DE2953300C1

DE2953300C1 - Abdampfstutzen einer Turbine

Info

Publication number: DE2953300C1
Application number: DE2953300A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Evgenievi&ccaron; Charkov Dobrynin; Anatolij Vikotorovi&ccaron; Garku&scaron;a
Original assignee: CHAR KOVSKIJ POLITEKHN I IM V
Current assignee: CHAR KOVSKIJ POLITEKHN I IM V
Priority date: 1978-11-10
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1985-08-01
Also published as: CH652170A5; DE2953300A1; SU861664A1; JPS55500875A; WO1980000989A1; US4398865A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abdampfstutzen einer Turbine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Abdampfstutzen ist aus der CH-PSl 75 761 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist die Leitvorrichtung im Eintrittsabschnitt des Abdampfstutzens ein Kranz von gleichmäßig auf dem Umfang verteilten verstellbaren Leitschaufeln, mit denen die Richtung und die Durchtrittsquerschnittsfläche für den Dampf auf der gesamten Breite zwischen der äußeren und der inneren Wandfläche des Stutzens veränderlich ist. Es geht dabei insbesondere um die Verhinderung von Zirkulationsströmungen des Dampfes, welche die Ursache von Vibrationserscheinungen sein können.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist keine Möglichkeit der über die Breite des Dampfstroms selektiven Beeinflussung desselben gegeben. Es kann nur eine in allen Querschnittsbereichen gleichmäßige Abschwächung der Strömung verwirklicht werden, was jedoch bei erheblichen Abweichungen des Betriebszustands der Turbine von den Nennwerten, also insbesondere im unteren Teillastbereich, zur Verhinderung von unerwünschten Zirkulationen nicht ausreichend sein kann. Es entstehen dann doch am Fuß der Schaufel des letzten Laufrads Ablösungen des Dampfstroms von der Innenwandung des Stutzens, und es entstehen Zirkulationszonen, in denen der Dampf in geschlossenen Strömungsbahnen fließt, die asymmetrisch zur Turbinenachsc liegen.

Geschieht «.lies, so passicri jede Schaufel ties Laufrads während einer Umdrehung nacheinander Sektoren von verschiedenen Weilen des Dampfdurchsatzes, wodurch variable Biegekräfte entstehen, die die Ursache von vorzeitigen Ermüdungsbrüchen sein können.

Schließlich führen die Zirkulationszonen, die gewöhnlich asymmetrisch zur Turbinenachse liegen, zu zusätzlichen Energieverlusten infolge des nichtstationären Charakters der Strömung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abdampfstutzen einer Turbine zu schaffen, bei dem eine selektive Beeinflussung des aus dem letzten Laufschaufelkranz austretenden Dampfstroms möglich ist, so daß Zirkulationszonen in allen Betriebszuständen der Turbine zuverlässig verhindert sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung kann die Divergenz des Abdampfstroms in der Nähe der Kopfenden der Schaufeln des letzten Laufschaufelkranzes je nach der aktuellen Turbinenleistung beeinflußt werden, wodurch es möglich wird, immer eine achssymmetrische Strömung ohne Zirkulationszonen im Einlaßteil des Stutzens und in der Endstufe der Turbine zu gewährleisten.

Bei der in Anspruch 2 angegebenen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist auch noch eine über dem Umfang unterschiedliche und dabei einstellbare Länge der Leitvorrichtung möglich, wodurch die Asymmetrie der Strömung im Einlaßteil des Stutzens auf ein Minimalmaß herabgesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäßen Bauarten des Abdampfstutzens einer Turbine ermöglichen es, ohne die Wirtschaftlichkeit des Stutzens im Nennbetrieb herabzusetzen, die Fläche des Durchgangsquerschnitts seines Einlaßteils entsprechend den verschiedenen Betriebszuständen zweckmäßig zu ändern und somit die axiale Asymmetrie der Strömung und die Zirkulationszonen, die die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Turbine verringern, zu beseitigen.

Beseitigt sind auch zusätzliche Wechselbeanspruchungen der Schaufeln des Laufrads, so daß deren Standzeit höher wird. Das Fehlen von Zirkulationszonen der Strömung in der Nähe der Schaufeln beseitigt die Erosionsabtragung ihrer Abströmkanten, was ebenfalls eine Verlängerung der Standzeit der Turbinenschaufeln, eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Störungen, eine Herabsetzung der Aufwendungen für Reparaturen des Turbinenrotors sowie eine entsprcchende Erhöhung des Wirkungsgrads und der Wirtschaftlichkeit der Turbine in einem weiten Bereich zur Folge hat.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch den Längsschnitt eines Abdampf stutzens einer Turbine.

Der Abdampfstutzen einer Turbine hat ein unbewegliches Gehäuse 1, das mit dem Turbinenstator 2 starr verbunden ist. Das Gehäuse 1 des Stutzens hat einen Eintrittsabschnitt 3, der in der Stromrichtung des Dampfes hinter den Schaufeln 4 des letzten Laufrads 5 der Endstufe der Turbine liegt. Das Gehäuse 1 hat eine gebogene innere Wandfläche, um den aus dem Laufrad 5 ausströmenden Dampf zum Austrittsabschnitt 7 des Abdampfstutzens zu leiten.

Der Eintrittsabschnitt 3 wird beherrscht von einer Leitvorrichtung 14, die als schräg abgeschnittener Zylinder ausgebildet ist, dessen Längsachse mil der Turbincnachsc b zusammenfällt. Das andere Kndc der l.eil-

h^r) vorrichtung 14 liegt nahe den Aulicnciulcn IO tier Schaufeln 4 des letzten Laufrads 5.

Die Leitvorrichtung 14 ist mit Antrieben 15 kinematisch verbunden, die gleichmäßig auf dem Umfang ver-

ORIGINAL INSPECTED

teilt am Stator 2 der Turbine starr befestigt sind und zum Verstellen der Leitvorrichtung 14 in Axial- und Umfangsrichtung dienen. Jeder Antrieb 15 ist z. B. ein elektrischer Stellmotor mit einem Getriebe geeigneter Konstruktion, und es sind z. B. vier solcher Antriebe vorgesehen.

Die kinematische Verbindung des Antriebs 15 mit der Leitvorrichtung 14 erfolgt mit Hilfe einer Stange 16, die parallel zur Turbinenachse 6 verläuft und je nach der Schaltstellung des Getriebes des Antriebs 15 entsprechend der jeweiligen Belastung der Turbine sich um ihre Längsachse drehen oder sich in der Längsrichtung bewegen kann.

Auf der Stange 16 ist ein Zahnrad 17 starr befestigt, das mit einem Zahnkranz 18 der Leitvorrichtung 14 kämmt, wenn diese um die Achse 6 zu drehen ist.

Auf der Stange 16 sind auch zu beiden Seiten des Zahnrads 17 Anschlagscheiben 19 starr befestigt, die mit dem Zahnkranz 18 stoßend bzw. ziehend zusammenwirken, wenn die Leitvorrichtung 14 längs der Achse 6 zu verstellen ist.

Auf diese Weise ist bei verschiedenen Axial- und Drehstellungen der Leitvorrichtung 14 sowohl die Größe als auch die Form des Durchtrittsquerschnitts des Eintrittsabschnitts 3 des Stutzens verschieden, wodurch die Möglichkeit entsteht, die axiale Asymmetrie der Strömung des Dampfes bei verschiedenen Lastzuständen der Turbine zu beseitigen.

Der beschriebene Abdampfstutzen einer Turbine hat folgende Wirkungsweise:

Wenn die Turbine mit maximaler Leistung, das heißt, bei maximalem Volumendurchfluß des sich nach links durch die Schaufeln 4 des Laufrads 5 bewegenden Dampfes arbeitet, ist es zweckmäßig, im Eintrittsabschnitt 3 des Stutzens einen minimalen Druck aufrechtzuerhalten. Dazu ist die Leitvorrichtung 14 in die nach der Zeichnung äußere rechte Ausgangsstellung verschoben.

Bei verringerten Leistungen liegt der Volumendurchfluß des Dampfes durch die Schaufeln 4 des Laufrads 5 unter den Nennwert, während die Drehzahl des Laufrads 5 im wesentlichen unverändert bleibt. Dann strömt der Dampf mit einer bedeutenden Umfangs- und Radialkomponente der Geschwindigkeit in den Eintrittsabschnitt 3. Dabei ist die radiale Geschwindigkeitskomponente nach außen gerichtet, wobei ihre Größe umso bedeutender ist, je größer die Umfangskomponente, das heißt, je stärker der Strom verwirbelt ist. Jetzt tritt die Gefahr auf, daß der Druck am Fuß der Schaufeln 4 des Laufrads 5 dermaßen verringert wird, daß eine Rückströmung einsetzt und eine gewisse Dampfmenge aus dem Austrittsabschnitt 7 des Stutzens zu den Schaufeln 4 zurückkehrt.

Zur Beseitigung dieser Erscheinungen werden die Antriebe 15 automatisch beziehungsweise nach einem Kommando der die Turbine bedienenden Person derart eingeschaltet, daß die Stangen 16 sich synchron nach links bewegen und die Leitvorrichtung 14 zur inneren Wandfläche des Abdampfstutzens hin verstellen. Dadurch wird der Durchtrittsquerschnitt verringert und eine sofort in der Nähe der Schaufelköpfe einsetzende bo Divergenz des Dampfstroms verhindert.

Das Ausfahren der Leitvorrichtung kann in einer beliebigen Zwischenstellung abgestellt werden, wodurch optimale Strömungsverhältnisse im Eintrittsabschnitt 3 des Stutzens bei verschiedenen Dampfdurchsätzen auf- b5 rechterhalten werden können.

Die zylindrische Innenfläche der Leitvorrichtung verringert die radiale Geschwindigkeitskomponente des Dampfes, wobei jedoch im Eintrittsabschnitt 3 des Stutzens eine düsenartige Verengung des Strömungskanals zustande kommt, das heißt, daß die Fläche des Durchtrittsquerschnitts an seinem Austritt kleiner ist als an seinem Eintritt. Darum wird der Druck des Dampfes beim Verlassen des Eintrittsquerschnitts 3 des Stutzens den Druck neben dem Fuß der Schaufeln 4 jedenfalls nicht übersteigen. Auf diese Weise verringert sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rückströmungen hoher Intensität, von Zirkulationszonen, von zusätzlichen dynamischen Beanspruchungen sowie von Erosionseinwirkungen auf die Schaufeln 4. Dank der höheren Gleichartigkeit des Kenndatenfelds des Dampfes hinter den Schaufeln 4 und dem Fehlen einer wesentlichen radialen Geschwindigkeitskomponente steigt die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsprozesses in der Endstufe der Turbine.

Darüber hinaus läßt sich in allen Betriebszuständen eine gewisse zentrale Asymmetrie des Kenndatenfeldes hinter den Schaufeln 4 teilweise oder gänzlich durch das Drehen der Leitvorrichtung 14 in eine bestimmte Winkelposition kompensieren. Für diesen Zweck werden die Antriebe 15 im Sinne des Drehens der Stangen 16 automatisch oder von Hand eingeschaltet. Die Zahnräder 17 drehen den Zahnkranz 18 und gleichzeitig mit ihm die Leitvorrichtung 14 um einen bestimmten Winkel um die Achse 6, wonach die Antriebe 15 abgeschaltet werden. In der Praxis nimmt man in jeder fixierten Axiallage der Leitvorrichtung 14 eine Korrektur ihrer Winkellage vor, um optimale Verhältnisse einzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1. Abdampfstutzen einer Turbine, in dessen Eintrittsabschnitt eine Leitvorrichtung vorgesehen ist, deren innere Wandfläche im wesentlichen die Oberfläche eines Rotationskörpers darstellt, dessen Längsachse mit der Turbinenachse zusammenfällt, und die so angeordnet ist, daß eines ihrer Enden sich nahe den Außenenden der Schaufeln des letzten Laufrads der Turbine und ihr zweites Ende sich zwischen der äußeren und der inneren Wandfläche des Stutzens befinden, wobei Einrichtungen zur Veränderung des Querschnitts des Eintrittsabschnitts des Abdampfstutzens vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Überdekkung verschiedener Abschnitte des Querschnitts des Stutzens die Fläche des Querschnitts des Eintrittsabschnitts (3) des Stutzens geändert wird durch die Bewegung des zweiten Endes der Leitvorrichtung von der äußeren Wandfläche des Stutzens zu seiner inneren Wandfläche und umgekehrt.

2. Abdampfstutzen einer Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung einen schräg abgeschnittenen und die äußere Wandfläche bildenden Zylinder (14) darstellt, der einen Antrieb (15) zur Verstellung in der axialen und der Umfangsrichtung zur Änderung des Durchgangsquerschnitts des Eintrittsabschnitts (3) des Stutzens aufweist.