DE967604C - Thermal power plant with a turbine having an outer housing and an inner housing - Google Patents
Thermal power plant with a turbine having an outer housing and an inner housingInfo
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Description
AUSGEGEBEN AM 19. DEZEMBER 1957ISSUED DECEMBER 19, 1957
A 19349 Ia/46 fA 19349 Ia / 46 f
aufweisenden Turbinehaving turbine
Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage, in weldier ein gasförmiges Arbeitsmittel einen Kreislauf beschreibt, wobei es in verdichtetem Zustand auf höhere Temperatur gebracht wird, hernach in einer Turbine entspannt, darauf gekühlt und in einem Verdichter wieder verdichtet wird.The invention relates to a thermal power plant in weldier a gaseous working medium Describes cycle, whereby it is brought to a higher temperature in a compressed state, afterwards is relaxed in a turbine, then cooled and compressed again in a compressor.
Bei solchen Anlagen ist es bekannt, die Stopfbüchse der Turbine mit Sperrgas zu beschicken, welches dem Arbeitskreislauf an einer Stelle niederer Temperatur und höheren Druckes als das der Turbine zuströmende Arbeitsmittel entnommen und nach Entspannung in der Stopfbüchse dem Arbeitskreislauf an einer entsprechenden Stelle niederen Druckes wieder zugeführt wird. Um die gewichtsmäßig aufzuwendende Sperrgasmenge zu vermindern, ist auch schon vorgeschlagen worden, statt kaltes Sperrgas bereits erhitztes Sperrgas zu verwenden, welches insbesondere einer zwischen Wärmeaustauscher' und Erhitzer gelegenen Stelledes Kreislaufes entnommen wird. Dieses Sperrgas hat dann etwa die gleiche Temperatur wie das die Turbine verlassende Arbeitsmittel.In such systems it is known to charge the stuffing box of the turbine with sealing gas, which the working circuit at a point of lower temperature and higher pressure than that The working medium flowing in from the turbine is removed and, after expansion in the stuffing box, the working cycle is fed back at a corresponding point of low pressure. To the weight-wise To reduce the amount of sealing gas that has to be used, it has also been proposed to use already heated sealing gas instead of cold sealing gas use which, in particular, a location between the heat exchanger and the heater Circulation is removed. This sealing gas then has about the same temperature as the Equipment leaving the turbine.
Ferner ist bei solchen Anlagen auch bekannt, die Turbine doppelgehäusig auszubilden. Das der hohen Temperatur des Arbeitsmittels ausgesetzte Innen- a5 gehäuse hat dabei praktisch keine Beanspruchung · durch den Innendruck aufzunehmen. Dieser wird vielmehr durch das kühlere Außengehäuse auf-It is also known in such systems to design the turbine with a double housing. No mechanical stresses · has the housing of the high temperature of the working fluid exposed to indoor a5 thereby absorbing practically by the internal pressure. Rather, this is increased by the cooler outer housing.
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genommen. D>as die letzte Turbinenstufe verlassende Arbeitsmittel, dessen Temperatur tiefer ist, gelangt dann, in einen unmittelbar vom Außengehäuse begrenzten Abströmraum. Bei einer Anlage anderer Gattung, nämlich bei einer mit Druckgaserzeuger im offenen Prozeß be-. triebenen dreistufigen Gasturbinenanlage mit innerer Verbrennung, bei welcher die Niederdruckturbine doppelgehäusig ausgeführt ist, ist die Maßnähme bekanntgeworden, durch den Zwischenraum zwischen Außen- und Innengehäuse dieser Turbine dem Druckstutzen des Niederdruckverdichters entnommene Kühlluft zu leiten. Diese Kühlluft ist hierbei wesentlich kühler als das die Turbine verlassende Arbeitsmittel. Bei den doppelgehäusigen Turbinen für Wärmekraftanlagen mit geschlossenem Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels wurde bisher der Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen mit einem festen, in der Regel watteartigen Isolierstoff ausgefüllt, um die hohe Innentemperatur von dem Außengehäuse fernzuhalten. Da der Innendruck sich im .Verlauf der Betriebszeit ändert, wird bei solchen Ausführungen der Zwischenraum zwischen Außengehäuse und Innengehäuse durch eine Anzahl Ausgleichslöcher beispielsweise mit dem Einströmstutzen der Turbine in Verbindung gebracht. Normalerweise herrscht keine Strömung in dem Zwischenraum. Das erforderliche Temperaturgefälle zwischen Innen- und Außengehäuse stellt sich durch die Isolationswirkung des eingebrachten .Stoffes sowie des ruhenden, die Zwischenräume des Isolierstoffes ausfüllenden Gases ein.taken. The working fluid leaving the last turbine stage has a lower temperature is then, in an outflow space bounded directly by the outer housing. In a system of a different type, namely in one with a compressed gas generator in the open process. powered three-stage gas turbine system with internal combustion, in which the low-pressure turbine is designed with a double housing, is the measure became known through the space between the outer and inner casing of this turbine to direct the cooling air taken from the pressure port of the low-pressure compressor. This cooling air is in this case much cooler than the working fluid leaving the turbine. With the double-housing Turbines for thermal power plants with closed The circuit of a gaseous working medium was previously the space between the two housings Filled with a solid, usually cotton-wool-like insulating material to cope with the high internal temperature away from the outer housing. Since the internal pressure changes over the course of the operating time, In such designs, the space between the outer housing and the inner housing is through a number of equalization holes, for example, in connection with the inlet connection of the turbine brought. Normally there is no flow in the space. The required temperature gradient between the inner and outer housing is created by the insulating effect of the .Substance as well as the stationary gas that fills the spaces between the insulating material.
Bei solchen Ausführungen der doppelgehäusigen Turbine ist es aber oft schwierig, eine gleichmäßige Temperatur des Außengehäuses zu erhalten, da die Isolierstärken konstruktionsbedingt an den einzelnen Stellen verschieden dick ausfallen und da es oft auch nicht gelingt, an allen Stellen den Isolierstoff in gleichmäßiger Dichte einzubringen. Bei Druckänderungen im Turbinengehäuse, welche insbesondere- bei der Leistungsregelung durch Änderung des Druckpegels im Kreislauf bedingt sind, tritt überdies ein Austausch von Arbeitsmittel j zwischen dem Innenraum und dem Zwischenraum | zwischen den Turbinengehäusen bis zur An- | gleichung des Druckes auf. Dabei kann insbeson- j dere bei ungleicher Stopfung des Isolierstoffes im , Zwischenraum unter Umständen heißes Gas an ein- : zelnen Stellen ohne hinreichende Abkühlung an das Außengehäuse gelangen und dieses dort örtlich in unerwünschter Weise erhitzen.With such designs of the double-casing turbine, however, it is often difficult to achieve a uniform To maintain the temperature of the outer housing, as the insulation thickness depends on the construction of the individual Areas of different thicknesses and since it is often not possible to use the insulating material in all areas to be introduced in a uniform density. In the event of pressure changes in the turbine housing, which in particular are caused by a change in the pressure level in the circuit during power control, In addition, there is an exchange of working fluid j between the interior and the intermediate space | between the turbine housings to the | equation of pressure on. In particular, j If the insulation material is unevenly stuffed in the gap, hot gas may be supplied to: individual places without sufficient cooling to get to the outer housing and this locally in heat undesirably.
Bei einer Wärmekraftanlage, in welcher ein gasförmiges Arbeitsmittel -einen Kreislauf beschreibt, wobei es in verdichtetem Zustand auf höhere Temperatur gebracht wird, hernach in einer ein Außengehäuse und ein Innengehäuse aufweisenden Turbine entspannt, darauf gekühlt und in einem Verdichter wieder verdichtet wird, und bei welcher mindestens die hochdruckseitige Stopfbüchse der Tür- j bine mit Sperrgas beschickt wird, das dem Arbeits- j kreislauf an einer Stelle niederer Temperatur und ; höheren Druckes als· das der Turbine zuströmende . Arbeitsmittel und etwa gleicher Temperatur wie j das die Turbine verlassende Arbeitsmittel entnommen wird und bei welcher ferner das die letzte Turbinenstufe verlassende Arbeitsmittel in einen unmittelbar vom Außengehäuse begrenzten Abströmraum gelangt, werden, nun erfindungsgemäß die erwähnten Nachteile dadurch vermieden, daß das dem Arbeitskreislauf entnommene Sperrgas vor seiner Zuleitung zur Stopfbüchse durch den Zwischenraum zwischen Außengehäuse und Innengehäuise geleitet wird.In a thermal power plant in which a gaseous working medium describes a circuit, where it is brought to a higher temperature in a compressed state, then expanded in a turbine having an outer housing and an inner housing, cooled on it and recompressed in a compressor, and in which at least the high-pressure-side stuffing box of the door is charged with sealing gas, which enters the working circuit at a point of low temperature and ; higher pressure than that flowing into the turbine. Working medium and approximately the same temperature as the working medium leaving the turbine is removed and at which the working medium leaving the last turbine stage also enters an outflow space directly bounded by the outer casing, the disadvantages mentioned are now avoided according to the invention in that the sealing gas removed from the working circuit is in front its supply line to the stuffing box is passed through the space between the outer housing and the inner housing.
Das Durcbleiten dieses etwa gleiche Temperatur wie das die Turbine verlassende Arbeitsmittel aufweisenden Sperrgaises durch den Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen gewährleistet dabei ohne ein Anbringen von Isolierstoff in diesem Raum die Einhaltung einer gleichmäßigen Temperatur des Außengehäuses bei allen Betriebszuständen. Es wird damit das Auftreten von Wärmespannungen im Außengehäuse vermieden.The conduction of this approximately the same temperature as the working fluid leaving the turbine Blocking gate through the space between the two housings is guaranteed maintaining a uniform temperature in this room without applying any insulating material Outer housing in all operating states. It will allow the occurrence of thermal stress avoided in the outer housing.
Diese gleichmäßige Temperatur des Außengehäuses wird auch dann aufrechterhalten, wenn zwecks Änderung der Leistungsabgabe der Anlage der Druckpegel verändert wird. Bei dieser bei Anlagen mit geschlossenem Kreislauf üblichen Leistungsregelung bleibt bekanntlich die Temperatur an jeder Stelle des Kreislaufes gleich. Es ändert ■sich somit auch die Temperatur des die Turbine verlassenden, durch den Austrittsraum des Außengehäuses 'Strömenden Arbeitsmittels nicht. Da sich auch die Temperatur an der Entnahmestelle nicht ändert, hat nun auch beispielsweise bei einer plötzlichen Leistungssteigerung durch Hebung des Druckpegels das von der Entnahmestelle in den Zwischenraum zwischen den beiden Turbinengehäusen einströmende Arbeitsmittel stets etwa die gleiche Temperatur wie das die Turbine verlassende Arbeitsmittel. Bei Anwendung der Maß-100 nähme a,uf eine mit offenem Prozeß mit innerer Verbrennung betriebene Gasturbinenanlaige würde sich dagegen die genannte Wirkung nicht ergeben, da bei solchen Anlagen eine Leistungsregelung durch Beeinflussung der Einlaß temperatur der Türbine erfolgt und daher auch die AustrittsteniperatUT sich, ändert. Infolge der Wärmeträgheit des Wärmeaustauschers folgt aber die Temperatur des verdichteten Arbeitsmittels dieser Temperaturänderung nicht unmittelbar nach, so· daß ungleichmäßige Temperaturen, im Außengehätise nicht vermieden werden können.This uniform temperature of the outer housing is maintained even if the pressure level is changed for the purpose of changing the power output of the system. In the case of plants As is well known, the temperature remains the same with the usual closed-circuit power control the same at every point in the circuit. It also changes ■ the temperature of the turbine leaving, through the exit space of the outer housing 'Not flowing working fluid. Since the temperature at the tapping point is not there either changes, now also has, for example, in the event of a sudden increase in performance by raising the Pressure level from the extraction point into the space between the two turbine housings Inflowing working fluid always about the same temperature as that leaving the turbine Work equipment. Applying the measure-100 would take a, uf one with an open process with internal Combustion powered gas turbine systems would on the other hand, the effect mentioned does not arise, since in such systems there is a power control by influencing the inlet temperature of the door frame and therefore also the outlet temperature changes. Due to the thermal inertia of the heat exchanger, however, the temperature of the follows compressed working medium does not immediately follow this change in temperature, so that uneven Temperatures in the external housing cannot be avoided.
Eine Ausführungsform des Ernndungsgegen-Standes ist in der Zeichnung in vereinfachter Darstellung beispielsweise veranschaulicht.An embodiment of the subject matter is shown in the drawing in a simplified representation for example illustrated.
Bei der dargestellten Wärmekraftanlage beschreibt ein gasförmiges Arbeitsmittel einen Kreislauf. Verdichtetes Arbeitsmittel wird hierbei nacheinander in einem Wärmeaustauscher 1 und in einem Erhitzer 2 auf höhere Temperatur gebracht. Es gelangt hierauf durch eine Leitung 3 in eine Turbine 4, entspannt in dieser Turbine, wird darauf im Wärmeaustauscher 1 durch das verdichtete Arbeitsmittel und in einem Kühler 5 durch Kühlwasser gekühlt und endlich in einem Verdienter 6 wieder verdichtet, um durch eine Leitung 7In the case of the thermal power plant shown, a gaseous working medium describes a cycle. Compressed working medium is here one after the other in a heat exchanger 1 and in brought a heater 2 to a higher temperature. It then passes through a line 3 into a Turbine 4, relaxed in this turbine, is then compressed in the heat exchanger 1 by the Working medium and cooled in a cooler 5 by cooling water and finally in an earner 6 again compressed to through a line 7
wieder in den Wärmeaustauscher ι zu gelangen, so daß der Kreislauf sich schließt.to get back into the heat exchanger ι so that the cycle closes.
Die Turbine 4 weist ein Außengehäuse 8 und ein von diesem durch einen Zwischenraum 9 getrennte* Innengehäuse 10 auf. Das Arbeitsmittel tritt durch einen Eintrittsstutzen 11 ein, beaufschlagt die Schaufelung eines Läufers 12 und tritt durch ein einen Teil des Außengehäuses bildendes Abströmgehäuse 13 aus. Mit 14 und 15 sind zwei nebeneinander hochdruckseitig auf der Läuferwelle angeordnete Teile einer Stopfbüchse bezeichnet.The turbine 4 has an outer housing 8 and a housing separated from this by a space 9 * Inner housing 10 on. The working medium enters through an inlet connection 11, when it is acted upon the blades of a rotor 12 and passes through a part of the outer casing forming Outlet housing 13 from. At 14 and 15 there are two denotes parts of a stuffing box arranged next to one another on the high-pressure side on the rotor shaft.
Der Zwischenraum 9 zwischen Außengehäuse 8 und Innengehäuse 10 ist einerseits durch eine Leitung 16 mit einer Stelle 17 des Kreislaufes verbunden. Diese Stelle liegt zwischen dem Wärmeaustauscher ι und dem Erhitzer 2. An dieser Stelle hat das Arbeitsmittel einen höheren Druck als das der Turbine durch den Eintrittsstutzen 11 zuströmende Arbeitsmittel, da es beim Durchströmen des Erhitzers und der Leitung 3 bis zum Eintritt in die Turbine einen Druckverlust erleidet. Seine Temperatur ist anderseits etwa gleich hoch wie die Temperatur des die Turbine verlassenden Arbeitsmitte' s, da das letztere im Wärmeaustauscher 1 seine Wärme an das verdichtete Arbeitsmittel abgibt, bevor dieses an die Stelle 17 gelangt.The space 9 between the outer housing 8 and the inner housing 10 is on the one hand by a line 16 connected to a point 17 of the circuit. This point is between the heat exchanger ι and the heater 2. At this point the working fluid has a higher pressure than that flowing into the turbine through the inlet nozzle 11 Working medium, as it flows through the heater and the line 3 until it enters the Turbine suffers a pressure loss. On the other hand, its temperature is about the same as the temperature of the working center leaving the turbine, since the latter in the heat exchanger 1 gives off its heat to the compressed working fluid before it arrives at point 17.
Andererseits steht der Gehäusezwischenraum 9 mit einer zwischen den beiden Stopfbüchsenteilen 14 und 15 gelegenen Stelle 18 in Verbindung. Auf der Läuferseite des Stopfbüchsenteils 14 herrscht ein niedrigerer Druck als an der Stelle 17 des Kreislaufes. Von dieser Stelle höheren Druckes aus kann daher kühleres Arbeitsmittel durch den Zwischenraum 9 zwischen Außengehäuse und Innengehäuse zu einem Teil durch den Stopfbüchsenteil 14 gegen den Turbinenläufer 12 strömen, wobei es diesen Läufer kühlt und gleichzeitig das heiße, der Turbine durch den Eintrittsstutzen 11 zuströmende Arbeitsmittel von der Welle absperrt. Zu einem anderen Teil entspännt das dem Zwischenraum 9 von der Stelle 17 her zuströmende Arbeitsmittel durch den Stopfbüchsenteil 15 auf einen niedrigeren Druck, indem es durch diesen Stopfbüchsenteil in einen Raum 19 gelangt, welcher durch eine Leitung 2.0 mit einer Stelle 21 des Kreislaufes in Verbindung steht, durch welche entspanntes Arbeitsmittel dem Kühler 5 zuströmt und an welcher somit ein niedrigerer Druck herrscht. Der Raum 19 ist gegen die Atmosphäre durch eine Stopfbüchse 22 abgedichtet.On the other hand, the housing space 9 is connected to a point 18 located between the two stuffing box parts 14 and 15. On the rotor side of the stuffing box part 14 there is a lower pressure than at point 17 of the circuit. From this point of higher pressure, cooler working medium can therefore flow through the space 9 between the outer casing and the inner casing to a part through the stuffing box part 14 against the turbine runner 12, where it cools this runner and at the same time the hot working medium flowing into the turbine through the inlet nozzle 11 the shaft shut off. In another part, the working medium flowing into the space 9 from the point 17 relaxes through the stuffing box part 15 to a lower pressure by passing through this stuffing box part into a space 19 which is connected by a line 2.0 to a point 21 of the circuit , through which the relaxed working medium flows to the cooler 5 and at which there is thus a lower pressure. The space 19 is sealed off from the atmosphere by a stuffing box 22.
Gegebenenfalls können aber auch die Leitung 20 und die Stopfbüchse 22 weggelassen werden, wobei der durch den Stopfbüchsenteil 15 auf einen niedrigeren Druck entspannende Teil des Arbeitsmittels auf den Atmosphärendruck entspannt.If necessary, however, the line 20 and the stuffing box 22 can also be omitted, with through the gland part 15 to a lower one Pressure-relieving part of the working fluid relaxed to atmospheric pressure.
Durch das ständig durch den Zwischenraum 9 und die Stopfbuchse 14, 15 strömende kühlere Arbeitsmittel wird nun das Außengehäuse auf einer solchen Temperatur gehalten, daß es die Beanspruchung durch den Innendruck aufzunehmen vermag.Because of the cooler working medium constantly flowing through the space 9 and the stuffing box 14, 15 the outer housing is now kept at such a temperature that it takes the stress able to absorb through the internal pressure.
Das Außengehäuse der Turbine steht niederdruckseitig unmittelbar mit dem durch die Turbine strömenden Arbeitsmittel in Berührung, welches an \ der Austrittsseite eine tiefere Temperatur aufweist. : Das von der vor dem Erhitzer liegenden Stelle 17 gg , des Kreislaufes dem Zwischenraum 9 zufließende ι Arbeitsmittel hat etwa eine gleich hohe Temperatur. \ Das ganze Außengehäuse wird somit im wesentlichen auf einer Temperatur gehalten, die gleich hoch ist wie die Temperatur des die Turbine ver- ; lassenden Arbeitsmittels.The outer casing of the turbine is low-pressure side directly to the fluid flowing through the turbine working fluid into contact, which has on \ the exit side of a lower temperature. : The working medium flowing from the point 17 gg of the circuit upstream of the heater to the intermediate space 9 has approximately the same temperature. \ The entire outer casing is thus kept at a temperature that is essentially the same as the temperature of the turbine; letting work equipment.
: Der Gehäusezwischenraum kann aber auch statt ■ mit einer Stelle zwischen Wärmeaustauscher und , Erhitzer mit einer beliebigen anderen Stelle des Kreislaufes verbunden werden, an welcher das Ar- ^g beitsmittel niedrigere Temperatur und höheren Druck hat als das der Turbine zuströmende Arbeitsmittel. : The space between the housing can, however, instead of ■ be a point between the heat exchanger and , Heater can be connected to any other point in the circuit at which the Ar- ^ g fluid has a lower temperature and higher pressure than the fluid flowing into the turbine.
Bei der dargestellten: Anlage ist noch zusätz- ; lieh eine durch ein absperrbares Ventil 23 bej herrschte Leitung 24 vorgesehen, welche gestattet, den Gehäusezwischenraum 9 mit einer Stelle 25 des Kreislaufes zu verbinden, die sich nach dem Austritt des Verdichters 6 befindet. Bei ; geöffnetem Ventil 23 ist hierbei der Zwischenraum 9 zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse der Turbine mit zwei Stellen höheren Druckes des Kreislaufes, nämlich den Stellen 17 und 25 verbunden, an welchen dais Arbeitsmittel verschiedene Temperaturen aufweist. Das Ventil 23 stellt hierbei ein Mittel dar, welches die von der Stelle 25 dem Gehäusezwischenraum 9 zuströmende Arbeitsmittelmenge zu regeln gestattet.In the case of the illustrated: system is still additional; borrowed a bej through a shut-off valve 23 There was line 24 provided, which allows the housing space 9 with a To connect point 25 of the circuit, which is located after the outlet of the compressor 6. at ; When the valve 23 is open, the space 9 between the outer housing and the inner housing is here the turbine is connected to two points of higher pressure in the circuit, namely points 17 and 25, at which the work equipment has different temperatures. The valve 23 is here a means which the amount of working medium flowing from the point 25 to the housing space 9 allowed to regulate.
Durch entsprechende Einstellung des Ventils 23 • ist es bei einer solchen Ausführungsform möglich, dem der Stelle 17 entnommenen Sperrgas eine j regelbare Menge kühleren Arbeitsmittels beizumengen und so die Temperatur des dem Zwischenraum ; zuströmenden Arbeitsmittels innerhalb gewisser Grenzen, jedoch ohne von der Temperatur des die ! Turbine verlassenden Arbeitsmittels wesentlich abzuweichen, zu beeinflussen.By setting the valve 23 accordingly, it is possible in such an embodiment to add a controllable amount of cooler working fluid to the sealing gas taken from point 17 and so the temperature of the space in between; inflowing working medium within certain Limits, however, without being affected by the temperature of the! Substantially deviate from the working fluid leaving the turbine, to influence.
Claims (4)
Deutsche! Patentschriften Nr. 815427, 877844; deutsch© Patentanmeldung M 1001 I a/46f;
schweizerische Patentschriften Nr. 276518, 237922, 215748.Considered publications:
German! Patent Nos. 815427, 877844; German © patent application M 1001 I a / 46f;
Swiss patents No. 276518, 237922, 215748.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH967604X | 1953-01-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE967604C true DE967604C (en) | 1957-12-19 |
Family
ID=4550736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEA19349A Expired DE967604C (en) | 1953-01-13 | 1953-12-18 | Thermal power plant with a turbine having an outer housing and an inner housing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE967604C (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1953
- 1953-12-18 DE DEA19349A patent/DE967604C/en not_active Expired
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