DE3006286A1

DE3006286A1 - Ueberdruckdampfturbine mit einer gleichdruckregelstufe

Info

Publication number: DE3006286A1
Application number: DE19803006286
Authority: DE
Inventors: Arnulf Dipl.-Ing. Gebenstorf Aargau Teufelberger
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1981-08-06
Also published as: US4403915A

Description

Ueberdruckdampfturbine mit einer Gleichdruckregelstufe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ueberdruckdampfturbine mit einer Gleichdruckregelstufe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades ist bei Reaktionsdampfturbinen der Reaktionsbeschaufelung meist eine als Gleichdruckstufe ausgeführte Regelungsstufe vorgeschaltet. Dabei erfolgt die Lastregelung durch Schliessen oder Drosseln einzelner, jeweils einem Sektor des Düsenkranzes zugeordneter Regelventile. Diese Teilbeaufschlagung der Regelstufe führt zu starken Inhomogenitäten der Strömung am Austritt des Regelrades und damit zu zusätzlichen weiteren Verlusten in den nachfolgenden Stufen des Reaktionsteils der Turbine. Diese Verluste nehmen aber mit abnehmendem Reaktionsgrad dieser Stufen ab. Bei kleinen, nur wenig von Null verschiedenen Reaktionsgraden sind sie wesentlich kleiner als bei den üblicherweise ausgeführten Reaktionsgraden von etwa 0,5·

Die bisher für zeitweisen Teillastbetrieb gebauten Dampfturbinen gehörten überwiegend der kleineren und mittleren Leistungsklasse an. Bei diesen kann der Durchmesser des

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Regelrades wesentlich grosser als der Durchmesser der Rotortrommel vor der ersten Reaktionsstufe ausgeführt werden, ohne dass seine Festigkeit durch die Fliehkräfte gefährdet wäre. Aus diesem Grunde gewinnt man zwischen der Austrittsebene des Regelrades und der Eintrittsebene der ersten Reaktionsstufe soviel Raum, dass sich die Strömung nach dem Regelrad bei Teilbeaufschlagung bis zum Eintritt in den Reaktionsteil weitgehend gleichmässig über den ganzen Querschnitt des Strömungskanals verteilen kann, so dass sich die Verluste infolge StrömungsInhomogenitäten in der ersten Reaktionsstufe in engen Grenzen halten lassen.

Bei Dampfturbinen für grösste Leistungen ist es wegen der zu grossen Fliehkräfte hingegen nicht möglich, ein eventuell vorgesehenes Regelrad gegenüber dem Reaktionsteil um so viel grosser auszuführen, dass der Raum zwischen Regelrad und erster Reaktionsstufe zur Vergleichmässigung der Strömung über den ganzen Umfang des Strömungskanals ausreicht. Eine solche Regelung ist also im Teillastbetrieb mit erheblichen Verlusten verbunden. Im Extremfall kann das Regelrad nur mit gleichem Durchmesser wie die Beschaufelung der ersten Reaktionsstufe ausgeführt werden, so dass bei Teilbeaufschlagung die Strömung sehr unvollkommen und der Wirkungsgrad erheblich verschlechtert wird.

Dies spielte solange keine ausschlaggebende Rolle,als man wegen annehmbarer Energiekosten solche Turbinen bei praktisch konstanter Grundlast im Dauerbetrieb arbeiten liess. Wegen der enorm gestiegenen Energiekosten besteht nun aber neuerdings in gesteigertem Masse die Tendenz, Turbogeneratoreinheiten für hohe Leistungen wegen des unwirtschaft-

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lichen Betriebes in Schwachlastzeiten gedrosselt zu fahren. Dies wäre mit einer Gleichdruckregelung wirtschaftlich möglich, wenn wie bei kleineren Turbinen genügend Raum zwischen Regelstufe und Reaktionsteil zur Verfügung stünde, um vor letzterem eine homogene Strömung zu erhalten. Wegen der praktisch gleichen Durchmesser von Regelstufe und erster Reaktionsstufe würde dies aber einen langen unbeschaufelten Kanal zwischen Regelstufe und Reaktionsteil erfordern mit entsprechend höheren Material- und Bearbeitungskosten.

Die vorliegende, im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierte Erfindung entstand aus der Aufgabenstellung, eine Dampfturbine zu schaffen, bei der auch im Teillastbereich ein verlustarmer Betrieb möglich ist. ·

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es stellen dar: " " "

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dampfturbine,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemassen Dampfturbine, und

Fig. 3 einen Beschaufelungsplan der ersten zwei Reaktionsstufen einer solchen Turbine.

In der Zeichnung sind gleichen Teilen gleiche Bezugszahlen zugeordnet.

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Bei der Ausführung nach Fig. 1 handelt es sich um den Regelteil einer Hochleistungsdampfturbine, bei der der Durchmesser des Regelrades 1 zwar grosser als der Durchmesser der ersteh Reaktionsstufe 2 ausgeführt werden kann, aber doch nicht .so gross, dass bei einer vom Bauaufwand her vertretbaren Länge des Strömungskanals 3 zwischen Regelstufe und Reaktionsstufe das Kanalvolumen zur vollständigen Homogenisierung der Strömung über den ganzen Kanalumfang ausreicht,

Um die dadurch bedingte Wirkungsgradeinbusse zu vermeiden, die in den ersten Stufen 2, 4 usw. des Reaktionsteils auftritt, falls dieser von der ersten Stufe 2 an mit dem üblichen Reaktionsgrad von 0,5 ausgeführt ist, werden erfindungsgernäss die ersten Stufen des Reaktionsteils mit von einem kleinen Reaktionsgrad beginnend bis zum üblichen Reaktionsgrad von 0,5 zunehmend ausgeführt. Im Extremfall, also bei noch starker Inhomogenität der Strömung vor dem Eintritt in den Reaktionsteil, wird man die erste Stufe 2 mit dem Reaktionsgrad Null, also als reine Gleichdruckstufe ausführen. Diese Massnahme ist im wesentlichen gleichwertig mit einer Vergrösserung der Kanallänge zwischen Regelrad und der ersten,mit einem Reaktionsgrad > 0 ausgeführten Stufe 2. Falls die Inhomogenität der Zuströmung zum Reaktionsteil nicht sehr stark ist, kann die erste Reaktionsstufe 2 mit einem kleinen Reaktionsgrad, beispielsweise von 0,2 ausgeführt werden, wodurch die Verluste gegenüber einem Reaktionsgrad von 0,5 ebenfalls stark reduziert werden.

Die folgenden Stufen 4 usw. des Reaktionsteils erhalten nun

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abgestuft zunehmend höhere Reaktionsgrade bis 0,5. Praktisch wird man die Abstufung vorzugsweise auf zwei bis drei Stufen des Reaktionsteils beschränken, beispielsweise in folgenden Kombinationen: 0; 0,2; 0,5 oder 0,1; 0,3; 0,5· Es sind aber je nach den vorliegenden Verhältnissen auch feinere Abstufungen über mehr- als drei Stufen denkbar.

Dies trifft insbesondere auf die in Fig. 2 dargestellte Turbine zu, bei der das Regelrad 1 aus Pestigkeitsgründen nur ungefähr gleich wie die erste Stufe 2 des Regelteils ausgeführt werden kann. Da hier der Strömungskanal ein verhältnismässig kleines Volumen aufweist, wird man die erste Stufe des Reaktionsteils vorzugsweise als reine Gleichdruckstufe ausführen und die folgende stufenweise Zunahme des Reaktionsgrades auf 0,5 auf mehrere, etwa 3-4, der folgenden Reaktionsstufen 4,5 usw. aufteilen.

Die Variation des Reaktionsgrades kann auf zwei Arten oder mit einer Kombination derselben bewerkstelligt werden: Auf die übliche Weise durch entsprechende Zunahme des Strömungskanalquerschnittes der Laufschaufeln oder, wie aus Fig. 3 hervorgeht, durch stufenweise Vergrösserung des Abströmwinkels cC, der Leitschaufelreihen 6,8 usw. und stufenweise Verkleinerung des Abströmwinkels fi^ der Laufschaufelreihen 7, 9 usw., also cL ,<C <ji-^ d^-, usw. bzw. /2■{>■ β"Ρ*ß~b usw., schliesslich auch noch durch eine Kombination dieser Massnahmen.

Hier ist noch zu bemerken, dass unter den oben genannten Reaktionsgraden die Werte im Mittelschnitt der Laufschaufelkanäle zu verstehen sind.

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Zusammenfassung

Ueberdruckdampfturbine mit einer Gleichdruckregelstufe ₃ wobei zur Verringerung der Teilbeaufschlagungsverluste die ersten Stufen der Reaktionsbeschaufelung mit zwischen 0 und O₃5 stufenweise zunehmenden Reaktionsgraden ausgelegt sind.

(Pig..I )

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Bezeichnungsliste

1 Regelrad

2 Erste Reaktionsstufe -

3 Strömungskanal

4 Zweite Reaktionsstufe

5 Dritte Reaktionsstufe

6 Leitschaufelreihe

7 Laufschaufelreihe

8 Leitschaufelreihe

9 Laufschaufelreihe

1^J ^2 Abströmwinkel der Leitschaufelreihen

β -, , β 2 Abströmwinkel der Lauf schaufelreihen

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-AO-

Leerseite

Claims

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-Jt-

Patentansprüche

ζ 1.) Ueberdruckdampfturbine mit einer Gleichdruckregelstufe, ^*-/ die der Reaktionsbeschaufelung der Turbine vorgeschaltet ist und aus einem Regelrad und einem sektorweise drosselbaren Düsenkranz besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten auf das Regelrad (1) folgenden Stufen (2, 4, 5) der Reaktionsbeschaufel'ung mit stufenweise zunehmenden mittleren Reaktionsgraden, deren Werte zwischen 0 und 0,5 liegen, ausgeführt sind. '
2. Ueberdruckdampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der abgestuften Reaktionsgrade der ersten Stufen (2, 4, 5) des Reaktionsteiles die Schaufelkanäle mit in Strömungsrichtung kontinuierlich zunehmender Höhe ausgeführt sind.
3. Ueberdruckdampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der abgestuften Reaktionsgrade der ersten Stufen(2, 4, 5) des Reaktionsteils die Leitschaufelkanäle so ausgelegt sind, dass der Abströmwinkel (ö6₂, cL^) der Leitschaufeln einer Leitschaufel-reihe jeweils grosser ist als der Abs'trömwinkel ( σί. , <?C p) ^der Leit schaufeln der vorhergehenden Leit schaufelreihe, und dass die Querschnitte der Laufschaufelkanäle so

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■/-

ausgelegt sind, dass der Abströmwinkel ( /^_?J /^i) ^der Laufschaufeln einer Laufschaufelreihe jeweils kleiner ist als der Abströmwinkel {/3-^₃ /3^) der Laufschaufeln der vorhergehenden Laufschaufelreihe.
4. Ueberdruckdampfturbine nach Anspruch 3j gekennzeichnet durch eine in der Strömungsrichtung kontinuierlich zunehmende Höhe der Schaufelkanäle der ersten Stufen (2, 4, 5) des Reaktionsteils.

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