DE2231034A1

DE2231034A1 - Axial-dampfturbine mit einem aussenund einem innengehaeuse

Info

Publication number: DE2231034A1
Application number: DE2231034A
Authority: DE
Inventors: Louis Sangiorgio; Alvin L Stock; Herman H Wittig
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-07-26
Filing date: 1972-06-24
Publication date: 1973-02-08
Also published as: US3746463A; FR2147609A5; ES404588A1; BE786674A; IT962769B; CA960147A; NL7208750A

Description

PATS	WIAKWALT	HOLZEB
DIPL. ING.	B.	SBUBO
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η	um

W. 572

Augsburg, den 23. Juni 1972

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15 222,

V.St.A.

Axial-Dampfturbine mit einem Außen- und einem Innengehäuse

Die Erfindung betrifft eine Axial-Dampfturbine mit einem Außengehäuse und einem in diesem Außengehäuse radial beweglichen Innengehäuse, und mit einem Rotor, weiter mit einer Vielzahl von im Außengehäuse angeordneten Düsenkammern

ORIGINAL INSPECTED

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und dazugehörenden, im Außengehäuse verlaufenden Einlaßleitungen, ferner mit einer, auf einer Seite der Düsenkammern angeordneten und von denselben mit Dampf versorgten ersten Turbinenstufe und mit einer, vom Auslaß der ersten Turbinenstufe mit Dampf versorgten zweiten Turbinenstufe.

Eine der Hauptschwierigkeiten, denen der Turbinenbauer gegenübersteht, ist das Einleiten von unter hohem Druok und hoher Temperatur stehendem Dampf in das Hauptturbinengehäuse und das Aufnehmen dieses Dampfes, bevor er bei der Arbeitsleistung durch die Turbinenbeschaufelung expandiert wird. Das Aufnehmen von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehendem Dampf erfordert Behälter mit dicken Wandungen oder Gehäuse, die mit Schrauben sehr großen Durchmessers in einer horizontalen Ebene zusammengeschraubt sind, da diese Gehäuse notwendigerweise aus Hälften hergestellt sind, damit der Zugang zum Inneren der Turbine sowie der Zusammenbau und die Instandsetzung erleichtert werden. Der mit hoher und sich ändernder Temperatur im Gehäuse aufgenommenen Dampf verursacht Temperaturgefälle durch die dicken Wandungen des Gehäuses hindurch. Diese Temperaturgefälle verursachen wiederum verschiedene Wärmedehnungen durch die dicken Wandungen hindurch und bewirken thermische Spannungen, welche plastische Verformungen des Gehäuses hervorrufen. Diese Wärmedehnungen und Verformungen müssen vom Konstrukteur berücksichtigt werden, wenn er die

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Spielräume zwischen dem sich drehenden Teil und dem feststehenden Teil der Turbine festlegt. Um die Temperaturgefälle in einem dickwandigen Gehäuse zu vermindern, werden Mehrgehäuseturbinen gebaut, wodurch das Druckgefälle und das Temperaturgefälle durch die einzelnen Gehäuse hindurch derart aufgeteilt werden, daß jedes Gehäuse, welches sich ungehindert ausdehnen kann, einem niedrigeren Temperatur- und Druckunterschied ausgesetzt ist und folglich dünnere Wandungen aufweisen kann. Die DUsenkammern werden im allgemeinen im Innengehäuse angeordnet, wodurch ein räumlich großes Innengehäuse notwendig ist, was wiederum zu schweren Wandungen, zusätzlichem Gewicht und Kosten führt. Eine weitere Notwendigkeit bei im Innengehäuse angeordneten Düsenkammern ist, daß in den Dampfeinlaßleitungen zwischen dem Außengehäuse und den Düsenkammern jeweils eine flexibel muffenartige Dichtungsanordnung vorgesehen sein muß, damit eine Bewegung zwischen dem Außengehäuse und den Düsenkammern möglich ist, wenn sich die Temperatur der Gehäuse während dem Anfahren und während Lastwechseln ändert. Diese flexiblen Anordnungen sind teuer in Herstellung und Wartung.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine derartige Dampfturbine so zu verbessern, daß die relative Ausdehnung zwischen den Düsenkammern und dem Innengehäuse, welches die ersten Expansionsstufen umgibt, weitgehend ver-

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vermindert ist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Axial-Dampfturbihe der eingangs dargelegten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Turbinenstufe auf der anderen Seite der Düsenkammern angeordnet und ein ringförmiger Kanal um das Innengehäuse herum vorgesehen ist, welch Letzterer den Auslaß der ersten Turbinen-· stufe mit dem Einlaß der zweiten Turbinenstufe derart verbindet, daß der aus der ersten Turbinenstufe austretende Dampf über die Außenoberfläche des Innengehäuses und über die Düsenkammern hinwegströmt und dabei das Innengehäuse die Düsenkammern kühlt, bevor er in die zweite Turbinenstufe eintritt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar: .

Pig. I einen in Achsrichtung verlau

fenden Halbschnitt einer Axial-Dampfturbine nach der Erfindung,

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Pig. 2 einen gemäß der in Pig. I ein

gezeichneten Schnittlinie II-II verlaufenden Schnitt,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt

aus Pig. I₃ der eine Dichtungsanordnung an einer Stirnseite

des Innengehäuses zeigt, und

Fig. 4 das Ineinandergreifen benach

barter DUsenkammern.

Fig. 1 zeigt einen Halbschnitt einer Axial-Dampfturbine 1 mit einem Außengehäuse 3, einem Innengehäuse 5 und einem Rotor 7.

Im Außengehäuse j5 ist eine Vielzahl von Düsenkammern 9 angeordnet. Die Düsenkammern 9 sind als Segmente ausgebildet und um den Umfang des Rotors 7 herum angeordnet. Gemäß Fig. greifen die einander benachbarten Wandungen der Düsenkammern mittels einer aus einer Nut und einem Keil gebildeten Anordnung 10 ineinander, so daß eine relative radiale Bewegung zwischen den Düsenkammern möglich ist, eine axiale Relativbewegung jedoch verhindert wird. Die aus einer Nut und einem

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Keil bestehende Anordnung 10 bildet auch eine Dichtung zwischen benachbarten Düsenkammern. Diese Düsenkammern verschließen das Innengehäuse 5 an einer Stirnseite. Die Düsenkammern 9 weisen jeweils ein Düsenkopftell 11 auf, welches eine Vielzahl von Düsen IJ enthält, welche den Treibdampf auf einen Laufschaufelkranz 15 leiten, welcher die erste Stufe oder die Steuerstufe der Turbine 1 bildet.

Das Innengehäuse 5 umschließt die Steuerstufe und zwei stromab der Steuerstufe angeordnete Reaktionsstufen I7. Die stromab gelegene Stirnseite des Innengehäuses 5 ist offen' und führt in das Außengehäuse 3.

Gemäß Fig. 2 ist das Innengehäuse 5 als Druckbehälter ausgebildet und in einer horizontalen, durch die Rotorachse verlaufenden Ebene in eine obere Hälfte 21 und eine untere Hälfte 2j5 geteilt. Die beiden Hälften des Innengehäuses werden von Schrauben 25 zusammengehalten.

Das Innengehäuse 5 ist im Außengehäuse mittels einer Vielzahl von zusammenwirkenden Keilen und Keilnuten 27, Paßstiften 28 und axialen Paßsitzen 29 befestigt, welch letztere das Innengehäuse 5 im Außengehäuse jj in seiner Lage sichern und trotzdem eine ungehinderte radiale Bewegung des Innengehäuses relativ zum Außengehäuse gestatten,

ORJGiSNAl !NSPECTSO

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wenn beim Anfahren der Turbine oder bei Lastwechseln unterschiedliche Wärmedehnungen der beiden Gehäuse auftreten.

Gemäß Fig. 3 sind die Düsenkammern 9 und das Innengehäuse 5 so angeordnet, daß die Düsenkammern das Innengehäuse an einer Stirnseite abschließen. Zwischen dem Innengehäuse 5 und den Düsenkammern ist eine Dichtung 30 vorgesehen. Die Dichtung 30 ist eine Labyrinthdichtung und besteht aus einem Dichtungsring 31* welcher aus einer Vielzahl· von um das Innengehäuse herum angeordneten Segmenten zusammengesetzt ist. Die Segmente sind in einer T-förmigen Nut 32 montiert und werden durch eine Vielzahl von Blattfedern 33 radial nach außen gedrückt. Die Düsenkopfteile 11 weisen eine Vielzahl von ringförmigen Erhebungen 35 auf, welche mit umfangsmäßig angeordneten ringförmigen Rippen 37 so in Eingriff stehen, daß die Düsenkopfteile 11 relativ zum Innengehäuse 5 frei beweglieh sind. Zwischen dem Rotor und den Düsenkopfteilen sowie den Düsenkammern ist eine Vielzahl von Labyrinthdichtungen 39* 40 und 41 angeordnet, so daß die eine Stirnseite des Innengehäuses abgedichtet wird und trotzdem eine Relativbewegung zwischen den Düsenkopfteilen und dem Innengehäuse möglich ist. Obwohl nur eine einzige Ausführungsform dargestellt Ist, können verschiedene Anordnungen zur Bildung einer Dichtung zwischen den Düsenkammern und dem Innengehäuse Anwendung finden.

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Gemäß Fig. 1 verlaufen durch das Außengehäuse 3 hindurch Einlaßleitungen 43 jeweils zu den Düsanklammern 9. An die Einlaßleitungen 43 und an das Außengehäuse 3 sind jeweils flexible Expansionsrohre 45 angeschweißt, welche zwischen den Außengehäuse und den Düsenkammern jeweils eine Dichtung und eine halbstarre Verbindung bilden, so daß die teuren flexiblen Dichtungen, eingespart werden, die wegen der unterschiedlichen Wärmedehnung der Düsenkammern und des Außengehäuses erforderlich sind, wenn die Düsenkammern direkt am Innengehäuse befestigt sind.

Eine Stirnseite des Innengehäuses 5 1st offen und führt in das Außengehäuse 3 hinein. Eine Vielzahl von Leit- und Laufschaufelkränzen 47 sind zwischen dem Außengehäuse und dem Rotor angeordnet und bilden bei der geschlossenen Stirnseite des Innengehäuses 5 eine Vielzahl von Reaktionsstufen, so daß der aus dem Innengehäuse ausströmende Dampf über die Außenoberflächen des Innengehäuses und der Düsenkammern strömt und diese Teile der Turbine dabei kühlt, bevor er in die stromab gelegenen Stufen der Turbine eintritt. Durch das Kühlen des Innengehäuses 5 und der Düsenkammern 9 wird die Temperatur vermindert und die zulässige Belastung vergrößert, wodurch dünnere Wandungen möglich sind, welche wirtschaftlicher in der Herstellung und handlicher bei der Wartung sind.

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Durch die Verminderung der Temperatur und des Druckes des Dampfes durch eine Vielzahl von Reaktionsstufen im
Innengehäuse 5 vor dem Austreten des Dampfes aus dem Innengehäuse wird die Temperatur und der Druck vermindert, welchen das Außengehäuse 3 ausgesetzt ist und folglich die
zulässige Belastung vergrößert und entsprechend der kleineren über dem Außengehäuse stehenden Druckdifferenz die tatsächliche Belastung vermindert, so daß die Wandungen des
Außengehäuses viel dünner ausgeführt sein können, wodurch
die Herstellungskosten verringert werden und die Turbine
kleiner wird und sich bei der Wartung leichter auseinandernehmen und zusammenbauen läßt.

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Claims

Patentansprüche

(l A Axrial-Dampfturbine mit einem Außengehäuse und einem in diesem Außengehäuse radial beweglichen Innengehäuse, und mit einem Rotor, weiter mit einer Vielzahl von im Außengehäuse angeordneten Düsenkammern und dazugehörenden, im Außengehäuse verlaufenden Einlaßleitungen, ferner mit einer, auf einer Seite der DUsenkammemangeordneten und von denselben mit Dampf versorgten ersten Turbinenstufe und mit einer, vom Auslaß der ersten Turbinenstufe mit Dampf versorgten zweiten Turbinenstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Turbinenstufe (47) auf der anderen Seite der Düsenkammern (9) angeordnet und ein ringförmiger Kanal um das Innengehäuse (5) herum vorgesehen ist, welch letzterer den Auslaß der ersten Turbinenstufe (17) mit dem Einlaß der zweiten Turbinenstufe derart verbindet, daß der aus der ersten Turbinenstufe austretende Dampf über die Außenoberfläche des Innengehäuses und über die Düsenkammern hinwegströmt und dabei das Innengehäuse und die Düsenkammern kühlt, bevor er in die zweite Turbinenstufe eintritt.

2. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkammern (9) als Segmente ausgebildet und um den

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Umfang des Rotors (7) herum derart angeordnet, sind, daß sie das Inhengehäuse (5) an einer Stirnseite verschließen, und daß zwischen dem Innengehäuse und den Düsenkammern eine Dichtung (j59> 40) angeordnet und so ausgebildet ist, daß eine Bewegung der Düsenkammern relativ zum Innengehäuse möglich ist. -, ■

J5. Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einander benachbarten segmentförmigen Düsenkammern (9) ineinandergreifen und so eine ringförmige Düsenkammeranordnung bilden, und daß die Düsenkammern derart ineinandergreifen, daß sie in radialer Richtung relativ zueinander frei beweglich,sind.

4. Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,_#daß die Einlaßleitungen (43) jeweils an Expansionsrohre (45) angeschweißt sind, welche zwischen . den Einlaßleitungen und den Düsenkammern (9) angeordnet sind, und daß die Expansionsrohre am Außengehäuse (3) angeschweißt sind.

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