DE2253839A1 - Sperrmedium-labyrinthdichtung - Google Patents

Sperrmedium-labyrinthdichtung

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/443—Free-space packings provided with discharge channels

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Sperrmedium-Labyrinthdichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sperrmedium-Labyrinthdichtung für Dampfturbinen, insbesondere für Sattdampfturbinen von Kernkraftwerken, deren Stopfbüchse mit mehreren zwischen den Labyrinthen angeordneten Kammern ausgerüstet ist, in die einerseits ein Sperrmedium über Leitungen eingebracht wird und aus denen andererseits das Sperrmedium abgesaugt wird, wobei die äusserste Kammer, kurz Leckagekammer genannt, mit einem Leckagedampf-Kondensator und ejner Absaugepumpe über eine Leitung*verbunden ist.
Bei Dampfturbinen für Kernkraftwerke, kann das an den Wellendurchführungen abgesaugte Dampf-Luft-Gemisch wegen der möglichen Durchsetzung des Gemisches mit radioaktiven Teilchen
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nicht in die Umgebung: abgeblasen werden. Man hat daher bei einer Einrichtung der eingangs angegebenen Art ausserhalb der Leckdampfkammer noch eine weitere Kammer vorgesehen, in die der im Leckdampfkondensator nicht kondensierte Teil des aus der Leckdampfkammer abgesaugten Dampf-Luft-Gemisches zurückgeführt wird.
Da diese Kammer stets unter dem Druck der Umgebungsluft gehalten wird, kann die in ihr befindliche Luft nicht in die Umgebung austreten, sondern läuft im geschlossenen Strömungskreis um.
Die Sattdampfturbinen der Kernkraftwerke weisen Jedoch bei relativ hohem Druck immer hohe Dampfnässe auf. Und zwar auch schon im Abdampfteil des Hochdruckteiles. Dampf dieses nassen Zustandes gelangt nun unweigerlich in die Labyrinthe der Wellendurchführungen. Deshalb ist man gezwungen, die Stoffbüchse gegen den starken Erosionseinfluss durch die Verwendung von hochlegierten Materialien zu schützen. Dieser Einsatz ist neben dem grösseren Arbeitsaufwand(ζ·Β· mangelnde Schweissbarkeit) auch noch teuer und bleibt in seiner Wirkung weit hinter dem Aufwand zurück ·
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Es ist Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und die obigen Nachteile zu vermeiden, ohne den Aufwand zusätzlich zu vergrössern.
Die Lösung der Aufgabe ist dadurch ausgezeichnet, dass die innerste Kammer, Prischdampfkammer genannt, über eine Leitung, in der ein Regelventil angeordnet ist, mit der Frischdampfleitung des Hochdruckteiles der Dampfturbine verbunden ist, und das Regelventil den Druck des Frischdampfes in der Frischdampfkammer auf einen Druck wenig über dem Niveau des Abdampfes im Abdampfraum des Hochdruckteiles der Dampfturbine reduziert und hält, und zwischen Frischdampfkammer und Leckagekammer eine Ausgleichskammer vorgesehen ist. .
Die Erfindung bietet den Vorteil der vollkommenen Vermeidung von Erosionen an den Labyrinthen, obwohl kein hochlegiertes Material für die Wellendurchführungen eingesetzt zu werden braucht» Die Begründung dafür wird durch die Entspannung des Nassdampfes mittels des Regelventils gegeben,' wodurch der Nassdampf stark an Feuchtigkeit verliert oder sogar als trockengesättigter Dampf in die Frischdampfkammer eintritt. Darüber hinaus ist der Druck des Dampfes in der Frischdampfkammer derart gewählt, dass der trockengesättigte Dampf nur in den Abdampfraum des Hochdruckteiles der Dampf-
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turbine strömt und nicht umgekehrt. Dabei wird auch die AusgleIchskammer nur mit trockenem Dampf bespiesen, der aus der Frischdampfkammer kommt.
Eine besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil mit einem Druckdifferenzregler ausgerüstet ist, dessen Messteil einerseits mit dem Abdampfraum der Dampfturbine und andererseits mit der Zuführungsleitung der Frischdampfkammer verbunden ist.
Ferner ist bei Dampfturbinen mit einem dem Hochdruckteil nachgeschalteten Mitteldruckteil oder Niederdruckteil von Vorteil, dass die Ausgleichskammer und die Leckagekammer des Hochdruckteiles mit den einander entsprechenden Kammern an den Labyrinthdichtungen des Mitteldruck- oder .Niederdruckteiles verbunden sind, und in die Verbindungsleitung der Ausgleichskammern eine Zusatzdampf-Leitung mit einem Ventil eingesetzt ist, während die Leckagekammer über eine gemeinsame Verbindungsleitung mit dem Leckagedampf-Kondensator und der Absaugepumpe verbunden ist.
Durch diese besondere Ausführungsform der Erfindung erspart man sich die Einspeisung von hochgespanntem Dampf in die Stopfbüchsen des Niederdruck- oderMitteldruckteiles, woraus normalerweise Leistungeverluste resultieren.
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Anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispieles wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert, aus der zusammen mit der nachfolgenden Beschreibung weitere Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen sind.
Die Zeichnung zeigt ein Fliessschema einer Dampfturbine, bestehend aus einem Hochdruckteil· 1 und einem Niederdruckteil 2, Die Läufer 3 und 3* der beiden Turbinenteile sind symbolisch angedeutet und mit Laufschaufeln Ί und 1I1 bestückt. Die Welle 5 der Dampfturbine ist an den Lagern 6 abgestützt. Die Wellenteile werden durch die Kupplung 7 verbunden.
Das Hochdruckgehäuse 8 ist doppelflutig ausgebildet und trägt die Leitschaufeln 9. Der Frischdampf tritt über die Frischdampfleitung 10 ein und durchströmt die Hochdruckstufen wonach er in den Abdampfraum 11 des Hochdruckteiles 1 gelangt. Danach wird er in der Ueberströmleitung 12 wieder zusammengefasst und zu dem doppelflutigen Niederdruckteil 2 übergeführt, in dessen Innengehäuse er einströmt.
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Das Gehäuse des Niederdruckteiles 2 ist in doppelschaliper Bauweise ausgeführt, dessen Aussengehäuse 13 mit der Wellendurchführung: t6 versehen ist und dessen Innengehäuse 14 als Träger der Leitschaufeln 15 ausgebildet ist.
Die Wellendurchführungen.17 am Hochdruckteil 1 bestehen im wesentlichen aus den ringförmigen Kammern a,b und c und den dazwischen liegenden,nicht näher bezeichneten Labyrinthen, deren Kämme sowohl an der WeIIe1 als auch am Gehäuse 1 vorgesehen sein können.
Die Innersten Kammern a, im folgenden kurz Frischdampfkammer genannt, sind miteinander durch die Leitung 18 verbunden. An diese Verbindungsleitungü8 ist eine Speiseleitung 19 angeschlossen, die in die Frischdampfleitung 10 einmündet. In die Leitung 19 ist ein Regelventil 20 eingesetzt. Dessen Steuerteil wird durch ein Druckdifferenzregler 21 gebildet, der durch Messleitungen 22 und 23 einerseits mit der Speiseleitung 19 und andererseits mit dem Abdampfraum 11 verbunden ist.
Zwischen Abdampfraum 11 und Speiseleitung 19 bzw. der Frischdampfkammer a wird vorzugsweise eine Druckdifferenz δ ρ von ζ.Β, 0,5 - 1,0 bar aufrechterhalten, wobei in der Frischdampfkammer a der relativ höhere Druck herrscht als der Druck im Abdampfraum 11. Somit kann nur trockengesättigter Dampf in das Innere
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des Hochdruckteiles 1 gelangen und mit dem Abdampf in die Ueberströmleitung 12 abgehen. Auf der anderen Seite der Friöchdampfkammer a kann nur trockengesättigter Dampf in die Ausgleichskammer b überströmen, wobei der Druck in der Kammer b nur wenig über dem Atmösphärendruck gehalten wird, beispielsweise l,ol bar.
In der Leckagekammer c wird dagegen mittels einer an der Verbindungsleitung 24 angeschlossenen Absaugepumpe 31 ein partielles Vakuum erzeugt. Mit dieser wird einerseits die leckende Umgebungsluft und andererseits der aus der Ausgleichskammer b leckende Dampf gemeinsam als Dampf-Luft-Gemisch von der Leckagekammer c abgesaugt. Der in der Leckagekammer c bzw. in den Ableitungen 2k aufrechterhaltene Druck wird vorzugsweise bei 0,98 bar gehalten. Das abgesaugte Dampfluft-Gemisch wird inöden Leckagedampf-Kondensator 29 gebracht und das Kondensat in den Hauptkondensatkreislauf eingeführt.
Bei Dampfturbinen für Kernkraftwerke hat sich aus Gründen des
Umweltschutzes als vorteilhaft erwiesen, sauberen, überhitzten Dampf in.ldie Frischdampf kammer a einzuführen. Die Erzeugung des Dampfes geschieht beispielsweise in einem zusätzlichen Dampferzeuger f wie Wärmetauscher oder Elektro-Kessel. Damit
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bleibt auch das abgesaugte Dampf-Luft-Gemisch spaltstofffrei und sauber. Die abgesaugte Luft gelangt in eine Abklingstrecke. Einerseits kann damit eine Emission von Schadstoffen an die Umgebung vollkommen ausgeschlossen werden und andererseits zu den Wellendurchführungen 16 und 17 trockener oder auch überhitzter Dampf zugeführt werden, der bei den heute üblichen Werkstoffen Erosionsschäden ausschliesst.
Beim Niederdruckteil 2 werden die Wellendurchführungen 16 mit einer Leckagekammer c* und einer Ausgleichskammer bf versehen, die über Leitungen 25 mit den entsprechenden Kammern b und c des Hochdruckteiles 1 verbunden sind. An die Verbindungsleitung 25 der Ausgleichskammern b und b1 1st die schon erwähnte Zusatzdampf-Leitung 26 für gedrosselten oder entspannten Frischdampf angeschlossen, die mit dem Ventil ausgerüstet ist. Dieses hat die Aufgabe bei zu niedrigem Druck des Sperrmediums im Ausgleichssystem 25', bestehend aus den Ausgleichskammern b und b', sowie den Verbindungsleitungen 25 und Zusatzdampf-Leitung 26, für die Regulierung des Druckes desselben auf das vqrbestimmte Niveau zu sorgen. Hie· zu ist das in die Zusatzdampf-Leitung 26 eingesetzte Ventil 27 mit einer Messleitung 28 zum Messteil 30 versehen," die in das Ausgleichssystem 25' eingreift.
Die Erfindung kann bei entsprechender Abänderung auch auf an-
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dere Turbinen angewendet werden.Z.B. ist es auch möglich, bei Förderung von korrosiven oder erosiven Medien die Erfindung auch an Verdichtern anzuwenden, vorausgesetzt, dass Fördermedium kann durch Entspannung in seinen korrosiven oder erosiven Eigenschaften verändert werden.
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Claims (4)

137/72 D - 10 - Patentansprüche
1. Sperrmedium-Labyrinthdichtung für Dampfturbinen, insbesondere für Sattdampfturbinen von Kernkarftwerken, deren Stopfbüchse mit mehreren zwischen den Labyrinthen angeordneten Kammern ausgerüstet ist, in die einerseits ein Sperrmedium über Leitungen eingebracht wird und aus denen andererseits das Sperrmedium abgesaugt wird, wobei die äusserste Kammer, kurz Leckagekammer genannt, mit einem Leckagedampf-Kondensator und einer Absaugepumpe über eine Leitung verbunden 1st, dadurch gekennzeichnet, dass die innerste Kammer (a), Frischdampfkammer genannt, über eine Leitung (18 und 19)»in der ein Regelventil (20) angeordnet ist, mit der Frischdampfleitung (10) des Hochdruckteiles (1) der Dampfturbine verbunden ist, und das Regelventil (20) den Druck des Frischdampfes in der Frischdampfkammer (a) auf einen Druck wenig über dem Niveau des Abdampfes (12) im Abdampfraum (11) des Hochdruckteiles (1) der Dampfturbine reduziert und hält, und zwischen Frischdampfkammer (a) und Leckagekammer (c) eine Ausgleichskammer (b) vorgesehen ist.
2. Sperrmedium-Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (20) mit einem Druckdifferenzregler (21) ausgerüstet 1st, dessen Messteil einerseits mit
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dem Abdampf raum (11) der Dampfturbine (1) und andererseits mit der Zuführungsleitung (19) der Frischdampfkammer (a) • verbunden ist.*
3. Sperrmedium-Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 für Dampfturbinen mit einem dem Hochdruckteil nachgeschalteten Mitteldruckteil oder Niederdruckteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (b) und die Leckagekammer (c) des Hochdruckteiles (1)' mit den einander entsprechenden Kammern (b'jC1,) an den Labyrinthdichtungen (16) eines Mitteldruck- oder Niederdruckteiles (2) verbunden sind, und in die Verbindungsleitung (25) der Ausgleichskammern (b, b') eine Zusatzdampf-Leitung mit einem Ventil (27) eingesetzt ist, während die Leckagekammern (cs c1) über eine gemeinsame Verbindungsleitung (2k) mit dem Leckagedampf-Kondensator (29) und der Absaugepumpe (31) verbunden sind.
4. Sperrmedium-Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sauberer, überhitzter Dampf aus einem separaten Dampferzeuger in die Frischdampfkammer (a) eingeführt wird.
Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI & CIE.
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