DE2435153A1

DE2435153A1 - Turbomaschine, insbesondere dampfturbine mit hoher dampfeintrittstemperatur

Info

Publication number: DE2435153A1
Application number: DE2435153A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Keller; Bruno Krieg; Ludwig Roemer
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-07-22
Filing date: 1974-07-22
Publication date: 1976-02-12
Also published as: SE395929B; FR2279926B1; JPS5736401B2; SE7508138L; GB1508364A; DE2435153B2; IT1039211B; NL7507012A; ATA328475A; JPS5134302A; FR2279926A1; US4027996A; CH592806A5

Description

KRAi¹TWERE UNION AKTIENGESELLSCHAFT 4330 Mülheim-Ruhr,

Wieaenstraße 35

Unaer Zeichen: PA 74/9350 Mes/Fl

Turbomaachine, insbesondere Dampfturbine mit hoher Dampf eintrittatemperatur

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine, inabeaondere Dampfturbine mit hoher Dampfeintrittatemperatur, mit einem sich vor dem ersten Laufschaufelkranz radial nach außen und über den geaamten Umfang erstreckenden Ringraum zur Drallerzeugung, vobei der erate Laufschaufelkranz axial und ohne vorgeachalteten Leitachaufelkranz direkt beaufachlagt ist, sowie mit tangential in den Ringraum einmündenden und einzeln regelbaren Zuführungen für das Strömungsmedium.

Eine aolche Turbomaachine iat aus der DT-OS 2 213 071 bekannt, Bei einer derartigen Ausbildung des Einströmbereiches der Turbine, die auch bei Teillaat eine gleichmäßige Beaufachlagung dea ersten Laufschaufelkranzes und einen guten Wirkungsgrad gewährleistet, kann jedoch bei hohen Eintrittstemperaturen eine hohe Materialbeanspruchung im Ringkanal und im ersten Laufachaufelkranz auftreten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Turbine der eingangs beschriebenen Art, eine Anordnung zu schaffen, mit der in der Turbine die hohen Eintrittstemperaturen ohne Wirkungsgradverminderung schnell abgebaut bzw. ihre Einwirkungen auf den Einatrömbereich weitgehend gemildert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, daß der dem Ringraum unmittelbar nachgeschaltete Laufschaufelkranz auf einem Wellenbund mit größerem Durchmesaer als dem der nachfolgenden Beschaufelung angeordnet ist. Perner ist es zweckmäßig, daß der Ringraum durch ein geaondertea, rotationsaymmetriaches Gehäuse gebildet ist, das zwischen Turbinengehäuse und Welle angeordnet iat und zum Strömungsraum der Turbine einen umlaufenden, axial gerichteten Dampfaualaß unmittelbar vor dem ersten Laufschaufelkranz aufweist. Das

509887/0032 - 2 -

PA 74/9350

Ringraumgehäuse kann dabei im Abstand zum Turbinengehäuse und zur Welle angeordnet sein, wobei der sich so ergebende Raum zwischen Turbinengehäuse sowie Welle einerseits und Ringraumgehäuse andererseits Austrittsöffnungen zum ersten Laufschaufelkranz und zur äußeren Wellendichtung aufweist und an eine gesonderte Zuführung für kältere Strömungsmedien angeschlossen ist.

Mit einer derartigen Ausbildung des ersten Laufschaufelkranzes auf einem Wellenbund mit größerem Durchmesser kann in dieser ersten Stufe ein größeres Gefälle verarbeitet und damit Temperatur abgebaut werden, so daß die nachfolgenden Stufen mit Medium schon geringerer Temperatur beaufschlagt werden. Durch die Auskleidung des Ringraumes mit einem gesonderten Gehäuse und Kühlung des verbleibenden Spaltes mit gekühltem Medium oder mit Medium, das schon Arbeit geleistet hat und damit eine geringere Temperatur aufweist, wird dieser Bereich sicher gegenüber den hohen Eintrittstemperaturen abgeschirmt.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch den Einströmbereich einer Turbine und

i'ig. 2 einen Querschnitt durch den Einströmbereich entsprechend der Schnittlinie II-II nach Pig. 1.

Wie aus den Figuren zu ersehen ist, ist der Einströmbereich für den Frischdampf als ein sich von der Welle 1 radial nach außen und über den gesamten Umfang erstreckender Ringraum 2 ausgebildet. In diesen Ringraum 2 münden - wie insbesondere aus Fig. 2 zu ersehen ist - vier Zuführungen 3, 4, 5 und 6 für das Strömungsmedium tangential ein. Diese Zuführungen 3 bis 6 weisen dabei jeweils ein unabhängig steuerbares Drossel-

509887/0032 _ ₃ _

PA 74/9350

ventil 7, 8, 9 und 10 auf, das in der Fig. nur schematisch dargestellt ist, so daß im Sinne einer Mengenregelung, je nach der geforderten Durchflußmenge, eine oder mehrere der Zuführungen gedrosselt oder verschlossen werden können.

In dem rotationssymmetrischen Ringraum 2 bildet sich somit eine spiralförmige Drallströmung aus, die je nach der Zahl der geöffneten Zuführungen 3 Ms 6 eine andere Ausbildung erfährt. Die so entstehende variable Steigung der spiralförmigen Stromlinien ist vergleichbar mit der Neigung der Strömungskanäle in verstellbaren Leitschaufeln und entspricht auch deren Funktion. So wird erreicht, daß der nachfolgende Laufschaufelkranz 11 ohne vorgeschaltete Leitschaufeln direkt und gleichmäßig beaufschlagt wird, auch, wenn ein Seil der Zuführungen 3 bis 6 gedrosselt oder verschlossen ist.

Um nun hohe Temperaturbelastungen der Trommelstufen zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den dem Ringraum 2 unmittelbar folgenden Laufschaufelkranz 11 auf einem Wellenbund 12 mit einem größeren Durchmesser anzuordnen, als ihn die folgenden Trommelstufen 13 aufweisen. Durch den größeren Durchmesser kann die erste Stufe 11 ein größeres Gefälle verarbeiten, so daß in dem Strömungsraum 14 hinter dem Laufschaufelkranz 11 bereits ein Teil der hohen Mediumtemperatur abgebaut ist und die Trommelstufen 13 mit einem Medium niedrigerer Temperatur arbeiten können.

Um nun auch die Temperaturbelastung des Einströmbereiches herabzusetzen, kann der Ringraum 2 selbst besonders ausgebildet werden. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist der Ringraura 2 selbst durch ein gesondertes rotationssymmetrisches Gehäuse 15 umgeben bzw. gebildet, das aus einem hochfesten Material besteht. Dieses Ringraumgehäuse 15 ist dabei im Abstand zur Welle 1 und zum Turbinengehäuse 16 angeordnet, so daß sich zwischen Turbinengehäuse 16 sowie Welle 1 einerseits und dem Ringraumgehäuse 15 andererseits ein umlaufender Zwi-

509887/003? "⁴"

PA 74/9350

schenraum 17 ergibt. Dieser Zwischenraum 17 wird über eine Leitung 18, die durch daa !Turbinengehäuse 16 hindurchfiüirt und in den Zwischenraum 17 mündet, mit einem kühleren Medium beaufschlagt und schirmt somit das eigentliche Turbinengehäuse 16 in seinem Einströmbereich gegenüber dem eigentlichen Arbeitsmedium ab.

Das Ringraumgehäuse 15 erstreckt sich dabei auch über die dem ersten Laufschaufelkranz 11 gegenüberliegenden Wandungsbereich des Turbinengehäuses 16, wobei das Ringraumgehäuse 15 an der Stelle 19 direkt mit dem Turbinengehäuse 16 verbunden ist. Das Ringraumgehäuse 15 weist dabei zur Beschaufelung der Turbine einen umlaufenden, axial gerichteten Dampfauslaß 20 unmittelbar vor dem ersten Laufschaufelkranz 11 auf, so daß dieser axial beaufschlagt ist. Vom Zwischenraum 17 mündet ein Austrittsspalt 24 in den Ringraum 2, wobei sich dieser Austrittsspalt 24 unmittelbar vor dem ersten Laufschaufelkranz 11 auf der Höhe des Umfanges des Wellenbundes 12 befindet. Ein weiterer Auslaß für das dem Zwischenraum 17 durchsetzende Kühlmedium ist noch zur äußeren Wellendichtung 21 gegeben.

Durch eine Drosselstelle 22 in der Kühlmittelzuführungsleitung 18 kann die Kühlmittelzuführung so gesteuert werden, daß mit möglichst wenig Kühlmedium ein höchstmöglicher KUhleffekt erzielt wird.

Mit der beschriebenen Anordnung ist also auf einfache Weise eine Mengenregelung mit gleichmäßiger Beaufschlagung der ersten Laufschaufelstufe auch bei unterschiedlichen Lasten mit jeweils gutem Wirkungsgrad möglich, wobei jedoch die Temperaturbeanspruchungen der Schaufelreihen und des Einströmbereiches weitgehend herabgesetzt worden sind.

509887/0032 - 5 -

Claims

PA 74/9350

Patentansprüche

(1.!Turbomaschine, insbesondere Dampfturbine mit hoher Dampf-Eintrittstemperatur, mit einem sich vor dem ersten Laufschaufelkranz radial nach außen und über den gesamten Umfang erstreckenden Ringraum zur Drallerzeugung, wobei der erste Laufschaufelkranz axial und ohne vorgeschalteten Leitschaufelkranz direkt beaufschlagt ist, sowie mit tangential in den Ringraum einmündenden und einzeln regelbaren Zuführungen für das Strömungsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ringraum (2) unmittelbar nachgeschaltete Laufschaufelkranz (11) auf einem Wellen bund (12) mit größerem Durchmesser als dem der nachfolgenden Beschaufelung (13) angeordnet ist.
2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (2) durch ein gesondertes, rotationssymmetrisches Gehäuse (15) gebildet ist, das zwischen Turbinengehäuse (16) und Welle (1) angeordnet ist und zum Strömungsraum der Turbine einen umlaufenden, axial gerichteten Dampfauslaß (20) unmittelbar vor dem ersten Laufschaufelkranz (11) aufweist.
3. Turbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringraumgehäuse (15) im Abstand zum Turbinengehäuse (16) und zur Welle (1) angeordnet und daß der sich so ergebende Raum (17) zwischen Turbinengehäuse (16) sowie Welle (1) einerseits und dem Ringraumgehäuse (15) andererseits Austrittsspalte (24) zum ersten Laufschaufe!kranz (11) und zur äußeren Wellendichtung (21) aufweist und an eine gesonderte Zuführung (18) für kälteres Strömungsmedium angeschlossen ist.
4. Turbomaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Zuführung (18) für kältere Strömungsmedien eine gesonderte Drosselstelle (22) aufweist.

509887/0032

Leerseite