EP1121509B1 - Dampfturbine mit einem abdampfgehäuse - Google Patents

Dampfturbine mit einem abdampfgehäuse Download PDF

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EP1121509B1
EP1121509B1 EP99955798A EP99955798A EP1121509B1 EP 1121509 B1 EP1121509 B1 EP 1121509B1 EP 99955798 A EP99955798 A EP 99955798A EP 99955798 A EP99955798 A EP 99955798A EP 1121509 B1 EP1121509 B1 EP 1121509B1
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EP
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steam
housing
jacket
turbine
exhaust
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Helmut Kuehn
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Siemens AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/30Exhaust heads, chambers, or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/60Assembly methods
    • F05D2230/61Assembly methods using limited numbers of standard modules which can be adapted by machining

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine with a Exhaust steam.
  • a steam turbine is typically used in a power plant to drive a generator or in an industrial plant used to drive a work machine. This will steam serving as flow medium is fed to the steam turbine, who relaxes while working in the steam turbine. After its expansion, the steam usually arrives via an exhaust steam casing of the steam turbine into one of these downstream capacitor and condenses there.
  • the Exhaust housing can flow axially or radially his. The condensate is then used as feed water for a steam generator fed and arrives again after its evaporation into the steam turbine, so that a closed water-steam cycle arises.
  • the turbine housing of a gas turbine such as in US 4 130 375 or a steam turbine, is usually made of composed of several housing sections, which in their constructive dimensioning to given boundary parameters such as adjusting the desired performance size are.
  • Housing sections also for a suitable combination be dimensioned with other standard components.
  • the evaporation housing is usually over a circumferential Radial flange on the preceding one, also as an inlet housing designated housing section arranged.
  • Regarding its steam inflow area is that through the exhaust steam housing Circular ring diffuser thus formed by the dimensions of the inlet housing largely determined. However, these can depending on the predefined capacity of the steam turbine and thus according to the selected standard module for the entry housing vary comparatively strongly.
  • the Circular ring diffuser on the steam outlet side in its dimensioning by the connection diameter of the downstream capacitor fixed, which in turn for standardization reasons usually regardless of the size of the steam turbine is chosen uniformly.
  • the invention is therefore based on the object of a steam turbine with an evaporator housing and with one inside the evaporator housing arranged by an inner hub to specify the surrounding turbine rotor bearing the under the evaporation housing with particularly simple means Maintaining favorable flow properties of the exhaust steam different combinations of inlet housing and condenser is customizable.
  • the outer jacket the evaporation housing a first, cylindrical jacket Includes part of the jacket with a stiffening ring a second, cone-shaped jacket part is connected, whereby to guide the exhaust steam flow within the outer jacket a conical jacket-shaped guide element on the stiffening ring is arranged, and by the inner hub a first, in essential cone-shaped hub part and a second, comprises essentially cylindrical jacket-shaped hub part.
  • the invention is based on the consideration that for a particularly simple adaptation of the steam housing to any Combination of inlet housing and condenser one extensive use of standard components under warranty a high degree of flexibility in the design of the Flow channel should be provided.
  • standard components are in particular the cylindrical jacket-shaped first and the conical shell-shaped second shell part is provided.
  • the first The jacket part is for a connection to the radial flange of the inlet housing provided, which is independent of the power size of the steam turbine in standard dimensions can be executed.
  • the second part of the jacket is for provided the connection to the capacitor and accordingly its usually standardized dimensioning also executed in standard dimensions.
  • the cone-shaped Training of the second shell part favors it Use in the diffuser area.
  • the leadership element together with the second shell part in the outer area and the inner hub in the interior form a diffuser with an annular shape Cross-section, in particular through a suitable dimensioning of the first, cone-shaped hub part simple way for a particularly favorable flow behavior can be designed.
  • the performance variable-dependent adjustment then takes place comparatively simple way through the cone-shaped Guide element that is within the first shell part is arranged and the inflow cross section for the steam the selected outlet cross section of the upstream inlet housing limited.
  • the guide element expediently extends on the input side up to in the direction of flow of the exhaust steam seen last row of blades. That way is a Fluidically particularly favorable transition from the inlet housing reachable in the outflow area, so that the Diffuser function ensured in a particularly reliable manner.
  • the advantages achieved with the invention are in particular in that through the first and second shell parts of the outer jacket in a particularly simple manner using standard components a connection of the steam housing both to the upstream Entry housing as well as on the downstream Capacitor is made possible by the guide element an adaptation to the specific depending on the required performance selected entry housing is guaranteed.
  • the guide element is also a fluidically favorable Formation of the flow area reached, being straight in combination with the cone-shaped hub part of the inner hub even with varying flow geometry of the inlet housing a reliable acting circular diffuser can be formed.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail.
  • the figure shows schematically a steam turbine in longitudinal section.
  • the steam turbine 1 according to the figure comprises an exhaust steam housing 2, by the steam in the steam turbine 1 expanded in axial Outflow direction of a not shown in the figure, the steam turbine 1 can be supplied downstream capacitor is.
  • the steam turbine 1 is in the embodiment intended for use as an industrial turbine and for a mechanical one Power of about 6 to 8 MW designed. alternative can the steam turbine 1 but also for use as a power plant turbine with comparatively higher mechanical performance be provided.
  • a radial bearing Repository 4 for the turbine runner 6 of the steam turbine 1 arranged.
  • the turbine runner 6 is also in one Number of others designed as radial and / or axial bearings Bearing 8 rotatably supported about its central axis 10.
  • This in an inner hub 12 arranged end bearing 4 comprises bearing parts 14, 16, which together form a bearing housing for the actual Form camp 18 of the repository 4. More details regarding the design of the repository 4 and the associated Sealing arrangement can also be seen from the figure; for the sake of clarity, however, they are not at this point discussed.
  • the turbine runner 6 is in a front area 24 of one Inlet housing 26 surrounded, to the inlet of steam a steam collecting chamber 28 is arranged in the steam turbine 1. High pressure passes through the steam collecting space 28 Steam into the interior of the inlet casing and thus into the Area of the blades 20 and the guide vanes 22 where it relaxes while working. In a flow direction In contrast, the rear region 30 of the steam is the turbine runner 6 surrounded by the evaporator housing 2, the one circumferential radial flange 32 directly with the inlet housing 26 is connected.
  • the steam turbine 1 using a large number of standardized ones Components manufactured.
  • the exhaust steam housing 2 has an outer jacket 34 on the first, cylindrical jacket-shaped jacket part 36 includes.
  • the jacket part 36 is dimensioned, especially with regard to its diameter, adapted to the radial flange 32 and directly on this connected.
  • the jacket part 36 is on the steam outlet side via a circumferential one Stiffening ring 38 with a second, cone-shaped Sheath part 40 connected, which in turn on the steam outlet side via a circumferential radial flange 42 directly on the connection flange of the capacitor is connected.
  • the Radial flange 42 is dimensioned also standardized and to the standard dimensions of the connection flange adapted to the capacitor.
  • the steam turbine 1 is designed in a modular design and by choosing a suitable module for the entry housing 26 adapted to a predetermined power level.
  • the adaptation the size of the service is maintained the standardized dimensions suitable for the radial flange 32 Choice of the internal geometry, for example of the inlet housing 26.
  • the evaporation housing 2 to the inlet housing 26 is inside of the outer jacket 34 on the stiffening ring 38 a conical jacket Guide element 44 for guiding the exhaust steam flow arranged.
  • the guide element 44 extends on the input side up to the last row seen in the direction of flow of the exhaust steam 46 of the blades 20 and thereby forms a radial seal the blades 20 of the last row 46 to the outer jacket 34.
  • the final bearing 4 is together with the inner hub 12 by a a lower area through the exhaust steam housing 2, supported on a foundation block, not shown Carrier 52 held.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfturbine mit einem Abdampfgehäuse.
Eine Dampfturbine wird üblicherweise in einer Kraftwerksanlage zum Antrieb eines Generators oder in einer Industrieanlage zum Antrieb einer Arbeitsmaschine eingesetzt. Dazu wird der Dampfturbine als Strömungsmedium dienender Dampf zugeführt, der sich in der Dampfturbine arbeitsleistend entspannt. Nach seiner Entspannung gelangt der Dampf üblicherweise über ein Abdampfgehäuse der Dampfturbine in einen dieser nachgeschalteten Kondensator und kondensiert dort. Das Abdampfgehäuse kann dabei axial oder auch radial durchströmt sein. Das Kondensat wird sodann als Speisewasser einem Dampferzeuger zugeführt und gelangt nach seiner Verdampfung erneut in die Dampfturbine, so daß ein geschlossener Wasser-Dampf-Kreislauf entsteht.
Das Turbinengehäuse einer Gasturbine wie z.B in US 4 130 375 oder einer Dampfturbine ist üblicherweise aus mehreren Gehäuseabschnitten zusammengesetzt, die in ihrer konstruktiven Dimensionierung an vorgegebene Randparameter wie beispielsweise die gewünschte Leistungsgröße angepaßt sind. Insbesondere im Hinblick auf die fortschreitende Standardisierung und Modularisierung im Kraftwerksbau können die Gehäuseabschnitte dabei auch für eine geeignete Kombination mit anderen Standardbauteilen dimensioniert sein.
Bei einer Dampfturbine mit axialer Abströmung wie z.B. in US 5 494 405, oder wie sie beispielsweise aus Tremmel, D. et al., "Entwicklung einer kompakten 300-MW-Dampfturbine mit einflutigem ND-Teil und axialer Abströmung", VGB Kraftwerkstechnik, 72, 1992, S. 33 bis 43, bekannt ist, durchströmt der Abdampf das Abdampfgehäuse in im wesentlichen zur Hauptachse des Turbinenläufers paralleler Richtung. Ein derartiges Konzept kann beispielsweise besonders im Einsatz in sogenannten Gas- und Dampfturbinenanlagen vorteilhaft und wünschenswert sein. Bei einer Dampfturbine mit axialer Abströmung ist der Turbinenläufer üblicherweise in einem innerhalb des Abdampfgehäuses angeordneten, von einer Innennabe umgebenen Endlager gelagert. Die Innennabe bildet dabei gemeinsam mit dem Außenmantel des Abdampfgehäuses einen Strömungsraum für den Abdampf mit kreisringförmigem Querschnitt, der üblicherweise nahezu über die gesamte Länge des Abdampfgehäuses als Kreisringdiffusor ausgebildet ist.
Das Abdampfgehäuse ist üblicherweise über einen umlaufenden Radialflansch an dem ihm vorangehenden, auch als Eintrittsgehäuse bezeichneten Gehäuseabschnitt angeordnet. Hinsichtlich seines Dampfeinströmbereiches ist der durch das Abdampfgehäuse gebildete Kreisringdiffusor somit durch die Abmessungen des Eintrittsgehäuses weitgehend festgelegt. Diese können jedoch je nach vorgegebener Leistungsgröße der Dampfturbine und somit nach ausgewähltem Standardmodul für das Eintrittsgehäuse vergleichsweise stark variieren. Andererseits ist der Kreisringdiffusor dampfausgangsseitig in seiner Dimensionierung durch den Anschlußdurchmesser des nachgeschalteten Kondensators festgelegt, der wiederum aus Standardisierungsgründen in der Regel unabhängig von der Leistungsgröße der Dampfturbine einheitlich gewählt ist.
Die Anpassung des Abdampfgehäuses und des dabei gebildeten Kreisringdiffusors an eine letztendlich durch die Leistungsgröße der Dampfturbine vorgegebene Kombination eines Standardmoduls für das Eintrittsgehäuse mit einem Standardmodul für den Kondensator kann somit vergleichsweise aufwendig sein, zumal aufgrund der Funktionalität als Diffusor der Ausgestaltung des Strömungsweges besondere Aufmerksamkeit zu widmen ist. Eine derartig aufwendige Anpassung kann die durch die Modularisierung und/oder Standardisierung der Komponenten erzielbaren Vorteile weitgehend kompensieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dampfturbine mit einem Abdampfgehäuse und mit einem in einem innerhalb des Abdampfgehäuses angeordneten, von einer Innennabe umgebenen Endlager gelagerten Turbinenläufer anzugeben, bei der das Abdampfgehäuse mit besonders einfachen Mitteln unter Wahrung günstiger Strömungseigenschaften des Abdampfes an verschiedene Kombinationen von Eintrittsgehäuse und Kondensator anpaßbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Außenmantel des Abdampfgehäuses einen ersten, zylindermantelförmigen Mantelteil umfaßt, der über einen Versteifungsring mit einem zweiten, kegelmantelförmigen Mantelteil verbunden ist, wobei zur Führung des Abdampfstromes innerhalb des Außenmantels am Versteifungsring ein kegelmantelförmiges Führungselement angeordnet ist, und indem die Innennabe ein erstes, im wesentlichen kegelmantelförmiges Nabenteil und ein zweites, im wesentlichen zylindermantelförmiges Nabenteil umfaßt.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß für eine besonders einfache Anpassung des Abdampfgehäuses an eine beliebige Kombination von Eintrittsgehäuse und Kondensator eine weitgehende Verwendung von Standardbauteilen unter Gewährleistung einer hohen Flexibilität bei der Ausgestaltung des Strömungskanals vorgesehen sein sollte. Als Standardbauteile sind dabei insbesondere der zylindermantelförmige erste und der kegelmantelförmige zweite Mantelteil vorgesehen. Der erste Mantelteil ist dabei für einen Anschluß an den Radialflansch des Eintrittsgehäuses vorgesehen, der unabhängig von der Leistungsgröße der Dampfturbine in Standardabmessungen ausgeführt sein kann. Der zweite Mantelteil hingegen ist für den Anschluß an den Kondensator vorgesehen und entsprechend dessen üblicherweise standardisierter Dimensionierung ebenfalls in Standardabmessungen ausgeführt. Die kegelmantelförmige Ausbildung des zweiten Mantelteils begünstigt dabei dessen Einsatz im Diffusorbereich. Das Führungselement gemeinsam mit dem zweiten Mantelteil im Außenbereich und die Innennabe im Innenbereich bilden dabei einen Diffusor mit kreisringförmigem Querschnitt, der insbesondere durch eine geeignete Dimensionierung des ersten, kegelmantelförmigen Nabenteils auf einfache Weise für ein besonders günstiges Strömungsverhalten ausgelegt sein kann.
Die leistungsgrößenabhängige Anpassung erfolgt dann in vergleichsweise einfacher Art und Weise durch das kegelmantelförmige Führungselement, das innerhalb des ersten Mantelteils angeordnet ist und den Einströmquerschnitt für den Dampf auf den gewählten Auslaßquerschnitt des vorgeschalteten Eintrittsgehäuses begrenzt.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Führungselement eingangsseitig bis über die in Strömungsrichtung des Abdampfes gesehen letzte Laufschaufelreihe. Auf diese Weise ist ein strömungstechnisch besonders günstiger Übergang vom Eintrittsgehäuse in den Abströmbereich erreichbar, so daß die Diffusorfunktion auf besonders zuverlässige Weise sichergestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den ersten und den zweiten Mantelteil des Außenmantels auf besonders einfache Weise über Standardbauteile ein Anschluß des Abdampfgehäuses sowohl an das vorgeschaltete Eintrittsgehäuse als auch an den nachgeschalteten Kondensator ermöglicht ist, wobei durch das Führungselement eine Anpassung an das je nach geforderter Leistungsgröße spezifisch gewählte Eintrittsgehäuse gewährleistet ist. Durch das Führungselement ist zudem eine strömungstechnisch günstige Ausformung des Strömungsbereichs erreicht, wobei gerade in Kombination mit dem kegelmantelförmigen Nabenteil der Innennabe auch bei variierender Strömungsgeometrie des Eintrittsgehäuses ein zuverlässig wirkender Kreisringdiffusor gebildet werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch eine Dampfturbine im Längsschnitt.
Die Dampfturbine 1 gemäß der Figur umfaßt ein Abdampfgehäuse 2, durch das in der Dampfturbine 1 entspannter Dampf in axialer Abströmrichtung einem in der Figur nicht näher dargestellten, der Dampfturbine 1 nachgeschalteten Kondensator zuführbar ist. Die Dampfturbine 1 ist im Ausführungsbeispiel zum Einsatz als Industrieturbine vorgesehen und für eine mechanische Leistung von etwa 6 bis 8 MW ausgelegt. Alternativ kann die Dampfturbine 1 aber auch zum Einsatz als Kraftwerksturbine mit vergleichsweise höherer mechanischer Leistung vorgesehen sein.
Innerhalb des Abdampfgehäuses 2 ist ein als Radiallager ausgebildetes Endlager 4 für den Turbinenläufer 6 der Dampfturbine 1 angeordnet. Der Turbinenläufer 6 ist zudem in einer Anzahl weiterer, als Radial- und/oder Axiallager ausgebildeter Lager 8 um seine Mittelachse 10 drehbar gelagert. Das in einer Innennabe 12 angeordnete Endlager 4 umfaßt Lagerteile 14, 16, die gemeinsam ein Lagergehäuse für das eigentliche Lager 18 des Endlagers 4 bilden. Weitere Einzelheiten bezüglich der Ausgestaltung des Endlagers 4 sowie der zugehörigen Dichtungsanordnung sind ebenfalls aus der Figur erkennbar; sie werden der Übersicht halber an dieser Stelle jedoch nicht erörtert.
Am Turbinenläufer 6 ist eine Anzahl von zu Schaufelgruppen zusammengefaßten Laufschaufeln 20 angeordnet, die gemeinsam mit ortsfest angeordneten Leitschaufeln 22 eine Umsetzung kinetischer Energie des die Dampfturbine 1 durchströmenden Dampfes in Rotationsenergie des Turbinenläufers 6 bewirken.
Der Turbinenläufer 6 ist in einem vorderen Bereich 24 von einem Eintrittsgehäuse 26 umgeben, an dem zum Einlaß von Dampf in die Dampfturbine 1 ein Dampfsammelraum 28 angeordnet ist. Über den Dampfsammelraum 28 gelangt unter Hochdruck stehender Dampf in das Innere des Eintrittsgehäuses und somit in den Bereich der Laufschaufeln 20 und der Leitschaufeln 22, wo er sich arbeitsleistend entspannt. In einem in Strömungsrichtung des Dampfes gesehen hinteren Bereich 30 hingegen ist der Turbinenläufer 6 vom Abdampfgehäuse 2 umgeben, das über einen umlaufenden Radialflansch 32 direkt mit dem Eintrittsgehäuse 26 verbunden ist.
Für eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise ist die Dampfturbine 1 unter Verwendung einer großen Anzahl standardisierter Komponenten hergestellt. Dabei ist sowohl der Radialflansch 32 als auch ein nicht näher dargestellter Anschlußflansch des nachgeschalteten Kondensators unter Verwendung von Standardmaßen dimensioniert. Zum Anschluß an diese Komponenten weist das Abdampfgehäuse 2 einen Außenmantel 34 auf, der einen ersten, zylindermantelförmigen Mantelteil 36 umfaßt. Der Mantelteil 36 ist dabei hinsichtlich seiner Dimensionierung, insbesondere hinsichtlich seines Durchmessers, an den Radialflansch 32 angepaßt und unmittelbar an diesen angeschlossen.
Der Mantelteil 36 ist dampfausgangsseitig über einen umlaufenden Versteifungsring 38 mit einem zweiten, kegelmantelförmigen Mantelteil 40 verbunden, der seinerseits dampfausgangsseitig über einen umlaufenden Radialflansch 42 unmittelbar an den Anschlußflansch des Kondensators angeschlossen ist. Der Radialflansch 42 ist dabei hinsichtlich seiner Dimensionierung ebenfalls standardisiert und an die Standardmaße des Anschlußflansches des Kondensators angepaßt.
Die Dampfturbine 1 ist in modularer Bauweise ausgeführt und durch die Wahl eines geeigneten Moduls für das Eintrittsgehäuse 26 an eine vorgegebene Leistungsgröße angepaßt. Die Anpassung an die Leistungsgröße erfolgt dabei unter Beibehaltung der standardisierten Maße für den Radialflansch 32 durchgeeignete Wahl der Innengeometrie beispielsweise des Eintrittsgehäuses 26. Zur leistungsgrößenspezifischen Anpassung des Abdampfgehäuses 2 an das Eintrittsgehäuse 26 ist innerhalb des Außenmantels 34 am Versteifungsring 38 ein kegelmantelförmiges Führungselement 44 zur Führung des Abdampfstromes angeordnet.
Das Führungselement 44 erstreckt sich eingangsseitig bis über die in Strömungsrichtung des Abdampfes gesehen letzte Reihe 46 der Laufschaufeln 20 und bildet dabei eine radiale Abdichtung der Laufschaufeln 20 der letzten Reihe 46 zum Außenmantel 34. Durch geeignete Wahl des Öffnungswinkels des das Führungselement 44 beschreibenden Kegels ist dabei auch bei fest vorgegebenem und somit standardisierten Durchmesser des Versteifungsrings 38 eine besonders einfache Anpassung des Strömungsraums im Abdampfgehäuse an die spezifische Innengeometrie des Eintrittsgehäuses 26 möglich.
Zur Ausbildung eines für die Abströmung des Dampfes besonders günstigen kreisringförmigen Diffusors umfaßt die das Endlager 4 umschließende Innennabe ein erstes, im wesentlichen kegelmantelförmiges Nabenteil 48. Zudem ist zur Bildung der Innennabe 12 ein zweites, im wesentlichen zylindermantelförmiges Nabenteil 50 vorgesehen. Der Kreisringdiffusor des axialen Abströmgehäuses 2 ist damit außen aus dem Führungselement 44 und dem anschließenden zweiten Mantelteil 40 und innen aus dem ersten, kegelmantelförmigen Nabenteil 48 und anschließend aus dem zweiten, zylindermantelförmigen Nabenteil 50 gebildet.
Das Endlager 4 ist mitsamt der Innennabe 12 durch einen in einem unteren Bereich durch das Abdampfgehäuse 2 geführten, auf einen nicht näher dargestellten Fundamentblock gestützten Träger 52 gehaltert.

Claims (2)

  1. Dampfturbine (1) mit einem Abdampfgehäuse (2), dessen Außenmantel (34) einen ersten, zylindermantelförmigen Mantelteil (36) umfaßt, der über einen Versteifungsring (38) mit einem zweiten, kegelmantelförmigen Mantelteil (40) verbunden ist, wobei zur Führung des Abdampfstromes innerhalb des Außenmantels (34) am Versteifungsring (38) ein kegelmantelförmiges Führungselement (44) angeordnet ist, und mit einem Turbinenläufer (6), der in einem innerhalb des Abdampfgehäuses (2) angeordneten, von einer Innennabe (12) umgebenen Endlager (4) gelagert ist, wobei die Innennabe (12) ein erstes, im wesentlichen kegelmantelförmiges Nabenteil (48) und ein zweites, im wesentlichen zylindermantelförmiges Nabenteil (50) umfaßt.
  2. Dampfturbine (1) nach Anspruch 1, deren Führungselement (44) sich eingangsseitig bis über die in Strömungsrichtung des Abdampfes gesehen letzte Laufschaufelreihe erstreckt.
EP99955798A 1998-10-07 1999-09-24 Dampfturbine mit einem abdampfgehäuse Expired - Lifetime EP1121509B1 (de)

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