DE2930184A1

DE2930184A1 - Ueberlasteinrichtung einer mehrgehaeusigen turbine

Info

Publication number: DE2930184A1
Application number: DE19792930184
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Keller
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1979-07-25
Publication date: 1981-02-19
Also published as: CH647845A5; US4373340A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlasteinrichtung einer mehrgehäusigen Turbine, insbesondere Dampfturbine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen Überlasteinrichtungen stellt die Erhöhung der momentanen Lelstungsreserve und die Überlastbarkeit der Turbine bei möglichst geringem Wärmeverbrauch ein besonderes Problem dar. Der Wirkungsgrad im normalen Lastbereich soll möglichst nicht beeinträchtigt sein. Man hat versucht, das vorgenannte Problem auf verschiedene Weise zu lösen. So hat man HD-UmleitStationen vorgesehen, bei welchen ein Teilstrom des Frischdampfes um den Hochdruckturbinenteil umgeleitet wird, oder man fährt den Turbosatz im Nennlastbereich mit einer Androsselung des Frischdampfes und öffnet dann die Frischdampfregelventile ganz, wenn eine momentane Leistungsanforderung vorliegt. Die zuletzt genannte Möglichkeit hat den Nachteil, daß bei

25 Nennlast die Drosselverluste zu hoch sind, die erst-

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genannte Möglichkeit hat den Nachteil, daß der Wärmeverbrauch im Spitzenlastbereich groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der Überlasteinrichtung der eingangs genannten Art eine Erhöhung der momentanen Leistungsreserve und eine Überlastbarkeit zu ermöglichen, ohne daß der Wirkungsgrad des Turbosatzes im normalen Lastbereich beeinträchtigt ist, zugleich aber der Turbosatz eine geringere Wärme-

Verbrauchszunahme bei Spitzenlast aufweist als sie

bei der genannten Teilstrom-Umgehung des Hochdruckteiles vorliegt. Darüber hinaus soll durch die Überlasteinrichtung nach der Erfindung eine schnelle Reaktion des Turbosatzes auf die erhöhte Lastanforderung erzielbar

15 sein.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Überlasteinrichtung der eingangs näher definierten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß im Lastbereich bis 10OJi(F υ 1,0) keine Beeinträchtigung des Wärmeverbrauchs auftritt, daß eine momentane Leistungsreserve durch Einführung des HD-Dampfes direkt vor der Nach schaltturbine gegeben und eine konstruktive Änderung an Ventilen und Turbinengehäusen bereits im Betrieb befindlicher Turbosätze nicht erforderlich ist; es erstreckt sich die Änderung lediglich auf die Dampfleitungen der Hochdruck- und der auf einen Zwlschen- überhitzer folgende Teilturbine bzw. Mitteldruckturbine. Ein weiterer wesentlicher Vorteil 1st der, daß im DampfStrahlverdichter ein Rückgewinn von etwa 15# der kinetischen Energie des Treibdampfes bzw. des Hochdruck-Dampfteilstromes zu verzeichnen ist, welcher als potentielle Energie vor der Nachschaltturbine zur

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Verfügung steht, so daß eine Druckerhöhung vor der Nachschaltturblne in der Größenordnung von 256 erfolgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Uhteransprüchen beschrieben.

Im folgenden wird anhand der ein AusfUhrungsbeiepiel darstellenden Zeichnung der Erfindungegegenstand noch näher erläutert. Es zeigt für einen Turbosatz mit Zwischenüberhitzung:

Flg. 1 scheeatisch unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile eine Hochdruck- und eine Mitteldruck-Teilturbine mit ihren Frischdampfleitungen und ihren Ventilen sowie mit einer den Dampfstrahlverdichter einspeisenden Umgehungsleitung; Fig. 2 die Einzelheit X aus Fig. 1 im Schnitt, d.h. die

Ausbildung des Dampfstrahlverdichtersι Fig. 3 die Ansicht A aus Fig. 1, d.h. eine Draufsicht

auf die Mündungsstellen der Düsen, und

Fig. 4 eine Variante des Strahlers mit nur einer Treibdüse.

Der in Fig. 1 im Ausschnitt dargestellte drosselgeregelte Turbosatz mit Zwischenüberhitzung besteht aus einer Hochdruckteilturbine V (Vorschaltturblnenteil) und einer der Hochdruckteilturbine V nachgeschalteten beispielsweise zweiflutigen Mitteldruck-Teilturbine N. Es handelt sich um einen Einwellenturbosatz, d.h. die Welle 1 ist den nicht näher dargestellten Läufern der Turbinenteile V und N gemeinsam. Der Vorschaltturbinenteil V wird im folgenden abgekürzt als Η-Teil und der Nachschal tturbinenteil N abgekürzt als MN-Teil bezeichnet. Der Frischdampf FD (siehe Pfeil f1 in Fig.1) wird dem Η-Teil über die Frischdampfleitung 2 und die im Lei-

35 tungezug angeordneten Stellventil· 3» 4 zugeleitet.

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Dabei 1st 3 das Schnellschlußventil und 4 das Regelventil. Nach Durchströmen der einzelnen Stufen des H-Teils wird der Dampf über die bei 2' angedeutete Abdampfleitung des Η-Teils einem nicht näher dargestellten Zwischenüberhitzer zugeleitet.

Vom Zwischenüberhitzer gelangt der aufgeheizte Dampf HZÜ (siehe Pfeil f2) über die Dampfzufuhrleitung 5 des MN-Teils N und über die im Leitungszug angeordneten Stellventile 6 und 7 in den MN-Teil N und verläßt nach Entspannung innerhalb der MN-Stufen den MN-Teil über die bei 5' angedeuteten beiden Abdampfleitungen, von welchen der Abdampf einem nicht dargestellten Dampfkondensator zuleitbar 1st. 6 ist wiederum ein Schnellschlußventil und 7 ein Regelventil des MN-Teils. Anstelle eines zweiflutigen MN-Teils könnte auch ein einflutiger verwendet sein. Die Umgehungsleitung 8 mit Regelventil 9 1st elngangsseitig an der Frischdampfleitung 2 des Η-Teils vor dessen Schnellschluß-Ventilen 3 angeschlossen und mündet ausgangsseitig in die HZU-Dampfzuleitung 5 des MN-Tells N vor dessen Schnellschluß-Ventilen 6. Die Mündungsstelle 10 ist als DampfStrahlverdichter für den HZÜ-Dampf ausgebildet, wobei diesem DampfStrahlverdienter der umgeleitete HD-Frischdampf als Treibdampf über

25 die Treibdampfleitungen 11a, 11b zuleitbar ist.

Wie es Fig. 2 und 3 näher zeigen, weist der Dampfstrahlverdichter 10 mehrere, im dargestellten Fall sind es vier, im Bereich von Rohrverdichtungen 12 der HZÜ-Leitung 5 angeordnete mit einem Winkel Λ zur ZÜ-Strömungsrichtung schräg nach innen in die Leitung 5 einmündende Düsen oder Lavaldüsen L mit DUsenkanälen 13 auf. Grund-

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sätzlich 1st es möglich, die Düsen L mit zugehörigen Treibdampf-Anschlußstutzen 14a, 14b über den Rohrumfang verteilt anzuordnen. Durch die gleichmäßige Verteilung der Düsen und Treibdampf-Anschlußstutzen erreicht man eine Symmetrierung der Dampfströmung; zur Anpassung an den Massenstrom dient die Querschnittsgröße der Düsen. Im vorliegenden Fall, bei dem durch den umgeleiteten Frischdampf eine Überlastbarkeit von rund 7% erreicht werden soll, ist es ausreichend, zwei auf dem Rohrumfang einander diametral gegenüberliegende Düsenpaare L1 und L2 mit je einem gemeinsamen Treibdampf -Anschlußstutzen 14a, 14b vorzusehen. Die Draufsicht nach Fig. 3 zeigt ein solches Düsenpaar L1. Man erkennt aus Fig. 3 und dem Schnitt nach Fig. 2, daß in die Rohrverdickungen 11a, 11b zunächst radial orientierte Treibdampfbohrungen T1, T2 eingebracht sind, und daß die Düsenkanäle 13 vom Boden dieser Bohrungen T1, T2 schräg einwärts in das Innere der Leitung 5 unter dem Winkel Ot/ einmünden. Ein günstiger Bereich für diesen Winkel OO liegt zwischen 10 und 40°; im dargestellten Fall würden mit einem Mündungswinkel von rund 30° sehr gute Ergebnisse erzielt. Weitere nähere Angaben für die Bemessung der Strömungequerschnitte des dargestellten Ausführungsbeispiels sind

25 die folgenden:

Leistung des Turbosatzes 600 MW, vier Frischdampfleitungen 2, jeweils mit einem Innendurchmesser von 250 mm; vier in den M^-Teil mündende Zu-Leitungen 5 mit jeweils 500 mm Innendurchmesser; vier Umgehungsleitungen 8 mit jeweils 60 mm Innendurchmesser; Innendurchmesser der Düsen 13 am engsten Querschnitt 18 ma; Innendurcheeeser der Bohrungen T1, T2 50 am.

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Der dargestellte Turbosatz ist für eine überlast Δ Ρ (stationär) von 7,1 % ausgelegt, wobei ausgehend vom Zeitpunkt t » O für den Lastsprung und dementsprechender Betätigung der Regelventile 4, 9 die Leistungssteigerung Δ P nach einer Sekunde bereits 1,5 % beträgt und nach 10 Sekunden 6%, bezogen auf unbegrenztes Speichervermögen des Kessels. Die Änderung des spezifischen Wärmeverbrauchs Δ ¥_T bei Nennlast F » 1 kann mit 0% angesetzt werden} Δ W^ bei F » 1,071 beträgt 1,2 %, Der gesamte Frischdampfstrom ist dabei um ca. 13 # größer.

Im Falle einer Lastanforderung wird also das Regelventil 9 mehr oder weniger aufgefahren, so daß der Umgehungsteilstrom FD1 (Figur 1) als Treibmittel unter Druckerhöhung des durch die Rohrleitung 5 dem Nachschaltturbinenteil H zuströmenden Hauptstromes HZÜ dem Strahlverdichter 10 zuleitbar ist. Wie es Fig. 2 zeigt, sind die Düsenkanäle 13 des StrahlVerdichters 10 so in der verstärkten Rohrwand 12 der Zuströmleitung 5 angeordnet, daß sie außerhalb des lichten Rohrquer schnitte» D5 liegen. Hinter den Düsen L des Strahlverdichters 10 ist eine gerade Rohrstrecke 15 vorgesehen, welche etwa 5 bis 20 mal so groß ist wie der Rohrdurchmesser D5 der Rohrleitung 5. Diese Rohrstrecke dient der Beruhigung und dem Impulsausgleich der Dampfströmung vor Eintritt in den MN-TeIl N. Bei einer über den Rohruafang gleichmäßig verteilten Anordnung der Düsen L kann diese Beruhigungsstrecke kleiner sein als bei einer symmetrischen Düsenverteilung.

Letztere ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 dargestellt. Dort wird das Treibmittel einseitig eingeführt. Dafür ist eine entsprechend verlängerte Beruhigungs-Rohrstrecke hinter der Düse vorgesehen. Die Beruhigungsstrecke wird sich hierbei also dem zwanzigfachen des

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Rohrdurchmessers annähern. Außerdem 1st In Flg. 4 der Fall dargestellt, daß die Rohrleitung 5 im Bereich des Strahlers 10 eine Einschnürung 15 nach Art einer Venturidüse aufweisen kann. Die Düse L¹ miindet dann etwa im Bereich dieser Einschnürung 15 in das Rohrinnere. Die Einschnürung gemäß Beispiel führt zu einer Erhöhung des Strahlerwirkungsgrades, erhöht allerdings etwas die Verluste im Lastbereich bis Nennlast. Die Beschränkung auf eine einseitige Treibmitteleinführung ist konstruktiv einfacher als die symmetrische und bringt bei einer ausreichend langen nachgeschalteten Beruhigungsstrecke noch einen guten Strahlerwirkungsgrad.

Zusätzlich zu den eingangs bereits erläuterten Vorteilen kann noch auf die folgenden Vorteile der Überlasteinrichtung nach der Erfindung verwiesen werden:

1. Zusätzliche kurzzeitige Druckerhöhung vor dem MN-Teil N durch momentanen Anstau der Zü-Strömung

(etwa 0,5 % Druckerhöhung);

2. Verringerung des relativen Druckverlustes im Zwischenüberhitzer bei Überlast um 25 %i

3. wesentlich kleineres Stellventil in der Itagehungsleitung 8 im Vergleich zu einem Überlast-H-Stufen-

ventil.

Weitere charakteristische Größen der Überlasteinrichtung sind die folgenden: Die Speisewasserendtemperatur ist lastentsprechend. Das ZÜ-FD-Dampfstromverhältnis ist im Überlastfall *\3% kleiner. Die Dampftemperatur vor dem MN-TeIl N liegt 6°K niedriger (Mischtemperatur). Die erforderliche gerade Rohrstrecke hinter dem Dampfstrahlverdichter 10 beträgt

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etwa das Achtfache des Rohrinnendurchmessers (Fig. 1).

Nachfolgend wird ein tabellarischer Vergleich des Erfindungsgegenstandes mit anderen bekannten Überlasteinrichtungen gegeben (dabei ist für die 10-Sekunden Werte eine unbegrenzte Speicherfähigkeit des Kessels vorausgesetzt. Reale Werte sind von der Art des Kessels und der Feuerung abhängig und liegen in der Regel beim 0,4 ... 0,7 fachen dieser Werte):

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O O O OO

	ΔΡ 1 s	nach	ΔΡ 10	nach s ♦)	ΔΡ stationär	Δ¥_τ bei F -	1	ΔΪ	,5	bei F - 1,071
Erfindung	1, 5	96	6,	0 96	7,1 96	0 96		1	,8	96
H-Umleitstation	0	96	4	96	7,1 96	0 96		1	,4	96
Andro s s elung	2,5	96	5	96	7,1 96	+0,796		»-0	,5	96
H-Stufenventil	2,5	96	5	96	7,1 96	+0,296		»-0	,7	96
H-Regelstufe	2,5	96	5	%	7,1 96	+0,396		hO	,2	96
H-Vorwärmer-Umgehung	0	96	2	96	7,1 96	0 %		2		96
Kondensatetop	0	96	1	96	5 96	0 96		-	,5
M-Stufenventil	4	96	6,	5 96	7,1 96	0,296		2	96

♦) bezogen auf unbegrenzte Speicherfähigkeit den Kessele»

"β

co cn

CD CO O

43 - & - vpa 79 P 9 4 6 0 BRD

Darin bedeutet:

A P Laständerung

F stationäre überlast, die maximal zu 7,1 %

5 angenommen wurde,

Δ Wip Änderung des Wärmeverbrauchs.

Ein Vergleich mit denjenigen überlasteinrichtungen, bei welchen Δ W^ bei F « 1 096 beträgt, zeigt, daß beim Anmeldungsgegenstand die Leistungssteigerung nach 10 Sekunden am größten ist und daß unter den vier betrachteten überlasteinrichtungen auch Δ W™ bei F ■ 1,071 am kleinsten ist,

4 Figuren
11 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

f 1.)Überlasteinrichtung einer mehrgehäuslgen Turbine, insbesondere Dampfturbine, mit einem Vorschaltturblnenteil, dessen Abdampf als Hauptstrom einem Nachschaltturbinenteil zugeführt wird, und mit einer Umgehungsleitung, durch welche ein Teil des Arbeitsmediums unter Umgehung des Vorschaltturbinenteils in eine in das Eintrittsende des Nachschaltturbinenteils mündende Rohrleitung einführbar ist, dadur ch gekennzeichnet , daß die Einführung als Strahlverdichter (10) ausgebildet ist, welchem der Umgehungsteilstrom (FD1) als Treibmittel unter Druckerhöhung des durch die Rohrleitung (5) dem Nachschaltturbinenteil (M) zuströmenden Hauptstromes (HZÜ) zuleitbar ist.
2. Überlasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenkanäle (13) des Strahlverdichters so in einer verstärkten Rohrwand (12) der Zuströmleitung (5) angeordnet sind, daß sie außerhalb des lichten Rohrquerschnitts liegen.
3. Überlasteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da· durch gekennzeichnet, daß die Achsen der Düsen (L) des Strahlverdichters (10) in Strömungsrichtung gesehen einen Winkel ( CL ) zwischen ■110 und 40° mit der Rohrachse bilden
4. Uberlasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß zur Einführung des Treibmittels eine einzige Treibdüse (L¹) bei entsprechend verlängerter Rohrstrecke der Düse vorgesehen ist.

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5. Überlasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (5) im Bereich des Strahlers (10) eine Einschnürung (15) nach Art einer Venturidüse aufweist.
6. Überlasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Düsen des Strahlverdichters eine gerade Rohrstrecke vom ca. fünf- bis zwanzig-fachen des Rohrdurchmessers

10 vorgesehen ist.
7. Überlasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» mit mindestens zwei Treibdüsen, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsen (L1, L2) ein-

15 zein zuschaltbar sind.
8. Überlasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis mit mindestens zwei Treibdüsen, dadurch gekennzeichnet , daß die Treibdüsen (L1, L2) mit zugehörigen Treibdampf-Anschlußstutzen (14a, 14b) über den Rohrumfang verteilt angeordnet sind.
9. Überlasteinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei, auf dem Rohrumfang einander diametral gegenüberliegende Treibdüsenpaare (L1, L2) mit Je einem gemeinsamen Treibdampf-Anschlußstutzen (14a bzw. 14b).
10. überlasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibdüsen (L, L1, L2) als Lavaldüsen ausgebildet sind.

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11. Überlasteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,dadurch gekennzeichnet, daß sie für einen drosselgeregelten Turbosatz mit Zwischenüberhitzung verwendet ist, der einen Hochdruckturbinenteil und mindestens einen diesem nachgeschalteten Mitteloder Niederdruck-Turbinenteil aufweist, welch letzterer von dem durch einen Zwischenüberhitzer geleiteten Abdampf des Hochdruckturbinenteils beaufschlagt wird, wobei die Umgehungsleitung (8) mit Regelventil (9) eingangsseitig an der Frischdampfleitung (2) des Hochdruckturbinenteils (H) vor dessen Stellventilen (3» 4) angeschlossen ist und ausgangsseitig in die ZU-Dampfzuleitung (5) des Nachschaltturbinenteils (M) vor dessen Stellventilen (6, 7) mündet und wobei der als Dampf-Strahlverdichter ausgebildeten Mündungsstelle (10) der umgeleitete HD-Frischdampf (FD) als Treibdampf zuleitbar ist.

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