DE441453C - Einrichtung zur Waermezufuhr im Sattdampfgebiet von Dampfturbinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Wärmezufuhr im Sattdampfgebiet von Dampfturbinen. Die fortschreitende Entwicklung der Wirtschaftlichkeit der Dampfturbinen bedingt die Ausnutzung immer größerer Wärmegefälle und die zunehmende Ausnutzung der Baustoffe.
• Diese Entwicklung, unterstützt durch das Schritthalten wichtiger Kraftabnehmer, führt zur Gattung der Grenzleistungsturbinen, d. h. zu Turbinen von solcher Leistung für eine gegebene Drehzahl, daß der höchste Grad der gleichzeitigen Ausnutzung der verfügbaren Dampfkraft und des Baustoffes erreicht wird. Merkmale solcher Turbinen, in denen Hochdruckdampf auf niedrigen Enddruck entspannt wird, sind die hohe Schaufelgeschwindigkeit am Niederdruckende und die zugehörigen hohen Dampfgeschwindigkeiten, ferner die großen Schaufellängen. Bei Turbinen, deren Dampf in das Sattdampfgebiet entspannt wird, verwandelt sich ein Teil desselben in Wasser, das am Ende des Arbeitsvorganges ro Prozent des Dampfgewichtes und darüber betragen kann. Diese mit der Entspannung zunehmende Wasserausscheidang übt in mehrfacher Hinsicht eine schädliche Wirkung auf den Niederdruckteil der Turbine aus. Ein erheblicher Teil der Arbeitskraft des Dampfes wird mit Stoßverlusten für die jeweilige Beschleunigung des gegenüber dem Dampf zurückgebliebenen Wassers verwendet, worauf dieser Teil der Arbeitskraft durch nachfolgende weitere Stoßverluste und hemmende Arbeit an den Laufschaufeln wieder verlorengeht. Weitere Verluste entstehen durch den teilweisen Ersatz der Dampfreibung durch die Flüssigkeitsreibung.
• Abb. i, die sich auf die letzte Niederdruckleitschaufelreihe bezieht, veranschaulicht in schematischer Weise diese Verhältnisse. i bedeutet die Geschwindigkeit des Dampfes aus einer Leitschaufel im trocken gesättigten Zustande. Hat der Dampf ausgeschiedenes Wasser mit zu beschleunigen, so verringert sich seine Geschwindigkeit auf 2, gleichzeitig wird dem Wasser eine Geschwindigkeit 3 erteilt mit Richtung und Größe der Teilkraft 4 auf die Laufschaufel 5. Die dadurch bedingte Rückenbeaufschlagung der Schaufel 5 beschränkt sich nicht auf die oben geschilderten. Nachteile, sondern kann außerdem zum vorzeitigen Verschleiß und Ersatz dieser Laufschaufeln führen. Diese Nachteile werden noch dadurch erhöht, daß das Wasser unter der Einwirkung der Fliehkraft nach außen geschleudert wird, wo die größte Schaufelgeschwindigkeit vorkommt.
• Es ist bereits bekannt, diese Nachteile durch zusätzliche Wärmezufuhr zu beseitigen. Es kann dies z. B. durch Zwischenüberhitzer oder Trockner bewirkt werden; aber die Ableitung des Dampfes in getrennte Vorrichtungen dieser Art bedingt Verluste an Dampfspannung und Strahlung und vermöge der großen Ouerschnittsverhältnisse umfangreiche und kostspielige Einrichtungen.
• Es ist ferner bekannt, die Wärmezufuhr während des Entspannungsvorganges des arbeitenden Dampfes vermittels Dampfmäntel und wärmeleitend darauf befestigte Schaufeln zu bewirken. Diese Arbeitsweise vermeidet die oben erwähnten Nachteile; hat aber ihrerseits wieder den Nachteil, daß sie nur bei verhältnismäßig kurzen Schaufeln in Betracht kommt, da die Weiterleitung der Wärme durch den engen Querschnitt der Schaufeln beschränkt ist und nicht hinreicht, um die langen Niederdruckschaufeln von Grenzleistungsturhinen zu schützen, selbst wenn Heizdampf von hoher Spannung verwendet wird, wodurch aber eine erhebliche Einbuße an Wirtschaftlichkeit bedingt würde.
• Vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile, indem sie eine hinreichende Wärmezufuhr während - des Entspannungsvorganges ermöglicht bei Verwendung von Heizdampfspannungen oder Dampfwärmen, die wenig höher sind als die des Arbeitsdampfes.
• Die Erfindung besteht darin, daß die Schaufeln, vorzugsweise die Leitschaufeln, als Hohlkörper ausgebildet werden, zu deren Innern der Heizdampf Zugang erhält. Solche Schaufeln können einzeln oder in Verbindung mit einem gemeinschaftlichen, an sich bekannten Dampfmantel geheizt werden. Durch Dampfmäntel an beiden Enden der Schaufeln kann der Heizdampf die Schaufeln durchströmen, wodurch die Heizwirkung erheblich gesteigert wird.
• Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch solche Schaufeln 6, die Hohlräume 7 aufweisen, und Abb. 3 Heizschaufeln, die an beiden Enden vermittels der Dampfmäiitel8 und 9 zu einem zusammenhängenden 113eizkörper verbunden sind.
• Abb.4 veranschaulicht die Anordnung gemäß Abb-. 3 als Zwischenwand io zwischen zwei benachbarten Laufrädern ausgebildet.
• Abb. 5 und 6 veranschaulichen im Längsu.nd Querschnitt eine beispielsweise Anwendung der Erfindung auf eine Grenzleistungsturbine nach der Überdruckbauart, bei der sich vier Stufen im Sattdampfgebiet befinden. Die Leitschaufeln 11, 12, 13, 14 werden mit ihren Ummantelungen 15, 16 zu einem zusammenhängeriden Wärmezufuhrkörper ausgebildet, dem der Heizdampf durch den Stutzen 17 zugeführt wird. Der Heizkörper ist wagerecht bei 18 in zwei Hälften getrennt und vermittels Rohrleitung i9 verbunden. Das Gemisch von Kondensat und Dampf wird an der tiefsten Stelle abgelassen.
• Die strichpunktierte - Zudampfleitung 2o (Abb@.6) veranschaulicht eine Bauart mit Dampfanschlüssen, die sich auf die untere Turbinenzylinderhälfte beschränken.
• Um einerseits genügend Querschnitt für die Durchströmung des Heizdampfes zu erhalten, andererseits eine hinreichende Oberfläche für den Wärmeübergang, erhalten die Leitschaufeln einen größeren. Querschnitt als die Laufschaufeln.
• Der Heizdampf kann von beliebiger Herkunft sein. Er kann z. B. einer Quelle, etwa Abfallwärme, außerhalb der Turbinenanlage entnommen werden. Diese Dampfmenge kann durch bekannte Mittel in Abhängigkeit von der Belastung der Turbine geregelt werden. Der Heizdampf kann geliefert werden durch Anzapfen der Turbine an einer Stelle höheren Druckes, etwa bei 2.1 (Abb. 5). Der Vorteil einer solchen Anzapfung liegt neben der Einfachheit der Anordnung darin, daß der Dampf bereits Arbeit bis zu dem Zustand geleistet hat, der für die bezweckte Wärmeabgabe noch hinreicht. Einen weiteren Vorteil bedeutet der Umstand, daß bei Teillasten die Heizwirkung selbsttätig vermindert wird, indem sich das Wärmegefälle vermindert. Ist dieser Dampf bei seiner Entnahme aus Stutzen 2i überhitzt, so kann in der Zuführungsleitung zu Stutzen 17 eine Einspritzvorrichtung a2 angebracht werden, welche diese Überhitzung zu beseitigen gestattet, um die Wärmeübertragung im Heizkörper zu fördern.
• Das Gemisch von Heizdampf und Kondensat kann nach Verlassen des Heizkörpers 23 (Abb. 7) in einen Speisewasservorwärmer 24 geleitet werden, durch den das Kondensat aus dem Kondensator 25 durch Rohrleitung 26, 27 geleitet wird. Dieser Vorwärmer kann ein Glied einer Reihe von hintereinandergeschalteten Vorwärmern sein, in denen eine stufenweise V orwärmung des Speisewassers durch mehrfache Anzapfung der Turbine bewirkt wird. Diese mehrfache Anzapfung kann j e durch das unabhängige Heizelement einer Niederdruckstufe geleitet werden. Eine Anordnung dieser Art veranschaulicht Abb.8. Hierin werden drei unabhängige Heizkörper 28, 2g, 30 je von den drei Anzapfstellen der Turbine 3i, 32, 33 beheizt, um, wie das Schema zeigt, die nutzbare Wärme ihres Dampf- und Wassergemisches je an die hintereinandergeschalteten Vorwärmer 34, 35, 36 abzugeben.
• Bei Entnahmeturbinen kann die Anzapfung z. B. bei 37 (Abb. g) über die Heizkörper 38, 39# 4o, 41 an die Abgabestelle 42 geleitet werden.
• Andere Quellen von Zusatzwärme sind Niederdruckdampf, erzeugt vermittels der Wärme der Kesselabgase, der Abdampf von Hilfsturbinen, ferner der Leckdampf von Dichtungen in der Turbine, wie z. B. von den Dichtungen von Enddruckausgleichkolben.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Wärmezufuhr im Sattdampfgebiet von Dampfturbinen, in welchen der Dampf bis ins Sattdampfgebiet entspannt wird und in welchen dem arbeitleistenden Dampf während des Arbeitsvorganges mindestens im Sattdampfgebiet Wärmemengen zugeführt werden, um die Ausscheidung von Wasser zu verhindern oder zu verringern, dadurch gekennzeichnet, daß' die Zusatzwärmemengen dem arbeitleistenden Dampf mittels hohler, als geschlossene Heizkörper ausgebildeter Leitschaufeln, durch die Heizdampf strömt, zugeführt werden (Abb.2).
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schaufeln in Verbindung mit einem an sich bekannten, sie umschließenden Dampfmantel zu einem zusammenhängenden Heizkörper ausgebildet werden.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln einen größeren Querschnitt erhalten als die Laufschaufeln, um einerseits genügend Querschnitt für die Durchströmung des Heizdampfes, andererseits eine hinreichende Oberfläche für den Wärmeübergang zu erhalten (Abb.7).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbine Heizdampf zugeführt wird, der einer Quelle ganz oder zum Teil außerhalb der Turbinenanlage entnommen wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf von Hilfsturbinen als Quelle der Zusatzwärme herangezogen wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdampf ganz oder zum Teil einer Stelle höheren Druckes der Turbine durch Anzapfen entnommen wird (Abb. 7).
7. 7. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitswärme des im Heizkörper niedergeschlagenen Dampfes zur Speisewasservorwärmung herangezogen wird (Abb. g). B. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrfacher Anizapfung der Turbine zwecks Reihenvorwärmung des Speisewassers je ein Heizkörper gemäß der Erfindung zwischen Anzapfstelle und der betreffenden Vorwärmeeinheit eingeschaltet wird. g. Einrichtung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anzapfturbinen der Anzapfdampf als Quelle der Zusatzwärme dient, indem dieser teilweise oder ganz durch den Heizkörper geleitet wird. io. Einrichtung nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Leckdampf von Dichtungen der Turbine als Quelle der Zusatzwärme herangezogen wird.