DE69004656T2

DE69004656T2 - Insulation for a low pressure steam turbine.

Info

Publication number: DE69004656T2
Application number: DE1990604656
Authority: DE
Inventors: Owe Arvidsson; Bengt Assarsson; Ted Jablonowski
Original assignee: ABB Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-09-29
Also published as: EP0421288B1; SE464773B; SE8903264L; DE69004656D1; EP0421288A1; ES2052126T3; SE8903264D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Isolation in einer Niederdruckturbinenanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to insulation in a low-pressure turbine system according to the preamble of claim 1.

Kraftwerke zur Erzeugung von Energie enthalten unter anderem Niederdruckturbinen mit einem an sie angeschlossenen Kondensator. Die Niederdruckturbine mit angeschlossenen Leitungen ist von einem äußeren Turbinengehäuse umgeben. Um die gesamte Niederdruckturbine herum, zwischen ihrem inneren Gehäuse und ihrem äußeren Gehäuse, ist ein Raum vorhanden, der in direktem Kontakt mit dem Kondensator steht. In der gesamten weiteren Beschreibung wird dieser Raum als ein Teil des Kondensators betrachtet. Die Niederdruckturbine mit denjenigen Teilen der zugehörigen angeschlossenen Leitungen, die innerhalb des äußeren Turbinengehäuses liegen, können dann als im Kondensator angeordnet angesehen werden. In dem Kondensator und folglich auch in dem Raum zwischen dem inneren Turbinengehäuse und dem äußeren Turbinengehäuse, herrscht ein Druck, der annähernd ein Vakuum darstellt. Die genannten verbundenen Räume werden als "Vakuumraum" bezeichnet. Heißes Gas oder Dampf vom Dampferzeuger der Kraftwerksanlage strömt unter Entspannung durch die Turbine und von dort in den Vakuumraum im umgebenden Kondensator. Im Vakuumraum hat der Dampf einen beträchtlich niedrigeren Druck und eine beträchtlich niedrigere Temperatur. Da die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des inneren Turbinengehäuses mit zugehörigem angeschlossenen Leitungen, die von heißem Dampfdurchströmt werden, einerseits und dem Vakuumraum andererseits groß sein kann, kommt es zu einem nicht unbedeutenden Wärmetransport in Form von Wärmeleitung durch die Wände des inneren Turbinengehäuses. Dies führt zu Wärmeverlusten in der Turbine, welche die Leistung der Turbine vermindern. Neben diesem Leistungsverlust verursacht der Wärmetransport von der Turbine zum Kondensator eine Reduzierung der Temperatur des Dampfes, der von der Turbine für verschiedene Zwecke durch Dampfentzugsleitungen abgezogen wird. Auf diese Weise wird der Feuchtigkeitsgehalt des Dampfes vergrößert, und dies führt zu Materialverschleißproblemen in der Turbinenanlage als Folge von Erosion und Korrosion.Power plants for generating energy contain, among other things, low-pressure turbines with a condenser connected to them. The low-pressure turbine with connected lines is surrounded by an outer turbine casing. Around the entire low-pressure turbine, between its inner casing and its outer casing, there is a space that is in direct contact with the condenser. In the entire further description, this space is considered to be part of the condenser. The low-pressure turbine with those parts of the associated connected lines that lie within the outer turbine casing can then be considered to be arranged in the condenser. In the condenser and consequently also in the space between the inner turbine casing and the outer turbine casing, there is a pressure that represents approximately a vacuum. The said connected spaces are referred to as the "vacuum space". Hot gas or steam from the steam generator of the power plant flows through the turbine with expansion and from there into the vacuum space in the surrounding condenser. In the vacuum space, the steam has a considerably lower pressure and a considerably lower temperature. Since the temperature difference between the interior of the inner turbine casing with associated connected pipes through which hot steam flows, on the one hand, and the vacuum space on the other hand, can be large, a not insignificant heat transport occurs in the form of heat conduction through the walls of the inner turbine casing. This leads to heat losses in the turbine, which reduce the turbine's performance. In addition to this loss of performance, the heat transport causes from the turbine to the condenser a reduction in the temperature of the steam which is withdrawn from the turbine for various purposes through steam extraction lines. In this way the moisture content of the steam is increased and this leads to material wear problems in the turbine plant as a result of erosion and corrosion.

Um die Leistungsverluste in Verbindung mit dem oben genannten Wärmetransport zu vermindern, ist es wünschenswert, innerhalb des Vakuumraumes die Wände der Turbine und der zugehörigen Ausrüstung, die Räume umgeben, welche heißen Dampf enthalten, von außen zu isolieren.In order to reduce the power losses associated with the above-mentioned heat transfer, it is desirable to insulate from the outside, within the vacuum space, the walls of the turbine and associated equipment surrounding spaces containing hot steam.

Eine solche Isolation wurde in der Vergangenheit nur in geringem Maße durchgeführt. Das Anbringen einer Isolation auf den Wänden des Turbinengehäuses und den damit verbunden Leitungen bereitet beträchtliche Probleme. Die Oberflächen, die isoliert werden sollen, unterliegen Schwingungen, hohen Temperaturen und der ständigen Gegenwart von Wasserdampf und kondensiertem Wasser. Die Räume sind für die Wartung und Inspektion nur in den normalen Inspektionsintervallen zugänglich.Such insulation has been carried out only to a limited extent in the past. Applying insulation to the walls of the turbine casing and the connected piping presents considerable problems. The surfaces to be insulated are subject to vibration, high temperatures and the constant presence of water vapor and condensed water. The rooms are only accessible for maintenance and inspection during normal inspection intervals.

Wegen der vorgenannten Schwierigkeiten ist es üblich, die heißen Oberflächen unisoliert zu lassen.Because of the aforementioned difficulties, it is common practice to leave the hot surfaces uninsulated.

Ein Verfahren zur Isolierung, welches in einem gewissen Umfang angewendet wird, besteht darin, die heißen Oberflächen innerhalb des Turbinengehäuses mit einer Ummantelung aus Metallblech zu versehen. Zwischen der Metallblech-Ummantelung und den inneren Wänden des Turbinengehäuses sind isolierende Lufträume vorhanden, die mit der Umgebung nur durch Ventilationsschlitze in Verbindung stehen. Eine solche Isolation funktioniert gut, hat jedoch Nachteile. Die Ausführung ist sehr teuer. Wegen der Schwingungen können sich Bleche lösen, herunterfallen und die darunterliegenden Kondensatorleitungen beschädigen. Auf diese Weise können die Isolationsbleche Unterbrechungen des Betriebes und Stillsetzungen der Anlage verursachen. Die Stillsetzungen können besonders kostspielig in Kraftwerken sein, in denen dieser Typ von Turbinenanlagen verwendet wird.One method of insulation that is used to some extent is to cover the hot surfaces inside the turbine casing with a metal sheet sheath. Between the metal sheet sheath and the inner walls of the turbine casing there are insulating air spaces that are only connected to the environment through ventilation slots. Such insulation works well, but has disadvantages. It is very expensive to implement. Due to vibrations, sheets can come loose, fall down and damage the condenser lines underneath. In this way, the insulation sheets can cause interruptions in operation and shutdowns of the plant. Shutdowns can be particularly costly in power plants that use this type of turbine plant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolation in einer Niederdruckturbine der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welcher der obengenannte Wärmetransport von der Turbine zum Kondensator wesentlich vermindert ist, ohne irgendeine Gefahr der Unterbrechung des normalen Betriebes der Turbinenanlage zu begründen.The invention is based on the object of developing an insulation in a low-pressure turbine of the type mentioned at the beginning, in which the above-mentioned heat transport from the turbine to the condenser is significantly reduced, without giving rise to any risk of interrupting the normal operation of the turbine system.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Isolation in einer Niederdruckturbineanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.To solve this problem, an insulation in a low-pressure turbine system according to the preamble of claim 1 is proposed, which according to the invention has the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.Advantageous embodiments of the invention are mentioned in the further claims.

Wie oben erwähnt, sind die Teile der Turbinenanlage, deren Oberflächen isoliert werden sollen, von dem Vakuumraum des Kondensators umgeben. Das bedeutet, daß sich diese Oberflächen in einer Atmosphäre aus Wasserdampf befinden. Sauerstoff und andere agressive Gase kommen in sehr kleinen Mengen vor. Das Milieu ist daher sehr verschieden von dem in gewöhnlicher Luft. Dies erlaubt es, für die Isolation Materialien zu verwenden, die in keinem nennenswerten Maße in dem gleichförmigen Milieu versagen.As mentioned above, the parts of the turbine plant whose surfaces are to be insulated are surrounded by the vacuum space of the condenser. This means that these surfaces are in an atmosphere of water vapor. Oxygen and other aggressive gases are present in very small quantities. The environment is therefore very different from that in ordinary air. This allows materials to be used for the insulation which do not fail to any significant extent in the uniform environment.

Als Isolation wird eine gummiartige (elastomere) Verkleidung verwendet, die auf der zu isolierenden Oberfläche angebracht wird. Die Isolierverkleidung (Isolierfolie) kann eine Dicke von beispielsweise 3 - 10 mm haben, was von den Wärmeübertragungsparametern der Teile der Turbinenanlage abhängt. Als elastomeres Material für die Isolierverkleidung können Gummi oder mit Gewebe verstärkter Gummi verwendet werden. Dieser Gummi oder das verwendete Material muß bestimmte Eigenschaften haben. Das Isoliervermögen muß gut sein. Das Material muß hohe Temperaturen und das feuchte Milieu auf lange Zeit vertragen.As insulation, a rubber-like (elastomeric) covering is used, which is applied to the surface to be insulated. The insulating covering (insulating foil) can have a thickness of, for example, 3 - 10 mm, which depends on the heat transfer parameters of the parts of the turbine system. As Elastomeric material Rubber or rubber reinforced with fabric can be used for the insulating covering. This rubber or the material used must have certain properties. The insulating properties must be good. The material must be able to withstand high temperatures and the moist environment for a long time.

Das Milieu ist charakterisiert durch Vakuum mit einem typischen Druck von 0,004 MPa, Naßdampf und einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Naßdampfes gegen die berührten Oberflächen. Die Qualität des Elastomers sollte vorzugsweise so beschaffen sein, daß die Isolierfolie imstande ist, der Erosion zu widerstehen, der sie ausgesetzt ist, wenn sie mit dem Naßdampfstrom in Kontakt kommt, dessen Geschwindigkeit bis zu 200 m/s betragen kann. Die Isolatiön soll internen Spannungen und Wärmedehnungen widerstehen können, welche Spannungen und Dehnungen bei der vorliegenden Erfindung in einem Vakuum stattfinden.The environment is characterized by vacuum with a typical pressure of 0.004 MPa, wet steam and a high flow rate of the wet steam against the contacted surfaces. The quality of the elastomer should preferably be such that the insulation film is able to withstand the erosion to which it is exposed when it comes into contact with the wet steam flow, the speed of which can be up to 200 m/s. The insulation should be able to withstand internal stresses and thermal expansions, which stresses and expansions in the present invention take place in a vacuum.

Eine Anzahl verschiedener Verfahren kann für die Befestigung der Isolierfolien auf den zu isolierenden Oberflächen verwendet werden. Die Isolierfolien können mit einer Anzahl dünner Platten befestigt werden, die in gleichen Abständen befestigt, angeschraubt oder angeschweißt, werden. Streifen aus Blechmaterial oder einigen anderen Materialien können um die Isolierfolien angebracht werden, wenn diese zylindrische Flächen umgeben. Die Isolierfolien können geklebt oder eventuell auf gesprüht werden, und zwar selbst während der Herstellungsphase. Ein anderes zweckmäßiges Verfahren zur Befestigung besteht in der Verwendung kurzer rohrförmiger, mit Kragen versehener Elemente, die durch in den Isolierfolien vorhandene Löcher gesteckt werden und auf der Innenseite an die zu isolierende Oberfläche festgeschweißt werden. Der Kragen am oberen Ende der mit Kragen versehenen Elemente preßt die Folie zur Anlage gegen die zu isolierenden Oberflächen.A number of different methods can be used for securing the insulating sheets to the surfaces to be insulated. The insulating sheets can be secured by a number of thin plates which are secured, screwed or welded at equal intervals. Strips of sheet material or some other material can be placed around the insulating sheets when they surround cylindrical surfaces. The insulating sheets can be glued or possibly sprayed on, even during the manufacturing phase. Another convenient method of securing is to use short tubular collared elements which are inserted through holes in the insulating sheets and welded to the surface to be insulated on the inside. The collar at the top of the collared elements presses the sheet into contact with the surfaces to be insulated.

Die Isolierfolie steht in Kontakt mit Oberflächen in einem Raum mit einer Vakuumatmosphäre. Dies begründet eine gewisse Gefahr, daß die Folie durch Saugkräfte von den isolierten Oberflächen gelöst wird, da der Druck der Umgebung kleiner werden kann als der Druck zwischen der Isolierfolie und der zu isolierenden Oberfläche. Um dies zu verhindern, kann die Folie mit einer Anzahl kleiner durchgehender Löcher versehen sein, die einen Druckausgleich zwischen der Innen- und Außenseite der Isolierfolie herbeiführen.The insulating foil is in contact with surfaces in a room with a vacuum atmosphere. This creates a certain risk that the foil will be detached from the insulated surfaces by suction forces, since the pressure of the environment can become less than the pressure between the insulating foil and the surface to be insulated. To prevent this, the foil can be provided with a number of small through holes that bring about pressure equalization between the inside and outside of the insulating foil.

Ein Vorteil der Verwendung einer Isolation gemäß der Erfindung zeigt sich, wenn lokale Schäden an der Isolation auftreten sollten. Stücke der Folie, die sich lösen und auf den Kondensator fallen, können wegen ihres geringen spezifischen Gewichtes kaum Schäden anrichten und können bei der nächsten Wartung vom Boden des Kondensators entfernt werden.An advantage of using insulation according to the invention becomes apparent if local damage to the insulation occurs. Pieces of foil that come loose and fall onto the capacitor can hardly cause any damage due to their low specific weight and can be removed from the bottom of the capacitor during the next maintenance.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained in more detail using the embodiments shown in the figures.

Figur 1 einen Schnitt durch ein Turbinengehäuse und Turbinenverbindungen mit isolierten Wänden und dem umgebenden äußeren Turbinengehäuse sowie einem Kondensator,Figure 1 shows a section through a turbine casing and turbine connections with insulated walls and the surrounding outer turbine casing and a condenser,

Figur 2 das Prinzip der Befestigung der Isolierfolie auf einer Oberfläche des inneren Turbinengehäuses zwischen zwei Trennwänden,Figure 2 the principle of fastening the insulating foil on a surface of the inner turbine casing between two partition walls,

Figur 3 die Gestalt einer Befestigungsplatte zur Halterung der Isolation auf einer zylindrischen Fläche,Figure 3 shows the shape of a mounting plate for holding the insulation on a cylindrical surface,

Figur 4 ein Befestigungselement zur Befestigung der Isolierfolie mittels in der Isolierfolie vorhandenen Löcher.Figure 4 shows a fastening element for attaching the insulating foil using holes in the insulating foil.

Figur 1 zeigt eine Niederdruckturbinenanlage mit den Teilen, auf welchen gemäß der Erfindung eine gummiartige Isolation 1 aufgebracht werden soll. Diese Teile bestehen aus einem inneren Niederdruck-Turbinengehäuse 2 mit Abzugskammern 3, Dampfabzugsleitungen 4 und Vorerhitzern 5. Alle diese Teile sind mit der vorgesehenen Isolation 1 nur an den Oberflächen versehen, die innerhalb des äußeren Turbinengehäuses 6 liegen und die nach außen zu dem innerhalb des äußeren Turbinengehäuses 6 liegenden Vakuumraum 7 weisen. Der Kondensator 8 ist an das äußere Turbinengehäuse 6 derart angeschlossen, daß der Kondensator 8 und das äußere Turbinengehäuse 6 zusammen den gemeinsamen Vakuumraum 7 bilden.Figure 1 shows a low-pressure turbine system with the parts to which a rubber-like insulation 1 is to be applied according to the invention. These parts consist of an inner low-pressure turbine housing 2 with discharge chambers 3, steam discharge lines 4 and preheaters 5. All of these parts are provided with the intended insulation 1 only on the surfaces that lie inside the outer turbine housing 6 and that face outwards towards the vacuum space 7 located inside the outer turbine housing 6. The condenser 8 is connected to the outer turbine housing 6 in such a way that the condenser 8 and the outer turbine housing 6 together form the common vacuum space 7.

Als Isoliermaterial gemäß der Erfindung wurde eine Folie 1 aus Gummi mit einer bevorzugten Dicke von 7 mm und eine bevorzugte Gummiqualität mit der Bezeichnung 4896-SBR, ein Styrene-Gummi der Trelleborg AB gewählt.As insulating material according to the invention, a foil 1 made of rubber with a preferred thickness of 7 mm and a preferred rubber quality with the designation 4896-SBR, a styrene rubber from Trelleborg AB, was chosen.

Zur Befestigung der Gummifolie werden zwei bevorzugte Verfahren angewendet in Abhängigkeit davon, ob die zu verkleidende Oberfläche gekrümmt oder eben ist.Two preferred methods are used to attach the rubber sheet, depending on whether the surface to be covered is curved or flat.

Die zu isolierenden gekrummten Oberflächen sind im wesentlichen zylindrisch und durch eine Anzahl von Stützwänden 9 unterteilt. Zwischen diesen Stützwänden 9 ist in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung eine Anzahl von Befestigungsplatten 10 parallel zueinander und parallel zu der Längsachse der genannten zylindrischen Fläche um den gesamten Umfang der zylindrischen Fläche angeordnet. Diese Befestigungsplatten 10 sind an ihren Längskanten mit Abkantungen 11 zur Versteifung in Längsrichtung versehen. Jedes Ende der Befestigungsplatten 10 ist mit einem Paar vorstehender Verlängerungen versehen, die zu quer verlaufenden Blechabkantungen 12 abgebogen sind, die einen stumpfen Winkel mit der Längsachse der Befestigungsplatte 10 bilden (siehe Figur 3). Die Befestigungsplatten 10 werden zwischen zwei Trennwänden 9 nach unten gepreßt, um die Gummiverkleidung 1 festzuhalten. Zusätzlich sind die quer verlaufenden Blechabkantungen 12 an den Enden jeder Befestigungsplatte 10 an die entsprechende Trennwand 9 mit einer Schweißverbindung an der oberen Kante der quer verlaufenden Blechabkantungen 12 angeschweißt. Diese Lösung ermöglicht es, daß die Befestigungsplatten 10 thermische Bewegungen der verbundenen Bauteile aufnimmt.The curved surfaces to be insulated are essentially cylindrical and divided by a number of support walls 9. Between these support walls 9, a number of fastening plates 10 are arranged at regular intervals in the circumferential direction, parallel to one another and parallel to the longitudinal axis of said cylindrical surface around the entire circumference of the cylindrical surface. These fastening plates 10 are provided on their longitudinal edges with bends 11 for longitudinal stiffening. Each end of the fastening plates 10 is provided with a pair of projecting extensions which are bent into transverse sheet metal bends 12 which form an obtuse angle with the longitudinal axis of the fastening plate 10 (see Figure 3). The fastening plates 10 are arranged between two partition walls 9 is pressed downwards to hold the rubber covering 1 in place. In addition, the transverse sheet metal folds 12 at the ends of each fastening plate 10 are welded to the corresponding partition wall 9 with a welded joint at the upper edge of the transverse sheet metal folds 12. This solution enables the fastening plates 10 to absorb thermal movements of the connected components.

Wenn keine vorstehenden Trennwände vorhanden sind oder wenn die zu isolierenden Flächen eben sind, wird die Gummifolie 1 durch rohrförmige, mit Kragen versehenen Elementen, sogenannten Rohrniete 14, befestigt, die an die darunterliegende Fläche angeschweißt werden. Rohrniete 14 werden in Löcher in der Gummifolie 1 eingesetzt, worauf jeder Rohrniet 14 mittels einer Schweißverbindung im Inneren mit der isolierten plattenartigen Metalloberfläche, mit der die Gummifolie 1 in Kontakt steht, verbunden wird. Der Kragen 15 jeder Rohrniet 14 preßt die Gummifolie 1 gegen die isolierte Metalloberfläche. Der Kragen 15 kann auf der Innenseite mit Gewinde versehen sein, wodurch er auf den Nietkörper 16, der ebenfalls mit entsprechendem Gewinde versehen ist, nach der Montage der Gummifolie 1 aufgeschraubt werden kann.If there are no protruding partitions or if the surfaces to be insulated are flat, the rubber foil 1 is secured by means of tubular, collared elements, so-called tubular rivets 14, which are welded to the underlying surface. Tubular rivets 14 are inserted into holes in the rubber foil 1, whereupon each tubular rivet 14 is connected by means of a welded joint inside to the insulated plate-like metal surface with which the rubber foil 1 is in contact. The collar 15 of each tubular rivet 14 presses the rubber foil 1 against the insulated metal surface. The collar 15 can be threaded on the inside, whereby it can be screwed onto the rivet body 16, which is also provided with a corresponding thread, after the rubber foil 1 has been mounted.

Claims

1. Insulation in a low-pressure turbine system, which includes a low-pressure turbine with an inner low-pressure turbine housing (2), extraction chambers (3), steam extraction lines (4) and preheaters (5), which parts are enclosed in a vacuum space (7) that is delimited by an outer turbine housing (6), characterized in that at least the inner turbine housing (2) with the extraction chambers (3), which are arranged in the outer turbine housing (6), are insulated on the outside with a film (1) made of elastomeric material from the vacuum space (7).

2. Insulation according to claim 1, characterized in that those sections of the steam extraction lines (4) and the preheater (5) which are enclosed in the outer turbine casing (6) are insulated from the vacuum space (7) with a film (1) made of elastomeric material.

3. Insulation according to one of claims 1 or 2, characterized in that the film (1) is secured with sheet metal holders (10) which are pressed in between partition walls (9) and are secured to each end of the partition walls (9), expediently by welding.

4. Insulation according to one of the preceding claims, characterized in that the foil (1) is attached to tubular elements (14) provided with collars, which run through holes in the foil (1) and are welded to the inside of the insulated metal surface.

5. Insulation according to claim 4, characterized in that the collar (15) and the neck of said tubular collared elements (14) are provided with corresponding threads which enable the collar to be screwed onto the base of the cylindrical body (16) of the element (14).

6. Insulation according to one of the preceding claims, characterized in that strips of sheet metal or other material are arranged around the insulation film, which surrounds cylindrical surfaces.

7. Insulation according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insulating foils are applied to the surfaces to be insulated by gluing or spraying.

8. Insulation according to one of the preceding claims, characterized in that the film (1) is provided with through holes for pressure equalization between the two sides of the film.