EP0690204A2 - Kondensationsturbine mit mindestens zwei Dichtungen zur Abdichtung des Turbinengehäuses - Google Patents

Kondensationsturbine mit mindestens zwei Dichtungen zur Abdichtung des Turbinengehäuses Download PDF

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EP0690204A2
EP0690204A2 EP95109678A EP95109678A EP0690204A2 EP 0690204 A2 EP0690204 A2 EP 0690204A2 EP 95109678 A EP95109678 A EP 95109678A EP 95109678 A EP95109678 A EP 95109678A EP 0690204 A2 EP0690204 A2 EP 0690204A2
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EP
European Patent Office
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seal
turbine
condensation
seals
steam
Prior art date
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EP95109678A
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EP0690204A3 (de
EP0690204B1 (de
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Karl Urlichs
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Alstom SA
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ABB Patent GmbH
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Publication date
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Publication of EP0690204A3 publication Critical patent/EP0690204A3/de
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    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/04—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
    • F01D11/06—Control thereof
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine according to the preamble of claim 1.
  • One type of steam turbine is used as a counter-pressure turbine if the output steam is to be used in a heating network at elevated pressure.
  • a condensation turbine the heat content of the steam is exploited through its complete expansion up to a negative pressure in relation to the atmosphere. The consequence of this is that the outer seals of a condensation turbine must be suitable for preventing air from penetrating into the turbine housing, which is filled with steam.
  • seals W1 of the turbine housing of a condensation turbine are designed in the form of labyrinths without contact.
  • suitable precautions must be taken to improve the sealing effect. In general, this occurs on the fresh and exhaust side through a further seal W2 which is arranged from the interior of the housing behind the actual shaft seal W1 and through an annular chamber S which is between W1 and W2 and is acted on with sealing steam S1, S2.
  • the pressure for this steam becomes just chosen so large that in all cases there is a flow to the outside and thus the entry of air is excluded.
  • a leakage vapor L1 flowing through the outer seal must in turn be prevented from escaping into the atmosphere by suitable annular chambers L and labyrinth seals W3.
  • a chamber W ensures that the remaining leakage vapor / air mixture can be safely extracted.
  • a seal structure which is especially suitable for the compensating piston of a steam turbine is known from DE-35 33 829 A1.
  • An application of this seal instead of an inner balancing piston labyrinth in a steam turbine is described.
  • a lifting device is intended to prevent damage from occurring in the area of the seal during the heating and condensation phase of the steam.
  • the lifting device is also suitable for securing the standstill and turning operation of a turbine.
  • the object of the invention is to provide a condensation turbine according to the preamble of claim 1, which does not need expensive sealing steam devices, numerous pipelines and condensation devices and yet prevents the break-in of outside air into the negative pressure turbine interior.
  • a mechanical seal that is designed or installed in such a way that the gas lubrication can flow through the mechanical seal from the outside atmosphere into the interior of the housing enables the construction of a condensation turbine in which at least one seal is designed as a gas-lubricated mechanical seal both on the fresh steam side and on the exhaust side is.
  • the outermost mechanical seals on the fresh steam side and on the exhaust steam side are assigned separate sealing spaces which are acted upon by a compensating line AG with the same negative pressure lying below the atmospheric external pressure.
  • the construction of the condensation turbine is considerably simplified by using a mechanical seal of the type mentioned, since the steam space is protected from air ingress in all operating conditions. In particular, this also applies to the standstill and the so-called gymnastics operation, in which the turbine shaft is protected against warping by one-sided heating by slow rotation with a suitable device.
  • the outer labyrinth consisting of several labyrinth seals can be replaced on the fresh steam and exhaust steam sides by a mechanical seal, which reliably fulfills its tasks in all operating states.
  • Expensive barrier steam devices numerous pipelines and condensation devices can be dispensed with.
  • the arrangement of a vapor extraction W is carried out - if necessary - as in the conventional embodiment according to Fig.3.
  • the mechanical seal can be installed in the condensation turbine in such a way that its sealing gap is flowed through either from the inner to the outer diameter of this mechanical seal or vice versa. Accordingly, it is provided that in the mechanical seals an aerodynamically effective pattern is integrated into their sealing surfaces, the direction of their action with the intended flow of the mechanical seals from the outer atmosphere corresponds to the housing interior.
  • a compensating piston seal is inserted on the fresh steam side behind the outermost mechanical seal, which is also constructed as a mechanical seal.
  • the object of the invention can also be achieved by the features of claim 6.
  • a mechanical seal acting as a compensating piston seal also seals the shaft passage through the turbine housing on the fresh steam side saves a mechanical seal and thus an expensive component.
  • the axial bearing can be dimensioned so that it can absorb these forces. It is possible to dimension the axial bearing of the turbine shaft for both axial directions so that it optimally accommodates the thrusts at full load and when idling.
  • a major problem with the mechanical seal is that at very low speeds of the turbine rotor, such as occur during start-up operation or sometimes even during gymnastics operation, the aerodynamic expansion of the sealing gap is not carried out or is insufficient, and the sealing surfaces are therefore subject to increased abrasion. It is therefore advantageous to provide aids which ensure adequate sealing of the sealing gap in the start-up mode or in the turn mode.
  • the aids required for the spreading can be built up from mechanically acting elements, and then allow the sealing gap to be opened to the required width during start-up or gymnastics operation.
  • the aids required for the expansion can also be constructed to have an aerodynamic effect, steam being fed into a sealing space surrounding the compensating piston seal, which can be controlled via a valve and can thus be switched off in normal operation if the sealing space has a sufficient overpressure. This is particularly necessary in the case of condensation turbines, in which the seal would not be flowed through sufficiently for its own cooling in vacuum operation.
  • a conventional labyrinth seal downstream of the fresh steam side mechanical seal serves the same purpose as an emergency seal.
  • a further safety measure can consist in that the pressure difference in front of and behind this seal is measured on at least one labyrinth seal which acts as an emergency seal and that the steam turbine is triggered quickly when a predetermined limit value is exceeded.
  • Deformations impairing the sealing effect of the mechanical seal can be avoided by not dividing the mechanical seal and a seal housing receiving it, but rather by pushing it on the turbine rotor as closed ring parts during assembly.
  • the mechanical seal suitable for high temperatures has a non-rotating mechanical seal 2 which is movably connected to the turbine housing TG or the sealing housing 10 by a secondary seal 3.
  • the slide ring 2 is pressed by springs 4 via a secondary seal 3 onto a rotating counter ring 1 or the turbine shaft TW itself.
  • the counter ring 1 rotating with the turbine shaft TW can also be carried by a precision intermediate ring. It is centered with an elastically acting centering element 7 and held by a fastening element 8.
  • a sealing ring 9 prevents leakage between the slide ring 2 and the rotor R.
  • the sealing gap DS of the mechanical seal By designing the sealing gap DS of the mechanical seal with a special pattern on the opposing sealing surfaces, through which gap-opening pockets with a depth of a few micrometers are created, a hydrodynamic expansion of the sealing gap is achieved and, with the support of the rotation of the counter ring 1, small quantities are obtained of the fluid to be sealed conveyed through the seal.
  • the amount of passage In comparison to conventional non-contact labyrinth seals, the amount of passage is so small that it does not interfere with turbine operation. It can be removed in the condenser by a suction system.
  • the condensation turbine shown in Fig. 1 enables an almost complete compensation of the axial pressure forces.
  • a rotor R with its blades B is located in a turbine housing TG and is located on both sides in a slide bearing GL with its turbine shaft TW. It has at least one axial bearing AL to catch remaining axial thrust.
  • the supply of live steam FD and the removal of exhaust steam AD are also indicated.
  • the condensation turbine has three mechanical seals Wa, Wb, Wc, of which the two outer Wa, Wb seal the passage of the turbine shaft TW through the turbine housing TG. Sealing spaces DRa, DRb belonging to these mechanical seals Wa, Wb are connected to one another via a compensating line AL and have a negative pressure of approximately 0.04 bar. Due to this negative pressure, it is necessary to construct or arrange the mechanical seals, in contrast to the use in other turbomachinery, in such a way that an inflow of the sealing gap DS causes gas lubrication from outside to inside and the flow medium in this case is not steam but air.
  • mechanical seals Wa, Wb are flowed through in the direction from their inner to their outer diameter, so that the aerodynamically acting pattern must be arranged accordingly.
  • the mechanical seals Wa, Wb can also be used differently, e.g. as shown in Fig. 2b, install.
  • the respective direction of flow at the sealing gap DS is identified by an arrow.
  • the condensation turbine described is provided with a compensating piston for pressure compensation, the effect of which is ensured by a third mechanical seal acting as a compensation piston seal Wc.
  • Their structure corresponds to that of the other two mechanical seals Wa, Wb, but their installation is in accordance with a conventional arrangement in which the air flows from the inside to the outside. Under normal operating conditions, there is an overpressure in the associated seal chamber DRc, which, however, applies to gymnastics Vacuum can drop.
  • a steam supply K1 is provided, with the aid of which an overpressure sufficient for the flow can be established again.
  • a valve V enables the steam pressure to be controlled or the steam supply to be switched off in normal operation.
  • An emergency seal 5 upstream of the compensating piston seal Wc and a downstream emergency seal 6 are provided so that the fresh-steam side mechanical seals Wa, Wc do not lead to undesired steam leakage. Also to increase safety, pressure differences of the pressures Pw and Pk upstream and downstream of the emergency seals 5,6 are recorded, which can trigger a rapid shutdown of the turbine if the permissible limit values are exceeded.
  • the basic structure of the condensation turbine according to FIG. 2 corresponds to that of FIG. 1, so that repetitions in this regard can be dispensed with.
  • a decisive difference is that a compensating piston seal Wd also takes over the sealing of the shaft passage on the fresh steam side, so that the mechanical seal Wa according to FIG. 1 is saved. However, this is bought due to the lack of hydrostatic pressure compensation of the condensation part. In order to absorb these pressures, the axial bearing AL must be dimensioned accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kondensationsturbine mit einem Frischdampfeingang (FD) und einem Abdampfausgang (AD) und mindestens zwei Dichtungen (Wa,Wb) zur Abdichtung des Turbinengehäuses (TG) im Bereich einer den Turbinenrotor tragenden Turbinenwelle (TW), von denen mindestens eine Dichtung (Wa) frischdampfseitig und eine Dichtung (Wb) abdampfseitig angeordnet ist. Bei derartigen Turbinen soll der Gesamtaufbau wesentlich vereinfacht werden. Das wird dadurch erreicht, daß sowohl frischdampfseitig als auch abdampfseitig mindestens je eine Dichtung (Wa,Wb) als gasgeschmierte Gleitringdichtung ausgeführt ist, daß die frischdampfseitig und abdampfseitig jeweils äußersten Gleitringdichtungen (Wa,Wb) getrennte Dichtungsräume (DRa,DRb) abdichten, die durch eine Ausgleichsleitung (AG) mit einem gleichen unterhalb des atmosphärischen Außendrucks liegenden Unterdruck beaufschlagt sind und diese Gleitringdichtungen (Wa,Wb) so ausgeführt und eingebaut sind, daß eine zur Gasschmierung erforderliche Durchströmung der Gleitringdichtungen (Wa,Wb) von der äußeren Atmosphäre in den Gehäuseinnenraum erfolgen kann. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Dampfturbinen werden in einer Bauart als Gegendruckturbinen eingesetzt, wenn der ausgangsseitige Dampf in einem Wärmenetz bei erhöhtem Druck genutzt werden soll. In einer anderen als Kondensationsturbine bezeichneten Bauart wird der Wärmeinhalt des Dampfes durch seine vollständige Expansion bis zu einem Unterdruck gegenüber der Atmosphäre ausgenutzt. Dies hat zur Folge, daß sich die äußeren Dichtungen einer Kondensationsturbine dazu eignen müssen, das Eindringen von Luft in das mit Dampf gefüllte Turbinengehäuse zu verhindern.
  • Fig.3 soll den Stand der Technik verdeutlichen, nach dem Dichtungen W1 des Turbinengehäuses einer Kondensationsturbine berührungslos in Form von Labyrinthen ausgeführt werden. Bei dieser Dichtungsart müssen geeignete Vorkehrungen getroffen werden, durch die eine Verbesserung der Dichtwirkung erreicht wird. Im allgemeinen geschieht das frisch -und abdampfseitig durch eine weitere Dichtung W2 die vom Gehäuseinnenraum aus hinter der eigentlichen Wellendichtung W1 angeordnet ist und durch eine zwischen W1 und W2 liegende mit Sperrdampf S1,S2 beaufschlagte Ringkammer S. Der Druck für diesen Dampf wird gerade so groß gewählt, daß in allen Fällen eine Strömung nach außen erfolgt und damit das Eindringen von Luft ausgeschlossen ist. Ein durch die äußere Dichtung strömender Leckdampf L1 muß wiederum durch geeignete Ringkammern L und Labyrinthdichtungen W3 am Austritt in die Atmosphäre gehindert werden. Schließlich sorgt eine Kammer W dafür, daß das restliche Leckdampf/Luft-Gemisch sicher abgesaugt werden kann.
  • Der Aufwand für die geschilderten Dichtungsmaßnahmen ist außerordentlich hoch, da die austretenden Dampfmengen auch noch in einem Sperrdampfkondensator abgeführt werden müssen und weil die Dampfzustände für den zu verwendenden Sperrdampf S1,S2 an die Temperaturen des heißen Turbineneintritts und des Turbinenaustritts separat angepaßt werden müssen.
  • Es ist weiterhin bekannt, Gleitringdichtungen im Turbomaschinenbau bei stationären Verdichtern und bei Flugtriebwerken einzusetzen. Ein speziell für den Ausgleichskolben einer Dampfturbine geeigneter Dichtungsaufbau ist aus der DE-35 33 829 A1 bekannt. Beschrieben wird eine Anwendung dieser Dichtung anstelle eines inneren Ausgleichskolbenlabyrinths bei einer Dampfturbine. Eine Abhebevorrichtung soll dabei verhindern, daß während der Aufwärm- und Kondensationsphase des Dampfes im Bereich der Dichtung ein Schaden eintreten kann. Die Abhebevorrichtung ist auch geeignet, den Stillstand und Turnbetrieb einer Turbine abzusichern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kondensationsturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die ohne teure Sperrdampfeinrichtungen, zahlreiche Rohrleitungen und Kondensationseinrichtungen auskommt und dennoch den Einbruch von Außenluft in den Unterdruck aufweisenden Turbineninnenraum verhindert.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 4 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.
  • Durch eine Gleitringdichtung, die so ausgeführt oder eingebaut ist, daß die zur Gasschmierung erforderliche Durchströmung der Gleitringdichtung von der äußeren Atmosphäre in den Gehäuseinnenraum erfolgen kann, gelingt der Aufbau einer Kondensationsturbine, bei der sowohl frischdampfseitig als auch abdampfseitig mindestens je eine Dichtung als gasgeschmierte Gleitringdichtung ausgeführt ist. Die frischdampfseitig und abdampfseitig jeweils äußersten Gleitringdichtungen sind dabei getrennten Dichtungsräumen zugeordnet, die durch eine Ausgleichsleitung AG mit einem gleichen unterhalb des atmosphärischen Außendrucks liegenden Unterdruck beaufschlagt sind.
  • Die Konstruktion der Kondensationsturbine wird durch die Verwendung einer Gleitringdichtung der genannten Art erheblich vereinfacht, da der Dampfraum in allen Betriebsbedingungen vor Lufteinbruch geschützt ist. Insbesondere gilt dies auch für den Stillstand und den sog. Turnbetrieb, bei dem die Turbinenwelle durch langsames Drehen mit einer geeigneten Vorrichtung vor einer Verkrümmung durch einseitige Erwärmung geschützt wird. Mit der beschriebenen Einrichtung kann das aus mehreren Labyrinthdichtungen bestehende äußere Wellenlabyrinth frischdampf- und abdampfseitig durch je eine Gleitringdichtung ersetzt werden, die in allen Betriebszuständen sicher ihre Aufgaben erfüllt. Auf teuere Sperrdampfeinrichtungen, zahlreiche Rohrleitungen und Kondensationseinrichtungen kann verzichtet werden. Die Anordnung einer Wrasendampfabsaugung W erfolgt - falls erforderlich - wie bei der konventionellen Ausführung gemäß Fig.3.
  • In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes kann die Gleitringdichtung so in die Kondensationsturbine eingebaut werden, daß ihr Dichtspalt entweder vom inneren zum äußeren Durchmesser dieser Gleitringdichtung oder auch umgekehrt durchströmt wird. Demgemäß ist vorgesehen, daß bei den Gleitringdichtungen in ihre Dichtflächen eine aerodynamisch wirksame Bemusterung integriert ist, deren Wirkrichtung mit der vorgesehenen Durchströmung der Gleitringdichtungen von der äußeren Atmosphäre in den Gehäuseinnenraum korrespondiert.
  • Zur Entlastung des Axiallagers werden im Hauptstrom einflutig aufgebaute Dampfturbinen normalerweise mit einem Ausgleichskolben versehen, der den Einsatz einer weitreren Dichtung erfor-dert. In einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist deshalb vorgesehen, daß frischdampfseitig hinter der äußersten Gleitringdichtung eine Ausgleichskolbendichtung eingefügt ist, die ebenfalls als Gleitringdichtung aufgebaut ist.
  • Auf mindestens ebenso vorteilhafte Weise wie mit dem bereits geschilderten Aufbau nach Anspruch 1 kann die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst werden. Dadurch, daß frischdampfseitig eine als Ausgleichskolbendichtung wirkende Gleitringdichtung auch eine Abdichtung des Wellendurchtritts durch das Turbinengehäuse übernimmt, wird eine Gleitringdichtung und damit ein teures Bauteil eingespart. Bei Turbinen, bei denen der verbleibende Restschub nur aus einer in den Turbinenstufen verarbeiteten Druckdifferenz von ca.1 bar herrührt, kann das Axiallager durchaus so dimensioniert werden, daß es diese Kräfte aufnehmen kann. Dabei ist es möglich, das Axiallager der Turbinenwelle so für beide axiale Richtungen zu dimensionieren, daß es die Schübe bei Vollast und bei Leerlauf optimal aufnimmt.
  • Bei der Gleitringdichtung besteht ein wesentliches Problem darin, daß bei sehr niedrigen Drehzahlen des Turbinenrotors, wie sie im Anfahrbetrieb oder bisweilen auch im Turnbetrieb auftreten, das aerodynamische Spreizen des Dichtungsspaltes nicht oder nicht ausreichend erfolgt und dadurch die Dichtflächen einem erhöhten Abrieb unterliegen. Es ist deshalb vorteilhaft, Hilfmittel vorzusehen, die im Anfahrbetrieb oder im Turnbetrieb für eine ausreichende Speizung des Dichtspaltes sorgen.
  • Bei einer Übernahme der Ideen aus der DE 35 33 829 A1 können die zur Spreizung erforderlichen Hilfsmittel aus mechanisch wirkenden Elementen aufgebaut werden, und dann im Anfahr- oder Turnbetrieb ein Öffnen des Dichtspaltes auf die erforderliche Breite ermöglichen.
  • Alternativ dazu können die zur Spreizung erforderlichen Hilfsmittel jedoch auch aerodynamisch wirkend aufgebaut werden, wobei in einen die Ausgleichskolbendichtung umschliessenden Dichtungsraum eine Dampfzuführung erfolgt, die über ein Ventil steuerbar ist und damit im Normalbetrieb, wenn der Dichtungsraum einen ausreichenden Überdruck aufweist, abgeschaltet werden kann. Dies ist insbesondere bei Kondensationsturbinen erforderlich, bei denen die Dichtung im Unterdruckbetrieb nicht ausreichend zur eigenen Kühlung durchströmt würde.
  • Den bei einem Bruch einer frischdampfseitigen Gleitringdichtung auftretenden Gefahren kann man dadurch begegnen, daß mindestens eine konventionelle Labyrinthdichtung als Notdichtung vorgeschaltet wird. Eine der frischdampfseitigen Gleitringdichtung nachgeschaltete konventionelle Labyrinthdichtung erfüllt den gleichen Zweck als Notdichtung.
  • Eine weitere Sicherheitsmaßnahme kann darin bestehen, daß an mindestens einer als Notdichtung wirkenden Labyrinthdichtung die Druckdifferenz vor und hinter dieser Dichtung gemessen wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes eine Schnellschlußauslösung der Dampfturbine erfolgt.
  • Die Dichtwirkung der Gleitringdichtung beeinträchtigende Verformungen lassen sich dadurch vermeiden, daß die Gleitringdichtung und ein sie aufnehmendes Dichtungsgehäuse nicht geteilt sind, sondern bei der Montage als geschlossene Ringteile auf den Turbinenrotor aufgeschoben werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Kondensationsturbine mit fast vollständigem Ausgleich der axialen Druckkräfte,
    Fig. 2
    eine Kondensationsturbine ohne hydrostatischen Ausgleich des Kondensationsteils.
  • In den Fig.2 und 3 ist der Aufbau einer Gleitringdichtung Wa,Wb,Wc mit ihren wesentlichen Teilen, wie sie bei den erfindugsgemäßen Beispielen zur Anwendung kommen, dargestellt. Die für hohe Temperaturen geeignete Gleitringdichtung besitzt einen nicht rotierenden Gleitring 2 der beweglich durch eine Sekundärdichtung 3 mit dem Turbinengehäuse TG bzw. dem Dichtungsgehäuse 10 verbunden ist. Der Gleitring 2 wird durch Federn 4 über eine Sekundärdichtung 3 an einen rotierenden Gegenring 1 oder die Turbinenwelle TW selbst angedrückt. Zwischen beiden Ringen 1 und 2 liegt ein Dichtspalt DS. Aus Gründen der Formgenauigkeit kann der mit der Turbinenwelle TW rotierende Gegenring 1 auch durch einen Präzisionszwischenring getragen werden. Er wird mit einem elastisch wirkenden Zentrierelement 7 zentriert und durch ein Befestigungselement 8 gehalten. Ein Dichtring 9 verhindert eine Leckströmung zwischen dem Gleitring 2 und dem Rotor R.
  • Durch eine Gestaltung des Dichtspaltes DS der Gleitringdichtung mit einer speziellen Bemusterung an den sich gegenüberliegenden Dichtflächen, durch welche spaltöffnende Taschen mit einer Tiefe von wenigen Mikrometern entstehen, wird eine hydrodynamische Spreizung des Dichtspaltes erreicht und mit Unterstützung durch die Rotation des Gegenrings 1 werden dabei geringe Mengen des abzudichtendes Fluids durch die Dichtung gefördert. Im Vergleich zu üblichen berührungslosen Labyrinthdichtungen ist die Durchtrittsmenge so gering, daß sie den Turbinenbetrieb nicht stört. Sie kann im Kondensator durch ein Absaugesystem beseitigt werden.
  • Die in Fig 1 dargestellte Kondensationsturbine ermöglicht einen fast vollständigen Ausgleich der axialen Druckkräfte. Ein Rotor R mit seiner Beschaufelung B befindet sich in einem Turbinengehäuse TG und liegt mit seiner Turbinenwelle TW beidseitig in einem Gleitlager GL. Er besitzt mindestens ein Axiallager AL zum Auffangen von restlichen Axialschüben. In der schematischen Darstellung ist weiterhin die Zufuhr von Frischdampf FD und das Wegführen von Abdampf AD angedeutet.
  • Die Kondensationsturbine besitzt drei Gleitringdichtungen Wa,Wb,Wc, von denen die beiden äußeren Wa,Wb den Durchtritt der Turbinenwelle TW durch das Turbinengehäuse TG abdichten. Zu diesen Gleitringdichtungen Wa,Wb gehörige Dichtungsräume DRa,DRb sind über eine Ausgleichsleitung AL miteinander verbunden und weisen einen Unterdruck von etwa 0,04 bar auf. Durch diesen Unterdruck ist es erforderlich die Gleitringdichtungen, im Unterschied zur Anwendung bei anderen Turbomaschinen, so aufzubauen oder anzuordnen, daß eine Anströmung des Dichtspaltes DS von außen nach innen eine Gasschmierung bewirkt und das Strömungsmedium in diesem Fall nicht Dampf, sondern Luft ist. Bei der dargestellten Anordnung werden die Gleitringdichtungen Wa,Wb in Richtung von ihrem inneren zu ihrem äußeren Durchmesser durchströmt, so daß die aerodynamisch wirkende Bemusterung entsprechend angeordnet sein muß. Man kann die Gleitringdichtungen Wa,Wb aber auch anders, z.B. wie in Fig. 2b dargestellt, einbauen. Bei allen Darstellungen ist die jeweilige Stömungsrichtung am Dichtspalt DS durch einen Pfeil gekennzeichnet.
  • Die beschriebene Kondensationsturbine ist zum Druckausgleich mit einem Ausgleichskolben versehen, dessen Wirkung durch eine dritte als Ausgleichskolbendichtung Wc wirkende Gleitringdichtung gewährleistet wird. Ihr Aufbau entspricht dem der beiden anderen Gleitringdichtungen Wa,Wb, doch ihr Einbau stimmt mit einer üblichen Anordnung überein, bei der eine Durchströmung von innen nach außen erfolgt. Unter normalen Betriebsbedingungen herrscht in dem zugehörigen Dichtungsraum DRc ein Überdruck, der jedoch im Turnbetrieb bis auf Unterdruck absinken kann. Für diesen Fall ist eine Dampfzufuhr K1 vorgesehen, mit deren Hilfe wieder ein zur Anströmung ausreichender Überdruck hergestellt werden kann. Ein Ventil V ermöglicht eine Steuerung des Dampfdruckes bzw. ein Abschalten der Dampfzufuhr im Normalbetrieb.
  • Durch die Anwendung der Ausgleichskolbendichtung Wc am Ausgleichskolben einer Dampfturbine, kann der Wirkungsgrad der Turbine erheblich gesteigert werden. Außerdem wird der konstruktive Aufwand für Rohrleitungen und der Aufwand zur Wiedereinleitung des Dampfes in das Turbinengehäuse TG erheblich geringer.
  • Damit es bei einem Bruch der frischdampfseitigen Gleitringdichtungen Wa,Wc nicht zu einem unerwünschten Dampfaustritt kommt, sind eine gegenüber der Ausgleichskolbendichtung Wc vorgeschaltete Notdichtung 5 und eine nachgeschaltete Notdichtung 6 vorgesehen. Ebenfalls zur Erhöhung der Sicherheit werden Druckdifferenzen der Drücke Pw und Pk vor und hinter den Notdichtungen 5,6 erfaßt, die bei Überschreiten zulässiger Grenzwerte einen Schnellschluß der Turbine auslösen können.
  • Die Kondensationsturbine nach Fig.2 entspricht in ihrem Grundaufbau der Fig.1, so daß auf diesbezügliche Wiederholungen verzichtet werden kann. Ein entscheidender Unterschied besteht darin, daß eine Ausgleichskolbendichtung Wd auch die Abdichtung des frischdampfseitigen Wellendurchtritts mit übernimmt, so daß die Gleitringdichtung Wa nach Fig.1 eingespart wird. Erkauft wird dies allerdings durch das Fehlen eines hydrostatischen Druckausgleichs des Kondensationsteils. Um diese Drücke aufzufangen, muß das Axiallager AL entsprechend dimensioniert werden.
  • Zur Vermeidung von Verformungen im Bereich der Ringe 1 und 2 werden ungeteilte Dichtungsgehäuse 10 verwendet, die sich ohne Öffnen des Turbinengehäuses montieren lassen.

Claims (13)

  1. Kondensationsturbine mit einem Frischdampfeingang (FD) und einem Abdampfausgang (AD) und mindestens zwei Dichtungen (Wa,Wb) zur Abdichtung des Turbinengehäuses (TG) im Bereich einer den Turbinenrotor tragenden Turbinenwelle (TW), von denen mindestens eine Dichtung (Wa) frischdampf-seitig und eine Dichtung (Wb) abdampfseitig angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl frischdampfseitig als auch abdampfseitig mindestens je eine Dichtung (Wa,Wb) als gasgeschmierte Gleitringdichtung ausgeführt ist, daß die frischdampfseitig und abdampfseitig jeweils äußeren Gleitringdichtungen (Wa,Wb) getrennte Dichtungsräume (DRa,DRb) abdichten, die durch eine Ausgleichsleitung (AG) mit einem gleichen unterhalb des atmosphärischen Außendrucks liegenden Unterdruck beaufschlagt sind und diese Gleitringdichtungen (Wa,Wb) so ausgeführt und eingebaut sind, daß eine zur Gasschmierung erforderliche Durchströmung der Gleitringdichtungen (Wa,Wb) von der äußeren Atmosphäre in den Gehäuseinnenraum erfolgen kann.
  2. Kondensationsturbinc nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Gleitringdichtungen (Wa,Wb) in ihre Dichtflächen eine aerodynamisch wirksame Bemusterung integriert ist, deren Wirkrichtung mit der vorgesehenen Durchströmung der Gleitringdichtungen (Wa,Wb) von der äußeren Atmosphäre in den Gehäuseinnenraum korrespondiert.
  3. Kondensationsturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß frischdampfseitig hinter der äußersten Gleitringdichtung (Wa) eine Ausgleichskolbendichtung (Wc) eingefügt ist, die ebenfalls als Gleitringdichtung aufgebaut ist.
  4. Kondensationsturbine mit einem Frischdampfeingang (FD) und einem Abdampfausgang (AD) und mindestens zwei Dichtungen (Wa,Wb) zur Abdichtung des Turbinengehäuses im Bereich einer den Turbinenrotor tragenden Turbinenwelle (TW), von denen mindestens eine Dichtung (Wa) frischdampfseitig und eine Dichtung (Wb) abdampfseitig angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl frischdampfseitig als auch abdampfseitig mindestens je eine Dichtung (Wb,Wd) als gasgeschmierte Gleitringdichtung ausgeführt ist, und daß frischdampfseitig eine als Ausgleichskolbendichtung (Wd) wirkende Gleitringdichtung auch eine Abdichtung des Wellendurchtritts durch das Turbinengehäuse übernimmt und das Axiallager (AL) der Turbinenwelle (TW) so dimensioniert ist, daß es auf die Turbinenwelle (TW) wirkende nicht kompensierte Schübe aufnehmen kann.
  5. Kondensationsturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (AL) der Turbinenwelle (TW) so dimensioniert ist, daß es auf die Welle wirkende Restschübe der Beschaufelung, die von einem Ausgleichskolben nicht ausgeglichen werden, aufnehmen kann.
  6. Kondensationsturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (AL) der Turbinenwelle (TW) so dimensioniert ist, daß es in beiden Axialrichtungen die bei Leerlauf und bei Vollast auf die Welle wirkenden Schübe aufnehmen kann.
  7. Kondensationsturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsmittel vorgesehen sind, die eine Spreizung des Dichtspaltes der Ausgleichskolbendichtung (Wd) im Anfahr- und im Turnbetrieb ermöglichen.
  8. Kondensationsturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Spreizung erforderlichen Hilfsmittel aus mechanisch wirkenden Elementen aufgebaut sind, die im Anfahr- und im Turnbetrieb ein Öffnen des Dichtspaltes auf die erforderliche Breite ermöglichen.
  9. Kondensationsturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Spreizung erforderlichen Hilfsmittel aerodynamisch wirken, wobei in einen die Ausgleichskolbendichtung (Wc) umschließenden Dichtungsraum (DRc) eine Dampfzuführung (K1) erfolgt, die im Turnbetrieb einen Überdruck erzeugt und im Normalbetrieb durch ein Ventil (V) abschaltbar ist.
  10. Kondensationsturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolbendichtung (Wc) eine konventionelle Labyrinthdichtung als Notdichtung vorgeschaltet ist.
  11. Kondensationsturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolbendichtung (Wc) eine konventionelle Labyrinthdichtung als Notdichtung nachgeschaltet ist.
  12. Kondensationsturbine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer als Notdichtung wirkenden Labyrinthdichtung die Druckdifferenz vor und hinter dieser Dichtung gemessen wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes eine Schnellschlußauslösung der Dampfturbine erfolgt.
  13. Kondensationsturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringdichtung und/oder ein sie aufnehmendes Dichtungsgehäuse nicht geteilt sind, sondern bei der Montage als geschlossene Ringteile auf den Turbinenrotor aufgeschoben werden.
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