DE2158163A1

DE2158163A1 - Dampfturbine

Info

Publication number: DE2158163A1
Application number: DE19712158163
Authority: DE
Inventors: Philip A. Glenriddle; Bonk Joseph S. Philadelphia; Conrad Kenneth C Springfield; Moore Rodney S. Broomall; Lochman Harry E. Collingdale; Torello Daniel D. Avondale; Pa. DiNenno jun. (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-12-08
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1972-07-06
Also published as: IT943749B; US3677658A; GB1303015A; CH545415A; FR2117437A5; JPS5013413B1

Description

f ATB :

Din,, ing. K. HOLZEB S 9 AUGSBURG

-HTItASSK 14 , «137*

' W. 555

Augsburg, den 23. November 1971

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V.St.A.

Dampfturbine

Die Erfindung betrifft Dampfturbinen mit einem den Läufer umgebenden, aus einem Ober- und einem Unterteil bestehenden Gehäuse und mit einer Dampfkammer, welche "

eine in der oberen Wandung des Gehäuseoberteils gebildete Öffnung verschließt und eine Ventilanordnung für das Einleiten von unter Druck stehendem Dampf in die Turbine beherbergt.

209828/0547

Bei Dampfturbinen wird unter Druck stehender Dampf einem Düsenkasten zugeleitet und gelangt von diesem aus über eine Ventilanordnung in, in einem Düsenkasten gebildete Kanäle und von diesen aus zu Düsengruppen, welche innerhalb des Turbinengehäuses und stromauf des ersten Schaufelkranzes ringförmig angeordnet sind. Der Dampfkasten beherbergt durch Fliehkraftregler gesteuerte Ventile, welche der Reihe nach betätigt werden und eine Vielzahl von Dampf wegen zwischen der Dampfkammer und in dem Düsenkasten gebildeten Kanälen öffnen bzw. schließen. Im Teillastbetrieb sind beispielsweise einige Ventile geöffnet, während andere geschlossen sind und der Dampf nur durch diejenigen Kanäle strömt, die zur Dampfkammer hin geöffnet sind.

Aufgrund der Vielfalt der möglichen Dampfquellen treten im Bereich der Dampfkammer und der Düsen beträchtliche Temperaturunterschiede auf. Der Niederdruck (ND)-Düsenkasten, welcher über die Dampfkammer mit der Ventilanordnung verbunden ist, ist symmetrisch um die Turbinenachse herum angeordnet, damit 3ich überall gleiche Beanspruchungen ergeben. Bei einigen bekannten Turbinen ist der ND-Düsenkasten in einen in dem Turbinengehäuse

209828/054?

gebildeten Schlitz eingeführt, so daß seine Außenwandung einen Teil der Turbinenwandung selbst bildet. Bei einer anderen bekannten Bauart von Turbinen, welche ein doppelwandiges Gehäuse aufweisen, ist der ND-Düsenkasten in der Nähe der Dampfkammer an das Turbinengehäuse angeschlossen und kann sich bei sich änderndenND-Dampfeinlaßtemperaturen in radialer Richtung in dem Düsenbogen innerhalb der einzelnen Düsenkästen frei ausdehnen.

Bei den meisten bekannten Turbinen mit doppelwandigem Gehäuse werden die Dampfkammer, der ND-Düsenkasten und die obere Gehäusehälfte als ein gemeinsames Gußteil hergestellt, während der Dampfkammerdeekel und der untere Gehäuseteil als gesonderte Teile hergestellt werden. Das Gießen der von Dampfkammer, ND-Düsenkasten und oberer Gehäusehälfte gebildeten Anordnung ist äußerst kompliziert und schwierig. Derartige Gußstücke sind demzufolge teuer und nur mit Schwierigkeiten zu beschaffen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Dampfturbine mit einer Dampfkammer- und Düsenkastenanordnung zu versehen, welche gegenüber

209828/0547

Temperaturänderungen unempfindlich und trotzdem einfach und billig herstellbar ist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Dampfturbine mit einem den Läufer umgebenden, aus einem Ober- und einem Unterteil bestehenden Gehäuse und mit einer Dampfkammer, welche eine in der Wandung des Gehäuseoberteiles gebildete öffnung verschließt und eine Ventilanordnung für das Einleiten von unter Druck stehendem Dampf in die Turbine beherbergt. Eine solche Dampfturbine ist gemäß der Erfindung durch einen Düsenkasten mit einer ringförmigen Anordnung von Düsengruppen und einem Hohlkörper gekennzeichnet, welcher durch die Gehäuseöffnung hindurchragt, Kanäle für das Zuführen von Dampf zu den Düsengruppen enthält und mit Abstand von den Gehäuseteilen angeordnet ist, so daß eine Wärmedehnung bzw. -kontraktion des Hohlkörpers in bezug auf die Gehäuseteile und am Umfang der Gehäuseöffnung möglich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Dampfturbine nach der Erfindung ist die Dampfkammer ein gesondertes Gußteil, welches an der Oberseite des

209828/0547

Gehäuseoberteil3 angeschraubt ist, während bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Seitenwandungen der Dampfkammer mit dem Düsenkasten ein gemeinsames Teil bilden. In letzterem Fall ist auf die Dampfkammer ein Deckel aufgeschraubt.

Bei Verwendung eines HD-Düsenkastens wird dieser ebenfalls als gesondertes Teil gegossen und durch eine Öffnung in dem ßehäuseunterteil eingeführt. f

Während bei bekannten Dampfturbinen die Turbineneinlaß gehäuseanordnung im wesentlichen aus zwei komplizierten Gußstücken besteht, ergibt sich bei der Dampfturbine nach der Erfindung eine Erleichterung der Herstellung und des Zusammenbaues des Einlaßgehäuses, da dieses aus vier oder fünf viel einfacheren Gußteilen besteht,

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. I einen Querschnitt durch eine

20982 8/0547

Dampfturbine, welche mit einem Einlaßgehäuse und einer diesem zugeordneten Düsenkastenanordnung nach der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 einen Querschnitt auf der

Linie H-II in Pig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine

weitere Ausführungsform einer Dampfturbine nach der Erfindung, und

Fig. 4 einen Schnitt auf der Linie IV-IV

in Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Axial-Dampfturbine mit einem Gehäuse 10 dargestellt, welchee eine horizontale Achse aufweist und in ein Gehäuseoberteil 12 und ein Gehäuseunterteil 14 unterteilt ist, die mit Hilfe von durch Flansche 16 hindurchgeführte Schrauben 15 miteinander verschraubt sind.

2Q9828/0547

Durch eine öffnung 18 (Fig. 2) in dem Gehäuseoberteil 12 hindurch ist ein ND-Düsenkasten 20 eingeführt. Der ND-Düsenkasten 20 weist einen oberen Umfangsflansch 22 auf, welcher mittels Schrauben 2H mit einem entsprechenden Umfangsflansch an der öffnung 18 im Gehäuseoberteil 12 verschraubt ist. Außerdem ist mit einem Plansch 26, welcher von der öffnung 18 aus nach außen ragt, eine als gesondertes Gußteil hergestellte Dampfkammer 28 verschraubt, welche mit öffnungen 30 ä

und 32 für das Einleiten von Dampf aus einer geeigneten, nicht dargestellten Dampfquelle versehen ist.

In der oberen Wandung des ND-Düsenkastens 20 ist eine Vielzahl von öffnungen 3^ gebildet, welche Ventilsitze 36 aufnehmen. Jedem Ventilsitz 36 ist ein Ventil 38 zugeordnet. Die Ventile 38 sind jeweils an einer vertikal verschiebbaren,horizontalen Hubplatte 40 gehaltert. In Fig. 1 sind in ausgezogenen Linien lediglich die Ventile der linken Hälfte der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sowie deren Ventilsitze 36 und die Hubplatte kO dargestellt. Die Ventile sind jeweils innerhalb von in der Hubplatte ^O gebildeten öffnungen verschiebbar gelagert und mit Anschlagmuttern H2 versehen, welche, wenn die Hubplatte ¹IO an ihnen angreift,

2098 28/0547

21S8163

das ihnen jeweils zugeordnete Ventil von dem betreffenden Ventilsitz 36 abheben. Dabei wird das der Mitte der Anordnung benachbarte Ventil 38 als erstes abgehoben, anschließend werden nacheinander die übrigen Ventile abgehoben bzw. geöffnet, bis schließlich das äußerste Ventil ebenfalls abgehoben wird. Die Anordnung rechts von der Mitte in Pig. 1 ist mit der links von der Mitte in ausgezogenen Linien dargestellten Anordnung identisch.

Der Dampf aus der Dampfkammer 28 gelangt nach dem Durchströmen einer der öffnungen in einem Ventilsitz 36 in einen von einer Vielzahl von Kanälen 44, welche in den ND-Düsenkasten 20 eingegossen sind. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 endigen die Kanäle 44 jeweils an einer Düsenleit Schaufelanordnung 46, Vielehe den Dampf über Laufschaufeln 48 bzw. Leitschaufeln 50 leitet, die an dem Turbinenläufer 52 bzw. an dem Gehäuse 26 befestigt sind. Die Kanäle 44 sind gemäß der Darstellung in Pig. I zwischen jeweils radialen Abstand voneinander aufweisenden Wänden 44 gebildet, die sich zwischen der Vorder- und Rückwand des ND-Düsenkastens 20 erstrecken. Unter bestimmten Betriebsbedingungen wird Dampf nur in einige der Kanäle 44 und nicht in die übrigen Kanäle eingeleitet, wodurch ungleichmäßige

2 0 9 8 ν 8 / 0 5 4 7

2(58163 9

Wärmedehnungskräfte hervorgerufen werden. Bei der Anordnung nach der Erfindung können sich Teile der Wände 54 infolge Wärmedehnung in Querrichtung zur Läuferachse ausdehnen, ohne dabei Kräfte auf andere Teile auszuüben. Die äußere Wand der Düsenkammer 20 weist von dem Gehäuse 10 einen Abstand auf, wodurch sich ein doppelwandiger Aufbau ergibt. Das gestattet ein verhältnismäßig freies Ausdehnen und Zusammenziehen

der Wände 54 des Düsenkastens 20 ohne unerwünschte ™

Wärmespannungen, die dadurch, daß die Außenfläche des Gehäuses 10 der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, hervorgerufen werden könnten.

Der untere Gehäuseteil 14 ist mit einer Öffnung versehen. Am Umfang dieser Öffnung ist eine Platte mit einer Mittenöffnung angeschraubt, in welche ein Halsteil eines HD-Düsenkastens 60 eingeschweißt bzw. eingegossen ist. Der HD-Düsenkasten 60 ist mit dem (

Hauptkessel verbunden oder wird mit zwischenerhitztem Dampf aus einer Sekundärquelle über ein zwischengeschaltetes Steuer- und Absperrventil versorgt, welches nicht dargestellt ist. In bestimmten Fällen, in welchen kein HD-Düsenkasten 60 verwendet zu werden braucht,

2098^8/0547

ÜIS8163 10

wird die öffnung 56 einfach durch eine Platte verschlossen, welche wie die Platte 58, jedoch ohne HD-Düsenkasten, ausgeführt ist. Bei Verwendung des HD-Düsenkastens 60 erhält man jedoch die beim Einleiten von auf hoher Temperatur befindlichem Dampf erforderliche Biegsamkeit, wobei für diesen Düsenkasten der gleiche erste Schaufelkranz 48 wie bei dem ND-Düsenkasten 20 verwendet wird. Der ND-Düsenkasten 20 überdeckt etwa 270⁰ des Läuferumfanges, während der HD-Düsenkasten 60 die übrigen 90 überdeckt. Bei dieser Konstruktion erhält man eine maximale Beaufschlagung der Schaufeln.

Die oben beschriebene doppelwandige Einlaßdüsenkastenanordnung besteht aus vier gesonderten Gußstücken. Der ND-Düsenkasten 20 ist ein verhältnismäßig kleines Gußstück, welches in horizontaler Lage gegossen werden kann. Beim Gießen in dieser Lage ergibt sich eine bessere Metallzuführung zu Stellen, an welchen sich der Querschnitt ändert, und ein Minimum an Rissen an diesen Stellen. Sämtliche Außenflächen sind zugänglich, wodurch Inspektion und Reparatur erleichtert werden. Durch das Absondern des komplizierten Düsenkastens werden die übrigen Teile zu ganz einfachen Gußstücken,

- 10 -

209828/0547

21SB163

wodurch sich eine Senkung der Kosten/kg des größeren Teils der Gesamtanlage ergibt. Bei Verwendung einer gesondert gegossenen Dampfkammer sind keine Bohroder Dreharbeiten erforderlich, die Dampfkammer muß vielmehr lediglich ein- bzw. zusammengebaut werden. Bohrarbeiten sind nur bei dem Gehäuseoberteil 12, dem Gehäuseunterteil I^ und den Düsenkästen 20 und 60 erforderlich.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Dampfturbine nach der Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Diese Ausführung3form entspricht im wesentlichen der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform. Teile der in den Fig. 3 und ¹I dargestellten Dampfturbine nach der Erfindung, welche den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Teilen entsprechen, sind jeweils mit gleichen Bezugs zahlen versehen. In diesem Fall sind jedoch, wie am besten aus Fig. M ersichtlich, die Seitenwände 28A und 28B der Dampfkammer 28 an den DN-Düsenkasten 20 angegossen. Die oberen Enden der Wände 28A und 28B sind mit Flanschen 62 versehen, an welche eine Deckplatte 64 angeschraubt ist. Der Hauptvorteil der in den Fig. 3 und H dargestellten Ausführungs-

- 11 -

215B163

form gegenüber der in den Pig. I und 2 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß keine innere Düsenkastenverschraubung erforderlich ist. Zur Bearbeitung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Gußstücke sind jedoch größere Bohrwerke erforderlich.

- 12 -

Claims

21 SB

Patentansprüche

II. jDampfturbine mit einem den Läufer umgebenden, aus einem Ober- und einem Unterteil bestehenden Gehäuse und mit einer Dampfkammer, welche eine in der oberen Wandung des Gehäuseobertexles gebildete Gehäuseöffnung verschließt und eine Ventilanordnung für das Einleiten von unter Druck stehendem Dampf in die Turbine beher- ™

bergt, gekennzeichnet durch einen Düsenkasten mit einer ringförmigen Anordnung von Düsengruppen (46) und einem Hohlkörper (20), welcher durch die Gehäuseöffnung (18) hindurchragt, Kanäle (44) für das Zuführen von Dampf zu den Düsengruppen enthält und mit Abstand von den Gehäuseteilen (12, 14) angeordnet ist, so daß eine Wärmedehnung bzw. -kontraktion des Hohlkörpers in beaug auf die Gehäuseteile und am Umfang der Gehäuseöffnimg möglich ist, |
2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfkammer (28) ein gesondertes Gußteil ist, welches mit der oberen Wandung des Gehäuseoberteiles (12) verschraubt ist.

- 13 -

209828/0547
3. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfkammer (28) und der Düsenkasten ein gemeinsames Gußteil bilden und daß oben an der Dampfkammer ein abnehmbarer Deckel (64) befestigt ist.
4. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß an den inneren Enden jeweils auf der von den Düsen (46) abgewandten Seite der Kanäle (44) öffnungen (34) gebildet sind und daß die innerhalb der Dampfkammer (28) gehalterte Ventilanordnung (38, 40, 42) das Einleiten von Dampf in die einzelnen Kanäle durch diese öffnungen hindurch steuert.
5. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Gehäuseunterteiles (14) eine öffnung (56) gebildet ist und daß ein als gesondertes Gußstück ausgeführter Hochdruckdüsenkasten (60) in diese öffnung eingeführt und an dem unteren Gehäuseteil befestigt ist.

o. Turbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hociidruckdüsenkasten (60) durch sine in einem

0-9 8*8/0547

Deckel (58) gebildete öffnung hindurchgeführt und mit diesem verschweißt ist, wobei dieser Deckel an dem unteren Gehäuseteil (I¹I) befestigt ist und die öffnung (56) in dem Gehäuseunterteil verschließt.

- 15 -

2Ü38Z8/0547

Lee rTe i t e