DE4208311A1

DE4208311A1 - Vorrichtung zum regulieren des durchstroemten querschnitts einer turbomaschine

Info

Publication number: DE4208311A1
Application number: DE19924208311
Authority: DE
Inventors: Romuald Prof Dr Puzyrewski
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-09-23

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regulieren des durchströmten Querschnitts im Leitapparat von axial durch strömten Turbomaschinen, bei welchen die Leitschaufeln ein zeln drehbar angeordnet sind.

Stand der Technik

Derartige Vorrichtungen gelangen üblicherweise bei Dampf- Entnahmeturbinen zur Anwendung. Sie gestatten das Abzweigen eines variablen Dampfmassenstromes, beispielsweise zu Prozeßzwecken, aus der Turbine. Bei konventionellen, axial durchströmten Dampfturbinen sind solche geregelte Entnahmen bekannt, bei welchen der ganze Massenstrom nach Durchströmen eines Turbinenteils aus der Turbine herausgeleitet, geregelt und anschließend wieder in die nachfolgende Teilturbine eingeführt wird. Für jede intern geregelte Entnahme sind mehrere nacheinander öffnende Überström-Stellventile am Tur binengehäuse angeflanscht, mit denen die in den anschließenden Turbinenteil strömende Dampfmenge gesteuert und dadurch der Entnahmedruck konstant gehalten wird.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art, bei welcher der freie durchströmte Querschnitt im Leitapparat zur Regulie rung des Dampfmassenstromes verändert wird, sind ebenfalls in Form von verstellbaren Leitschaufeln bekannt. Dabei kön nen beispielsweise die Leitschaufeln um ihre eigene Längsachse gedreht werden, um den Querschnitt zu reduzieren. Dabei kann der Drehpunkt an der Schaufelvorderkante, inner halb des Schaufelprofils oder an der Schaufelhinterkante liegen. Bei all diesen Varianten kann anläßlich einer Ver stellung der durchströmte Querschnitt vollständig versperrt werden. Auch die strömungstechnisch wichtige Schaufelgeome trie bleibt erhalten. Jedoch wird bei diesen Lösungen die Zuströmung und die Abströmung der Leitschaufeln mehr oder weniger stark verändert, was die Arbeitsweise zumindest der direkt nachfolgenden Laufschaufeln beeinträchtigt.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung zu schaffen, mit welcher die Zuströmbedingungen zum Leitapparat unverändert bleiben und die Abströmbedingungen vom Leitappa rat nur mäßig beeinflußt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Leit schaufeln zweiteilig ausgebildet sind und daß jeweils nur das hintere Schaufelteil um einen innerhalb des Schaufelpro fils liegenden Drehpunkt schwenkbar ist.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das ausschwenkbare hin tere Schaufelteil mit einer profilierten Vorderkante verse hen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer einwelligen axialdurchströmten Dampf turbine dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Doppelentnahmeturbine;

Fig. 2 die teilweise Abwicklung eines Zylinderschnittes auf mittlerer Leitschaufelhöhe;

Fig. 3 eine Abwicklung eines Zylinderschnittes wie Fig. 2 einer Ausführungsvariante;

Fig. 4 eine Abwicklung eines Zylinderschnittes wie Fig. 2 einer weiteren Ausführungsvariante.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise die Einlaßorgane, d. h. die Schnellschluß- und Regelventile, die Lager mitsamt ihren Lagergehäusen, die diversen Anzapfungen, der Abdampfteil usw. Die Strömungs richtung des Arbeitsmittels ist mit Pfeilen bezeichnet. Funktionsgleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Bei der in Fig. 1 dargestellten Doppelentnahmeturbine han delt es sich um eine einwellige 3teilige Turbine mit gere gelten Entnahmen 1 und 2 für beispielsweise Prozeßdampf, wie sie zum Antrieb für einen nicht gezeigten Generator oder für einen mechanischen Antrieb Anwendung findet. Sie besteht aus einer Hochdruckturbine 3 in Gegendruckbauart, einer Mit teldruckturbine 3A ebenfalls in Gegendruckbauart und einer Niederdruckturbine 3B in Kondensationsbauart. Letztere ist zum Ausgleich der Schwankungen im Leistungsbedarf des Betriebes erforderlich, wenn beispielsweise außer den bei den geregelten Dampfdrücken in den Entnahmen 1 und 2 auch noch die Frequenz gehalten werden muß.

Die Laufbeschauflungen der drei Teilturbinen sind auf einem gemeinsamen Rotor 4 angeordnet. Im weitgehend zylindrischen Turbinengehäuse 5 sind die Schaufelträger 6, 6A, 6B wärmebe weglich eingehängt. Über einen nicht gezeigten Ventilgehäu seblock, welcher am Turbinengehäuse 5 angeflanscht ist, strömt der Frischdampf in den Düsenkasten 7 der Hochdruck turbine 3 ein, von wo er die Regelstufenbeschauflung des Regelrades 8 beaufschlagt. Diese Regelstufenbeschauflung arbeitet üblicherweise nach dem Gleichdruckprinzip und ist im gezeigten Fall einstufig ausgeführt. Der Dampf durch strömt anschließend die Reaktionsbeschaufelung der Hoch druckturbine 3A und gelangt in den Hochdruckabdampf 9. Im Gegensatz zur eingangs erwähnten Lösung mit Überström-Stell ventilen verbleibt der weiter zu entspannende Dampf inner halb des Turbinengehäuses. Der nicht in 1 entnommene Dampf durchströmt die Mitteldruckturbine 3A und gelangt in den Mitteldruckabdampf 10. Der nicht in 2 entnommene Dampf durchströmt die Niederdruckturbine 3B. Aus deren Austritt gelangt der Dampf in das nicht gezeigte Abdampfgehäuse und von dort in einen Kondensator, an dessen gekühlten Rohren der nunmehr entspannte Dampf niedergeschlagen wird.

Soweit sind Doppelentnahme-Kondensationsturbinen bekannt. Die neue Regulierungsvorrichtung, welche stromabwärts einer Dampfentnahme über einen Eingriff im anschließenden Leitap parat den jeweiligen Entnahmedruck und damit die Entnahme dampfmenge regelt, kann gemäß strichlierten Linien 13 sowohl an der Mitteldruckturbine 3A als auch an der Nieder druckturbine 3B angewendet werden.

Die Steuerung der Dampfmenge und die Umlenkung erfolgen in einem einzigen Element anhand eines kontinuierlich veränder baren Düsenkanals.

Gemäß Fig. 2 besteht die eigentliche Regelvorrichtung nun mehr darin, daß der Düsenapparat 2teilige Leitschaufeln 12 aufweist. Deren Vorderteil 12a ist feststehend und in übli cher, nicht dargestellter Weise in den jeweiligen Schaufel trägern 6A resp. 6B eingehängt. Hieraus folgt, daß der überwiegende Teil der auf den Düsenapparat wirkenden Kräfte von den feststehenden Teilen der Schaufeln übertragen wird. Die Hinterteile 12b sind um einen Drehpunkt 13 schwenkbar ausgebildet. Der Drehpunkt befindet sich innerhalb des hin teren Schaufelprofils. Die Trennebene 16 zwischen beiden Schaufelteilen verläuft zwischen Druck- und Saugseite in einer Radialebene und erstreckt sich über die ganze Schau felhöhe. Dies ergibt insbesondere bei zylindrischen Schau feln eine sehr einfache Lösung. Der Drehpunkt ist so gewählt, daß im ausgeschwenkten Zustand das auf das Schau felende wirkende Drehmoment möglichst gering ist.

Bei vollem Massenstrom nehmen die Leitschaufeln ihre unge störte Profilform ein. In dieser Stellung kann die innere Dichtheit zwischen Druck- und Saugseite, welche letzlich abhängig ist von der Spaltbreite zwischen den beiden Schau felteilen, durch nichtdargestellte Maßnahmen wie beispiels weise Labyrinthe sichergestellt werden. Jedenfalls sollte es sich bei diesen Maßnahmen um Dichtmittel handeln, die die freie Schwenkbarkeit des Schaufelendes nicht beeinträchti gen.

Durch Drehen der Schaufelenden kann nun die gewünschte Quer schnittsveränderung im einzelnen Schaufelkanal erfolgen. Bei dieser einfachsten Lösung ist zwar anhand der schraffierten Stellung der Hinterteile zu erkennen, daß an den Trennstel len eine die Strömung störende Unstetigkeit auftritt. Insge samt ist die Lösung jedoch strömungsmäßig vergleichbar mit denjenigen, die mit vollen Drehschaufeln arbeiten, so wie dies beispielsweise aus dem Verdichter- oder Wasserturbinen bau bekannt ist.

Die synchrone Verstellung der Schaufelenden erfolgt in übli cher Weise wie bei den bekannten Drehschaufeln.

Eine strömungsmäßig günstigere Variante der neuen Maßnahme ist in Fig. 3 gezeigt. Das ausschwenkbare hintere Schaufel teil ist mit einer profilierten Vorderkante versehen. Auch hier nehmen die Leitschaufeln ihre ungestörte Profilform bei vollem Massenstrom ein. Die innere Dichtheit zwischen Druck- und Saugseite wird hier durch dadurch erreicht, daß am feststehenden Schaufelvorderteil im Bereich der Außenkonturen Paßflächen 14, 15 vorgesehen sind, die gegen die ent sprechenden Flächen des beweglichen Schaufelendes dichten. Der überwiegende Teil der gekrümmten, dem beweglichen Schau felteil gegenüberliegenden Fläche des feststehenden Vorder teils muß deshalb einer Feinbearbeitung nicht unterzogen werden.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante nehmen die Leitschaufeln ihre ungestörte Profilform bei minimalem Massenstrom ein. Der Drehpunkt ist so angeordnet, daß das an der Vorderkante profilierte Schaufelende nur an der Druckseite ausschwenkt. Im voll ausgeschwenktem Zustand wird das Schaufelende beidseitig umströmt. Es ist erkennbar, daß die Strömung insbesondere auf der Saugseite der Schaufeln nahezu unbeeinträchtigt bleibt.

Bezugszeichenliste.

1 Entnahme
2 Entnahme
3 Hochdruckturbine
3A Mitteldruckturbine
3B Niederdruckturbine
4 Rotor
5 Turbinengehäuse
6, 6A, 6B Schaufelträger
7 Düsenkasten
8 Regelrad
9 Hochdruckabdampf
10 Mitteldruckabdampf
12 Leitschaufel
12a feststehendes Vorderteil
12b schwenkbares Hinterteil
13 Drehpunkt
14 Paßfläche
15 Paßfläche
16 Trennebene

Claims

1. Vorrichtung zum Regulieren des durchströmten Quer schnitts im Leitapparat von axial durchströmten Turbo maschinen, insbesondere von Entnahmedampfturbinen, bei welchem die Leitschaufeln (12) des Leitapparates ein zeln drehbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (12) zweiteilig ausgebildet sind und daß jeweils nur das hintere Schaufelteil (12b) um einen innerhalb des Schaufelprofils liegenden Drehpunkt (13) schwenkbar ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das ausschwenkbare hintere Schaufelteil (12b) mit einer profilierten Vorderkante versehen ist.