EP0568909B1 - Dampfturbine mit einem Drehschieber - Google Patents

Dampfturbine mit einem Drehschieber Download PDF

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EP0568909B1
EP0568909B1 EP19930106858 EP93106858A EP0568909B1 EP 0568909 B1 EP0568909 B1 EP 0568909B1 EP 19930106858 EP19930106858 EP 19930106858 EP 93106858 A EP93106858 A EP 93106858A EP 0568909 B1 EP0568909 B1 EP 0568909B1
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EP
European Patent Office
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steam turbine
rotary
turbine according
passage
rotary slide
Prior art date
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Application number
EP19930106858
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English (en)
French (fr)
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EP0568909A1 (de
Inventor
Richard Geist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
ABB Patent GmbH
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Publication date
Application filed by ABB Patent GmbH filed Critical ABB Patent GmbH
Publication of EP0568909A1 publication Critical patent/EP0568909A1/de
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Publication of EP0568909B1 publication Critical patent/EP0568909B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/148—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of rotatable members, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/18—Final actuators arranged in stator parts varying effective number of nozzles or guide conduits, e.g. sequentially operable valves for steam turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86718—Dividing into parallel flow paths with recombining
    • Y10T137/86743—Rotary

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine according to the preamble of claim 1.
  • a steam turbine is known from document EP-A-0 508 067 (date of publication of the application: October 14, 1992).
  • valves are used almost exclusively to control the steam, while slides are used relatively rarely as control elements.
  • One reason for this is probably the high reliability and the exact mechanism of action of valves and, on the other hand, the problems that have to be solved in the practical use of valves. So z. B. the static relief of slide valves that is almost a matter of course in today's valves is not readily possible. Furthermore, the sliding of unlubricated, hot and possibly distorted components is fundamentally disadvantageous.
  • the control stage has a plurality of nozzle groups, the steam flow to each of the nozzle groups being adjusted using a special control valve. It is common to apply steam to one nozzle group after the other as the power requirement increases, which is done with the help of appropriately controlled control valves or through the control slots of a rotary valve. For a given load condition, therefore, a more or less large number of nozzle groups is generally fully charged, so that this does not result in throttling and the respective nozzles work with a favorable efficiency.
  • Rotary slide valve controls are known.
  • a first variant designed as a radial slide valve, is described , in which a large number of lockable individual windows leads into a channel body with an annular chamber in front of the guide vane.
  • a second variant designed as an axial rotary valve, a large number of lockable individual windows are also provided, which lead directly to the guide blading via a channel body. Both solutions are suitable However, only for throttle control, with the rotary valve from the fully open state to complete shutdown, only to be moved by one window division.
  • the object of the invention is to construct a steam turbine according to the type mentioned in the preamble of claim 1 in such a way that the steam throughput per nozzle or nozzle group can be fine-tuned to the respective partial load with a high degree of efficiency and to change the position of the rotary valve actuating forces to be applied are as low as possible.
  • control slots formed in the rotary valve lie on separate circular paths and the channel inputs associated with these circular paths and formed in a channel body leading to the nozzles are arranged so offset with respect to the control slots are that on each circular path a channel entrance is opened at the same time, while further channel entrances that are also to be opened are still closed.
  • Another significant advantage of the invention is that it is possible with the aid of a roller bearing ring to decisively reduce the high friction which occurs in conventional rotary slide valves with slide bearings, one or more roller bearing rings having to be arranged in such a way that they do not obstruct the control area between the control slots and the Cause channel inputs.
  • control slots are expedient to offset them from each other by 180 °, so that the angle of rotation accordingly extends over 180 ° when the rotary slide is adjusted between closing and fully opening.
  • each of the two rotary slide halves with a control slot, the control slot of the first rotary slide half correspondingly having to run on a different circular path from that of the second rotary slide half.
  • the design of the rotary slide valve according to the invention enables a large number of variants to control the steam throughput.
  • a very advantageous variant is the combination of individually controllable nozzles or groups of nozzles with the activation of a bypass, which is also provided, the latter being the last to be opened after opening the nozzles.
  • control slots are arranged with respect to the channel inputs in such a way that two or more channel inputs, each at the same distance from one another, are located simultaneously can be opened or closed through the control slots.
  • a preferably electrically acting servo motor which drives a drive pinion via a flexible cardan shaft and which engages in a toothed ring provided on the rotary slide valve, serves to drive the rotary slide valve for its actuating movement.
  • channel body as well as the rotary slide valve be divided into two channel body halves and mounted in a corresponding manner over the shaft of the steam turbine.
  • roller bearing rings are sunk so deep into the channel body that only a narrow gap remains between the rotary valve and the channel body, which can then be sealed well in a known manner by suitable measures.
  • the rotary valve to be rotatably mounted on the channel body is expediently connected to it in such a way that the two parts engage behind one another by corresponding ring grooves and ring cams.
  • the channel body in turn, can be flanged to the guide vane carrier or hung into the housing like a guide vane carrier.
  • the radial rotary valve has the advantage that it is statically relieved when steam is applied uniformly over its entire circumference and the wear is therefore kept within limits, even with a plain bearing.
  • a disadvantage is the steam deflection required in an axially flow-through turbine. In this regard, preference is given to the axial rotary slide valve, although this can only be relieved of static load by relatively complicated designs and the bearings generally have to absorb the full differential pressure.
  • the control stage of a steam turbine shown in FIGS. 1 and 2 lies at the interface between two turbine parts with different pressures.
  • This is an extraction steam turbine in which the extraction takes place before the control stage via an extraction duct 5.
  • a rotary slide valve 1 designed as an axial rotary slide valve is provided, which is rotatably mounted on a channel body 2 and is in turn flange-mounted on a guide vane carrier 3 in a stationary manner. The entire arrangement is enclosed by a turbine housing 4.
  • the steam coming from the high-pressure part of the steam turbine flows through the rotary valve 1 in the area of a control slot 11 and passes via a channel inlet 12 of the channel body 2 into a nozzle chamber 14 and from there to a nozzle 15, in order to be guided by this to a control wheel 16 with control wheel blades 17 and finally to drive the rotor blades 19 lying between guide blades 18 and thus the turbine rotor 20.
  • the special design of both the rotary valve 1 and the channel body 2 enables a very fine-tuned nozzle group control.
  • the rotary slide valve 1 has two control slots 11a, 11b which are arranged on adjacent circular paths and are offset by 180 ° relative to one another and correspond to the channel inputs 12 of the channel body 2.
  • three channel inputs 12a, 12b, 12c lie on a corresponding circular path provided with the same radius as the control slot 11b, but offset by an angle of rotation of 180 °.
  • three further channel inputs 12d, 12e, 12f lie on a circular path with the same radius as the control slot 11a, again offset by an angle of rotation of 180 °.
  • the rotary valve 1 shows a position of the rotary valve in which it has opened the channel inputs 12, the rotary valve 1 according to FIG. 2 is in a position rotated by 180 ° in which all the channel inputs 12 are closed.
  • the control slot 11a would first meet the channel entrance 12f and the control slot 11b would meet the channel entrance 12a.
  • the nozzle groups connected to the channel inlets 12a, 12f would therefore be the first to be supplied with steam.
  • the rotary slide valve could be opened increasingly, with the channel inputs 12e, 12b next would be caught by the control slots 11a, 11b. After moving the rotary valve 1 over a rotation angle of 180 °, all the channel inputs 12 would be fully open.
  • roller bearing rings 10 which can be constructed as axial needle rims for an axial rotary slide valve or as radial needle roller rings for a radial rotary slide valve.
  • the roller bearing rings 10 are arranged so that the control slots 11 on the one hand and the channel inputs on the other come to lie between them and this results in the best possible support for the rotary valve.
  • an inner roller bearing ring 10b lying near the axis and an outer roller bearing ring 10a lying outside are therefore required.
  • a toothed ring 9 is provided in the area of the outer edge of the axial rotary valve 1, into which a drive pinion 8 engages, which is connected via a flexible cardan shaft 7 to a servo motor 6, which enables the rotary movement of the rotary valve 1 and on the turbine housing 4 is attached.
  • FIG. 1 also shows how the rotary valve 1 is anchored to the channel body 2 with a cam or collar 22 on the one hand and in an annular groove 21.
  • the channel body in turn is flanged to the guide vane carrier 3 with screws 23.
  • the two roller bearing rings 10a, 10b are largely sunk in the channel body 2.
  • FIG. 3 shows the execution of a bypass in the case of an axial rotary slide valve, the channel body only having to allow flow around the control wheel 16 in the area of the bypass 24, but otherwise all the other essential details correspond to FIG.
  • the rotary valve 1 is designed as a radial rotary valve and the channel body 2 is adapted to this.
  • the same reference numerals have been used because the principle of operation is the same.
  • the various channel inputs 12 can be assigned either nozzle groups comprising several nozzles 15 or a bypass 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Dampfturbine ist aus dem Dokument EP-A-0 508 067 bekannt (Veröffentlichungstag der Anmeldung : 14.10.92).
  • Im Dampfturbinenbau verwendet man zur Steuerung des Dampfes fast ausschließlich Ventile, während Schieber als Steuerorgane nur relativ selten zur Anwendung kommen. Ein Grund hierfür liegt wohl in der hohen Zuverlässigkeit und dem exakten Wirkmechanismus von Ventilen und andererseits in den Problemen, die beim praktischen Einsatz von Schiebern zu lösen sind. So ist z. B. die bei heutigen Ventilen nahezu selbstverständliche statische Entlastung bei Schiebern nicht ohne weiteres möglich. Weiterhin ist das Aufeinandergleiten ungeschmierter, heißer und sich evtl. verziehender Bauteile grundsätzlich nachteilig.
  • Dennoch hat es schon eine Reihe von Versuchen gegeben, Drehschieber zumindest dort einzusetzen, wo in axial durchströmten Dampfturbinen bei Verwendung von Steuerventilen nicht nur recht komplizierte Konstruktionen, sondern auch recht ungünstige Strömungsverhältnisse entstehen. Dies gilt insbesondere für Entnahmedampfturbinen, bei denen der Einsatz eines axial durchströmten Drehschiebers nicht nur zu günstigen Strömungsverhältnissen, sondern auch zu einem raumsparenden Aufbau führen kann.
  • Zur Steuerung des Dampfdurchsatzes bei Dampfturbinen arbeitet man mit einer Drosselregelung oder einer Düsengruppenregelung. Letztere ist besonders geeignet für Anlagen, bei denen hohe Teillastwirkungsgrade erreicht werden sollen. Hierbei weist die Regelstufe mehrere Düsengruppen auf, wobei der Dampfzufluß zu jeder der Düsengruppen mit einem besonderen Regelventil eingestellt wird. Es ist üblich, bei zunehmendem Leistungsbedarf eine Düsengruppe nach der anderen mit Dampf zu beaufschlagen, was mit Hilfe von entsprechend gesteuerten Regelventilen oder durch die Steuerschlitze eines Drehschiebers geschieht. Bei einem gegebenen Lastzustand ist deshalb im allgemeinen eine mehr oder weniger große Anzahl von Düsengruppen voll beaufschlagt, so daß hierdurch keine Drosselung entsteht und die jeweiligen Düsen mit einem günstigen Wirkungsgrad arbeiten. Nur eine Düsengruppe wird entsprechend der jeweiligen Stellung des Regelventils oder des Drehschiebers lediglich eine Teilbeaufschlagung erfahren, und dadurch mit geringerem Wirkungsgrad arbeiten. Dieser Verlust wird jedoch um so geringer sein, je größer die Anzahl der Düsengruppen ist, was darauf hinausläuft, daß möglichst viele Düsengruppen vorgesehen werden sollten und im Idealfall jede einzelne Düse ansteuerbar wäre. Eine dementsprechende Vervielfachung der Regelventile würde schnell auf bautechnische Grenzen stoßen, während eine entsprechende Ausbildung eines Drehschiebers eher im Bereich der technischen Möglichkeiten liegt.
  • Aus dem Zeitschriftenartikel "Zur Entwicklung von Niederdruck-Dampfsteuerorganen, derzeitiger Stand und zukünftige Möglichkeiten", Maschinenbautechnik, Berlin, 38 (1989), Seiten 17 ff sind Drehschieber-Steuerungen bekannt. Hier findet sich auch bereits ein Hinweis, daß Drehschieber sowohl für Drosselregelung als auch für Düsengruppenregelung ausführbar sind. Beschrieben wird eine erste, als Radialschieber ausgeführte Variante, bei der eine große Anzahl versperrbarer Einzelfenster in einen Kanalkörper mit einer ringförmigen, dem Leitgitter vorgelagerten Kammer führt. In einer zweiten als Axialdrehschieber ausgebildeten Variante ist ebenfalls eine große Anzahl von versperrbaren Einzelfenstern vorgesehen, die über einen Kanalkörper unmittelbar zur Leitbeschaufelung führen. Beide Lösungen eignen sich jedoch nur zur Drosselregelung, wobei die Drehschieber vom voll geöffneten Zustand bis zur völligen Absperrung, jeweils nur um eine Fensterteilung zu verschieben sind.
  • In einem weiteren Zeitschriftenartikel "Der Drehschieber als Regelorgan für Entnahme-Dampfturbinen", Maschinenbautechnik, Berlin, 15 (1966), Seiten 185 ff wird ausgeführt, daß es möglich ist, bei der Düsengruppenregelung die Querschnitte der einzelnen Gruppen etwas versetzt anzuordnen. Mit einem derart ausgebildeten Drehschieber gelingt es jedoch, trotz einer nachteiligen Querschnittsverminderung, nur bis zu vier Düsengruppen anzuordnen. Eine so geringe Zahl von Düsengruppen wäre jedoch auch mit Regelventilen steuerbar, so daß eine Verbesserung im Hinblick auf den Wirkungsgrad im Teillastbereich der Dampfturbine hier nicht erreichbar ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dampfturbine nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art so aufzubauen, daß sich der Dampfdurchsatz pro Düse oder Düsengruppe bei hohem Wirkungsgrad feinstufig der jeweiligen Teillast anpassen läßt und die zur Veränderung der Drehschieberstellung aufzuwendenden Stellkräfte möglichst gering sind.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.
  • Eine entscheidende Verbesserung des Drehschiebers im Hinblick auf eine feinstufige Regelung des Dampfdurchsatzes wird dadurch erreicht, daß die im Drehschieber ausgebildeten, Steuerschlitze auf getrennten Kreisbahnen liegen, und die diesen Kreisbahnen zugeordneten, in einem Kanalkörper ausgebildeten zu den Düsen führenden Kanaleingänge gegenüber den Steuerschlitzen so versetzt angeordnet sind, daß auf jeder Kreisbahn gleichzeitig je ein Kanaleingang geöffnet wird, während weitere, ebenfalls zu öffnende Kanaleingänge noch geschlossen sind. Durch das Anordnen von Steuerschlitzen und Kanaleingängen auf mehreren unterschiedlichen Kreisbahnen ist es möglich, ohne Querschnittsverminderung eine größere Zahl von Düsen oder Düsengruppen nacheinander einzeln zu öffnen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß es mit Hilfe eines Wälzlagerringes gelingt, die bei üblichen Drehschiebern mit Gleitlagern auftretende hohe Reibung entscheidend zu vermindern, wobei ein oder mehrere Wälzlagerringe so angeordnet werden müssen, daß sie keine Behinderung im Steuerbereich zwischen den Steuerschlitzen und den Kanaleingängen verursachen.
  • Im Prinzip ist es möglich, mehrere Steuerschlitze auf mehreren Kreisbahnen in bestimmtem Winkel zueinander und zu den mit ihnen korrespondierenden Kanaleingängen versetzt anzuordnen, und dadurch das Öffnungsverhalten des Drehschiebers der gewünschten Turbinenregelung anzupassen. Bei zwei auf unterschiedlichen Kreisbahnen liegenden Steuerschlitzen ist es zweckmäßig, diese um 180° zueinander zu versetzen, so daß sich dementsprechend der Drehwinkel beim Verstellen des Drehschiebers zwischen dem Schließen und dem vollständigen Öffnen über 180° erstreckt.
  • Um den Drehschieber leicht montieren zu können, ist es zweckmäßig diesen horizontal in zwei Drehschieberhälften zu teilen, die einzeln auf den Kanalkörper aufgesetzt und miteinander verbunden werden können. Die Verbindung erfolgt dabei in zweckmäßiger Weise mit Hilfe von Drehschieber-Teilfugenflanschen.
  • Es ist weiterhin von Vorteil, jeden der beiden Drehschieberhälften mit jeweils einem Steuerschlitz zu versehen, wobei der Steuerschlitz der ersten Drehschieberhälfte entsprechend auf einer anderen Kreisbahn verlaufen muß wie der der zweiten Drehschieberhälfte.
  • Die erfindungsgemäße Konstruktion des Drehschiebers ermöglicht eine Vielzahl von Varianten, um den Dampfdurchsatz zu steuern. Eine sehr vorteilhafte Variante ist die Kombination einzeln ansteuerbarer Düsen oder Düsengruppen mit der Ansteuerung eines ebenfalls vorgesehenen Bypasses, wobei dieser als letzter, nach Öffnung der Düsen, zu öffnen wäre.
  • Für eine gleichmäßige Erwärmung des Turbinengehäuses ist es von Vorteil, dieses ausgehend von der untersten Leistungsstufe möglichst gleichmäßig an unterschiedlichen Stellen seines Umfanges mit Dampf zu beaufschlagen. Eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht deshalb vor, die Steuerschlitze bezüglich der Kanaleingänge so anzuordnen, daß zwei oder mehr, jeweils in gleichem Abstand zueinander liegende Kanaleingänge gleichzeitig durch die Steuerschlitze geöffnet oder geschlossen werden.
  • Eine breitflächige gute Auflage des Drehschiebers auf dem Wälzlager ergibt sich, wenn die Steuerschlitze und die Kanaleingänge zwischen zwei Wälzlagerringen liegen.
  • Zum Antrieb des Drehschiebers für seine Stellbewegung dient ein vorzugsweise elektrisch wirkender Servomotor, der über eine flexible Gelenkwelle ein Antriebsritzel antreibt, das in einen am Drehschieber vorgesehenen Zahnkranz eingreift.
  • Weiterhin ist vorgesehen, den Kanalkörper ebenso wie den Drehschieber in zwei Kanalkörperhälften zu teilen und in entsprechender Weise über der Welle der Dampfturbine zu montieren.
  • Bedingt durch die auf unterschiedlichen Kreisbahnen liegenden Kanaleingänge werden unterschiedliche Kanalkörperhälften benötigt. Eine vereinfachte Herstellung läßt sich dadurch erzielen, daß die beiden Kanalkörperhälften als identische Teile gegossen werden und erst durch anschließende Bearbeitung der Gußkörper die Kanaleingänge im Kanalkörper hergestellt werden.
  • Um die bei Drehschiebern nicht ganz vermeidbare Leckageströmung soweit wie möglich zu reduzieren, sind die Wälzlagerringe so tief in den Kanalkörper versenkt, daß zwischen dem Drehschieber und dem Kanalkörper nur ein schmaler Spalt verbleibt, der dann in bekannter Weise durch geeignete Maßnahmen gut abgedichtet werden kann.
  • Trotz der durch die Wälzlagerringe stark verminderten Reibung muß bei hohen Anpreßdrücken mit einem Verschleiß im Bereich der Laufflächen gerechnet werden. Es ist somit zweckmäßig, diesen Bereich am Drehschieber zu härten oder durch Detonationsbeschichtung zu vergüten.
  • Der am Kanalkörper drehbeweglich zu lagernde Drehschieber ist mit diesem zweckmäßigerweise so zu verbinden, daß sich die beiden Teile gegenseitig durch entsprechende Ringnuten und Ringnocken hintergreifen. Der Kanalkörper seinerseits kann am Leitschaufelträger angeflanscht oder wie ein Leitschaufelträger ins Gehäuse eingehängt werden.
  • Alle vorbeschriebenen Maßnahmen können sowohl bei einem Axial- als auch bei einem Radialdrehschieber zur Anwendung gelangen, wobei lediglich der Kanalkörper entsprechend angepaßt werden muß. Der Radialdrehschieber hat den Vorteil, daß er bei einer Dampfbeaufschlagung, die gleichmäßig über seinem gesamten Umfang erfolgt, statisch entlastet ist und sich somit der Verschleiß selbst bei einem Gleitlager in Grenzen hält. Nachteilig ist allerdings die bei einer axial durchströmten Turbine erforderliche Dampfumlenkung. Diesbezüglich ist dem Axialdrehschieber der Vorzug zu geben, wobei dieser allerdings nur durch relativ komplizierte Bauformen statisch entlastet werden kann und die Lager in der Regel den vollen Differenzdruck aufnehmen müssen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Dampfturbinenregelstufe mit einem Axialdrehschieber zur Düsengruppenregelung in geöffnetem Zustand im Axialschnitt gesehen,
    Figur 2
    die Regelstufe nach Figur 1 in axialer Blickrichtung auf den Axialdrehschieber mit teilweise ausgeschnittenem Blickfenster zur Sichtbarmachung der Kanaleingänge und der Wälzlagerringe in geschlossenem Zustand,
    Figur 3
    die Regelstufe einer Dampfturbine mit einem Axialdrehschieber zur Steuerung eines Bypasses,
    Figur 4
    die Regelstufe einer Dampfturbine mit einem Radialdrehschieber zur Düsengruppen- und Bypaßregelung mit Blick in Achsrichtung in einem Schnitt quer zur Drehachse,
    Figur 5
    die Regelstufe nach Figur 4 seitlich gesehen im Schnitt entlang der Drehachse,
    Figur 6
    den Radialdrehschieber mit zwei versetzt angeordneten auf unterschiedlichen Kreisbahnen liegenden Steuerschlitzen abgewickelt.
  • Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Regelstufe einer Dampfturbine liegt an der Schnittstelle zwischen zwei Turbinenteilen mit unterschiedlichem Druck. Es handelt sich hierbei um eine Entnahme-Dampfturbine, bei der die Entnahme vor der Regelstufe über einen Entnahmekanal 5 erfolgt. Zur Regelung des Dampfdurchsatzes ist ein als Axialdrehschieber ausgebildeter Drehschieber 1 vorgesehen, der auf einem Kanalkörper 2 drehbeweglich gelagert ist, und dieser ist seinerseits an einem Leitschaufelträger 3 ortsfest angeflanscht. Die gesamte Anordnung wird von einem Turbinengehäuse 4 umschlossen.
  • Der vom Hochdruckteil der Dampfturbine kommende Dampf durchströmt den Drehschieber 1 im Bereich eines Steuerschlitzes 11 und gelangt über einen Kanaleingang 12 des Kanalkörpers 2 in eine Düsenkammer 14 und von hier zu einer Düse 15, um von dieser auf ein Regelrad 16 mit Regelradschaufeln 17 geleitet zu werden und schließlich die zwischen Leitschaufeln 18 liegenden Laufschaufeln 19 und damit den Turbinenläufer 20 anzutreiben.
  • Wie insbesondere Figur 2 erkennen läßt, ermöglicht die besondere Gestaltung sowohl des Drehschiebers 1 als auch des Kanalkörpers 2 eine sehr feinstufige Düsengruppenregelung. Hierzu besitzt der Drehschieber 1 zwei auf benachbarten Kreisbahnen angeordnete, um 180° zueinander versetzte Steuerschlitze 11a, 11b, die mit den Kanaleingängen 12 des Kanalkörpers 2 korrespondieren. Dabei liegen drei Kanaleingänge 12a, 12b, 12c auf einer entsprechenden, mit gleichem Radius versehenen Kreisbahn wie der Steuerschlitz 11b, jedoch um einen Drehwinkel von 180° versetzt dazu. Entsprechend liegen drei weitere Kanaleingänge 12d, 12e, 12f auf einer Kreisbahn mit gleichem Radius wie der Steuerschlitz 11a, wiederum um einen Drehwinkel von 180° versetzt.
  • Während Figur 1 eine Stellung des Drehschiebers zeigt, bei der dieser die Kanaleingänge 12 geöffnet hat, befindet sich der Drehschieber 1 nach Figur 2 in einer um 180° gedrehten Stellung, bei der alle Kanaleingänge 12 geschlossen sind. Würde man jedoch den Drehschieber 1 im Uhrzeigersinn bewegen, so würde zunächst der Steuerschlitz 11a auf den Kanaleingang 12f und der Steuerschlitz 11b auf den Kanaleingang 12a treffen. Die mit den Kanaleingängen 12a, 12f verbundenen Düsengruppen würden also als erste mit Dampf beaufschlagt. Bei steigendem Leistungsbedarf könnte der Drehschieber zunehmend geöffnet werden, wobei als nächste die Kanaleingänge 12e, 12b von den Steuerschlitzen 11a, 11b erfaßt würden. Nach einer Bewegung des Drehschiebers 1 über einen Drehwinkel von 180° wären alle Kanaleingänge 12 voll geöffnet.
  • Wie leicht erkennbar ist, werden immer jeweils zwei diametral einander gegenüberliegende Kanaleingänge gleichzeitig mit Dampf beaufschlagt. Dies bewirkt eine entsprechend gleichmäßige Erwärmung des Turbinengehäuses. Selbstverständlich ist es möglich, den einzelnen Kanaleingängen 12 eine unterschiedliche Drehwinkellänge zuzuordnen. So wäre es denkbar den beiden ersten Kanaleingängen jeweils eine aus zwei oder drei Düsen bestehende Düsengruppe zuzuordnen, und für die weitere Leistungserhöhung nur noch eine Düse pro Kanaleingang vorzusehen, um eine möglichst feinstufige Regelung zu erreichen.
  • Um eine leichtgängige Drehbewegung zu ermöglichen, sind zwei Wälzlagerringe 10 vorgesehen, die für einen Axialdrehschieber als Axialnadelkränze oder für einen Radialdrehschieber als Radialnadelkränze aufgebaut sein können. Die Wälzlagerringe 10 sind so angeordnet, daß die Steuerschlitze 11 einerseits und die Kanaleingänge andererseits zwischen ihnen zu liegen kommen und sich dadurch für den Drehschieber eine möglichst gute Auflage ergibt. Bei einem Axialdrehschieber wird deshalb ein in Achsnähe liegender innerer Wälzlagerring 10b und ein nach außen liegender äußerer Wälzlagerring 10a benötigt. Noch außerhalb des äußeren Wälzlagerrings 10a ist im Bereich der Außenkante des Axialdrehschiebers 1 ein Zahnkranz 9 vorgesehen, in den ein Antriebsritzel 8 eingreift, das über eine flexible Gelenkwelle 7 mit einem Servomotor 6 verbunden ist, der die Drehbewegung des Drehschiebers 1 ermöglicht und am Turbinengehäuse 4 befestigt ist.
  • Damit der Drehschieber 1 und der Kanalkörper 2 bei der Montage über der Welle zusammengefügt werden können, werden diese in Drehschieberhälften 1a, 1b und Kanalkörperhälften horizontal geteilt. Somit müssen auch die Wälzlagerkränze, die im übrigen handelsüblichen Ausführungen entsprechen können, horizontal geteilt werden. Über Teilfugenflansche, wie den hier dargestellten Drehschieber-Teilfugenflansch 13, ist es möglich, die beiden jeweils zusammengehörigen Hälften miteinander zu verbinden.
  • In Figur 1 ist weiterhin noch erkennbar, wie der Drehschieber 1 sich mit einem Nocken oder Kragen 22 einerseits und in einer Ringnut 21 des Kanalkörpers 2 an diesem verankert. Der Kanalkörper seinerseits ist mit Schrauben 23 am Leitschaufelträger 3 angeflanscht. Die beiden Wälzlagerringe 10a, 10b sind weitgehend im Kanalkörper 2 versenkt.
  • Figur 3 zeigt die Ausführung eines Bypasses bei einem Axialdrehschieber, wobei der Kanalkörper lediglich im Bereich des Bypasses 24 eine Umströmung des Regelrades 16 ermöglichen muß, im übrigen aber alle wesentlichen anderen Details der Figur 1 entsprechen.
  • Bei der in den Figuren 4 bis 6 dargestellten Regelstufe ist der Drehschieber 1 als Radialdrehschieber ausgebildet und der Kanalkörper 2 an diesen angepaßt. Wegen der prinzipiell gleichen Wirkungsweise wurden gleiche Bezugszeichen verwendet. Bei der Darstellung nach Figur 4 ist relativ gut zu erkennen, daß man den verschiedenen Kanaleingängen 12 entweder mehrere Düsen 15 umfassende Düsengruppen oder einen Bypaß 24 zuordnen kann.

Claims (16)

  1. Dampfturbine mit einem Drehschieber (1) zur Steuerung des Dampfdurchsatzes, insbesondere in Verbindung mit einer Dampfentnahme, wobei im Drehschieber (1) vorgesehene Steuerschlitze (11) mit in einem ortsfesten Kanalkörper (2) ausgebildeten Kanaleingängen (12) so zusammenwirken, daß diese entsprechend der jeweiligen Drehrichtung des Drehschiebers (1) zunehmend geöffnet oder geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ortsfesten Kanalkörper (2) und dem Drehschieber (1) mindestens ein die Drehreibung herabsetzender Wälzlagerring (10) vorgesehen ist und daß dieser außerhalb des Bereiches liegt, in dem sich die Steuerschlitze (11) und die Kanaleingänge (12) befinden und daß mindestens ein Steuerschlitz (11) auf jeder von mindestens zwei getrennten Kreisbahnen so angeordnet ist, daß bei entsprechender Drehrichtung des Drehschiebers (1) von den auf korrespondierenden Kreisbahnen angeordneten Kanaleingängen (12) gleichzeitig je einer öffnet, während weitere, ebenfalls zu öffnende Kanaleingänge (12) noch geschlossen sind.
  2. Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei zwei Steuerschlitzen (11) des Drehschiebers (1) diese über einen Drehwinkel von etwa 180° erstrecken und zwischen dem Schließen und dem vollständigen Öffnen des Drehschiebers (1) ebenfalls ein Drehwinkel von etwa 180° liegt.
  3. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) horizontal in zwei Drehschieberhälften (1a, 1b) geteilt ist, die einzeln auf den Kanalkörper (2) aufgesetzt und miteinander verbunden sind, und die Verbindung vorzugsweise mit Hilfe von Drehschieber-Teilfugenflanschen (13) erfolgt.
  4. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zusammengehörigen Drehschieberhälften (1a, 1b) jeweils mindestens einen Steuerschlitz (11) aufweisen und der Steuerschlitz (11) der ersten Drehschieberhälfte (1a) auf einer anderen Kreisbahn verläuft wie der der zweiten Drehschieberhälfte (1b).
  5. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanaleingänge (12) zu einer oder mehreren Düsen (15) oder Düsengruppen und ggf. auch zu mindestens einem Bypaß (24) führen.
  6. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschlitze (11) bezüglich der Kanaleingänge (12) so angeordnet sind, daß jeweils in gleichem Abstand zueinander gegenüberliegende Düsen (15) oder Düsengruppen gleichzeitig mit Dampf beaufschlagt werden.
  7. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschlitze (11) und die Kanaleingänge (12) zwischen zwei Wälzlagerringen (10) liegen.
  8. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) zur Ausführung seiner Drehungen von einem vorzugsweise elektrisch wirkenden Servomotor (6) angetrieben ist.
  9. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) mit einem in seinem äußeren Bereich liegenden Zahnkranz (9) versehen ist, in den ein Antriebsritzel (8) des Servomotors (6) eingreift und daß der Servomotor (6) ortsfest, vorzugsweise am Turbinengehäuse (4) montiert ist und über eine flexible Gelenkwelle (7) mit dem Antriebsritzel (8) verbunden ist.
  10. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalkörper (2) horizontal in zwei Kanalkörperhälften (2a, 2b) geteilt ist und diese über der Welle (20) der Dampfturbine aufeinandergesetzt und miteinander verbunden sind.
  11. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanalkörperhälften (2a, 2b) als identische Teile gegossen sind und durch anschließende Bearbeitung der Gußkörper die Kanaleingänge (12) der Kanäle des Kanalkörpers (2) hergestellt sind.
  12. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlagerringe (10) so weit in den Kanalkörper (2) versenkt sind, daß zwischen dem Drehschieber (1) und dem Kanalkörper (2) nur ein schmaler Spalt verbleibt, der in bekannter Weise durch geeignete Maßnahmen gut abdichtbar ist.
  13. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) mindestens im Bereich seiner über die Wälzlagerringe (10) gleitenden Laufflächen gehärtet oder detonationsbeschichtet ist.
  14. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) am Kanalkörper (2) drehbeweglich so gelagert ist, daß die beiden Teile sich gegenseitig durch entsprechende Ringnuten und Ringnocken hintergreifen.
  15. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalkörper (2) am Leitschaufeltäger (3) befestigt ist.
  16. Dampfturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1) als Axial- oder Radialdrehschieber aufgebaut und der Kanalkörper (2) entsprechend angepaßt ist.
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