DE3421067C2

DE3421067C2 - Höchstdruck-Heißdampfturbine

Info

Publication number: DE3421067C2
Application number: DE3421067A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Isa; Ryoichi Kaneko; Katsuto Hitachi Ibaraki Kashiwahara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3421067A1; AU2919784A; JPH0621521B2; AU571394B2; CA1220038A; JPS59229003A; US4550569A

Abstract

Die Hauptdampf-Einlaßeinheit einer Dampfturbine weist zwei Einlaßrohre (28, 29) auf, die von einem Innengehäuse (21, 22) und einem Außengehäuse (23) der Turbine trennbar und konzentrisch unter Bildung eines Zwischenraums (56) angeordnet sind, der einen Einströmkanal für Hauptdampf bildet; die Einlaßrohre sind mit dem einen Ende an das Außengehäuse (23) und mit dem anderen Ende an das Innengehäuse (21, 22) jeweils über Dichtringe (31a-d) angeschlossen. Von einer Mittelstufe der Turbine entnommener Kühldampf wird einem Kühldampfkanal (56) in dem Zwischenraum zwischen den beiden Einlaßrohren (28, 29) zugeführt, so daß das innere Einlaßrohr (28) gekühlt wird.

Description

2. Höchstdruck-Heißdampfturbine
spruch !,dadurchgekennzeichnet,

daß das erste und zweite Einlaßrohr (28,29) mit dem Außengehäuse (23) über einen ersten und einen zweiten Verbindungsteil (25, 26), die mit dem Außengehäuse (23) einstückig ausgeführt sind, verbunden sind, und
daß die Verbindungsteile (25, 26) einen ersten bzw. einen zweiten Kühldampf-Auslaßschlitz (54,57) aufweisen, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Kühldampfkanal (56 bzw.53) in Verbindung stehen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Höchstdruck-Heißdampfturbine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Turbine beschreibt die CH-PS 3 49 274. Solche Höchstdruck-Heißdampfturbinen werden infolge der hohen Rohölkosten vermehrt eingesetzt, da sie mit größerem Wirkungsgrad arbeilen.

Da diese Höchstdruck-Heißdampfturbinen große Mengen an hochwertigen warmfesten Werkstoffen benötigen, führt dies zu einer erheblichen Steigerung der Anlagekosten. Die Dampfturbine einer Höchstdruck-Heißdampfanlage weist eine hohe Dampfeintrittstemperatur auf. Die Dampfeinlaßeinheit muß deshalb aus teurem warmfesten Austenitstahl bestehen. Wenn man jedoch diese Einheit vollständig aus einem solchen warmfesten Stahl herstellt, ergeben sich sehr hohe Kosten und es wurde bereits versucht, Kühlverfahren anzuwenden, um den größten Teil dieser Einheit aus einem warmfesten Ferritstahl herstellen zu können. Dabei ergeben sich sowohl bei der Herstellung als auch bei der Überprüfung des Spalts im Kühldampfkanal und der Wärmeabschirmplatte im Spalt Schwierigkeiten. Insbesondere ist eine Inspektion bei periodischen Überprüfungen schwierig. Die Kühlkonstruktion weist ferner den Nachteil auf, daß Wärmespannungen dazu tendieren, sich an den Ecken der Spaltenden zu konzentrieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Höchstdruck-Heißdampfturbine der im Oberbegriff des Anspruchs angeführten Art dahingehend zu verbessern, daß diese einerseits leicht und einfach herzustellen und zu überprüfen ist und andererseits nur geringe Wärmespannungen im Dampfeinlaßteil auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Unteranspruch enthält eine zweckmäßige weitere Ausgestaltung.

Die DE-PS 9 43 052 betrifft eine Anordnung der Düsenkästen einer Höchsttemperaturdampf- oder Gasturbine. Dabei wird die Gegenstromführung des aus einem Zwischenteil einer Turbine entnommenen Kühldampfes bereits angegeben.

Durch die Ausbildung der Dampfeinlaßeinheit mit einem Doppelrohr, das vom Gehäuse lösbar ist, wird die Demontage für Prüfzwecke und die Produktinspektion erheblich erleichtert. Im Inneren des Verbindungsteils sind keine Schweißverbindungen vorhanden. Da die runden Einlaßrohre mit der Verbindungseinheit auf der Gehäuseseite über Dichtringe verbunden sind, kann das Vorhandensein von Teilen mit sich abrupt ändernder Wandstärke ausgeschlossen werden.

Durch Verwendung der zwei runden Einlaßrohre und des Kühldampfs aus der Zwischenstufe der Turbinenstufen, die in dem doppelwandigen Innengehäuse instalnach An- 55 liert sind, werden die Differenzen sowohl hinsichtlich Druck als auch Temperatur zwischen dem Inneren und dem Äußeren jedes runden Einlaßrohrs verringert. Dies erlaubt eine Verringerung der Wandstärke der runden Einlaßrohre und beseitigt die Notwendigkeit einer Wärmeisolierschicht, die bei einer konventionellen Struktur erforderlich ist, so daß sich eine Einlaßrohr-Konstruktion ergibt, in der weniger Wärmespannungen auftreten. Der doppelwandige Aufbau des Innengehäuses reduziert die Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren jedes Innengehäuses, so daß die Wandstärke jedes Innengehäuses verringert werden kann.

Zwar muß für Teile wie den Auslaßteil des Leitschaufelkranzes im Innengehäuse, die Hochtemperaturdampf

ausgesetzt sind, teurer warmfester Austenitstahl eingesetzt werden, aber dieser warmfeste Stahl hoher Güte braucht nur für das erste Innengehäuse verwendet zu werden, so daß für das zweite Innengehäuse warmfester Ferritstahl verwendet werden kann. Infolgedessen bietet die erfindungsgemäße Konstruktion wirtschaftliche Vorteile gegenüber der bekannten einwandigen Innengehäuse-Konstruktion.

Da die Hauptdampfeinlaß-Verbindungseinheit du· cn die Kühldänipfe auf schrittweise fallende Temperatur gekühlt wird, nämlich durch den ersten und dann den zweiten Kühldampf, treten in der Verbindungseinheit keine übermäßigen Wärmespannungen auf, und es ist ferner möglich, eine Wärmeübertragung vom Frischdampf-Einlaßrohr auf das Außengehäuse, das aus warmfestem Ferritstahl besteht, zu verhindern.

Das Auslaßrohr der oberen Ultrahochdruck-Turbine liegt der Endstufe der Turbine gegenüber, so daß der Auslaßdampf durch die zwischen dem Innengehäuse gebildete Auslaßkammer strömen kann. Dabei kann insbesondere die Außenwand des zweiten Innengehäuses mit hohem Wirkungsgrad gekühlt werden.

Daraus ergibt sich eine geringere Anzahl von Wärmespannungs-Konzentrationsstellen, was zu erhöhter Betriebszuverlässigkeit führt.

Ferner ist die Konstruktion so ausgelegt, daß von einer Zwischenstufe der oberen Ultrahochdruck-Turbine entnommener Kühldampf zwischen die runden Einlaßleitungen strömt und aus der oberen Ultrahochdruck-Turbine austretender Dampf als Kühldampf zwischen dem äußeren runden Einlaßrohr und dem Außengehäuse geführt wird, so daß sowohl die Temperatur als auch der Druck schrittweise von der Mitte der runden Einlaßrohre zu deren Äußerem hin abnehmen. Infolgedessen werden die jedes der runden Einlaßrohre beaufschlagenden Wärmespannungen und die infolge des Innendrucks auftretenden Zugspannungen vermindert, was wiederum zu einer Verminderung der Wandstärke jedes runden Einiaßrohrs führt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Schnittansicht einer Ultrahochdruck-Turbine.

Dabei ist schematisch der Kreislauf eines Zweistufen-Zwischenüberhitzungs-Dampfkraftwerks mit einem Frischdampfzustand von 352 at Überdruck und 649° C sowie einer Ausgangsleistung von 1000 MW dargestellt.

Dieses Kraftwerk ist eine Mischkonstruktion, bei der eine obere Ultrahochdruckturbine 1, eine Hochdruckturbine mit einem Ultrahochdruckteil und einem Hochdruckteil, die in einem einteiligen Gehäuse ausgebildet sind, und eine doppelflutige Mitteldruckturbine mit einer Welle verbunden sind. Zwei doppelflutige Niederdruckturbinen sind mit einer weiteren Welle verbunden. Jede Welle hat einen Stromerzeuger.

In einem Kessel erzeugter Frischdampf strömt durch eine Frischdampfleitung in die obere Ultrahochdruck-Turbine 1, verrichtet seine Arbeit und strömt dann in den Ultrahochdruckteil der Hochdruckturbine durch eine Austrittsleitung der oberen Ultrahochdruckturbine. Dann wird der Dampf aus dem Ultrahochdruckteil durch eine Ultrahochdruck-Austrittsleitung zum Kessel geführt, in dem in einem primären Zwischenüberhitzungsteil eine Zwischenüberhitzung des Dampfs erfolgt. Der zwischenüberhitzte Dampf strömt dann durch eine erste Zwischenüberhitzungsd?.mpfleitung in den Hochdruckteil der Hochdruckturbine und verrichtet im Hochdruckteil seine Arbeit. Der aus dem Hochdruckteil austretende Dampf wird durch eine Hochdruck-Austrittsleitung zum Kessel geführt, in dem er in einem sekundären Zwischenüberhitzungsteil zwischenüberhitzt wird, und der zwischenüberbitzte Dampf strömt dann durch eine zweite Zwischenüberhitzungsdampfleitung in die Mitteldruckturbine. Dann strömt der Dampf in die Niederdruckturbinen durch Mitteldruck-Austrittsleitungen und wird durch Kondensaiorleitungen in Kondensatoren eingeleitet, in denen er zu Wasser kondensiert wird, das von einer Speisepumpe (nicht gezeigt) zum Kessel rückgefördert wird.

In diesem Kreislauf befindet sich der in die obere Ultrahochdruckturbine 1 eingeleitete Frischdampf 50 unter Bedingungen sehr hoher Temperatur und sehr hohen Drucks, so daß die Einlaßeinheit der oberen Turbine 1 ausreichend hohe Zuverlässigkeit aufweisen muß, um gegenüber diesen Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen beständig zu sein.

Die Zeichnung zeigt im Schnitt den Aufbau der oberen Ultrahochdruckturbine 1. Das Gehäuse der Turbine 1 ist eine Dreifachkonstruktion, bestehend aus einem ersten Innengehäuse 21, einem zweiten Innengehäuse

22 sowie einem Außengehäuse 23. Das erste Innengehäuse 21, das den höchsten Temperaturen ausgesetzt ist, ist aus warmfestem Austenitstahl hergestellt, während das zweite Innengehäuse 23 sowie das Außengehäuse

23 aus warmfesten Ferritstahl bestehen. Zwischen dem Außengehäuse 23 und dem zweiten Innengehäuse 22 ist eine Austrittskammer ausgebildet, wobei der Abstand zwischen den beiden Kammern ausreichend groß ist, so daß der Austrittsdampf die Austrittskammer durchströmen kann; diese steht mit der Austrittsleitung durch ein Austrittsrohr 32 in Verbindung. Eine Kühldampfkammer 34, in die Kühldampf eingeleitet wird, der von einer Mittelstufe der oberen Turbine abgezogen wird, ist zwischen dem ersten Innengehäuse 21 und dem zweiten Innengehäuse 22 ausgebildet. Das Außengehäuse 23 weist an seinem oberen und seinem unteren Ende rohrförmige Öffnungen 24 auf, durch die Dampf einströmen kann. Ein zweiter Hauptdampfeinlaß-Verbindungsteil 25 in Form eines Rundrohrs aus einer Superlegierung auf Ni-Basis ist mit der oberen Rohröffnung 24 verschweißt, und ein erster Hauptdampfeinlaß-Verbindungsteil 26 in Form eines Rundrohrs aus einem wannfesten Austenitwerkstoff ist wiederum mit dem zweiten Hauptdampfeinlaß-Verbindungsteil 25 verschweißt. Der erste Hauptdampfeinlaß-Verbindungsteil 26 ist gleichermaßen mit einem Hauptdampf-Anschlußrohr 27 aus warmfestem Austenitstahl so verschweißt, daß er damit einstückig ausgeführt ist, und die beiden Hauptdampfeinlaß-Verbindungsteile bilden eine Hauptdampfeinlaßeinheit.

Ein erstes rundes Einlaßrohr 28 aus warmfestern Austenitstahl ist in der Frischdampf-Einlaßeinheit so ange-

ordnet, daß das Einlaßrohr 28 durch eine Öffnung 30 im zweiten Innengehäuse 22 verläuft und sein Ende mit dem ersten Frischdampfeinlaß-Verbindungsteil 26 über einen Dichtungsring 31a und sein anderes Ende mit einer Öffnung im ersten Innengehäuse 21 über einen Dichtungsring 316 verbunden ist, wobei die Öffnung im ersten Innengehäuse 21 mit einem Leitschaufelkranz 42 innerhalb des ersten Innengehäuses 21 in Verbindung steht. Somit ist ein Frischdampf-Einströmkanal gebildet, der vom Frischdampf-Anschlußrohr 27 durch den ersten Frischdampfeinlaß-Verbindungsteil 26 und das erste Einlaßrohr 28 zum Leitschaufelkranz 42 innerhalb des ersten Innengehäuses 21 führt.

Ein zweites rundes Einlaßrohr 29 ist konzentrisch um

das erste Einlaßrohr 28 herum angeordnet, wobei sein eines Ende mit dem zweiten Frischdampfeinlaß-Verbindungsteil 25 über einen Dichtungsring 31c und sein anderes Ende mit der öffnung 30 im zweiten Innengehäuse 22 über einen Dichtungsring31i/verbunden ist.

Laufschaufeln 41, Leitschaufeln 43 und Leitschaufeldeckel 44 der Hochdruckstufen sind zusätzlich zu dem Leitschaufelkranz 42 im ersten Innengehäuse 21 vorgesehen, und das zweite Innengehäuse 22 ist so aufgebaut, daß es das erste Innengehäuse 21 sowie die Laufschaufein, die Leitschaufeln und Leitschaufeldeckel der Niederdruckstufen umgibt. Das Austrittsrohr 32 der oberen Ultrahochdruckturbine ist an einem unteren Teil des Außengehäuses zur Ableitung von Dampf aus dem Außengehäuse 23 befestigt.

Frischdampf 50 strömt in den Leitschaufelkranz 42, nachdem er das Frischdampf-Anschlußrohr 27, den ersten Frischdampfeinlaß-Verbindungsteil 26 und das Innere des ersten Einlaßrohrs 28 durchströmt hat Dann strömt der Frischdampf 50 aus dem Leitschaufelkranz 42 durch die Leitschaufeln 43 und die Laufschaufeln 41 jeder Stufe, wobei er seine Arbeit in der oberen Ultrahochdruck-Turbine 1 verrichtet Auslaßdampf 51 mit verminderter Temperatur und verringertem Druck strömt durch die Auslaßkammer 33 zwischen dem zweiten Innengehäuse 22 und dem Außengehäuse 23 zum Auslaßrohr 32 der oberen Ultrahochdruck-Turbine, wobei er die Innenwandung des Außengehäuses 23 sowie die Außenwandung des zweiten Innengehäuses 22 kühlt. Ein Teil des Auslaßdampfs 51 wird zu zweitem Kühldampf 52, der durch einen zweiten Kühldampfkanal 53 eines ringförmigen Abschnitts strömt, der zwischen der Außenseite des zweiten Einlaßrohrs 29 und dem Inneren der rohrförmigen Öffnung 24 des Außengehäuses 23 sowie dem zweiten Frischdampfeinlaß-Verbindungsteil 25 gebildet ist, und kühlt die Außenfläche des zweiten Einlaßrohrs 29 und tritt dann aus einem zweiten Kühldampf-Auslaßschlitz 54 aus.

Erster Kühldampf 55, der von einer irgendwo zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckstufe liegenden Stufe abgezogen wird, durchströmt eine Kühldampfkammer 34 für Entnahme-Kühldampf, die sich anschließend an den Raum hinter den Laufschaufeln der Zwischenstufe fortsetzt, kühlt die Außenwandung des ersten Innengehäuses 2i und strömt dann in einen ersten Kühldampfkanal 56, der zwischen dem ersten Einlaßrohr 28 und dem zweiten Einlaßrohr 29 gebildet ist. Der erste Kühldampf 55 strömt durch den ersten Kühldampfkanal 56 unter Kühlung der Außenwandung des ersten Einlaßrohrs 28 und tritt dann aus einem ersten Kühldampf-Auslaßschlitz 57 aus.

Da der erste Kühldampf 55 aus einer Zwischenstufe der oberen Turbine entnommen wird, sind sein Druck und seine Temperatur niedriger als diejenigen des Frischdampfs 50, und zwar um einen Wert der der in den zum Abzugskanal führenden Turbinenstufen verrichteten Arbeit entspricht Da der Auslaßdampf 51 aus der oberen Turbine direkt als zweiter Kühldampf 52 genutzt wird, sind sein Druck und seine Temperatur niedriger als diejenigen des ersten Kühldampfs 55. Das heißt der Frischdampf 50 strömt durch den zentralen Teil der Dampfeinlaßeinheit der erste Kühldampf 55 umströmt den Frischdampf 50, und der zweite Kühldampf 52 umströmt den ersten Kühldampf 55, so daß Temperatur und Druck schrittweise abnehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:
1. Höchstdruck-Heißdampf turbine mit

— einem Turbinenrotor mit mehreren Schaufeln,

— einem Innengehäuse, in dem Leitschaufelkränze und Leitschaufeldeckel angeordnet sind,

— einem Außengehäuse, das das Innengehäuse mit einem Zwischenraum umgibt,

— einem ersten Einlaßrohr, dessen eines Ende mit dem Innengehäuse und dessen anderes Ende mit dem Außengehäuse zur Zuführung von Frischdampf verbunden ist,

— einem zweiten Einlaßrohr, das das erste Einlaßrohr koaxial mit Abstand umgibt und mit einem Ende mit dem Außengehäuse und mit dem anderen Ende mit dem Innengehäuse verbunden ist und ferner an seiner Außenseite von aus dem Niederdruckteil der Turbine herangeführtem zweitem Kühldampf gekühlt wird,

— einem ersten Kühldampfkanal zwischen dem ersten Einlaßrohr und dem zweiten Einlaßrohr, der ersten Kühldampf zur Kühlung des ersten Einlaßrohrs heranführt,

— wobei Temperatur und Druck des ersten Kühldampfs im ersten Kühldampfkanal niedriger als Temperatur und Druck des Hauptdampfs, aber höher als Temperatur und Druck des zweiten Kühldampfs zwischen dem Außengehäuse und dem zweiten Einlaßrohr sind,

— wobei das Innengehäuse aus einem ersten und einem zweiten Innengehäuse besteht, und das erste Innengehäuse sowie das zweite Einlaßrohr mit seinem anderen Ende mit dem zweiten Innengehäuse verbunden ist, und

— wobei zwischen dem zweiten Einlaßrohr und dem Außengehäuse ein zweiter Kühldampfkanal vorgesehen ist, der den zweiten Kühldampf zur Kühlung des zweiten Einlaßrohrs heranführt,

dadurch gekennzeichnet,

— daß der erste Kühldampf (55) aus einem Zwischenteil der Turbine (1) entnommen wird, zwischen das zweite Innengehäuse (22) und das erste Innengehäuse (21) strömt und dann in den ersten Kühldampfkanal (56) im Gegenstrom zum Frischdampf (50) im ersten Einlaßrohr (28) eintritt, und

— daß der zweite Kühldampf (52) im zweiten Kühldampfkanal (53) im Gleichstrom mit dem ersten Kühldampf (55) im ersten Kühldampfkanal (56) geführt ist.