EP1335110A1 - Turbomachine with high and low pressure blade sections - Google Patents

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EP1335110A1
EP1335110A1 EP02002719A EP02002719A EP1335110A1 EP 1335110 A1 EP1335110 A1 EP 1335110A1 EP 02002719 A EP02002719 A EP 02002719A EP 02002719 A EP02002719 A EP 02002719A EP 1335110 A1 EP1335110 A1 EP 1335110A1
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EP
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blade
flow
rotor
region
area
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EP02002719A
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Gerhard Klaus
Ingo Stephan
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Original Assignee
Siemens AG
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Priority to EP02002719A priority patent/EP1335110B1/en
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Priority to US10/359,229 priority patent/US6851927B2/en
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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
    • 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
    • F01D1/04—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 traversed by the working-fluid substantially axially
    • 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
    • F01D1/023—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 the working-fluid being divided into several separate flows ; several separate fluid flows being united in a single flow; the machine or engine having provision for two or more different possible fluid flow paths

Definitions

  • the invention relates to a fluid flow machine, the one Housing with a rotating rotor with three blade areas has that are fluidically connected. she further relates to a method for operating the aforementioned Turbomachine as a steam turbine.
  • turbo machines which have a high pressure steam and Low pressure steam range, can be housed or be built in two housings.
  • 1997P03012 DE there are Turbomachines, in particular steam turbines shown.
  • the two-housing version is not part of the technical field of the present invention and therefore will not continue shown.
  • the single-case version consists of one Rotor with two single-flow blade areas to the respective Point housing ends.
  • a bucket area is called High pressure steam scoop area executed and another Bucket area as low pressure steam area.
  • inflowing Live steam first flows through the axial direction Blade area of the high pressure steam blade area. From there the now partially expanded steam passes through a pipe to the medium pressure steam blade area.
  • a disadvantage of these known embodiments with High pressure expansion area is the concern of superheated steam Inside a turbine end.
  • the energetic Steam between the sealing shells is partly in Blading areas with lower temperature for thermodynamic process optimization. This leads the sealing shell steam introduction into the Blading areas on the one around the housing unbalanced housing heating, the thermal stresses and results in deformation, i.e. a warp of the Housing that may rub against Can lead to blades on the housing.
  • the present invention is therefore based on the object based on a single-case fluid machine design that no return of sealing shell steam with regard to thermodynamic process optimization necessary is.
  • Another object of the present invention is to provide a Specify procedures for operating a steam turbine.
  • the turbomachine has an outer housing has in which a rotor with three blade areas is rotatably supported, wherein one of the blade areas an inner Area is and the other outer areas are through which operate a flow medium along a respective one Flow direction flows, the inner blade area enclosed by the outer blade areas along the rotor is and the flow directions in the outer Bucket areas opposite to each other and from the inside Blade area are directed away.
  • This configuration takes advantage for the first time, that by the arrangement of the blade areas described above an outflowing flow medium with almost identical parameters such as pressure, temperature and volume flow exits at the outer housing ends. Because of the low Exit parameter of the steam is at the two ends of the housing the arrangement of sealing shell systems with Sealing shell steam return to the blading area not mandatory. One asymmetrical on the circumference of the case Warming by sealing shell steam introduction is locked out.
  • the compact design of the fluid machine leads to more Advantages in manufacturing that save material and time to lead.
  • the material and time can be saved among other things on a reduced version of the components Return shape.
  • the use of less material leads to components of lower mass and thus to better ones Start-up and operating behavior, especially the downsizing the last blade stages is advantageous here.
  • the flow medium is reduced Flow through the inner blade area via a return flow channel separated into two streams. One of the partial streams flows through the return flow channel.
  • the axial compensator can, for example consist of a bellows or similar.
  • the rotor is designed with a shaft shoulder attached in front of the first blade area.
  • a major advantage here is the simple, cost-effective integration in the housing.
  • the turbomachine preferably has an inflow area in which the flow medium in a subsequent expansion area is relaxed by a control level.
  • the Pressure of the flow medium in the expansion area is determined by relaxed a control level to a wheel space pressure.
  • the turbomachine can advantageously be designed as Axial compressor.
  • the object of the method is achieved according to the invention solved by the description of a method of operation a steam turbine.
  • the steam turbine is with a rotary bearing Rotor with three blade areas, one of which the blade area is an inner area and the others are external areas through which a fluid flows during operation along a respective flow direction flows, with the inner blade area from the outer Blade areas along the rotor is included and the flow medium after flowing through the inner blade area is divided into two sub-streams. After the split in. the two partial flows flows through one partial flow an outer blade area, and the other partial flow through the other blade area.
  • Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a Turbomachine 1 with an outer housing 2, a plurality of inner housings 11, 12, 16, 21 and a rotor 3.
  • On the rotor 3 four blade regions 4, 5, 6, 7 are arranged.
  • the four Blade areas are in this embodiment in two inner 5, 6 and two outer blade areas 4, 7 divided.
  • the two outer blade regions 4, 7 are in relation to one another arranged in opposite directions and point from the inner Blade areas 5, 6 away.
  • an inflow opening 8 is contained in the outer housing.
  • a control stage 9 is attached. After control level 9 follows in the direction of the first inner blade area 5 an expansion area 31.
  • first inner blade area 5 guide vanes 10 attached to the inner housing 11. Another follows on the first inner blade area 5 inner blade area 6.
  • second inner blade area 6 are further guide vanes 13 on a further inner housing 12 attached.
  • first inner blade area 5 is further guide vanes 13 on a further inner housing 12 attached.
  • second inner blade area 6 and an outer blade area 7 are one or contain multiple outlet openings 14.
  • On the outer blade area 7 are further guide vanes 15 on a further inner housing 16 fixed.
  • the return flow channel 19 is equipped with an axial compensator 22 thermal stresses between the return flow channel 19 and the outer housing 2 compensate.
  • the rotor 3 is designed with a shaft shoulder 23 to the Compensate axial thrust of the rotor 3.
  • sealing shells between the rotor 3 and the outer housing 2 24a and 24b arranged to leak from the fluid machine to reduce.
  • a flow medium flows through the inflow opening 8 into the fluid machine 1. From there, the fluid flows to control level 9, where the pressure on you Wheel space pressure is relaxed. The flow medium then flows through the first blade area 5. In the illustrated The exemplary embodiment then flows the flow medium through the second blade area 6. After this second Blade area 6 is the flow medium by means of a or several openings 14 separated into two partial streams 18, 33.
  • the Partial stream 33 flows through the outer blade area 7 the second partial flow 18 flows into the return flow channel 19 Inflow opening 32. From there, the partial flow flows through the further outer blade area 4. Both partial flows arrive after the flow through the outer blade regions 4, 5 via Outlet openings 17a, 17b from the turbomachine 1.
  • the individual partial flows of the separated flow medium reach the outer blade areas 4, 7 with almost identical parameters such as pressure, temperature and volume flow.
  • One advantage is the symmetrical heating of the housing.
  • the low state variables of the flow medium in these areas result in lower thermal deformations and the operational reliability of the turbomachine increases. It is advantageous to design sealing shells between the outer housing and the rotor in order to reduce the leakage without returning sealing shell steam between the blading areas.
  • the compact, single-case design creates more Advantages in production and in start-up and operating behavior. This takes advantage of the fact that material is saved can. In particular, the last blade stages can be in smaller Sizes are manufactured.
  • the fluid machine run as a steam turbine and secondly as Axial compressor.
  • Bucket areas 4, 5, 6 and 7 compresses and passes through a Line 27a highly compressed to an outlet 25a.

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Abstract

The device has an outer housing (2) in which a rotor with three blade regions is rotatably mounted and through which a flow medium passes in respective flow directions, where an inner blade region (5,6) is closed by outer blade regions (4,7) along the rotor. The flow directions in the outer regions are opposite to each other and away from the inner region. AN Independent claim is also included for the following: a method of operating a steam turbine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, die ein Gehäuse mit einem drehgelagerten Rotor mit drei Schaufelbereichen aufweist, die strömungstechnisch verbunden sind. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb der vorgenannten Strömungsmaschine als Dampfturbine.The invention relates to a fluid flow machine, the one Housing with a rotating rotor with three blade areas has that are fluidically connected. she further relates to a method for operating the aforementioned Turbomachine as a steam turbine.

Bekannte Strömungsmaschinen die einen Hochdruckdampf- und Niederdruckdampfbereich aufweisen, können eingehäusig oder zweigehäusig aufgebaut sein. In 1997P03012 DE sind solche Strömungsmaschinen, insbesondere Dampfturbinen dargestellt. Die zweigehäusige Ausführung gehört nicht zum technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung und wird daher nicht weiter dargestellt. Die eingehäusige Ausführung besteht aus einem Rotor mit zwei einflutigen Schaufelbereichen die zu den jeweiligen Gehäuseenden weisen. Ein Schaufelbereich wird als Hochdruckdampf-Schaufelbereich ausgeführt und ein anderer Schaufelbereich als Niederdruckdampfbereich. Einströmender Frischdampf strömt in axialer Richtung zunächst durch den Schaufelbereich des Hochdruckdampf-Schaufelbereichs. Von dort gelangt der nunmehr teilweise entspannte Dampf über eine Leitung zum Mitteldruckdampf-Schaufelbereich.Known turbo machines which have a high pressure steam and Low pressure steam range, can be housed or be built in two housings. In 1997P03012 DE there are Turbomachines, in particular steam turbines shown. The two-housing version is not part of the technical field of the present invention and therefore will not continue shown. The single-case version consists of one Rotor with two single-flow blade areas to the respective Point housing ends. A bucket area is called High pressure steam scoop area executed and another Bucket area as low pressure steam area. inflowing Live steam first flows through the axial direction Blade area of the high pressure steam blade area. From there the now partially expanded steam passes through a pipe to the medium pressure steam blade area.

Im Hochdruck-, Mitteldruckbereich nimmt das spezifische Volumen bei konstantem Massenstrom im Verlauf der Expansion verhältnismäßig gering zu. Ab dem Übergangsbereich zwischen Mitteldruck und Niederdruck (ca. 2 bis 3 bar) nimmt das spezifische Dampfvolumen stark zu, der Volumenstrom und damit die benötigte Strömungsfläche gleichfalls. Die Realisierung der Strömungsfläche stößt auf physikalische Grenzen (z.B. Festigkeit) und erfordert einen großen Bauaufwand. In the high pressure, medium pressure range, the specific takes Volume at constant mass flow in the course of expansion relatively low too. From the transition area between Medium pressure and low pressure (approx. 2 to 3 bar) take that specific steam volume strongly, the volume flow and thus the required flow area also. The realization the flow area comes up against physical limits (e.g. strength) and requires a large construction effort.

Nachteilig bei diesen bekannten Ausführungsformen mit Hochdruck-Expansionsbereich ist das Anliegen von Heißdampf am Inneren eines Turbinenendes. Zur Reduzierung des austretenden Dampfes aus der Turbine zwischen Außengehäuse und Rotor werden mehrere Dichtschalen angeordnet. Der energiereiche Dampf zwischen den Dichtschalen wird teilweise in Beschaufelungsbereiche mit niedrigerer Temperatur zur thermodynamischen Prozessoptimierung rückgeführt. Dabei führt die Dichtschalendampf-Einleitung in die Beschaufelungsbereiche zur einer am Gehäuseumfang unsymmetrischen Gehäuseerwärmung, die thermische Spannungen und Verformungen zur Folge hat, d.h. ein Verziehen des Gehäuses, das unter Umständen zu einem Anstreifen von Schaufeln am Gehäuse führen kann.A disadvantage of these known embodiments with High pressure expansion area is the concern of superheated steam Inside a turbine end. To reduce the leakage Steam from the turbine between the outer casing and the rotor several sealing shells are arranged. The energetic Steam between the sealing shells is partly in Blading areas with lower temperature for thermodynamic process optimization. This leads the sealing shell steam introduction into the Blading areas on the one around the housing unbalanced housing heating, the thermal stresses and results in deformation, i.e. a warp of the Housing that may rub against Can lead to blades on the housing.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine eingehäusige Strömungsmaschine so zu entwerfen, dass keine Rückführung von Dichtschalendampf hinsichtlich einer thermodynamischen Prozessoptimierung notwendig ist.The present invention is therefore based on the object based on a single-case fluid machine design that no return of sealing shell steam with regard to thermodynamic process optimization necessary is.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine anzugeben.Another object of the present invention is to provide a Specify procedures for operating a steam turbine.

Erfindungsgemäß wird die auf die Strömungsmaschine gerichtete Aufgabe dadurch gelöst, dass die Strömungsmaschine ein Außengehäuse aufweist, in dem ein Rotor mit drei Schaufelbereichen drehgelagert ist, wobei einer der Schaufelbereiche ein innerer Bereich ist und die anderen äußere Bereiche sind, durch die im Betrieb ein Strömungsmedium entlang einer jeweiligen Strömungsrichtung strömt, wobei der innere Schaufelbereich von den äußeren Schaufelbereichen entlang des Rotors eingeschlossen ist und die Strömungsrichtungen in den äußeren Schaufelbereichen zueinander entgegengesetzt und vom inneren Schaufelbereich weggerichtet sind. According to the invention, it is directed towards the turbomachine Object achieved in that the turbomachine has an outer housing has in which a rotor with three blade areas is rotatably supported, wherein one of the blade areas an inner Area is and the other outer areas are through which operate a flow medium along a respective one Flow direction flows, the inner blade area enclosed by the outer blade areas along the rotor is and the flow directions in the outer Bucket areas opposite to each other and from the inside Blade area are directed away.

Durch diese Konfiguration wird erstmals der Vorteil ausgenutzt, dass durch die oben beschriebene Anordnung der Schaufelbereiche ein ausströmendes Strömungsmedium mit nahezu identischen Kenngrößen wie Druck, Temperatur und Volumenstrom an den Außengehäuseenden austritt. Durch die niedrigen Austrittsparameter des Dampfes an den beiden Gehäuseenden ist die Anordnung von Dichtschalensystemen mit Dichtschalendampfrückführung in den Beschaufelungsbereich nicht erforderlich. Eine am Gehäuseumfang unsymmetrische Erwärmung durch Dichtschalendampf-Einleitung ist ausgeschlossen.This configuration takes advantage for the first time, that by the arrangement of the blade areas described above an outflowing flow medium with almost identical parameters such as pressure, temperature and volume flow exits at the outer housing ends. Because of the low Exit parameter of the steam is at the two ends of the housing the arrangement of sealing shell systems with Sealing shell steam return to the blading area not mandatory. One asymmetrical on the circumference of the case Warming by sealing shell steam introduction is locked out.

Die kompakte Ausführung der Strömungsmaschine führt zu weiteren Vorteilen in der Fertigung, die zu Material- und Zeitersparnissen führen. Die Material- und Zeitersparnis lässt sich unter anderem auf eine Ausführung der Bauteile in verkleinerter Form zurückführen. Die Verwendung von weniger Material führt zu Bauteilen geringerer Masse und dadurch zu besseren Anfahr- und Betriebsverhalten, insbesondere die Verkleinerung der letzten Schaufelstufen ist hier vorteilhaft.The compact design of the fluid machine leads to more Advantages in manufacturing that save material and time to lead. The material and time can be saved among other things on a reduced version of the components Return shape. The use of less material leads to components of lower mass and thus to better ones Start-up and operating behavior, especially the downsizing the last blade stages is advantageous here.

Durch die geringere Masse ändert sich das Trägheitsmoment des Rotors. Dadurch verkürzt sich die Anfahrzeit.Due to the lower mass, the moment of inertia of the Rotor. This shortens the start-up time.

In vorteilhafter Weiterbildung wird das Strömungsmedium nach Durchströmung des inneren Schaufelbereichs über einen Rückströmkanal in zwei Teilströme getrennt. Einer der Teilströme strömt durch den Rückströmkanal.In an advantageous further development, the flow medium is reduced Flow through the inner blade area via a return flow channel separated into two streams. One of the partial streams flows through the return flow channel.

Vorteilhaft ist es, den Rückströmkanal mit einem Axial-Kompensator zur Kompensation von thermischen Ausdehnungen auszustatten. Dadurch werden temperaturbedingte Außengehäusespannungen vermieden. Der Axial-Kompensator kann beispielsweise aus einem Balg oder ähnlichem bestehen.It is advantageous to use an axial compensator for the return flow channel to compensate for thermal expansions. This causes temperature-related external housing voltages avoided. The axial compensator can, for example consist of a bellows or similar.

Das Auftreffen des Strömungsmediums auf die rotierenden Schaufelbereiche führt zu einer in axialer Richtung wirkenden Kraft. Diese Kraft wird Axialschub genannt. Zum Ausgleich des Axialschubs wird in vorteilhafter Weiterbildung der Rotor mit einem vor dem ersten Schaufelbereich angebrachten Wellenabsatz ausgeführt.
Ein wesentlicher Vorteil entsteht hierbei durch die einfache kostengünstige Integration im Gehäuse.The impact of the flow medium on the rotating blade regions leads to a force acting in the axial direction. This force is called axial thrust. To compensate for the axial thrust, in an advantageous further development the rotor is designed with a shaft shoulder attached in front of the first blade area.
A major advantage here is the simple, cost-effective integration in the housing.

Zur Reduzierung von Leckagen zwischen den Außengehäuseenden und dem Rotor werden Dichtschalen mit Labyrinthdichtungen o.ä. angeordnet.To reduce leakage between the outer housing ends and the rotor become sealing shells with labyrinth seals etc. arranged.

Die Strömungsmaschine weist bevorzugt einen Einströmbereich auf, in dem das Strömungsmedium in einem anschließenden Expansionsbereich durch eine Regelstufe entspannt wird. Der Druck des Strömungsmediums im Expansionsbereich wird durch eine Regelstufe auf einen Radraumdruck entspannt. Durch diese Regelungsmethode ist eine schnelle und präzise Regelungsmöglichkeit der Strömungsmaschine gegeben und führt zu einem guten Betriebsverhalten.The turbomachine preferably has an inflow area in which the flow medium in a subsequent expansion area is relaxed by a control level. The Pressure of the flow medium in the expansion area is determined by relaxed a control level to a wheel space pressure. Through this Control method is a quick and precise control option given the fluid machine and leads to a good one Performance.

Eine vorteilhafte Weiterführung ist die Ausführung der Strömungsmaschine als Dampfturbine.An advantageous continuation is the execution of the turbomachine as a steam turbine.

Die Strömungsmaschine kann vorteilhaft ausgeführt werden als Axialverdichter.The turbomachine can advantageously be designed as Axial compressor.

Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Beschreibung eines Verfahrens zum Betrieb einer Dampfturbine. Die Dampfturbine ist mit einem drehgelagerten Rotor mit drei Schaufelbereichen ausgeführt, wobei einer der Schaufelbereiche ein innerer Bereich ist und die anderen äußere Bereiche sind, durch die im Betrieb ein Strömungsmedium entlang einer jeweiligen Strömungsrichtung strömt, wobei der innere Schaufelbereich von den äußeren Schaufelbereichen entlang des Rotors eingeschlossen ist und das Strömungsmedium nach Durchströmung des inneren Schaufelbereichs in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Nach der Aufteilung in.die zwei Teilströme strömt der eine Teilstrom durch einen äußeren Schaufelbereich, und der andere Teilstrom durch den anderen Schaufelbereich.The object of the method is achieved according to the invention solved by the description of a method of operation a steam turbine. The steam turbine is with a rotary bearing Rotor with three blade areas, one of which the blade area is an inner area and the others are external areas through which a fluid flows during operation along a respective flow direction flows, with the inner blade area from the outer Blade areas along the rotor is included and the flow medium after flowing through the inner blade area is divided into two sub-streams. After the split in. the two partial flows flows through one partial flow an outer blade area, and the other partial flow through the other blade area.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in schematischer Weise in den Zeichnungen dargestellt sind.In the following, the invention is based on exemplary embodiments explained in more detail, which is shown schematically in the Drawings are shown.

Für gleiche und funktionsidentische Bauteile werden durchgehend dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt:

  • Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Strömungsmaschine;
  • Figur 2 eine Darstellung der prinzipiellen Funktionsweise einer Turbine und eines Axialverdichters.
    • The same reference symbols are used throughout for identical and functionally identical components. It shows:
  • 1 shows a schematic longitudinal section through a turbomachine;
  • Figure 2 is a representation of the basic operation of a turbine and an axial compressor.

    • Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Strömungsmaschine 1 mit einem Außengehäuse 2, mehreren Innengehäusen 11, 12, 16, 21 und einem Rotor 3. Auf dem Rotor 3 sind vier Schaufelbereiche 4, 5, 6, 7 angeordnet. Die vier Schaufelbereiche sind in diesem Ausführungsbeispiel in zwei innere 5, 6 und zwei äußere Schaufelbereiche 4, 7 aufgeteilt. Die beiden äußeren Schaufelbereiche 4, 7 sind zueinander entgegengerichtet angeordnet und weisen von den inneren Schaufelbereichen 5, 6 weg. Vor dem ersten inneren Schaufelbereich 5 ist im Außengehäuse eine Einströmöffnung 8 enthalten. Von der Einströmöffnung 8 ausgehend in Richtung des ersten inneren Schaufelbereichs 5 ist eine Regelstufe 9 angebracht. Nach der Regelstufe 9 folgt in Richtung des ersten inneren Schaufelbereichs 5 ein Expansionsbereich 31. Im aufgeführten Ausführungsbeispiel sind im ersten inneren Schaufelbereich 5 Leitschaufeln 10 am Innengehäuse 11 angebracht. Auf dem ersten inneren Schaufelbereich 5 folgt ein weiterer innerer Schaufelbereich 6. Im zweiten inneren Schaufelbereich 6 sind weitere Leitschaufeln 13 an einem weiteren Innengehäuse 12 angebracht. Zwischen den zweiten inneren Schaufelbereich 6 und einem äußeren Schaufelbereich 7 sind eine oder mehrere Auslassöffnungen 14 enthalten. Am äußeren Schaufelbereich 7 sind weitere Leitschaufeln 15 an einem weiteren Innengehäuse 16 fixiert.Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a Turbomachine 1 with an outer housing 2, a plurality of inner housings 11, 12, 16, 21 and a rotor 3. On the rotor 3 four blade regions 4, 5, 6, 7 are arranged. The four Blade areas are in this embodiment in two inner 5, 6 and two outer blade areas 4, 7 divided. The two outer blade regions 4, 7 are in relation to one another arranged in opposite directions and point from the inner Blade areas 5, 6 away. Before the first inner blade area 5, an inflow opening 8 is contained in the outer housing. Starting from the inflow opening 8 in the direction of the first inner blade area 5, a control stage 9 is attached. After control level 9 follows in the direction of the first inner blade area 5 an expansion area 31. In the listed Embodiments are in the first inner blade area 5 guide vanes 10 attached to the inner housing 11. Another follows on the first inner blade area 5 inner blade area 6. In the second inner blade area 6 are further guide vanes 13 on a further inner housing 12 attached. Between the second inner blade area 6 and an outer blade area 7 are one or contain multiple outlet openings 14. On the outer blade area 7 are further guide vanes 15 on a further inner housing 16 fixed.

    Zwischen einem weiteren äußeren Schaufelbereich 4 und des Einströmbereichs 8 befindet sich eine Einströmöffnung 32 im Außengehäuse 2, die strömungstechnisch über einen Rückströmkanal 19 mit der Auslassöffnung 14 verbunden ist. Im Bereich des äußeren Schaufelbereichs 4 befinden sich weitere Leitschaufeln 20 in einem weiteren Innengehäuse 21.Between a further outer blade area 4 and the Inflow area 8 is an inflow opening 32 in Outer housing 2, the fluidic via a return flow channel 19 is connected to the outlet opening 14. In the area of the outer blade area 4 there are further guide blades 20 in a further inner housing 21.

    Der Rückströmkanal 19 ist mit einem Axial-Kompensator 22 ausgestattet um thermische Spannungen zwischen dem Rückströmkanal 19 und dem Außengehäuse 2 auszugleichen.The return flow channel 19 is equipped with an axial compensator 22 thermal stresses between the return flow channel 19 and the outer housing 2 compensate.

    Der Rotor 3 ist mit einem Wellenabsatz 23 ausgeführt, um den Axialschub des Rotors 3 auszugleichen.The rotor 3 is designed with a shaft shoulder 23 to the Compensate axial thrust of the rotor 3.

    Zwischen dem Rotor 3 und dem Außengehäuse 2 sind Dichtschalen 24a und 24b angeordnet, um die Leckage aus der Strömungsmaschine zu reduzieren.There are sealing shells between the rotor 3 and the outer housing 2 24a and 24b arranged to leak from the fluid machine to reduce.

    Im Betrieb strömt ein Strömungsmedium über die Einströmöffnung 8 in die Strömungsmaschine 1. Von dort gelangt das Strömungsmedium zu der Regelstufe 9, wo der Druck auf einen Radraumdruck entspannt wird. Anschließend strömt das Strömungsmedium durch den ersten Schaufelbereich 5. Im dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das Strömungsmedium danach durch den zweiten Schaufelbereich 6. Nach diesem zweiten Schaufelbereich 6 wird das Strömungsmedium mittels einer oder mehrerer Öffnungen 14 in zwei Teilströme 18, 33 getrennt. Der Teilstrom 33 strömt durch den äußeren Schaufelbereich 7. Über den Rückströmkanal 19 strömt der zweite Teilstrom 18 in eine Einströmöffnung 32. Von dort strömt der Teilstrom durch den weiteren äußeren Schaufelbereich 4. Beide Teilströme gelangen nach der Durchströmung der äußeren Schaufelbereiche 4, 5 über Auslassöffnungen 17a, 17b aus der Strömungsmaschine 1. In operation, a flow medium flows through the inflow opening 8 into the fluid machine 1. From there, the fluid flows to control level 9, where the pressure on you Wheel space pressure is relaxed. The flow medium then flows through the first blade area 5. In the illustrated The exemplary embodiment then flows the flow medium through the second blade area 6. After this second Blade area 6 is the flow medium by means of a or several openings 14 separated into two partial streams 18, 33. The Partial stream 33 flows through the outer blade area 7 the second partial flow 18 flows into the return flow channel 19 Inflow opening 32. From there, the partial flow flows through the further outer blade area 4. Both partial flows arrive after the flow through the outer blade regions 4, 5 via Outlet openings 17a, 17b from the turbomachine 1.

    Durch die Trennung des Strömungsmediums in zwei Teilströme 18, 33 und der dargestellten Anordnung der Schaufelbereiche 4, 5, 6 und 7 gelangen die einzelnen Teilströme des getrennten Strömungsmediums zu den äußeren Schaufelbereichen 4, 7 mit nahezu identischen Kenngrößen wie Druck, Temperatur und Volumenstrom. Ein Vorteil besteht dadurch in der symmetrischen Gehäuseerwärmung. Durch die niedrigen Zustandsgrößen des Strömungsmediums in diesen Bereichen treten geringere thermische Verformungen auf, die Betriebssicherheit der Strömungsmaschine nimmt zu.
    Vorteilhaft ist die Ausführung von Dichtschalen zwischen Außengehäuse und Rotor zur Reduzierung der Leckage ohne Rückführung von Dichtschalendampf zwischen die Beschaufelungsbereiche.    By separating the flow medium into two partial flows 18, 33 and the arrangement of the blade areas 4, 5, 6 and 7 shown, the individual partial flows of the separated flow medium reach the outer blade areas 4, 7 with almost identical parameters such as pressure, temperature and volume flow. One advantage is the symmetrical heating of the housing. The low state variables of the flow medium in these areas result in lower thermal deformations and the operational reliability of the turbomachine increases.
    It is advantageous to design sealing shells between the outer housing and the rotor in order to reduce the leakage without returning sealing shell steam between the blading areas.

    Durch die kompakte eingehäusige Ausführung entstehen weitere Vorteile in der Fertigung und im Anfahr- und Betriebsverhalten. Dabei wird ausgenutzt, dass Material eingespart werden kann. Insbesondere können die letzten Schaufelstufen in kleineren Größen gefertigt werden.The compact, single-case design creates more Advantages in production and in start-up and operating behavior. This takes advantage of the fact that material is saved can. In particular, the last blade stages can be in smaller Sizes are manufactured.

    In Fig. 2 ist das Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 1 dargestellt. Zum einen kann die Strömungsmaschine als Dampfturbine ausgeführt werden und zum anderen als Axialverdichter.2 is the operating principle of the turbomachine according to the invention 1 shown. For one, the fluid machine run as a steam turbine and secondly as Axial compressor.

    Bei einer Ausführung als Dampfturbine stellt sich das Wirkprinzip wie nachfolgend beschrieben dar. Über einen Dampferzeuger 25 gelangt Heißdampf 26 über eine Zuleitung 27 in ein Dampfturbineninneres 28. Nach Durchströmung durch die vorbeschriebenen Schaufelbereiche 4,5,6 und 7 im Dampfturbineninneren 28 wird der Heißdampf entspannt und strömt über eine Ausleitung 29 zu einem Kondensator 30. Die Rotation des Rotors 3 kann zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden. In the case of a steam turbine version, the principle of action arises as described below. Via a steam generator 25 superheated steam 26 enters via a feed line 27 Steam turbine interior 28. After flow through the above Blade areas 4, 5, 6 and 7 in the interior of the steam turbine 28 the hot steam is released and flows over a Discharge 29 to a capacitor 30. The rotation of the rotor 3 can be used to generate electrical energy become.

    Bei einer Ausführung als Axialverdichter stellt sich das Wirkprinzip wie nachfolgend beschrieben dar. Durch erzwungenes Drehen des Rotors 3 wird Atmosphärenluft oder ähnliches in einer Eintrittsöffnung 30a über eine Zuleitung 29a in ein Axialverdichterinneres 28a zugeführt. Im Axialverdichterinneren 28a wird die Atmosphärenluft durch ein im Vergleich zur Dampfturbine umgekehrte Richtung der Rotation des Rotors 3 und damit der vorbeschriebenenThis is the case with an execution as an axial compressor Operating principle as described below. By forced Rotating the rotor 3 becomes atmospheric air or the like in an inlet opening 30a via a feed line 29a Axial compressor interior 28a supplied. Inside the axial compressor 28a is the atmospheric air by a compared to Steam turbine reverse direction of rotation of rotor 3 and thus the one described above

    Schaufelbereiche 4,5,6 und 7 verdichtet und gelangt über eine Leitung 27a hochverdichtet zu einem Ausgang 25a. Bucket areas 4, 5, 6 and 7 compresses and passes through a Line 27a highly compressed to an outlet 25a.

    Bezugszeichenliste

  • 1 Strömungsmaschine
  • 2 Außengehäuse
  • 3 Rotor
  • 4 äußerer Schaufelbereich
  • 5 innerer Schaufelbereich
  • 6 innerer Schaufelbereich
  • 7 äußerer Schaufelbereich
  • 8 Einströmöffnung
  • 9 Regelstufe
  • 10 Leitschaufeln
  • 11 Innengehäuse
  • 12 Innengehäuse
  • 13 Leitschaufeln
  • 14 Auslaßöffnungen
  • 15 Leitschaufeln
  • 16 Innengehäuse
  • 17a,b Auslaßöffnungen
  • 18 zweite Teilstrom
  • 19 Rückströmkanal
  • 20 Leitschaufeln
  • 21 Innengehäuse
  • 22 Axial-Kompensator
  • 23 Wellenabsatz
  • 24a,b Dichtschalen
  • 25 Dampferzeuger
  • 26 Heißdampf
  • 27 Zuleitung
  • 28 Dampfturbineninneres
  • 29 Ausleitung
  • 30 Kondensator
  • 31 Expansionsbereich
  • 32 Einströmöffnung
  • 33 erster Teilstrom
    • LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 fluid machine
  • 2 outer housings
  • 3 rotor
  • 4 outer blade area
  • 5 inner blade area
  • 6 inner blade area
  • 7 outer blade area
  • 8 inflow opening
  • 9 control level
  • 10 guide vanes
  • 11 inner housing
  • 12 inner housing
  • 13 guide vanes
  • 14 outlet openings
  • 15 guide vanes
  • 16 inner housing
  • 17a, b outlet openings
  • 18 second partial flow
  • 19 backflow channel
  • 20 guide vanes
  • 21 inner housing
  • 22 Axial compensator
  • 23 shaft shoulder
  • 24a, b sealing shells
  • 25 steam generators
  • 26 superheated steam
  • 27 supply line
  • 28 steam turbine interior
  • 29 rejection
  • 30 capacitor
  • 31 expansion area
  • 32 inflow opening
  • 33 first partial flow

    • Claims (9)

    Strömungsmaschine mit einem Außengehäuse, in dem ein Rotor mit drei Schaufelbereichen drehgelagert ist, wobei einer der Schaufelbereiche ein innerer Bereich ist und die anderen äußere Bereiche sind, durch die im Betrieb ein Strömungsmedium entlang einer jeweiligen Strömungsrichtung strömt, wobei der innere Schaufelbereich von den äußeren Schaufelbereichen entlang des Rotors eingeschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtungen in den äußeren Schaufelbereichen zueinander entgegengesetzt und vom inneren Bereich weggerichtet sind.    Turbomachine with an outer housing in which a rotor with three blade areas is rotatably supported, one of the blade areas being an inner area and the other being outer areas through which a flow medium flows during operation along a respective flow direction, the inner blade area being from the outer blade areas trapped along the rotor,
    characterized in that the flow directions in the outer blade regions are opposite to each other and directed away from the inner region.         Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsmedium nach Durchströmung des inneren Schaufelbereichs mit einem Rückströmkanal so auftrennbar ist, dass ein Teil des Strömungsmediums durch einen äußeren Schaufelbereich und ein zweiter Teil durch den anderen äußeren Schaufelbereich strömt.    Fluid machine according to claim 1,
    characterized in that, after flowing through the inner blade region with a return flow channel, the flow medium can be separated such that a part of the flow medium flows through an outer blade region and a second part through the other outer blade region.         Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Rückströmkanal mit einem Axial-Kompensator zur Kompensation einer thermischen Ausdehnung versehen ist.    Fluid machine according to claim 1 or 2,
    characterized in that the return flow channel is provided with an axial compensator for compensating for thermal expansion.         Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich des Axialschubs der Rotor mit einem vor dem inneren Schaufelbereich angebrachten Wellenabsatz ausgeführt ist.    Fluid machine according to one of claims 1 to 3,
    characterized in that in order to compensate for the axial thrust, the rotor is designed with a shaft shoulder attached in front of the inner blade region.         Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der Leckagen aus der Strömungsmaschine zwischen Rotor und Außengehäuse Dichtschalen angeordnet sind.    Fluid machine according to one of claims 1 to 4,
    characterized in that sealing shells are arranged between the rotor and the outer housing to reduce the leakage from the turbomachine.         Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit mindestens einem Einströmbereich für das Strömungsmedium und einen am Einströmbereich anschließenden Expansionsbereich,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Strömungsmediums im Expansionsbereich durch eine Regelstufe auf einen Radraumdruck entspannbar ist.    Fluid machine according to one of claims 1 to 5 with at least one inflow region for the flow medium and an expansion region adjoining the inflow region,
    characterized in that the pressure of the flow medium in the expansion area can be relaxed to a wheel space pressure by a control stage.         Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch
    eine Ausführung als Dampfturbine.    Turbomachine according to one of claims 1 to 6, characterized by
    a version as a steam turbine.         Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch
    eine Ausführung als Axialverdichter.    Turbomachine according to one of claims 1 to 6, characterized by
    a version as an axial compressor.         Verfahren zum-Betrieb einer Dampfturbine, die mit einem drehgelagerten Rotor mit drei Schaufelbereichen ausgeführt ist, wobei einer der Schaufelbereiche ein innerer Bereich ist und die anderen äußere Bereiche sind, durch die im Betrieb ein Strömungsmedium entlang einer jeweiligen Strömungsrichtung strömt, wobei der innere Schaufelbereich von den äußeren Schaufelbereichen entlang des Rotors eingeschlossen ist, gekennzeichnet durch,
    dass das Strömungsmedium nach Durchströmung des inneren Schaufelbereichs in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei der eine Teilstrom durch einen äußeren Schaufelbereich strömt und der andere Teilstrom durch den anderen Schaufelbereich strömt.    Method for operating a steam turbine which is designed with a rotatably mounted rotor with three vane regions, one of the vane regions being an inner region and the other being outer regions through which a flow medium flows during operation along a respective flow direction, the inner vane region from the outer blade areas along the rotor, characterized by
    that the flow medium is divided into two partial flows after flowing through the inner blade area, one partial flow flowing through an outer blade area and the other partial flow flowing through the other blade area.
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