DE2435153B2

DE2435153B2 - Turbomaschine, insbesondere dampfturbine mit hoher dampfeintrittstemperatur

Info

Publication number: DE2435153B2
Application number: DE19742435153
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing.; Krieg Bruno; Römer Ludwig; 4330 Mülheim Keller
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-07-22
Filing date: 1974-07-22
Publication date: 1977-06-30
Also published as: DE2435153A1; FR2279926A1; SE7508138L; SE395929B; CH592806A5; ATA328475A; GB1508364A; NL7507012A; IT1039211B; US4027996A; FR2279926B1; JPS5736401B2; JPS5134302A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere Dampfturbine mit hoher Dampfeintrittstemperatur, 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 so regelbaren Zuführungen für das Arbeitsmittel.

Eine solche Turbomaschine ist aus der DT-OS 13 071 bekannt. Bei einer derartigen Ausbildung des Einströmbereiches der Turbine, die auch bei Teillast eine gleichmäßige Beaufschlagung des ersten Laufschaufelkranzes und einen guten Wirkungsgrad gewährleistet, kann jedoch bei hohen Eintrittstemperaturen eine hohe Materialbeanspruchung im Ringkanal und im ersten Laufschaufelkranz 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 Einströmbereich weitgehend gemildert werden. <>5

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der dem Ringraum unmittelbar nacheeschaltete erste Laufschaufelkranz auf einem Wellenbund mit größerem Durchmesser als dem der nachfolgenden Beschaufelung angeordnet ist Ferner ist es zweckmäßig, daß der Ringrauai durch ein gesondertes, rciationssymmetrisches Ringraumgehäuse gebildet ist das zwischen Turbinengehäuse und Welle angeordnet ist und zum Strömungsraum der Turbine einen umlaufenden, axial gerichteten Arbeitsmittelauslaß unmittelbar vordem ersten Laufschaufelkranz aufweist Das Rüngraumgehäuse 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 Austrittsspalte 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 mehr Temperatur aufgebaut werden, so daß die nachfolgenden Stufen mit Arbeitsmittel schon geringerer Temperatur beaufschlagt werden. Durch die Auskleidung des Ringraumes mit einem gesonderten Ringraumgehäuse und Kühlung des verbleibenden Spaltes mit gekühltem Strömungsmedium oder mit Arbeitsmittel, 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 zeigt:

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Einströmbereich einer Turbine und

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Einströmbereich entsprechend der Schnittlinie U-II nach F i g. 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 F i g. 2 ;ju ersehen ist — vier Zuführungen 3, 4, 5 und 6 für das Arbeitsmittel tangential ein. Diese Zuführungen 3 bis 6 weisen dabei jeweils ein unabhängig steuerbares Drosselventil 7, 8, 9 und 10 auf, das in der Figur 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 bis 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. SiD wird erreicht, daß der nachfolgende erste Laufschaufelkran·/ 11 ohne vorgeschaltete Leitschaufeln direkt und gleichmäßig beaufschlagt wird, auch wenn ein Teil der Zuführungen 3 bis 6 gedrosselt oder verschlossen ist.

Um nun hohe Temperaturbelastungen der Läuferstufen 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 Läuferstufen 13 aufweisen. Durch den größeren Durchmesser kann die erste Stufe 11 ein größeres Gefälle verarbeiten, so daß in dem Strömungsraum 14

hinter dem Laufschaufelkranz U bereits ein Teil der hohen Arbeitsmitteltemperatur abgebaut ist und die Läuferstufen 13 mit einem Arbeitsmittel niedrigerer Temperatur arbeiten können.

Um nun auch die Temperaturbelasying des Einströmbereiches herabzusetzen, kann der Ringraum 2 selbst besonders ausgebildet werden. Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, ist der Ringraum 2 selbst durcäi ein gesondertes rotationssymmetrisches Ringraumgehäuse 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 Zwischenraum 17 ergibt Dieser Zwischenraum 17 wird über eine Leitung 18, die durch das Turbinengehäuse 16 hindurchführt und in den Zwischenraum 17 mündet, mit einem kühleren Strömungsmedium beaufschlagt und schirmt somit das eigentliche Turbinengehäuse 16 in seinem Einströmbtreich gegenüber dem eigentlichen Arbeitsmittel 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 U auf, so daß dieser axial beaufschlagt ist Vom Zwischenraum 17 mündet ein Aus»rittsspalt 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 Kühleffekt 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

«Γ Patentansprüche:

1. Turbomaschine, insbesondere Dampfturbine mit hoher Dampf-Eintrittstemperatur, mit einem sich vor dem ersten Laufschaufelkranz radial nach S 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 Arbeitsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Ringraum (2) unmittelbar nachgeschaltete erste Laufschaufelkranz (11) auf einem Wellenbund (12) mit größeren Durchmesser als dem der nachfolgenden Beschaufelung (13) angeordnet ist

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Ringraum (2) durch ein gesondertes, rotationssymmetrisches Ringraumgehäuse (15) gebildet ist, das zwischen Turbinengehäu- se (16) und Welle (1) angeordnet ist und zum Strömungsraum der Turbine einen umlaufenden, axial gerichteten Arbeitsmittelauslaß (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 (I) 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 Laufschaufelkranz (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.