DE539183C

DE539183C - Multi-stage steam turbine

Info

Publication number: DE539183C
Application number: DER79449D
Authority: DE
Original assignee: RUTHSSPEICHER GmbH
Current assignee: RUTHSSPEICHER GmbH
Priority date: 1929-10-06
Filing date: 1929-10-06
Publication date: 1931-11-23

Description

Mehrstufige Dampfturbine Die erste Stufe neuzeitlicher Dampfturbinen wird meistens für ein verhältnismäßig kleines Gefälle und im Gegensatz zu älteren Ausführungen oft einkränzig und voll beaufschlagt ausgeführt. Die für Überlast erforderliche Dampfmenge wird dann meist in die Radkammer der ersten oder einer späteren Stufe eingeführt. Man wählt dafür eine Stufe, deren Druck bei Überlast genügend unterhalb des Druckes vor der Turbine liegt, um die für Überlast erforderliche Dampfmenge auch sicher in die Turbine einführen zu können. Als Nachteil dieser Anordnung ist anzusehen, daß der Überlastdampf auf den Stufendruck gedrosselt wird und dadurch ein Teil des Gefälles verlorengeht. Ein weiterer Nachteil ist die Verringerung der E 2s2 um den Betrag, der den umgangenen Rädern entspricht.Multi-stage steam turbine The first stage of modern steam turbines is mostly used for a relatively small gradient and in contrast to older ones Designs are often carried out with a single ring and fully loaded. The one required for overload The amount of steam is then mostly in the wheel chamber of the first or a later stage introduced. A stage is selected for this, the pressure of which is sufficiently below in the event of an overload the pressure upstream of the turbine is the amount of steam required for overload also to be able to insert it safely into the turbine. The disadvantage of this arrangement is to see that the overload steam is throttled to the stage pressure and thereby part of the slope is lost. Another disadvantage is the reduction in E 2s2 by the amount that corresponds to the wheels bypassed.

Von wesentlich größerer Bedeutung noch als bei Frischdampfturbinen ist der Einfluß des oben geschilderten Druckverlustes, der bei Einführung von Zusatzdampf in eine spätere Turbinenstufe entsteht, bei Speicherturbinen, die entweder mit Frischdampf und Speicherdampf (Frischdampf-Speicherdampf-Turbinen) oder nur mit Speicherdampf betrieben werden. Bei Entladung eines Gefällespeichers steht an der Turbine Sattdampf stets sinkenden Druckes zur Verfügung, dessen Menge mit abnehmendem Druck zunimmt. Bei Frischdampf-Speicherdampf-Turbinen wird nun der Speicherdampf entweder ebenfalls vor die erste Stufe der Turbine geleitet oder ähnlich wie der Überlastdampf von reinen Frischdampfturbinen meist an einer Stelle oder mehreren Stellen in die Turbine eingeführt, an welchen der Stufendruck unter dem jeweiligen Druck des Speicherdampfes liegt.Of much greater importance than with live steam turbines is the influence of the pressure loss described above that occurs when additional steam is introduced in a later turbine stage arises, with storage turbines, which either with live steam and storage steam (live steam storage steam turbines) or only with storage steam operate. When a slope storage tank is discharged, there is saturated steam at the turbine always decreasing pressure available, the amount of which increases with decreasing pressure. In the case of live steam storage steam turbines, the storage steam is either also passed in front of the first stage of the turbine or similar to the overload steam from pure live steam turbines usually at one point or several points in the turbine introduced at which the stage pressure is below the respective pressure of the storage steam lies.

Die Zuführungsstutzen für den Speicherdampf müssen mit Rücksicht auf die große Menge des niedergespannten Speicherdampfes meist einen großen Durchmesser erhalten, damit die Dampfgeschwindigkeit und der Druckverlust nicht übermäßige Werte annehmen. Die Unterbringung dieser Stutzen bereitet meist große Schwierigkeiten.The inlet connections for the storage steam must be taken into account the large amount of low-pressure storage steam usually has a large diameter so that the steam speed and pressure drop are not excessive accept. The accommodation of these nozzles usually causes great difficulties.

Ähnlich liegen die Verhältnisse bei reinen Speicherdampfturbinen. Auch hier reicht bei sinkendem Dampfdruck der Querschnitt der ersten Düsen nicht aus, um der Turbine den erforderlichen Dampf zuzuführen, abgesehen davon, daß bei sinkendem Druck vor der Turbine der Unterschied gegenüber dem Druck in der ersten Turbinenstufe zu klein wird, um genügende Dampfmengen durch die Düsen der ersten Stufe einführen zu können. Der Speicherdampf muß infolgedessen auch hier in eine oder mehrere Stufen eingeführt werden.The situation is similar for pure storage steam turbines. Here, too, the cross-section of the first nozzles is insufficient when the steam pressure drops to supply the required steam to the turbine, apart from the fact that at decreasing pressure in front of the turbine is the difference compared to the pressure in the first Turbine stage is too small to allow sufficient amounts of steam through the nozzles of the first To be able to introduce level. As a result, the storage steam must also be in a or several stages are introduced.

In neuerer Zeit werden häufig vorhandene Frischdampfturbinen nachträglich für reinen oder gemischten Speicherdampfbetrieb' umgebaut. Die hier meist in spätere Stufen führenden Stutzen, die ursprünglich für Anzapfung, Überlasteinführung oder ähnliche Zwecke vorgesehen waren, lassen sich dann mit Vorteil zur Einführung des Speicherdampfes verwenden, Jedoch begrenzt auch hier der Durchmesser des Stutzens die Dampfmenge und somit die Leistung der Turbine, besonders bei niedrigen Speicherdrücken, da mit Rücksicht auf den mit der Geschwindigkeit quadratisch wachsenden Druckverlust hohe Dampfgeschwindigkeiten selten zugelassen werden können.In recent times, existing live steam turbines are often retrofitted converted for pure or mixed storage steam operation '. Most of them in later Steps leading nozzles, originally for tapping, overload introduction or Similar purposes were intended, can then be used with advantage to introduce the Use storage steam, but here too the diameter of the nozzle is limited the amount of steam and thus the output of the turbine, especially at low storage pressures, there with consideration on that which grows quadratically with the speed Pressure drop high steam velocities can rarely be allowed.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun, durch verhältnismäßig kleine Öffnungen weit größere Dampfmengen als bisher bei größeren Dampfgeschwindigkeiten in die Radkammer der ersten oder einer späteren Stufe der Turbine einzuführen. Es wird dies dadurch erreicht, daß der Dampf durch als Diffusor wirkende (überweiterte) Düsen eingeführt wird, deren engster Querschnitt an der Durchbruchstelle des Turbinengehäuses liegt. Die infolge der höheren Geschwindigkeit auftretenden Druckverluste werden dadurch vermieden. Diese Düsen haben den Zweck, die Dampfgeschwindigkeit im engsten Querschnitt bis zur Schallgeschwindigkeit zu steigern und dann im erweiterten Teil eine Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck herbeizuführen. Es wird also einerseits eine höhere Dampfgeschwindigkeit und damit ein kleinerer Querschnitt erreicht oder, was dasselbe ist, für einen gegebenen Querschnitt die durchgehende Dampfmenge vergrößert. Anderseits wird der Druckverlust vermindert und die Möglichkeit gegeben, den Dampf in eine Stufe höheren Druckes einzuführen.The present invention now enables, by relatively small Openings much larger amounts of steam than before at higher steam speeds to be introduced into the wheel chamber of the first or a later stage of the turbine. It this is achieved by the fact that the steam through acting as a diffuser (extended) Nozzles are introduced whose narrowest cross-section is at the breakthrough point in the turbine housing lies. The pressure losses that occur as a result of the higher speed are thereby avoided. The purpose of these nozzles is to keep the steam speed as close as possible Increase cross-section up to the speed of sound and then in the extended part bring about a conversion of speed into pressure. So it will be on the one hand a higher steam speed and thus a smaller cross-section is achieved or, which is the same, increases the amount of steam passing through for a given cross-section. On the other hand, the pressure drop is reduced and the steam is given the opportunity to introduce a higher pressure stage.

Zur Umsetzung des geringen Wärmegefälles, um das es sich hier handelt, wäre an sich eine Düse mit einer Erweiterung nicht notwendig. Die Erweiterung dient hier nur dem obenerwähnten Zweck, weshalb diese Düsen als überweiterteDüsen bezeichnet werden mögen. Diese Bezeichnung soll besagen, daß die Erweiterung nicht den Zweck hat, ein großes (überkritisches) Wärmegefälle in Geschwindigkeit umzusetzen (wie bei der Laval-Düse), sondern die Umsetzung der bis zum engsten Querschnitt erreichten Geschwindigkeit in Druck. Der Dampf kann mittels überweiterter Düsen in verschiedene Stufen der Turbine, d. h. bei verschiedenen Zwischendrücken, eingeführt werden. An jeder Einführungsstelle des Dampfes kann eine überweiterte Düse oder deren mehrere angeordnet werden.To implement the low heat gradient that is involved here, a nozzle with an extension would not be necessary per se. The extension serves here only for the purpose mentioned above, which is why these nozzles are referred to as extended nozzles will like. This designation is meant to indicate that the enlargement does not serve the purpose has to convert a large (supercritical) heat gradient into speed (like at the Laval nozzle), but rather the implementation of the narrowest cross-section Speed in printing. The steam can be injected into different nozzles by means of expanded nozzles Stages of the turbine, d. H. at different intermediate pressures. At each point of introduction of the steam there can be one or more enlarged nozzles to be ordered.

Die Wiederumsetzung von Geschwindigkeit in Druck einer an einem engsten Querschnitt anschließenden allmählichen Erweiterung ist an sich bekannt. Sie wurde beispielsweise bei Abdampfstutzen von Turbinen angewendet oder bei dem bekannten Ferranti-Ventil. Dort handelt es sich darum, die Sitzfläche eines Ventils möglichst klein halten zu können. Die vorliegende Erfindung zeigt dagegen eine vollkommen neue Anwendung der an sich bekannten überweiterten Düse mit den eingangs erwähnten erheblichen Vorteilen für den Turbinenbetrieb.The conversion of speed into pressure one at a time Gradual widening of the cross section is known per se. she got for example used in exhaust steam nozzles of turbines or in the known Ferranti valve. There it is a question of the seat surface of a valve if possible to be able to keep it small. On the other hand, the present invention shows a perfect one new application of the enlarged nozzle known per se with those mentioned at the beginning significant advantages for turbine operation.

Die Erfindung ist an Hand von Abb. i bis 4. an einigen Ausführungsformen beispielsweise näher erläutert. Abb. i zeigt in schematischer Darstellung eine bekannte Frischdampfturbine, der durch die Düsen i, die das Rad 2 beaufschlagen, der Dampf zugeführt wird. Bei Vollast sind sämtliche Ventile 3 (von denen in der Schnittzeichnung nur eines sichtbar ist), die den Dampfzufluß zu den Düsen i regeln, voll geöffnet. Der zur Überlast erforderliche Dampf wird durch den Stutzen q. vor die vierte Stufe in die Turbine eingeführt, in der sich bei Überlast beispielsweise ein Druck von ii at einstellen möge, während der Frischdampfdruck 15 at betrage. Das Druckgefälle von 15 auf ii at geht also für die Leistungserzeugung verloren. Würde man dagegen den Dampf vor die dritte Stufe einführen, in der ein Druck von 13 at herrschen möge, so würde das nicht ausgenutzte Druckgefälle nur 2 at betragen. Da aber bisher im Stutzen mit einem großen Druckabfall gerechnet werden mußte, genügte ein kleines Druckgefälle nicht, um mit Sicherheit den erforderlichen Zusatzdampf in die Turbine zu bringen. Durch Ausbildung des Stutzens als überweiterte Düse, in welcher die Geschwindigkeit nahezu vollständig in Druck zurückverwandelt wird, kann dieser Druckverlust derart verkleinert werden, daß eine Zuführung des Zusatzdampfes hinter die erste oder wie in Abb. 2 hinter die zweite Stufe möglich ist. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Turbine bei Überlast infolge Vergrößerung des ausgenutzten Gefälles sowie der E z",2 nicht unwesentlich verbessert.The invention is based on FIGS. 1 to 4 in some embodiments for example explained in more detail. Fig. I shows a schematic representation of a known one Live steam turbine, the steam through the nozzles i, which act on the wheel 2 is fed. At full load, all valves 3 (of those in the sectional drawing only one is visible), which regulate the flow of steam to the nozzles i, are fully open. The steam required for the overload is drawn through the nozzle q. before the fourth stage introduced into the turbine, in which, in the event of an overload, for example, a pressure of ii at may set, while the live steam pressure is 15 at. The pressure gradient from 15 to ii at is therefore lost for power generation. You would against it Introduce the steam before the third stage, in which there should be a pressure of 13 at, so the unused pressure drop would only be 2 at. But since so far in If a large pressure drop had to be expected from the nozzle, a small one was sufficient Pressure gradient does not ensure the required additional steam in the turbine bring to. By designing the nozzle as an enlarged nozzle in which the Speed is almost completely converted back into pressure, this pressure loss can be reduced so that a supply of the additional steam behind the first or as in Fig. 2 after the second stage is possible. This increases the efficiency the turbine in the event of an overload due to an increase in the gradient used and the E z ", 2 improved not insignificantly.

Abb. 3 zeigt eine kombinierte Turbine für gemischten Frischdampf-Speicherdampf-Betrieb. Der Frischdampf wird der ersten Stufe durch die Düsen i zugeführt. Bei einer bestimmten Belastung sei die Druckverteilung innerhalb der Turbine derart, daß sich hinter der zweiten Stufe ein Druck von io at, hinter der dritten Stufe ein Druck von 6 at und hinter der fünften Stufe ein Druck von 2 at einstellen möge. Der Speicherdampf, der anfänglich einen Druck von 15 at besitzt, wird dann zunächst in dem gewählten Beispiel durch Stutzen 6 in die Turbine eingeführt. Nähert sich der Speicherdruck io at, so wird der Speicherdampfeinlaß selbsttätig auf Stutzen 7 umgeschaltet, bei Absinken des Speicherdampfdruckes unter 6 at in entsprechender Weise auf Stutzen 8, wo der Speicher weiter bis auf einen Druck etwas über 2 at entladen werden kann.Fig. 3 shows a combined turbine for mixed live steam storage steam operation. The live steam is fed to the first stage through the nozzles i. With a certain Load is the pressure distribution within the turbine such that behind the second stage a pressure of io at, after the third stage a pressure of 6 at and set a pressure of 2 at behind the fifth stage. The storage steam, which initially has a pressure of 15 at, is then initially selected in the Example introduced into the turbine through nozzle 6. The accumulator pressure is approaching io at, the storage steam inlet is automatically switched to connection 7, at The storage vapor pressure drops below 6 at in a corresponding manner on the nozzle 8, where the accumulator can be discharged further down to a pressure a little over 2 at.

Bei großen, durch den Speicherdampf zu übernehmenden Leistungen müssen der Turbine große Mengen Speicherdampf zugeführt werden, die bei abfallendem Speicherdampfdruck einen immer größeren Umfang einnehmen. Auch bei großen Stutzen, deren Unterbringung auf dem Gehäuse oft erhebliche Schwierigkeiten bereitet, fallen die Dampfgeschwindigkeiten in den Stutzen noch derart hoch aus, daß die gewünschte Speicherdampfmenge nicht ohne erheblichen Druckverlust in die Turbinen eingeführt werden kann. Da die Menge des Speicherdampfes bei tiefen Drücken rasch zunimmt, verzichtet man auch häufig darauf, die tiefen Drücke noch auszunutzen, also mit der Speicherentladung unter 3 bis 4 at zu gehen. Da aber gerade bei den tiefen Drücken die Speicherfähigkeit des Gefällespeichers am größten ist, bedeutet dies eine unwirtschaftliche Ausnutzung der Speicheranlage.In the case of large capacities to be taken over by the storage steam the turbine is supplied with large amounts of storage steam, which when the storage steam pressure drops occupy an ever greater extent. Even with large nozzles, their placement often causes considerable difficulties on the housing, the steam velocities drop in the nozzle so high that the desired amount of stored steam not can be introduced into the turbines without significant pressure loss. Because the crowd of the storage steam increases rapidly at low pressures, one also often dispenses with it on making use of the low pressures, i.e. with the accumulator discharge below 3 to 4 at to go. But there, especially with the deep pressures, the storage capacity of the slope storage tank is greatest, this means uneconomical utilization the storage facility.

Durch die Ausbildung der Stutzen als überweiterte Düsen, wie in Abb. 3 dargestellt, kann auch hier die Dampfgeschwindigkeit unbedenklich bis auf die Schallgeschwindigkeit gesteigert werden, ohne daß ein übermäßiger Druckverlust in Kauf genommen werden muß. Die Stutzendurchmesser werden wesentlich kleiner, und mit der Speicherentladung kann tiefer, als bisher üblich, gegangen werden.By designing the nozzles as expanded nozzles, as shown in Fig. 3 shown, the steam speed can be safe up to the The speed of sound can be increased without an excessive pressure loss in Purchase must be made. The nozzle diameters are much smaller, and with the storage discharge, it is possible to go deeper than has been the case up to now.

Abb. 4 zeigt endlich eine Speicherdampfturbine, die durch Umbau einer alten Frischdampfturbine entstanden ist. Der vorhandene Stutzen 9, der vor die vierte Stufe führt, war ursprünglich für den Einlaß des Abdampfes aus der Kondensationshilfsturbine bestimmt, ist aber zur Einführung von Speicherdampf geeignet, da die Querschnitte der ersten Düsen io bei tiefen Speicherdampfdrücken nur eine verhältnismäßig geringe Speicherdampfmenge einzuführen gestatten. Außerdem wird die durch die Düsen io einzuführende Dampfmenge durch den bei größeren Dampfmengen hinter den Düsen sich einstellenden höheren Stufendruck begrenzt. Um mit der Speicherentladung tiefer heruntergehen zu- können, ist die gestrichelt angedeutete vierte Stufe =i entfernt worden, da sich dann hinter dem dritten Rad ein tieferer Druck einstellt, der die Grenze für die Speicherentladung bildet. Würde man für den verhältnismäßig engen Stutzen nur die üblichen Dampfgeschwindigkeiten von etwa 5o m/Sek. zulassen, so wäre es nicht möglich, bei tiefen Speicherdampfdrücken große Leistungen aus der Turbine herauszuholen. Erst durch die Ausbildung des Stutzens als überweiterte Düse und den damit verbundenen Rückgewinn der Geschwindigkeitsenergie kann die Eintrittsgeschwindigkeit des Dampfes derart gesteigert werden, daß die für die hohen Leistungen erforderlichen Dampfmengen in die Turbine eingeführt werden können. Der durch die Entfernung der vierten Stufe frei werdende Raum kann vorteilhaft für die Unterbringung des überweiterten Düsensatzes, dessen Bauart im einzelnen dem verfügbaren Raum angepaßt werden kann, verwendet werden.Fig. 4 finally shows a storage steam turbine, which by converting a old live steam turbine was created. The existing nozzle 9, which is in front of the fourth Stage leads, was originally for the inlet of the exhaust steam from the condensing auxiliary turbine determined, but is suitable for the introduction of storage steam, since the cross-sections of the first nozzles io only a relatively low one at low storage vapor pressures Allow the amount of steam to be introduced. In addition, the one to be introduced through the nozzles is io Amount of steam due to the setting behind the nozzles with larger amounts of steam higher stage pressure limited. To go deeper with the accumulator discharge to be able to, the dashed indicated fourth stage = i has been removed because a lower pressure then sets behind the third wheel, which is the limit for the accumulator discharge forms. You would only for the relatively narrow neck the usual steam speeds of about 50 m / sec. admit it wouldn't be like that possible to get high performance out of the turbine at low storage steam pressures. Only through the formation of the nozzle as an enlarged nozzle and the associated Recovering the velocity energy can reduce the entry velocity of the steam are increased in such a way that the amounts of steam required for the high performance can be introduced into the turbine. The one by removing the fourth stage The space that becomes free can be advantageous for accommodating the extended nozzle set, the design of which can be adapted in detail to the available space will.

Die Erfindung kann selbstverständlich auch dann 'mit Vorteil bei Frischdampf-Speicherdampf-Turbinen angewandt werden, wenn der Speicherdampf in bekannter Weise vor dem ersten Laufrad eingeführt wird, das dann teils mit Frischdampf und teils mit Speicherdampf beaufschlagt wird.The invention can of course also be used with advantage in live steam storage steam turbines can be used when the storage steam is in a known manner upstream of the first impeller is introduced, which is then acted upon partly with live steam and partly with storage steam will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Steam turbine, which steam in at least two Stages is fed, characterized in that the steam is low in a stage Pressure or its several introduced by acting as a diffuser (over-extended) nozzles will, whose. the narrowest cross-section is at the breakthrough point in the turbine housing. z. Steam turbine according to claim i, characterized in that the inlet connection of the lower pressure levels are designed as expanded nozzles.