EP0953099A1 - Dampfturbine - Google Patents

Dampfturbine

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EP0953099A1
EP0953099A1 EP98904017A EP98904017A EP0953099A1 EP 0953099 A1 EP0953099 A1 EP 0953099A1 EP 98904017 A EP98904017 A EP 98904017A EP 98904017 A EP98904017 A EP 98904017A EP 0953099 A1 EP0953099 A1 EP 0953099A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
pressure
medium
steam
sub
Prior art date
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Granted
Application number
EP98904017A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0953099B1 (de
Inventor
Ralf Bell
Armin Drosdziok
Mikhail Simkine
Ingo Stephan
Volker Simon
Ulrich Capelle
Jan-Erik MÜHLE
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0953099A1 publication Critical patent/EP0953099A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0953099B1 publication Critical patent/EP0953099B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Revoked 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
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/16—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines characterised by having both reaction stages and impulse stages

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine with a high-pressure part-turbine and a medium-pressure part-turbine fluidically connected to the latter.
  • action turbines also called constant pressure turbines
  • reaction turbines also called constant pressure turbines
  • Called overpressure turbines They have a turbine shaft with rotor blades arranged thereon and an inner housing with guide blades arranged between axially spaced rotor blades.
  • the isentropic reaction degree r is the percentage distribution of the isentropic enthalpy gradient in the rotor blades to the total isentropic enthalpy gradient over a stage consisting of a guide vane ring and a rotor blade ring.
  • the classic overpressure stage and the constant pressure stage are predominantly used. The latter, however, usually with a degree of reaction r slightly different from zero.
  • a constant pressure turbine is usually designed in a chamber design and a positive pressure turbine in a drum design.
  • a chamber turbine has a housing, which is divided into several chambers by axially spaced intermediate floors. In each of these chambers runs a disk-shaped impeller, on the outer circumference of which the blades are attached, while the guide blades are inserted into the intermediate floors.
  • One advantage of the chamber design is that the intermediate floors can be sealed against the turbine shaft quite effectively by means of labyrinth seals. Since the sealing knife is small, the gap cross sections and thus the gap leakage currents also become small. In known turbines, this type of construction is only used for small degrees of reaction, i.e. large step favored and therefore low number of stages used. The pressure difference on both sides of an impeller disc is small with a low degree of reaction, in the limit case even zero. An axial thrust exerted on the rotor remains low and can be absorbed by an axial bearing.
  • the rotor blades are arranged directly on the circumference of a drum-shaped turbine shaft.
  • the guide vanes are either inserted directly into the housing of the steam turbine or in a special guide vane carrier.
  • the axial length and the effort for a single stage are less than for a chamber turbine, but the number of stages must be larger because the reaction stages process a smaller gradient.
  • the axial thrust that occurs in the blading is considerable.
  • One way of counteracting this axial thrust is to provide a compensating piston on the front of which the pressure of the outlet connector is given via a connecting line.
  • the US-PS 1,092,947 relates to a multi-stage steam turbine with a high pressure, a medium pressure and a low pressure part.
  • the individual sub-turbines are arranged in a single housing.
  • the high-pressure part which consists of a single stage, has a fixed guide vane, which is arranged between two rows of rotor blades arranged on a common wheel disc.
  • the design of the high-pressure part is therefore neither a chamber construction nor a drum construction.
  • the medium pressure section is designed in a chamber design and the low pressure section in a drum design.
  • the low-pressure part is double-flow.
  • a steam turbine with a high-pressure and a medium-pressure part is specified in US Pat. No. 1,750,814.
  • the high-pressure section is designed in a drum design and the medium-pressure section in a chamber design.
  • the two sub-turbines can be arranged on a single shaft as well as on a separate shaft and are each arranged in a separate housing and connected to one another in terms of flow technology.
  • the high-pressure part has an overpressure blading or a constant pressure blading.
  • DE-PS 448 247 describes a combined drum and disk wheel turbine for steam, in which the last stage of the turbine is designed with disk wheels (chamber construction).
  • the entire steam turbine, including the drum-type and the chamber-type part, is housed in a single turbine housing.
  • the object of the invention is to provide a steam turbine with good efficiency.
  • the object is achieved by a steam turbine having a high-pressure sub-turbine and a medium-pressure sub-turbine which is fluidically connected to the latter, in which the high-pressure sub-turbine is designed in a chamber design and the medium-pressure sub-turbine in a drum design.
  • the high-pressure and the medium-pressure sub-turbine can be of single or double flow and can be arranged in separate outer casings and also in a special common outer casing (compact turbine).
  • An outer casing of the high-pressure turbine part with a separate arrangement is preferably pot-shaped, as described for example in DE-AS 20 54 465.
  • the outer housing can also be made axially divided. In a version with separate housings, due to, among other things, a low step reaction (degree of reaction) and the chamber design
  • High pressure sub-turbine has a small axial thrust.
  • a thrust compensation piston can therefore be dispensed with, so that leakage losses due to steam escaping from the thrust compensation piston are also avoided. This leads to an increase in efficiency.
  • the medium-pressure turbine part is preferably designed with two passages, so that a thrust compensation piston can also be omitted here.
  • a thrust compensating piston is understood here to mean a component which, due to its geometrical shape when subjected to steam, causes a resultant force in the opposite direction to cause an axial thrust caused by the turbine blades during a steam flow.
  • the steam turbine is designed with an outer housing in which both the high-pressure sub-turbine and the middle partial pressure turbine are accommodated (compact turbine), occurs in the high-pressure partial turbine in particular due to a low step reaction and the chamber design, at most a small axial thrust.
  • the diameter of the turbine shaft area (intermediate floor), which is arranged between the high-pressure blading and the medium-pressure blading and is designed as a thrust compensating piston can be made small, in particular it can be smaller than the diameter of the turbine shaft in the area of the drum construction of the medium-pressure Part turbine. This also enables a reduction in leakage losses in the area of the seal between the medium-pressure sub-turbine and the high-pressure sub-turbine (smaller circular area of the sealing gaps), which leads to an increase in the efficiency of the steam turbine.
  • An axial thrust caused by the medium-pressure turbine section can be compensated by a thrust compensation piston. This is arranged so that the high-pressure blading, viewed in the axial direction of the turbine shaft, is arranged between the thrust compensation piston and the medium-pressure blading.
  • the high-pressure sub-turbine is designed in a drum design and the medium-pressure sub-turbine is designed in a chamber design, the high-pressure sub-turbine being designed with two flows.
  • Both partial turbines can in turn be arranged in a common outer housing and in a separate outer housing.
  • the medium-pressure turbine section can also be double-flow.
  • a small axial thrust occurs at most through the medium-pressure partial turbine, in particular due to the low step reaction (degree of reaction) and the chamber design.
  • a thrust compensation piston for the medium-pressure turbine section can therefore be omitted.
  • an area of the turbine shaft (intermediate floor) arranged between the high-pressure blading and the medium-pressure blading is provided, which has an annular depression with corresponding radial end faces for both the medium-pressure blading and the high-pressure blading. Since such an intermediate floor is available for a compact turbine for design reasons, the efficiency of the medium-pressure partial turbine and thus of the entire steam turbine is increased due to the omission of an additional medium-pressure thrust compensation piston.
  • the medium-pressure sub-turbine is preferably designed with two passages, as a result of which axial thrust of the medium-pressure sub-turbine is avoided.
  • a thrust compensating piston is preferably provided to absorb an axial thrust of the high-pressure sub-turbine. Depending on the area of application, any leakage losses which may be called therein are compensated for by a good efficiency of the excess pressure blading of the high-pressure part-turbine, which is constructed as a drum.
  • the weak reaction stages (stages with a low degree of reaction in the case of chamber construction) lead to a rapid pressure reduction and to a correspondingly rapid increase in the specific volume and thus in the flow cross sections and blade heights.
  • the turbine stages following in the direction of flow each comprising a guide vane structure and a rotor blade arrangement arranged downstream in the direction of flow, there are lower secondary losses and less in comparison to an overpressure stage
  • a steam turbine according to the invention is particularly suitable for use in a coal-fired steam power plant. With the steam turbine, electrical outputs from approx.
  • the live steam state can be between 50 bar and 300 bar with a temperature of up to 630 ° C.
  • the temperature can also be higher in the case of further developments in the materials sector, particularly with regard to the turbine shaft and turbine housing.
  • FIG. 1 shows a steam turbine 1 with a single outer housing 4.
  • a turbine shaft 6 directed along a turbine axis 15 is guided through the outer housing 4.
  • This turbine shaft 6 is sealed off from the outer housing 4 at the bushings (not shown) with respective shaft seals 9.
  • a high-pressure sub-turbine 2 in drum construction is arranged within the housing 4. It comprises a high-pressure blading with blades 11 connected to the turbine shaft 6 and with a high-pressure interior Housing 14 connected schematically illustrated guide vanes 12.
  • a medium-pressure turbine section 3 is also arranged in a chamber construction with rotor blades 11 and guide vanes 12, which are shown schematically for the sake of clarity.
  • the turbine shaft 6 has at one end a shaft coupling 10 for coupling to a generator or a low-pressure partial turbine, not shown. Axially between the high-pressure blading and the medium-pressure blading is an area 13 (intermediate floor) of the turbine shaft 6 which serves to compensate for thrust and is sealed off from the inner housing 14 by a corresponding shaft seal 9. Between the intermediate floor 13 and the high-pressure turbine section 2 and the medium-pressure turbine section 3, the turbine shaft 6 has a respective recess 13a, through which end faces are formed on the intermediate floor 13. One of these depressions 13a is connected to an inflow region 7b of the medium-pressure turbine section 3 and the other depression 13a is connected to a steam inlet 7a of the high-pressure turbine section 2.
  • the high-pressure turbine section 2 which is designed in a drum design and has an excess pressure blading, leads to an axial thrust in the direction of the steam outlet 8a. This is compensated for via the intermediate floor 13a and the end faces formed by the recesses 13a, since the pressure drop across the high-pressure blading, ie from steam inlet 7a to steam outlet 8a, corresponds in magnitude to the pressure difference across the intermediate floor 13 between steam inlet 7a and steam inlet 7b.
  • the medium-pressure turbine section 3 is of a chamber construction with an essentially tr
  • the high-pressure sub-turbine 2 is designed in a chamber design and the medium-pressure sub-turbine 3 in a drum design. In the high-pressure turbine section 2 there is therefore only a slight axial thrust, so that a thrust compensation piston 5 can be disregarded.
  • the high-pressure sub-turbine is designed in a drum design and the medium-pressure sub-turbine in a chamber design.
  • An intermediate base designed as a thrust compensation piston 5 is arranged axially between the steam inlet 7a and the housing 4a. This is fluidly connected on the housing side to the steam outlet 8a, so that the pressure difference between steam inlet 7a and steam outlet 8a essentially corresponds to the pressure drop in the axial direction via the thrust compensating piston 5.
  • the invention is characterized by a steam turbine with a medium-pressure sub-turbine and a high-pressure sub-turbine, the high-pressure sub-turbine being constructed in a drum design and the medium-pressure sub-turbine in a chamber design or vice versa.
  • the partial turbines can be arranged in one housing (compact turbine) or in two separate housings. Depending on the area of application (steam pressure, steam temperature,

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine (1) mit einer Hochdruck-Teilturbine (2) und einer mit letzterer strömungstechnisch verbundenen Mitteldruck-Teilturbine (3). Die Hochdruck-Teilturbine (2) ist in Kammerbauweise und die Mitteldruck-Teilturbine (3) in Trommelbauweise ausgeführt. Alternativ ist die Hochdruck-Teilturbine (2) in Trommelbauweise und die Mitteldruck-Teilturbine (3) in Kammerbauweise ausgeführt.

Description

Beschreibung
Dampfturbine
Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit einer Hochdruck- Teilturbine und einer mit letzterer strömungstechnisch verbundenen Mitteldruck-Teilturbine .
Bekannte Dampfturbinen werden in Aktionsturbinen (auch Gleichdruckturbinen genannt) sowie Reaktionsturbinen (auch
Überdruckturbinen genannt) eingeteilt. Sie weisen eine Turbinenwelle mit darauf angeordneten Laufschaufeln sowie ein Innengehäuse mit zwischen axial beabstandeten Laufschaufeln angeordneten Leitschaufeln auf .
Bei einer Gleichdruckturbine wird in den von den Leitschaufeln verengten Kanälen das gesamte Energiegefälle im wesentlichen in kinetische Strömungsenergie umgewandelt. Dabei steigt die Geschwindigkeit und der Druck fällt ab. In den Laufschaufeln bleiben Druck- und Relativgeschwindigkeit weitgehend konstant, was durch Kanäle mit gleichbleibender Licht- weite erreicht wird. Da sich die Richtung der Relativge- schwindigkeit ändert, entstehen Aktionskräfte, die die Lauf- schaufeln antreiben und somit eine Rotation der Turbinenwelle hervorrufen. Der Betrag der Absolutgeschwindigkeit verringert sich beim Umströmen der Laufschaufeln erheblich, wodurch die Strömung einen Großteil ihrer kinetischen Energie an die Laufschaufeln und somit an die Turbinenwelle abgibt.
Bei einer Überdruckturbine wird bei Durchströmen der Leit- schaufeln nur ein Teil des Energiegefälles in kinetische Energie umgesetzt. Der Rest bewirkt eine Erhöhung der Relativgeschwindigkeit innerhalb der zwischen den Laufschaufeln gebildeten LaufSchaufelkanälen. Während in der Gleichdruck- turbine die Schaufelkräfte fast ausschließlich Aktionskräfte sind, kommt bei einer Überdruckturbine ein mehr oder minder großer Anteil aus der Änderung des Geschwindigkeitsbetrages hinzu. Aus dem Druckunterschied zwischen der stromab und der stromauf liegenden Seite der Laufschaufel ist der Begriff Überdruckturbine abgeleitet. In einer Überdruckturbine findet mithin eine Änderung des Geschwindigkeitsbetrages bei verän- dertem Druck statt .
Als Isentroper-Reaktionsgrad r wird bei einer thermischen Strömungsmaschine die prozentuale Aufteilung des isentropen Enthalpiegefälles in den Laufschaufeln zu dem gesamten isen- tropen Enthalpiegefälle über eine Stufe bestehend aus Leitschaufelkranz und Laufschaufelkranz bezeichnet. Als reine Gleichdruckstufe wird eine solche Stufe bezeichnet, in der der Reaktionsgrad r = 0 beträgt und das größte Enthalpiegefälle entsteht. Bei einer klassischen Überdruckstufe beträgt der Reaktionsgrad r = 0,5, so daß das Enthalpiegefälle in den Leitschaufeln genauso groß ist wie in den Laufschaufeln. Unter starker Reaktion wird beispielsweise ein Reaktionsgrad von r = 0,75 bezeichnet. In der Praxis des Dampfturbinenbaus werden überwiegend die klassische Überdruckstufe sowie die Gleichdruckstufe angewendet. Letztere aber in der Regel mit einem etwas von Null verschiedenen Reaktionsgrad r.
Weiterhin werden die Begriffe Kammerturbine und Trommelturbine verwendet . Üblicherweise ist eine Gleichdruckturbine in Kammerbauweise und eine Überdruckturbine in Trommelbauweise ausgeführt. Eine Kammerturbine weist ein Gehäuse auf, welches durch axial voneinander beabstandet angeordnete Zwischenböden in mehrere Kammern eingeteilt ist. In jeder dieser Kammern läuft ein scheibenförmiges Laufrad, an dessen Außenumfang die Laufschaufeln angebracht sind, während die Leitschaufeln in die Zwischenböden eingesetzt sind. Ein Vorteil der Kammerbauart liegt darin, daß die Zwischenböden an ihrem Innenrand recht wirkungsvoll mittels Labyrinthdichtungen gegen die Turbinenwelle abgedichtet werden können. Da der Dichtungsmesser klein ist, werden auch die Spaltquerschnitte und damit die Spaltverlustströme klein. Diese Bauart wird bei bekannten Turbinen nur bei kleinen Reaktionsgraden, also großem Stufen- gefalle und damit geringer Stufenzahl verwendet . Der Druckunterschied auf beiden Seiten einer Laufradscheibe ist bei kleinem Reaktionsgrad gering, im Grenzfall sogar Null. Ein auf den Läufer ausgeübter Axialschub bleibt gering und kann durch ein Axiallager aufgenommen werden.
Bei einer Trommelturbine sind die Laufschaufeln unmittelbar am Umfang einer trommeiförmigen Turbinenwelle angeordnet. Die Leitschaufeln sind entweder direkt in das Gehäuse der Dampf- turbine oder in einen besonderen Leitschaufelträger eingesetzt. Die Lauf- bzw. Leitschaufeln können auch mit Deckbändern versehen werden, an denen Labyrinthdichtungen angebracht sind, so daß eine Abdichtung eines Dichtspaltes zwischen den Leit- bzw. Laufschaufeln und der Turbinenwelle bzw. dem In- nengehäuse erfolgt. Da diese Dichtspalte zumindest bei den Laufschaufeln auf großen Radien sitzen, sind die Spaltverlustströme in jedem Fall erheblich größer als bei Kammerturbinen. Wegen des höheren Reaktionsgrades, etwa r = 0,5, ergeben sich günstige Strömungswege in den Schaufelkanälen und somit gute Wirkungsgrade. Die axiale Baulänge und der Aufwand für eine einzelne Stufe sind geringer als bei einer Kammerturbine, die Stufenzahl muß allerdings größer sein, weil die Reaktionsstufen ein kleineres Gefälle verarbeiten. Der in der Beschaufelung auftretende Axialschub ist beträchtlich. Eine Möglichkeit, diesem Axialschub entgegenzuwirken, besteht darin, einen Ausgleichskolben vorzusehen, auf dessen Vorderseite über eine Verbindungsleitung der Druck des Austritts- Stutzens gegeben wird.
In der DE-AS 20 54 465 ist eine Dampfturbine in Trommelbauart beschrieben. In ein topfförmiges Außengehäuse ist eine die Laufschaufeln tragende Turbinenwelle sowie ein die Turbinenwelle umgebendes Innengehäuse angeordnet. Das Innengehäuse trägt die Leitschaufeln. Über entsprechende Lager- und Zen- trierstellen ist das Innengehäuse mit dem Außengehäuse zur Aufnahme eines Axialschubes verbunden. Die US-PS 1,092,947 betrifft eine mehrstufige Dampfturbine mit einem Hochdruck-, einem Mitteldruck- und einem Niederdruckteil. Die einzelnen Teilturbinen sind hierbei in einem einzigen Gehäuse angeordnet. Der Hochdruckteil, welcher aus einer einzigen Stufe besteht, weist eine feststehende Leitschaufel auf, die zwischen zwei auf einer gemeinsamen Radscheibe angeordneten Laufschaufelreihen angeordnet ist. Bei der Ausgestaltung des Hochdruckteils handelt es sich mithin weder um eine Kammerbauweise, noch um eine Trommelbauweise. Der Mitteldruckteil ist in Kammerbauweise und der Niederdruckteil in Trommelbauweise ausgeführt . In einer zweiten Ausführungsform ist der Niederdruckteil zweiflutig ausgeführt .
In der US-PS 1,750,814 ist eine Dampfturbine mit einem Hochdruck- und einem Mitteldruckteil angegeben. Der Hochdruckteil ist in Trommelbauweise und der Mitteldruckteil in Kammerbauweise ausgeführt . Die beiden Teilturbinen können sowohl auf einer einzigen Welle als auch jeweils auf einer separaten Welle angeordnet sein und sind jeweils in einem eigenen Gehäuse angeordnet und strömungstechnisch miteinander verbunden. Der Hochdruckteil weist eine Überdruckbeschaufelung oder eine Gleichdruckbeschaufelung auf .
In der DE-PS 448 247 ist eine vereinigte Trommel- und Scheibenradturbine für Dampf beschrieben, bei der die letzte Stufe der Turbine mit Scheibenrädern (Kammerbauweise) ausgeführt ist. Die gesamte Dampfturbine einschließlich des in Trommelbauweise sowie des in Kammerbauweise ausgeführten Teils ist in einem einzigen Turbinengehäuse untergebracht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dampfturbine mit einem guten Wirkungsgrad anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Dampfturbine mit einer Hochdruck-Teilturbine und einer mit letzterer strömungstechnisch verbundenen Mitteldruck-Teilturbine gelöst, bei der die Hochdruck-Teilturbine in Kammerbauweise und die Mitteldruck-Teilturbine in Trommelbauweise ausgeführt ist.
Durch eine solche Dampfturbine in sozusagen Mischbauart ergibt sich ein zusätzlicher Gestaltungsfreiheitsgrad zur Steigerung des gesamten Wirkungsgrades . Bei einem entsprechenden Dampfzustand des der Dampfturbine zugeführten Frischdampfes können gezielt die Vorzüge der Kammerbauweise sowie der Trommelbauweise ausgenutzt werden.
Die Hochdruck- und die Mitteldruck-Teilturbine können sowohl ein- als auch zweiflutig ausgeführt sein und in getrennten Außengehäusen sowie auch in einem speziellen gemeinsamen Außengehäuse (Kompaktturbine) angeordnet sein. Ein Außengehäuse der Hochdruck-Teilturbine bei getrennter Anordnung ist vorzugsweise topfförmig ausgeführt, wie es beispielsweise in der DE-AS 20 54 465 beschrieben ist. Das Außengehäuse kann auch axial geteilt ausgeführt sein. Bei einer Ausführung mit getrennten Gehäusen tritt unter anderem aufgrund einer niedri- gen Stufenreaktion (Reaktionsgrad) und der Kammerbauweise der
Hochdruck-Teilturbine ein geringer axialer Schub auf . Ein Schubausgleichskolben kann daher entfallen, so daß auch Leckverluste durch aus dem Schubausgleichkolben austretendem Dampf vermieden werden. Dies führt zu einer Steigerung des Wirkungsgrades.
Vorzugsweise ist in einer Ausführungsform mit getrennten Außengehäusen die Mitteldruck-Teilturbine zweiflutig ausgeführt, so daß auch hierin ein Schubausgleichkolben entfallen kann. Unter einem Schubausgleichkolben wird hierbei ein Bauteil verstanden, das durch seine geometrische Form bei Beaufschlagung mit Dampf eine resultierende Kraft entgegengerichtet eines von den Turbienenschaufeln bei einer DampfStrömung hervorgerufenen axialen Schubes bedingt.
Bei einer Ausführung der Dampfturbine mit einem Außengehäuse in dem sowohl die Hochdruck-Teilturbine als auch die Mittel- druck-Teilturbine untergebracht sind (Kompaktturbine) , tritt in der Hochdruck-Teilturbine insbesondere aufgrund einer niedrigen Stufenreaktion und der Kammerbauweise allenfalls ein geringer axialer Schub auf. Hierdurch kann der Durchmes- ser des zwischen der Hochdruck-Beschaufelung und der Mittel- druck-Beschaufelung angeordneten als Schubausgleichskolben ausgebildeten Turbinen-Wellenbereichs (Zwischenboden) gering ausgeführt sein, insbesondere kann er geringer sein als der Durchmesser der Turbinenwelle im Bereich der Trommelbauweise der Mitteldruck-Teilturbine. Dies ermöglicht zudem eine Reduktion der Leckverluste im Bereich der Abdichtung zwischen Mitteldruck-Teilturbine und Hochdruck-Teilturbine (kleinere Kreisringfläche der Dichtspalte) , was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Dampfturbine führt.
Ein durch die Mitteldruck-Teilturbine hervorgerufener axialer Schub ist durch einen Schubausgleichkolben ausgleichbar. Dieser ist so angeordnet, daß die Hochdruck-Beschaufelung in Achsrichtung der Turbinenwelle gesehen zwischen dem Schubaus- gleichkolben und der Mitteldruck-Beschaufelung angeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Hochdruck-Teilturbine in Trommelbauweise und die Mitteldruck- Teilturbine in Kammerbauweise ausgeführt, wobei die Hochdruckteilturbine zweiflutig ausgeführt ist. Beide Teilturbinen können wiederum in einem gemeinsamen Außengehäuse sowie in einem jeweils separaten Außengehäuse angeordnet sein. Auch die Mitteldruckteilturbine kann zweiflutig ausgeführt sein.
Bei einer Ausführungsform mit einem Außengehäuse (Kompaktturbine) tritt durch die Mitteldruck-Teilturbine, insbesondere aufgrund der niedrigen Stufenreaktion (Reaktionsgrad) und der Kammerbauart allenfalls ein geringer axialer Schub aus. Ein Schubausgleichskolben für die Mitteldruck-Teilturbine kann mithin entfallen. Zur Aufnahme eines durch die Hochdruck-Teilturbine hervorrufbaren axialen Schu- bes ist ein zwischen -der Hochdruck-Beschaufelung und der Mitteldruck-Beschaufelung angeordneter Bereich der Turbinenwelle (Zwischenboden) vorgesehen, welcher sowohl zu der Mittel- druck-Beschaufelung als auch der Hochdruck-Beschaufelung eine ringförmige Vertiefung mit entsprechenden radialen Stirnseiten aufweist . Da sich aus konstruktiven Gründen bei einer Kompaktturbine ein solcher Zwischenboden anbietet, ist durch den Wegfall eines zusätzlichen Mitteldruck-Schubausgleichkol- bens der Wirkungsgrad der Mitteldruck-Teilturbine und damit der gesamten Dampfturbine gesteigert.
Bei einer getrennten Ausführung der Dampfturbine ist die Mitteldruck-Teilturbine vorzugsweise zweiflutig ausgeführt, wodurch ein axialer Schub der Mitteldruck-Teilturbine vermieden ist. Zur Aufnahme eines axialen Schubes der Hochdruck-Teil- turbine ist vorzugsweise ein Schubausgleichkolben vorgesehen. Darin gegebenenfalls vorgerufene Leckverluste werden je nach Einsatzbereich durch einen guten Wirkungsgrad der Überdruckbeschaufelung der in Trommelbauweise ausgeführten Hochdruck- Teilturbine ausgeglichen.
Für beide Ausführungsformen der Erfindung führen die Schwach- reaktionsstufen (Stufen mit geringem Reaktionsgrad bei Kammerbauweise) zu einem raschen Druckabbau und zu einer ent- sprechend raschen Zunahme des spezifischen Volumens und damit der Strömungsquerschnitte und Schaufelhöhen. Für die in Strömungsrichtung nachfolgenden Turbinenstufen, umfassend jeweils eine Leitschaufelstruktur und eine in Strömungsrichtung nach- geordnete LaufSchaufelanordnung, ergeben sich im Vergleich zu einer Überdruckstufe geringere Sekundärverluste und geringere
Leckverluste durch Dichtspalte hindurch, die zwischen den Laufschaufeln und einer Turbinenwandung sowie den Leitschaufeln und der Turbinenwelle gebildet sind. Je nach Einsatzbereich der Dampfturbine, insbesondere Frischdampfzustand (Temperatur, Druck) des der Dampfturbine zugeführten Dampfes sowie den Anforderungen an Massenstrom und einer zu erzielenden thermischen wie elektrischen Leistung, bewirken Schwach- reaktionsstufen in Kammerbauart einen höheren Wirkungsgrad als Überdruckstufen in Trommelbauart oder umgekehrt. Je nach vorgesehenem Einsatzbereich bietet sich mithin eine der beiden Alternativen der Erfindung mit ihren jeweils strömungs- technisch angepaßten Ausführungsformen an. Selbstverständlich ist der Mitteldruck-Teilturbine auch noch eine Niederdruck- Teilturbine nachschaltbar . Eine Dampfturbine gemäß der Erfindung eignet sich besonders für den Einsatz in einem kohlebefeuerten Dampfkraftwerk. Mit der Dampfturbine sind elektri- sehe Leistungen von ca. 50 MW bis über 1500 MW erzielbar. Der Frischdampfzustand kann zwischen 50 bar und 300 bar betragen mit einer Temperatur von bis zu 630 °C. Wobei die Temperatur bei Weiterentwicklungen auf dem Materialsektor, insbesondere betreffend Turbinenwelle und Turbinengehäuse, auch höher lie- gen kann.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. In den Figuren haben jeweils gleich Bezugszeichen die gleiche Bedeutung. Es zeigen in schematischer Darstellung
FIG 1 und 2 in einem Längsschnitt eine eingehäusige Dampfturbine und
FIG 3 und 4 in einem Längsschnitt eine Dampfturbine mit
Hochdruck-Teilturbine und Mitteldruck-Teilturbine in separaten Außengehäusen.
Figur 1 zeigt eine Dampfturbine 1 mit einem einzigen Außenge- häuse 4. Durch das Außengehäuse 4 ist eine entlang einer Turbinenachse 15 gerichtete Turbinenwelle 6 geführt. Diese Turbinenwelle 6 ist an den nicht näher dargestellten Durchführungen mit jeweiligen Wellendichtungen 9 gegenüber dem Außengehäuse 4 abgedichtet. Innerhalb des Gehäuses 4 ist eine Hochdruck-Teilturbine 2 in Trommelbauweise angeordnet. Sie umfaßt eine Hochdruck-Beschaufelung mit mit der Turbinenwelle 6 verbundenen Laufschaufeln 11 und mit einem Hochdruck- Innen- gehäuse 14 verbundenen schematisch dargestellten Leitschaufeln 12. Innerhalb des Innengehäuses 14 ist weiterhin eine Mitteldruck-Teilturbine 3 in Kammerbauweise mit Laufschaufeln 11 und Leitschaufeln 12, die der Anschaulichkeit halber sche- matisch dargestellt sind, angeordnet . Die Turbinenwelle 6 weist an einem Ende eine Wellenkupplung 10 zur Ankupplung an einen nicht dargestellten Generator oder eine nicht dargestellte Niederdruck-Teilturbine auf. Axial zwischen der Hochdruck-Beschaufelung und der Mitteldruck-Beschaufelung ist ein dem Schubausgleich dienender Bereich 13 (Zwischenboden) der Turbinenwelle 6 ausgebildet, welcher gegenüber dem Innengehäuse 14 durch eine entsprechende Wellendichtung 9 abgedichtet ist . Zwischen dem Zwischenboden 13 und der Hochdruck- Teilturbine 2 sowie der Mitteldruck-Teilturbine 3 weist die Turbinenwelle 6 eine jeweilige Vertiefung 13a auf, durch die Stirnflächen an dem Zwischenboden 13 gebildet sind. Eine dieser Vertiefungen 13a ist mit einem Einströmbereich 7b der Mitteldruck-Teilturbine 3 und die andere Vertiefung 13a mit einem Dampfeinlaß 7a der Hochdruck-Teilturbine 2 verbunden. Ein in den Dampfeinlaß 7a einströmender Frischdampf mit beispielsweise einem Druck von etwa 170 bar und einer Temperatur von 560 °C strömt in axialer Richtung durch die Beschaufelung der Hochdruck-Teilturbine 2 hindurch und bei einem niedrigerem Druck aus einem Dampfauslaß 8a der Hochdruck-Teilturbine 2 aus. Von dort gelangt der nunmehr teilweise entspannte
Dampf in eine nicht dargestellte Zwischenüberhitzung und wird der Dampfturbine 1 über den Dampfeinlaß 7b der Mitteldruck- Teilturbine 3 wieder zugeführt. Die in Trommelbauweise ausgeführte Hochdruck-Teilturbine 2 mit einer Überdruckbeschaufe- lung führt zu einem axialen Schub in Richtung des Dampfaus- lasses 8a. Dieser wird über den Zwischenboden 13a und die durch die Vertiefungen 13a gebildeten Stirnflächen ausgeglichen, da das Druckgefälle über die Hochdruck-Beschaufelung, d.h. von Dampfeinlaß 7a zum Dampfauslaß 8a, größenordnungsmä- ßig dem Druckunterschied über dem Zwischenboden 13 zwischen Dampfeinlaß 7a und Dampfeinlaß 7b entspricht. Die Mitteldruck-Teilturbine 3 ist in Kammerbauweise mit einer im we- tr
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1
welle 6b gekuppelt. An der Turbinenwelle 6b ist eine weitere Wellenkupplung 10 zur Ankupplung an einen nicht dargestellten Generator oder eine nicht dargestellte Niederdruck-Teilturbine angeordnet. In Figur 3 ist die Hochdruck-Teilturbine 2 in Kammerbauweise und die Mitteldruck-Teilturbine 3 in Trommelbauweise ausgeführt. In der Hochdruck-Teilturbine 2 tritt mithin allenfalls ein geringer axialer Schub auf, so daß von einem Schubausgleichkolben 5 abgesehen werden kann.
In Figur 4 hingegen ist die Hochdruck-Teilturbine in Trommelbauweise und die Mitteldruck-Teilturbine in Kammerbauweise ausgeführt. Axial zwischen Dampfeinlaß 7a und Gehäuse 4a ist ein als Schubausgleichkolben 5 ausgebildeter Zwischenboden angeordnet . Dieser ist gehäuseseitig strömungstechnisch mit dem Dampfauslaß 8a verbunden, so daß der Druckunterschied zwischen Dampfeinlaß 7a und Dampfauslaß 8a im wesentlichen dem Druckabfall in axialer Richtung über den Schubausgleichkolben 5 entspricht. Hinsichtlich der konstruktiven und fun- kionellen Merkmale der Hochdruck-Teilturbine 2 sowie der Mit- teldruck-Teilturbine 3 sei auf die Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 verwiesen. Gleiche Bezugszeichen haben hierin die gleiche Bedeutung wie in den Figuren 3 und 4.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Dampfturbine mit einer Mitteldruck-Teilturbine und einer Hochdruck-Teilturbine aus, wobei die Hochdruck-Teilturbine in Trommelbauweise und die Mitteldruck-Teilturbine in Kammerbauweise oder umgekehrt ausgeführt ist . Die Teilturbinen können sowohl in einem Gehäuse (Kompaktturbine) oder in zwei getrennten Gehäusen angeordnet sein. Je nach Einsatzbereich (Dampfdruck, Dampftemperatur,
Dampfmassenstrom sowie thermischer bzw. elektrischer Leistung der Dampfturbine) ist eine Kombination mit besonders gutem Wirkungsgrad durch Ausnutzen der Vorteile sowohl der Kammerbauweise als auch der Trommelbauweise erreichbar.

Claims

Patentansprüche
1. Dampfturbine (1) mit einer Hochdruck-Teilturbine (2) und einer mit letzterer strömungstechnisch verbundenen Mittel- druck-Teilturbine (3), wobei die Hochdruck-Teilturbine (2) in Kammerbauweise und die Mitteldruck-Teilturbine (3) in Trommelbauweise ausgeführt ist.
2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1, bei der die Hochdruck- Teilturbine (2) zweiflutig ausgeführt ist.
3. Dampfturbine (1) mit einer Hochdruck-Teilturbine (2) und einer mit letzterer strömungstechnisch verbundenen Mitteldruck-Teilturbine (3) , wobei die Hochdruck-Teilturbine (2) in Trommelbauweise, die Mitteldruck-Teilturbine (3) in Kammerbauweise und die Hochdruck-Teilturbine (2) zweiflutig ausgeführt ist.
4. Dampfturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Außengehäuse (4) in welchem die Hochdruck- Teilturbine (2) und die Mitteldruck-Teilturbine (3) angeordnet sind.
5. Dampfturbine (1) nach Anspruch 4, bei der ein Schubaus- gleichkolben (5) zur Kompensation eines axialen Schubes der
Mitteldruck-Teilturbine (3) vorgesehen ist und die Hochdruck- Teilturbine (2) axial zwischen der Mitteldruck-Teilturbine (3) und dem Schubausgleichkolben (5) angeordnet ist.
6. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1 oder 3, bei der die Hochdruck-Teilturbine (2) ein Außengehäuse (4a) , insbesondere topfförmig, und die Mitteldruck-Teilturbine (3) ein davon axial beabstandetes Außengehäuse (4b) aufweist.
7. Dampfturbine (1) nach Anspruch 6, bei der die Mitteldruck- Teilturbine (3) zweiflutig ausgeführt ist.
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