DE69204668T2

DE69204668T2 - Verfahren zur Abdichtung des Rotors einer geothermischen Nassdampfturbine.

Info

Publication number: DE69204668T2
Application number: DE69204668T
Authority: DE
Inventors: Loris Falavigna
Original assignee: Ansaldo Energia SpA
Current assignee: Ansaldo Energia SpA
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2012-07-11
Also published as: EP0577908B1; JP3338516B2; DE69204668D1; EP0577908A1; JPH06173610A; US5454689A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abdichtung des Rotors einer Dampfturbine, bei der unter Druck stehender geothermischer Naßdampf verwendet wird, der in der Turbine vom Einlaß mit hohem Druck und hoher Temperatur zum Auslaß mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur strömt, wobei er mehrere Druck- und Temperaturzwischenstufen durchläuft und der Rotor mit mehreren benachbarten Labyrinthdichtungsringen an beiden Seiten der Turbine ausgestattet ist, zwischen denen sich radial vom Rotor erstreckende Durchgänge angeordnet sind, und wobei das Verfahren mindestens einen Schritt umfaßt, in dem ein Strom von unter Druck stehendem geothermischem Naßdampf in einen der radialen Durchgänge zwischen den Dichtungsringen eingeleitet und durch das Labyrinth von mindestens einem der Dichtungsringe hindurchgeleitet wird, so daß er unter Druckabfall und Temperaturverringerung gedrosselt wird, sowie mindestens einen Schritt, in dem der gedrosselte Dampf in einem weiteren der radialen Durchgänge gesammelt wird.
Bei Dampfturbinen wird nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik die Abdichtung des Rotors gegen die Außenseite der Maschine dadurch erreicht, daß den Labyrinthen der Dichtungsringe gegen den Strom des Dampfs, der die Tendenz hat, durch diese Dichtungsringe vom Innern der Maschine nach außen zu entweichen, unter hohem Druck stehender Dampf zugeführt wird.
Der durch die Labyrinthe der Dichtungsringe gedrosselte Dampf wird gesammelt und durch radiale Duchgänge bzw. Abzüge, die zwischen den Dichtungsringen angeordnet sind, nach außen geleitet.
Zu diesem Zweck wird üblicherweise entweder Frischdampf oder Dampf aus den Zwischenstufen der Turbine verwendet, in geeigneten Fällen auch aus Hochdrucklabyrinthen entweichender Dampf, der gesammelt und zu Labyrinthen, die mit niedrigerem Druck arbeiten, geleitet wird.
Diese herkömmliche Technik ist weit verbreitet und wird bei Dampfturbinen, bei denen maschinell erzeugter Dampf mit genau geregelten Reinheits- und Qualitätsmerkmalen verwendet wird, erfolgreich angewandt; im Fall von Turbinen, die mit geothermischem Dampf arbeiten, bringt sie jedoch schwerwiegende Nachteile mit sich, da in diesem Dampf gelöste Salze enthalten sind, die sich in den Labyrinthen der Dichtungen absetzen und deren Wirksamkeit beeinträchtigen.
Es ist bekannt, daß der durch die Labyrinthe der Dichtungsringe strömende Dampfstrom gedrosselt wird und dabei eine Temperatursenkung eintritt, durch die der Dampf bei einem bestimmten Druck am Auslaß der Maschine überhitzt werden kann, so daß er sich nicht mehr im Naßzustand befindet.
Die Überhitzung bringt bei maschinell erzeugtem Dampf keine bedeutenden Nachteile mit sich. Wenn jedoch geothermischer Dampf, in dem viele Salze gelöst sind, aus dem Naßzustand gerät, fallen die Salze aus und setzen sich in den Labyrinthen der Dichtungsringe ab.
Wenn bei der herkömmlichen Technik geothermischer Dampf verwendet wird, müssen Vorbeugungsmaßnahmen ergriffen werden, um den Dampf zu entsalzen.
Eine solche Entsalzung hat jedoch den Nachteil, daß spezielle Vorrichtungen erforderlich sind, was die Kosten der Anlage erhöht und den für die Turbine zur Verfügung stehenden Maximaldruck verringert, wobei im Fall von geothermischem Dampf der ursprüngliche Druck nicht sehr hoch ist. Meist beträgt er nur 15 bis 20 Atmosphären.
Eine andere Art, das obengenannte Problem zu umgehen, besteht darin, den geothermischen Dampf zum Erwärmen und Verdampfen eines sekundären Fluids, das zu einer Turbomaschine geleitet wird, zu verwenden.
Das sekundäre Fluid ist im allgemeinen ein organisches Fluid, wie z. B. Isobutan, bei dem verhindert werden muß, daß es an den Dichtungsringen der Turbomaschine austritt.
In US-A-4 189 156 ist ein System beschrieben, bei dem den Labyrinthen der Dichtungsringe Öl und ein unter Druck stehendes sekundäres Fluid zugeführt wird, die ein Austreten sekundären Fluids verhindern.
Dabei tritt jedoch nicht nur Öl aus, das gesammelt werden muß, sondern es wird auch eine Mischung aus Öl und sekundärem Fluid gebildet, die aufgefangen und zur Wiedergewinnung getrennt werden muß.
Dieses Vorgehensweise ist ziemlich kompliziert. Außerdem ist dabei eine Verringerung des thermischen Wirkungsgrads unvermeidlich.
In der japanischen Veröffentlichung JP-A-5879606 wird vorgeschlagen, als Dichtmittel in die Labyrinthe strömende Luft zu verwenden, die von außen zum Turbinenausgang geleitet wird und sich dort mit dem Dampf vermischt.
Für diesen Luftstrom sind Sauggebläse (oder Luftkompressoren) erforderlich. Außerdem wird zum Entfernen der Luft aus dem Kondensator ziemlich viel Energie benötigt.
Diese Erfindung hat zur Aufgabe, die Verwendung geothermischen Dampfs in natürlichem Zustand zur Abdichtung des Rotors ohne vorherige Entsalzung zu ermöglichen, was offensichtliche Vorteile hinsichtlich der Kosten bietet und den Gesamtwirkungsgrad der Anlage verbessert.
Dies Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnetes Verfahren, wie es in der Einleitung beschrieben wurde, gelöst.
Im folgenden wird diese Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführung, die als nichteinschränkendes Beispiel aufzufassen ist und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, genauer beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Geothermikdampfturbine, bei der die Rotorabdichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt, und
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine schematische Ansicht der Anordnung der Labyrinthdichtungsringe an der Hochdruckseite der Turbine von Fig. 1.
Im folgenden wird auf diese Zeichnungen Bezug genommen. Eine schematisch dargestellte Dampfturbine für geothermischen Naßdampf ist insgesamt mit 1 bezeichnet und mit einem Rotor 2, mehreren als A, B, C, D, E und F bezeichneten Labyrinthdichtungsringen, die an der Hochdruckseite 3 der Turbine angeordnet sind, sowie ebensolchen als G, H und I bezeichneten Ringen, die an der Niedrigdruckseite 4 angeordnet sind, ausgestattet.
Die Zufuhr von geothermischem Naßdampf zur Turbine 1 ist durch Kanal 5 schematisch dargestellt, und der Auslaß, an dem der Druck über Zwischenstufen hinweg abgefallen ist, ist bei 6 schematisch dargestellt.
Die Zwischenstufen der Turbine sind in Fig. 1 nur als I bis IV schematisch dargestellt, da dies zum Verständnis dieser Erfindung ausreicht. Es sind natürlich mehr Stufen, z. B. zehn, vorhanden.
Wie in Fig. 2 deutlicher zu sehen ist, sind die Labyrinthdichtungsringe auf ringförmigen Halterungen angebracht, die mit 7, 8, 9, 10 und 11 bezeichnet sind. Bei dem gezeigten Beispiel hält die Halterung 9 sowohl Ring C als auch Ring D.
Die Dichtungsringe sind mit den jeweiligen Halterungen durch herkömmliche Mittel verbunden, wobei sie eine T-förmige Rippe aufweisen, die mit radialem Spiel in eine entsprechende ringförmige Rille 7a, 8a, 9a, 10a, 11a der zugehörigen Halterung eingesetzt wird.
Zwischen den Halterungen 7, 8, 9, 10 und 11 befinden sich radiale Durchgänge 12, 13, 14 und 15.
Der radiale Durchgang 13 ist, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, über einen Kanal 16 mit Stufe III der Turbine 1 verbunden. Der sich zwischen den Dichtungsringen A und B befindende radiale Durchgang 12 ist mit Stufe IV der Turbine 1 verbunden, wie durch den schematisch dargestellten Kanal 17 gezeigt.
Der radiale Durchgang 14 ist mit einer schematisch dargestellten Sammelleitung 18 verbunden, die den aus den Dichtungen strömenden Dampf sammelt und zu den Dichtungsringen C, H und I an der Niedrigdruckseite 4 der Turbine leitet.
Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß ein erster Dampfstrom mit einem ersten Druck- und Temperaturzwischenwert aus einer mittleren Stufe der Turbine 1 - im abgebildeten Beispiel ist dies Stufe III - entnommen und über den Kanal 16 und den radialen Durchgang 13 zwischen die beiden Dichtungsringe B und C geleitet wird.
Zwischen diesen Ringen teilt sich der erste Dampfstrom, wie durch die Pfeile in Fig. 2 dargestellt, in einen ersten Teil, der in das Labyrinth des Rings B eindringt und zum radialen Durchgang 12 gelangt, wobei er auf einen Zwischendruck abfällt, der niedriger als der Ausstoßdruck ist, und aufgrund der Drosselung eine Temperaturverringerung eintritt.
In diesem radialen Durchgang 12 mischt sich der erste Dampf strom mit einem Teil eines zweiten Dampfstroms, der direkt von der Hochdruckseite 3 der Turbine kommt und durch das Labyrinth des Rings A, der der Hochdruckseite unmittelbar benachbart ist, geleitet wird und danach einen dritten Druckzwischenwert annimmt. Da er dabei gedrosselt wird, erfolgt auch hier wieder eine Temperaturverringerung.
Der dritte Druckwert des gedrosselten zweiten Dampfstroms ist nicht höher als der des Dampfs, der im Labyrinth von Ring B gedrosselt wird.
Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird bewirkt, daß diese Druckwerte gleich hoch sind.
Die Dampfstromteile, die sich im radialen Durchgang 12 mischen und deren Druck und Temperatur Werte zwischen denjenigen der einzelnen Teile annehmen, werden über den Kanal 17 in eine Stufe der Turbine 1 geleitet, die einen entsprechend hohen Druck aufweist. Bei dem abgebildeten Beispiel ist dies Stufe IV.
Ein zweiter Teil des ersten Dampfstroms strömt durch die Labyrinthe von Ring C und D und erreicht den Durchgang 14, von wo er über die Sammelleitung 18 zu den Dichtungsringen C, H und I an der Niedrigdruckseite der Turbine geleitet wird.
Ein weiterer Anteil des zweiten Teils des ersten Dampfstroms strömt, wie durch die Pfeile in Fig. 2 dargestellt, durch das Labyrinth von Dichtungsring E und erreicht den radialen Durchgang 15, wo er sich mit Luft, die durch das Labyrinth von Dichtungsring F in den radialen Durchgang 15 gelangt, vermischt.
Das Luft-Dampf-Gemisch wird durch einen in Fig. 1 schematisch dargestellten Auslaß 19 auf herkömmliche Weise aus dem Durchgang 15 abgeleitet.
Gemäß dieser Erfindung wird die Temperatur der Dampfstromteile, die durch die Labyrinthe der Dichtungsringe auf der Hochdruckseite oder der Niedrigdruckseite der Turbine strömen, so geregelt, daß der Dampf niemals überhitzt sondern im Naßzustand gehalten wird, auch wenn die Temperatur nach Drosselung des Stroms reduziert wird.
Die Temperatur, die der Dampf nach dem Drosseln erreicht, wird dadurch geregelt, daß der Druckabfall, der beim Durchströmen des Labyrinths eines bestimmten Dichtungsrings eintritt, vorbestimmt wird und somit der erste Dampfstrom aus einer mittleren Stufe, im abgebildeten Fall z. B. aus der dritten Stufe, entnommen wird, wo der Druck so hoch ist, daß der Teil des Dampfs, der in den Dichtungen gedrosselt wurde, im Mollier-Diagramm zuverlässig Werte unter der Grenzkurve annimmt und somit der Naßzustand vorliegt.
Auf diese Weise bleiben die im geothermischen Dampf enthaltenen Salze in der Flüssigkeit des Dampfs gelöst und setzen sich somit nicht in den Dichtungen ab.

Claims

1. Verfahren zur Abdichtung des Rotors (2) einer Dampfturbine, bei der unter Druck stehender geothermischer Naßdampf verwendet wird, der in der Turbine vom Einlaß mit hohem Druck und hoher Temperatur zum Auslaß mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur strömt, wobei er mehrere Druck- und Temperaturzwischenstufen durchläuft,

gekennzeichnet durch die Schritte

- Ausstatten dieses Rotors (2) mit mehreren benachbarten Labyrinthdichtungsringen (A, B, C, D, E, F, G, H, I) an beiden Seiten der Turbine,

- Anordnen von sich radial vom Rotor erstreckenden Durchgängen (12, 13, 14, 15) zwischen diesen Dichtungsringen,

- Einleiten eines Stroms von unter Druck stehendem geothermischem Naßdampf in einen der radialen Durchgänge (13) zwischen den Dichtungsringen,

- Hindurchleiten dieses Stroms von geothermischem Naßdampf durch das Labyrinth von mindestens einem der Dichtungsringe (B), dergestalt, daß er unter Druckabfall und Temperaturverringerung gedrosselt wird, wobei die Druck- und Temperatursenkung so gewählt ist, daß der Dampf im Naßzustand gehalten wird, und

- Sammeln des gedrosselten Dampfs in einem weiteren der radialen Durchgänge (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- mindestens ein erster Dampfstrom aus einer Stufe (III) der Turbine (1) mit einem ersten Druck- und Temperaturzwischenwert entnommen und über den zugehörigen radialen Durchgang (13) zwischen ein Paar Dichtungsringe (B, C) des Rotors geleitet wird, die sich in axialer Richtung mindestens außerhalb des der Hochdruckseite (3) der Turbine (1) benachbarten Dichtungsrings (A) befinden,

- ein erster Teil des ersten Dampfstroms entlang des Rotors (2) mindestens durch den Dichtungsring (B) des genannten Paars (B, C), der sich auf der Seite des der Hochdruckseite (3) der Turbine (1) benachbarten Dichtungsrings (A) befindet, gedrosselt wird, bis er unter Temperaturverringerung einen zweiten Druckzwischenwert erreicht, der niedriger als der Entnahmedruck ist,

- ein zweiter Dampfstrom, der direkt von der Hochdruckseite (3) der Turbine (1) kommt, axial entlang des Rotors (2) durch den der Hochdruckseite (3) benachbarten Dichtungsring (A) gedrosselt wird, bis er unter Temperaturverringerung einen Druckzwischenwert erreicht, der dem zweiten Wert entspricht,

- die Teile des ersten und zweiten Dampfstroms, die durch die entspechenden Dichtungsringe (B, A) gedrosselt wurden, in dem radialen Durchgang (12) zwischen diesen Dichtungsringen (B, A) vereint und in die Turbine an einer Stufe (IV), an der der Druckwert im wesentlichen so groß wie der zweite Druckwert ist, eingeleitet werden,

- die Druck- und Temperaturwerte der Teile der Dampfströme, die durch die Dichtungsringe (B, A) gedrosselt wurden, so groß sind, daß der Dampf im Naßzustand gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Teil des ersten Dampfstroms entlang des Rotors gedrosselt wird, indem er durch weitere Dichtungsringe (C, D, E) geleitet wird, die sich weiter außerhalb der Hochdruckseite (3) der Turbine befinden, und nach dem Drosseln einen Zwischendruck und eine zugehörige Temperatur erreicht, bei denen ein Naßdampfzustand vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des ersten Dampfstroms nach der Drosselung durch die weiteren Dichtungsringe (C, D, E) gesammelt und zusammen mit einem Luftstrom, der durch den am weitesten von der Hochdruckseite (3) der Turbine entfernten Dichtungsring (F) eindringt, abgeführt wird.