ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den für die Kühlung des
Rotors notwendigen Kühldampf bei der entsprechenden Temperatur zu beschaffen, ohne
Absperr-, Mess- und Regeleinrichtungen dafür zu benötigen, und ihn auf optimale
Weise auszunützen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der abgezweigte
Teil des Frischdampfes einen Wärmetauscher durchströmt, der in einen Austrittsstutzen
des Hochdruckteils der Turbine oder in eine daran anschliessende Leitung eingebaut
ist, und hierauf als Kühldampf einem den Rotor unschliessenden Ringraum zugeführt
wird.
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Es ist von Vorteil, wenn der Ringraum durch Labyrinthdichtungen abgeschlossen
ist, über die der Kühldampf dem Schaufelkanal der Turbine zuströmt. Eine zweckmässige
Ausführung besteht darin, dass der Xühldampf frühestens nach der ersten Schaufelreihe
in den Sdhaufelkanal strömt. - -Der Wärmetausche) ist so ausgelegt, dass der KühldamDf
bei Volllast die vorgesehene Temperatur erreicht. Die Wärmemenge, die dem Kühldampf
bei der Abkühlung von der Frischdampf- auf die KÜhldampf-Temperatur entzogen wird,
ist nicht verloren, sondern wird im Prozess selbst wieder verwertet, indem kälterer
Dampf damit aufgeheizt wird. Die geringste, noch ausreichende Kühldampfinenge wird
bei der ersten Inbetriebnahme der Turbine, währen der ja ohnehin mehrmaliges 4wfahren
und Abstellen notwendig ist,
eingestellt und braucht später nicht
mehr geändert zu werden.
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Der den Rotor umschliessende Ringraum ermöglicht eine gleichmässige
Kühlung über den ganzen Umfang.
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Die Anordnung von Labyrinthdichtungen, die der Kühldampf überströmt,
ergibt mehrere Vorteile: Der Kühldampf strömt mit grösstmöglicher Geschwindigkeit
entlang dem Rotor, wodurch ein guter Wärmeübergang erzielt wird und daher die Menge
kleingehalten werden kann; die Dichtsegmente können gleichzeitig zur Abschirmung
des Rotors. gegen den heissen Dampfeintrittsteil der Turbine dienen; bei ungleichem
Druckverlauf in den beiden Schaufelkanälen einer doppelflutigen Turbine wird durch
die Labyrinthe verhindert dass der Kühldampf nur auf eine Seite strömen kann, wodurch
eine Seite aufgeheizt statt gekühlt und die andere Seite durch Dampf mit einer unkontrollierten
Mischtemperatur gekühlt würde.
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Der Kühldampf kann, nachdem er eine Aufgabe der Rotorkühlung erfüllt
hat, beispielsweise mit dem Frischdampf gemischt werden und gemeinsam mit diesem
der ersten Schaufelreihe zuströmen. Dabei kann es schwierig sein, das notwendige
Druckgefälle für den Kühldampf herzustellen. Zweckmäs-siger ist es, den Kühldampf
erst weiter strönungsabwärts, frühestens nach der ersten Schaufelreihe in den Schaufelkanal
einzuführen, wodurch sich von selbst das netige Druckgefälle ergibt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
die eine doppelflutige Hochdruckdampfturbine im Vertikalschnitt zeigt. Wie daraus
hervorgeht, strömt der Frische dampf über das Schnellschlussventil l-und das Regelventil
2, das auch eine V,entilgruppe sein kann, der Turbine 9 zu. Nach dem Ventil 2 wird
ein Teil der Frischdampfmenge abgezweigt, der durch die Blende 3 bemessen wird.
Diese Teilmenge gelangt in den Wärmetauscher 5, der in den Abdampfstutzen 6 der
Turbine eingebaut ist, wo sie um den vorgesehenen Betrag abgekühlt wird, umanschliessend
als Kühldampf dem Ringraum 7 zuzuströmen. Dieser umschliesst den Rotor 4 nahe seiner
heissesten Stelle und ist seitlich durch Labyrinthdichtungen 8 abgeschlossen, durch
die der Kühldampf unter Kühlung des Rotors zum czhaufelkanal strömt, in den er nach
der ersten Leitreihe- eintritt, und sich dort mit dem Frischdampf mischt.
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Der Wärmetauscher 5 kann auch in einen anderen Austrittsstutzen der
Turbine, z. B. in einen Anzapf- oder sonstigen Entnahmestutzen oder in eine an einen.
Austrittsstutzen anschlsessende Leitung eingebaut sein.