EP1378630A1 - Steam turbine - Google Patents

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Publication number
EP1378630A1
EP1378630A1 EP02014534A EP02014534A EP1378630A1 EP 1378630 A1 EP1378630 A1 EP 1378630A1 EP 02014534 A EP02014534 A EP 02014534A EP 02014534 A EP02014534 A EP 02014534A EP 1378630 A1 EP1378630 A1 EP 1378630A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
rotor
protective shields
steam turbine
inner housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02014534A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Reigl
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.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Alstom Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG, Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Technology AG
Priority to EP02014534A priority Critical patent/EP1378630A1/en
Priority to AU2003240366A priority patent/AU2003240366A1/en
Priority to DE10392802T priority patent/DE10392802B4/en
Priority to PCT/CH2003/000426 priority patent/WO2004003346A1/en
Priority to JP2004516410A priority patent/JP4525976B2/en
Publication of EP1378630A1 publication Critical patent/EP1378630A1/en
Priority to US11/017,758 priority patent/US7488153B2/en
Priority to JP2010066218A priority patent/JP5008735B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F01D5/084—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades the fluid circulating at the periphery of a multistage rotor, e.g. of drum type

Definitions

  • the present invention relates to the field of steam turbines. It affects a steam turbine according to the preamble of claim 1.
  • Steam turbine rotors and inner housings are particularly important when starting up large in the area of inflow by the hot steam flowing past subjected to thermal stresses that affect the life of the components and limit the start-up time.
  • US-A-5,149,247 describes a combined high-pressure, medium-pressure steam turbine the stator is divided into an external and internal stator by a Space are separated. For cooling, cooling steam is made from the last one Stage of the high pressure part removed and introduced into the space.
  • a a similar solution is also disclosed in US-A-6,341,937. Both solutions do not prevent the inner stator from the live steam to the full extent is exposed.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is, at least in the steam channel, parallel and close to the surface of the rotor and / or parallel and close to the inner surface of the Arrange inner housing plate-shaped protective shields, which the underlying Surface of the rotor or inner housing before direct impact protect the hot steam flowing through the steam duct.
  • a first preferred embodiment is characterized in that the protective shields as passive protective shields directly on the surface to be protected
  • the rotor or the inner housing or from the surface to be protected are separated only by a gap. They are not actively cooled, but rather act because the hot steam of the steam channel is no longer high Speed flows past and are therefore "passive" protective shields called or plates.
  • the high speed comes from the rotor rotation and the steam flow existing relative to the inner housing occurs and causes that the heat transfer from the hot steam to the component surface increases becomes.
  • the fact that because of the protective shields is still hot Steam temperature works, but no relative speed between steam and Heat transfer is significantly reduced.
  • the protective shields can (on the rotor side) as part of the on the rotor fixed blades be formed.
  • a second preferred embodiment of the invention is characterized in that that the shields are spaced apart, forming a wider space arranged to the surface of the rotor or the inner housing to be protected are, and that the steam turbine is designed such that cooling steam flows through the space.
  • First protective shields are preferred in the in Flow direction arranged front stages of the steam channel, and is the cooling steam in one of the more downstream stages from the Steam channel removed and through the gap against the Directed flow direction.
  • So heated steam is used, which is only removed from the steam channel if he has already covered a pressure drop. This is the steam colder than the steam in the inflow.
  • This cooler steam is now redirected, and in the gaps along the rotor surface or the housing surface to the first stages that are charged with the hottest steam are directed. So that the cooling or cooling steam flow in this direction can, it is directed to a location with a lower pressure level. This place can, for example, a sealing chamber in a piston or housing shaft seal or, in the case of double-flow machines, a rear step in the second Flood. This point can also be the machine's exhaust steam. So no hot steam flows into the cooling gaps, it is necessary to the cooling gap to seal the hot steam under higher pressure. Pressure-tight protective shields or plates are used for this.
  • a seal in particular in the form of a piston or housing shaft seal, are preferred are in the area of the seal second protective shields to form a wider space at a distance the surface of the rotor or the inner housing to be protected, and becomes the one flowing through the space behind the first protective shields then cooling steam through the gaps behind the second protective shields.
  • first and second protective shields to protect the surface of the rotor are provided behind the first and second protective shields common space passing through the area of the inflow educated.
  • first and second protective shields to protect the surface of the inner case are provided behind the first and second protective shields Interspaces formed, preferably by one around the area of Inflow around channel, or bore around, in Inner housing, are interconnected.
  • Fig. 1 is a first preferred embodiment of the in a longitudinal section Invention with actively steam-cooled protective shields for protecting the rotor reproduced.
  • Fig. 1 shows an arrangement for a steam turbine 10 with a single-flow inner housing 11. Hot steam flows through the inflow 15 the steam channel 14, which is between the inner housing 11 and that about an axis 13 rotatable rotor 12 of the steam turbine 10 is formed, and in which there are several successively connected stages, the guide vanes 16 and blades 17 are located. The pressure and the temperature of the steam decrease from level to level down.
  • steam comes after the second stage taken (see the arrows) and as cooling steam in one under protective shields 18 and 19 intermediate space 21 on the surface of the rotor 12 along to the rear third of a piston seal 22 which between the rotor 12 and the inner housing 11 on the opposite of the steam channel 14 Side of the inflow.
  • the cooling steam mixes with the over the first two thirds the piston seal 22 expanded steam from the inflow 15.
  • One third of the piston seal 22 has passive protective shields 20 attached to the rotor 12, which does not have the mentioned mixed steam with the high temperature of Keep the rotor away, for example via gaps in the protective shield 20 to the rotor surface can penetrate, but prevent that this mixed steam a high relative speed to the rotor surface and thus a high heat input caused in the rotor.
  • a steam turbine 10 in is shown in FIG. 2 in a representation comparable to FIG. 1 shown an arrangement in which steam from the third stage of the steam duct 14 is used (see the arrows) to close the inner housing 11 cool.
  • the cooling steam is passed through a space 27, that between the inner surface of the inner casing 11 and above in one Protective shields 23 arranged at a distance in the steam channel or protective shields 24 is formed in the seal or piston seal 22.
  • About the cooling steam to bring past the inflow 15 into the piston seal 22 is here in the inner housing 11 attached a channel or bore 26.
  • the cooling one Steam is through the protective shields 23 in the steam channel 14 and 24 in the Piston seal 22 separated from the hot steam.
  • the last third of the Piston seal 22 is the cooling or cooling steam with the sealing steam that comes from the inflow 15 via the seal 22, mixed. it then the inner housing 11 with a inside the seal 22 passive protective shield 25 provided.
  • FIG. 7 A steam turbine 10 in is shown in FIG. 7 in a representation comparable to FIG shown an arrangement in which between the inner housing 11 and External housings 40 through seals 42, 43 an additional intermediate space 41 is created.
  • two channels 26a and here are in the inner housing 26b attached.
  • the cooling steam flows from the space 27 at Steam channel through the channel 26a into the space 41 and from there through the Channel 26b in the piston seal 22.
  • FIG. 3 shows preferred exemplary embodiments for passive protective shields or plates 20a, 20b and 20c shown in the piston or shaft seal 22.
  • the Protective shields 20a, 20b, 20c are in this example with hammer-head-like feet attached in the rotor 12.
  • a narrow gap 29 with the width a may and should even between the protective shields 20a, 20b, 20c and the rotor surface the heat transfer from the protective shields 20a, 20b, 20c to the Reduce rotor 12.
  • Sealing strips are on the protective shields 20a, 20b, 20c 30 attached, which together with the sealing strips 31 on the inner housing 11 den Throttle steam.
  • Fig. 4 shows "active" protective shields or plates 19a, 19b, ie protective shields that the steam flow in the seal 22 against the cooling steam flow in the space Separate 21 between protective shields 19a, 19b and rotor 12 in a pressure-tight manner.
  • This Protective shields 19a, 19b are located in a piston or shaft seal 22 are also fastened in this example with hammer-head-like feet 28 in the rotor 12. They each have axial bores 32 so that the cooling steam can reach the feet of the Protective shields 19a, 19b can pass unhindered. Again, they are alternating Sealing strips 30, 31 between the protective shields 19a, 19b and the inner housing 11 provided, between which the hot steam flows.
  • the protective shields 33 overlap at the edges to achieve increased tightness.
  • FIG. 6 finally shows active protective shields or plates 18 in the steam duct 14, under which there are in turn spaces 21 in which the cooling steam flows (see arrows shown).
  • the protective shields 18 are also here hammer head-like feet 28 attached to the rotor 12. To from a space 21 to get to the next, holes 36 in the protective shields 18th and bores 37 in the feet of the blades 17. Between Guide vanes 16 and the protective shields 18 are sealing strips 35 in order to seal the pressure drop at the stator. Between the inner housing 11 and the Rotor blades 17 are also provided with sealing strips 34.

Landscapes

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

Abstract

Between a rotor (12) and an inner casing (IC) (11) there is a steam channel (SC) (14) containing a multistage structure of turbine vanes (16) fastened on the IC and of turbine vanes (17) fastened on the rotor. Tension from hot steam out of an incoming stream (15) is released under a working output. Plate-shaped protective shields (18-20) in the SC are parallel and near to the rotor surface.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Dampfturbinen. Sie betrifft eine Dampfturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to the field of steam turbines. It affects a steam turbine according to the preamble of claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Dampfturbinen-Rotoren und -Innengehäuse werden beim Anfahren insbesondere im Bereich der Einströmung durch den vorbeiströmenden heißeren Dampf großen thermischen Spannungen unterworfen, welche die Lebensdauer der Bauteile und die Anfahrzeit begrenzen. Steam turbine rotors and inner housings are particularly important when starting up large in the area of inflow by the hot steam flowing past subjected to thermal stresses that affect the life of the components and limit the start-up time.

Es sind daher in der Vergangenheit bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, wie die Rotoren und Innengehäuse von Dampfturbinen in den kritischen Bereichen ohne zusätzliche externe Einrichtungen gekühlt werden können.Various proposals have therefore already been made in the past been like the rotors and inner casings of steam turbines in the critical Areas can be cooled without additional external facilities.

In der US-A-4,551,063 wird eine Mitteldruck-Dampfturbine offenbart, in der kühlender Dampf am Ausgang der Hochdruckturbine vor der Zwischenüberhitzung entnommen und aus einem ausserhalb des Dampfkanals liegenden Ringraum über axiale Bohrungen im Rotor in die ersten beiden Stufen der Turbine geführt und dort von den Schaufelfüssen her in den Dampfkanal eingespiesen wird. Eine solche Lösung ist nur bei Hochdruckturbinen, aber nicht bei Mittedruckturbinen anwendbar.In US-A-4,551,063 a medium pressure steam turbine is disclosed, in the cooling Steam at the outlet of the high pressure turbine before reheating removed and from an annular space located outside the steam duct led into the first two stages of the turbine via axial bores in the rotor and is fed into the steam channel from the blade feet. A such a solution is only for high-pressure turbines, but not for medium-pressure turbines applicable.

In der US-A-5,149,247 wird bei einer kombinierten Hochdruck-Mitteldruck-Dampfturbine der Stator in einen externen und internen Stator unterteilt, die durch einen Zwischenraum getrennt sind. Zur Kühlung wird kühlender Dampf aus der letzten Stufe des Hochdruckteils entnommen und in den Zwischenraum eingeleitet. Eine ähnliche Lösung ist auch in der US-A-6,341,937 offenbart. Beide Lösungen verhindern nicht, dass der innere Stator dem Frischdampf in vollem Umfang ausgesetzt ist.US-A-5,149,247 describes a combined high-pressure, medium-pressure steam turbine the stator is divided into an external and internal stator by a Space are separated. For cooling, cooling steam is made from the last one Stage of the high pressure part removed and introduced into the space. A a similar solution is also disclosed in US-A-6,341,937. Both solutions do not prevent the inner stator from the live steam to the full extent is exposed.

In der US-A-6,010,302 schliesslich ist der Rotor mit einer zentralen Bohrung versehen, durch welche kühlender Dampf geführt wird, der am Ausgang der Hochdruckstufe entnommen worden ist. Eine Kühlung des Innengehäuses ist bei dieser Lösung nicht vorgesehen und möglich.Finally, in US-A-6,010,302 the rotor is provided with a central bore, through which cooling steam is led, at the outlet of the high pressure stage has been removed. A cooling of the inner housing is with this Solution not provided and possible.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine zu schaffen, die mit vergleichsweise einfachen Mitteln auf flexible Weise eine interne Kühlung des Rotors und/oder des Innengehäuses ermöglicht und so die Anfahrzeit und Lebensdauer von Rotor und Innengehäuse verbessert. It is therefore an object of the invention to provide a steam turbine that comparatively Internal cooling of the rotor in a simple and flexible manner and / or the inner housing and thus the start-up time and service life improved of rotor and inner housing.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, zumindest im Dampfkanal parallel und nahe zur Oberfläche des Rotors und/oder parallel und nahe zur inneren Oberfläche des Innengehäuses plattenförmige Schutzschilde anzuordnen, welche die darunterliegende Oberfläche des Rotors bzw. Innengehäuses vor der direkten Einwirkung des durch den Dampfkanal strömenden heissen Dampfes schützen.The object is achieved by the entirety of the features of claim 1. The essence of the invention is, at least in the steam channel, parallel and close to the surface of the rotor and / or parallel and close to the inner surface of the Arrange inner housing plate-shaped protective shields, which the underlying Surface of the rotor or inner housing before direct impact protect the hot steam flowing through the steam duct.

Eine erste bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schutzschilde als passive Schutzschilde direkt auf der zu schützenden Oberfläche des Rotors oder des Innengehäuses aufliegen oder von der zu schützenden Oberfläche nur durch einen Spalt getrennt sind. Sie werden nicht aktiv gekühlt, sondern wirken dadurch, dass der heiße Dampf des Dampfkanals nicht mehr mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmt und werden deshalb hier "passive" Schutzschilde oder -platten genannt. Die hohe Geschwindigkeit kommt durch die Rotorrotation und die relativ zum Innengehäuse vorhandene Dampfströmung zustande und bewirkt, dass der Wärmeübergang vom heißen Dampf auf die Bauteiloberfläche vergrößert wird. Dadurch, dass wegen der Schutzschilde zwar noch die heiße Dampftemperatur wirkt, aber keine Relativgeschwindigkeit zwischen Dampf und Bauteiloberfläche mehr vorhanden ist, wird der Wärmeübergang erheblich reduziert. Die Schutzschilde können dabei (auf der Rotorseite) als Teil der am Rotor befestigten Laufschaufeln ausgebildet sein.A first preferred embodiment is characterized in that the protective shields as passive protective shields directly on the surface to be protected The rotor or the inner housing or from the surface to be protected are separated only by a gap. They are not actively cooled, but rather act because the hot steam of the steam channel is no longer high Speed flows past and are therefore "passive" protective shields called or plates. The high speed comes from the rotor rotation and the steam flow existing relative to the inner housing occurs and causes that the heat transfer from the hot steam to the component surface increases becomes. The fact that because of the protective shields is still hot Steam temperature works, but no relative speed between steam and Heat transfer is significantly reduced. The protective shields can (on the rotor side) as part of the on the rotor fixed blades be formed.

Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschilde unter Bildung eines breiteren Zwischenraums mit Abstand zu der zu schützenden Oberfläche des Rotors oder des Innengehäuses angeordnet sind, und dass die Dampfturbine derart ausgelegt ist, dass kühlender Dampf durch den Zwischenraum strömt. Bevorzugt sind erste Schutzschilde in den in Strömungsrichtung vorderen Stufen des Dampfkanals angeordnet, und wird der kühlende Dampf in einer der weiter stromabwärts liegenden Stufen aus dem Dampfkanal entnommen und durch den Zwischenraum entgegen der Strömungsrichtung zurückgeleitet. A second preferred embodiment of the invention is characterized in that that the shields are spaced apart, forming a wider space arranged to the surface of the rotor or the inner housing to be protected are, and that the steam turbine is designed such that cooling steam flows through the space. First protective shields are preferred in the in Flow direction arranged front stages of the steam channel, and is the cooling steam in one of the more downstream stages from the Steam channel removed and through the gap against the Directed flow direction.

Es wird also erhitzter Dampf verwendet, der dem Dampfkanal erst entnommen wird, wenn er bereits ein Druckgefälle zurückgelegt hat. Dadurch ist der Dampf kälter als der Dampf in der Einströmung. Dieser kühlere Dampf wird nun umgelenkt, und in den Zwischenräumen entlang der Rotoroberfläche oder der Gehäuseoberfläche zu den ersten Stufen, die mit dem heißesten Dampf beaufschlagt werden, geleitet. Damit der kühlende oder Kühldampf in diese Richtung strömen kann, wird er zu einer Stelle mit niedrigerem Druckniveau geleitet. Diese Stelle kann beispielsweise eine Dichtkammer in einer Kolben- oder Gehäusewellendichtung sein oder, bei zweiflutigen Maschinen, eine hintere Stufe in der zweiten Flut. Diese Stelle kann aber auch der Abdampf der Maschine sein. Damit kein heißer Dampf in die Kühlzwischenräume strömt, ist es erforderlich, den Kühlzwischenraum zum unter höherem Druck stehenden heißen Dampf abzudichten. Dazu werden druckdichte Schutzschilde bzw. -platten verwendet.So heated steam is used, which is only removed from the steam channel if he has already covered a pressure drop. This is the steam colder than the steam in the inflow. This cooler steam is now redirected, and in the gaps along the rotor surface or the housing surface to the first stages that are charged with the hottest steam are directed. So that the cooling or cooling steam flow in this direction can, it is directed to a location with a lower pressure level. This place can, for example, a sealing chamber in a piston or housing shaft seal or, in the case of double-flow machines, a rear step in the second Flood. This point can also be the machine's exhaust steam. So no hot steam flows into the cooling gaps, it is necessary to the cooling gap to seal the hot steam under higher pressure. Pressure-tight protective shields or plates are used for this.

Wenn insbesondere die Dampfturbine einflutig ausgebildet ist und im Bereich der Einströmung auf der dem Dampfkanal entgegengesetzten Seite zwischen Rotor und Innengehäuse eine Dichtung, insbesondere in Form einer Kolben- oder Gehäusewellendichtung, vorgesehen ist, sind bevorzugt im Bereich der Dichtung zweite Schutzschilde unter Bildung eines breiteren Zwischenraums mit Abstand zu der zu schützenden Oberfläche des Rotors oder des Innengehäuses angeordnet, und wird der durch den Zwischenraum hinter den ersten Schutzschilden strömende kühlende Dampf anschliessend durch die Zwischenräume hinter den zweiten Schutzschilden geleitet.If, in particular, the steam turbine is single-flow and in the area of Inflow on the side opposite the steam channel between the rotor and inner housing a seal, in particular in the form of a piston or housing shaft seal, are preferred are in the area of the seal second protective shields to form a wider space at a distance the surface of the rotor or the inner housing to be protected, and becomes the one flowing through the space behind the first protective shields then cooling steam through the gaps behind the second protective shields.

Wenn dabei die ersten und zweiten Schutzschilde zum Schütze der Oberfläche des Rotors vorgesehen sind, ist hinter den ersten und zweiten Schutzschilden ein durch den Bereich der Einströmung hindurchgehender gemeinsamer Zwischenraum ausgebildet.If the first and second protective shields to protect the surface of the rotor are provided behind the first and second protective shields common space passing through the area of the inflow educated.

Wenn die ersten und zweiten Schutzschilde zum Schütze der Oberfläche des Innengehäuses vorgesehen sind, sind hinter den ersten und zweiten Schutzschilden Zwischenräume ausgebildet, die, vorzugsweise durch eine um den Bereich der Einströmung herumgeführten Kanal, oder herumgeführte Bohrung, im Innengehäuse, miteinander verbunden sind.When the first and second protective shields to protect the surface of the inner case are provided behind the first and second protective shields Interspaces formed, preferably by one around the area of Inflow around channel, or bore around, in Inner housing, are interconnected.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further embodiments result from the dependent claims.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGURENBRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1
in einem Längsschnitt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aktiv dampfgekühlten Schutzschilden zum Schutz des Rotors;
Fig. 2
in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aktiv dampfgekühlten Schutzschilden zum Schutz des Innengehäuses;
Fig. 3
in einem vergrösserten Ausschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für "passive", nicht dampfgekühlte Schutzschilde, welche mittels hammerkopfartigen Füssen im Bereich der Dichtung am Rotor montiert sind;
Fig. 4
in einem vergrösserten Ausschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für aktiv dampfgekühlte Schutzschilde, welche mittels hammerkopfartigen Füssen im Bereich der Dichtung am Rotor montiert sind;
Fig. 5
in einem vergrösserten Ausschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für "passive", nicht dampfgekühlte Schutzschilde, welche als Teile der Laufschaufeln ausgebildet sind; und
Fig. 6
in einem vergrösserten Ausschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für aktiv dampfgekühlte Schutzschilde, welche zwischen den Laufschaufeln mittels hammerkopfartigen Füssen am Rotor montiert sind.
Fig. 7
in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aktiv dampfgekühlten Schutzschilden zum Schutz des Innengehäuses;
The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in connection with the drawing. Show it
Fig. 1
in a longitudinal section a first preferred embodiment of the invention with actively steam-cooled protective shields for protecting the rotor;
Fig. 2
in a representation comparable to FIG. 1, a second preferred exemplary embodiment of the invention with actively steam-cooled protective shields for protecting the inner housing;
Fig. 3
an enlarged section of a preferred embodiment for "passive", not steam-cooled protective shields, which are mounted on the rotor by means of hammer-head-like feet in the area of the seal;
Fig. 4
an enlarged section of a preferred embodiment for actively steam-cooled protective shields which are mounted on the rotor by means of hammer-head-like feet in the area of the seal;
Fig. 5
an enlarged section of a preferred embodiment for "passive", not steam-cooled protective shields, which are designed as parts of the blades; and
Fig. 6
In an enlarged detail, a preferred embodiment for actively steam-cooled protective shields, which are mounted on the rotor between the rotor blades by means of hammer-head-like feet.
Fig. 7
in a representation comparable to FIG. 1, a third preferred exemplary embodiment of the invention with actively steam-cooled protective shields for protecting the inner housing;

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aktiv dampfgekühlten Schutzschilden zum Schutz des Rotors wiedergegeben. Fig. 1 zeigt eine Anordnung für eine Dampfturbine 10 mit einem einflutigen Innengehäuse 11. Heißer Dampf strömt von der Einströmung 15 durch den Dampfkanal 14, der zwischen dem Innengehäuse 11 und dem um eine Achse 13 drehbaren Rotor 12 der Dampfturbine 10 gebildet wird, und in dem sich in mehreren hintereinander geschalteten Stufen die Leitschaufeln 16 und Laufschaufeln 17 befinden. Der Druck und die Temperatur des Dampfes nehmen dabei von Stufe zu Stufe ab. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird nach der zweiten Stufe Dampf entnommen (siehe die eingezeichneten Pfeile) und als kühlender Dampf in einem unter Schutzschilden 18 und 19 liegenden Zwischenraum 21 an der Oberfläche des Rotors 12 entlang bis ins hintere Drittel einer Kolbendichtung 22 geleitet, die sich zwischen Rotor 12 und Innengehäuse 11 auf der dem Dampfkanal 14 entgegengesetzten Seite der Einströmung befindet. Nach dem Verlassen des Zwischenraumes 21 mischt sich der kühlende Dampf mit dem über die ersten zwei Drittel der Kolbendichtung 22 entspannten Dampf aus der Einströmung 15. Im letzten Drittel der Kolbendichtung 22 sind passive Schutzschilde 20 am Rotor 12 angebracht, die zwar nicht den genannten Mischdampf mit der hohen Temperatur vom Rotor fernhalten, der beispielsweise über Spalten im Schutzschild 20 bis zur Rotoroberfläche vordringen kann, die aber verhindern, dass dieser Mischdampf eine hohe Relativgeschwindigkeit zur Rotoroberfläche und damit einen hohen Wärmeeintrag in den Rotor verursacht.In Fig. 1 is a first preferred embodiment of the in a longitudinal section Invention with actively steam-cooled protective shields for protecting the rotor reproduced. Fig. 1 shows an arrangement for a steam turbine 10 with a single-flow inner housing 11. Hot steam flows through the inflow 15 the steam channel 14, which is between the inner housing 11 and that about an axis 13 rotatable rotor 12 of the steam turbine 10 is formed, and in which there are several successively connected stages, the guide vanes 16 and blades 17 are located. The pressure and the temperature of the steam decrease from level to level down. In the exemplary embodiment shown, steam comes after the second stage taken (see the arrows) and as cooling steam in one under protective shields 18 and 19 intermediate space 21 on the surface of the rotor 12 along to the rear third of a piston seal 22 which between the rotor 12 and the inner housing 11 on the opposite of the steam channel 14 Side of the inflow. After leaving the space 21 the cooling steam mixes with the over the first two thirds the piston seal 22 expanded steam from the inflow 15. In the last One third of the piston seal 22 has passive protective shields 20 attached to the rotor 12, which does not have the mentioned mixed steam with the high temperature of Keep the rotor away, for example via gaps in the protective shield 20 to the rotor surface can penetrate, but prevent that this mixed steam a high relative speed to the rotor surface and thus a high heat input caused in the rotor.

In Fig. 2 ist in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung eine Dampfturbine 10 in einer Anordnung dargestellt, bei der Dampf aus der dritten Stufe des Dampfkanals 14 verwendet wird (siehe die eingezeichneten Pfeile), um das Innengehäuse 11 zu kühlen. Dabei wird der kühlende Dampf durch einen Zwischenraum 27 geleitet, der zwischen der inneren Oberfläche des Innengehäuses 11 und darüber in einem Abstand angeordneten Schutzschilden 23 im Dampfkanal bzw. Schutzschilden 24 in der Dichtung bzw. Kolbendichtung 22 gebildet wird. Um den kühlenden Dampf an der Einströmung 15 vorbei in die Kolbendichtung 22 zu bringen, ist hier im Innengehäuse 11 einen Kanal oder eine Bohrung 26 angebracht. Der kühlende Dampf ist durch die Schutzschilde 23 im Dampfkanal 14 und 24 in der Kolbendichtung 22 vom heißen Dampf getrennt. Im letzten Drittel der Kolbendichtung 22 wird der kühlende oder Kühldampf mit dem Dichtdampf, der von der Einströmung 15 über die Dichtung 22 kommt, gemischt. Daran anschließend ist innerhalb der Dichtung 22 das Innengehäuse 11 mit einem passiven Schutzschild 25 versehen.A steam turbine 10 in is shown in FIG. 2 in a representation comparable to FIG. 1 shown an arrangement in which steam from the third stage of the steam duct 14 is used (see the arrows) to close the inner housing 11 cool. The cooling steam is passed through a space 27, that between the inner surface of the inner casing 11 and above in one Protective shields 23 arranged at a distance in the steam channel or protective shields 24 is formed in the seal or piston seal 22. About the cooling steam to bring past the inflow 15 into the piston seal 22 is here in the inner housing 11 attached a channel or bore 26. The cooling one Steam is through the protective shields 23 in the steam channel 14 and 24 in the Piston seal 22 separated from the hot steam. In the last third of the Piston seal 22 is the cooling or cooling steam with the sealing steam that comes from the inflow 15 via the seal 22, mixed. it then the inner housing 11 with a inside the seal 22 passive protective shield 25 provided.

In Fig.7 ist in einer zu Fig.2 vergleichbaren Darstellung eine Dampfturbine 10 in einer Anordnung dargestellt, bei der zwischen Innengehäuse 11 und Aussengehäue 40 durch Abdichtungen 42, 43 ein zusätzlicher Zwischenraum 41 geschaffen wird. Um den kühlenden Dampf an der Einströmung 15 vorbei in die Kolbendichtung 22 zu bringen, sind hier im Innengehäuse zwei Kanäle 26a und 26b angebracht. Der kühlende Dampf strömt aus dem Zwischenraum 27 beim Dampfkanal durch den Kanal 26a in den Zwischenraum 41 und von dort durch den Kanal 26b in die Kolbendichtung 22. A steam turbine 10 in is shown in FIG. 7 in a representation comparable to FIG shown an arrangement in which between the inner housing 11 and External housings 40 through seals 42, 43 an additional intermediate space 41 is created. To the cooling steam past the inflow 15 in the Bring piston seal 22, two channels 26a and here are in the inner housing 26b attached. The cooling steam flows from the space 27 at Steam channel through the channel 26a into the space 41 and from there through the Channel 26b in the piston seal 22.

In Fig. 3 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele für passive Schutzschilde bzw. -platten 20a, 20b und 20c in der Kolben- oder Wellendichtung 22 dargestellt. Die Schutzschilde 20a, 20b, 20c sind in diesem Beispiel mit hammerkopfartigen Füssen im Rotor 12 befestigt. Ein schmaler Spalt 29 mit der Breite a darf und soll sogar zwischen den Schutzschilden 20a, 20b, 20c und der Rotoroberfläche vorhanden sein, um den Wärmeübergang von den Schutzschilden 20a, 20b, 20c auf den Rotor 12 zu verkleinern. Auf den Schutzschilden 20a, 20b, 20c sind Dichtstreifen 30 angebracht, die zusammen mit den Dichtstreifen 31 am Innengehäuse 11 den Dampf drosseln.3 shows preferred exemplary embodiments for passive protective shields or plates 20a, 20b and 20c shown in the piston or shaft seal 22. The Protective shields 20a, 20b, 20c are in this example with hammer-head-like feet attached in the rotor 12. A narrow gap 29 with the width a may and should even between the protective shields 20a, 20b, 20c and the rotor surface the heat transfer from the protective shields 20a, 20b, 20c to the Reduce rotor 12. Sealing strips are on the protective shields 20a, 20b, 20c 30 attached, which together with the sealing strips 31 on the inner housing 11 den Throttle steam.

Fig. 4 zeigt "aktive" Schutzschilde bzw. -platten 19a, 19b, also Schutzschilde, die den Dampfstrom in der Dichtung 22 gegen den Kühldampfstrom im Zwischenraum 21 zwischen Schutzschilden 19a, 19b und Rotor 12 druckfest trennen. Diese Schutzschilde 19a, 19b befinden sich in einer Kolben- oder Wellendichtung 22. Sie sind auch in diesem Beispiel mit hammerkopfartigen Füßen 28 im Rotor 12 befestigt. Sie haben jeweils axiale Bohrungen 32, damit der Kühldampf die Füße der Schutzschilde 19a, 19b ungehindert passieren kann. Auch hier sind wieder alternierend Dichtstreifen 30, 31 zwischen den Schutzschilden 19a, 19b und dem Innengehäuse 11 vorgesehen, zwischen denen der heiße Dampf strömt.Fig. 4 shows "active" protective shields or plates 19a, 19b, ie protective shields that the steam flow in the seal 22 against the cooling steam flow in the space Separate 21 between protective shields 19a, 19b and rotor 12 in a pressure-tight manner. This Protective shields 19a, 19b are located in a piston or shaft seal 22 are also fastened in this example with hammer-head-like feet 28 in the rotor 12. They each have axial bores 32 so that the cooling steam can reach the feet of the Protective shields 19a, 19b can pass unhindered. Again, they are alternating Sealing strips 30, 31 between the protective shields 19a, 19b and the inner housing 11 provided, between which the hot steam flows.

Fig. 5 zeigt Schutzschilde 33 im Dampfkanal 14, die Teil der Laufschaufeln 17 sind und wahlweise aktive oder passive Schutzschilde sein können. Die Schutzschilde 33 überlappen an den Rändern, um eine erhöhte Dichtigkeit zu erreichen. Auf den Schutzschilden befinden sich Dichtstreifen 35, die den Dampf vor und nach der Leitschaufel 16 trennen. Weitere Dichtstreifen 34 sind zwischen Laufschaufeln 17 und dem Innengehäuse 11 angeordnet.5 shows protective shields 33 in the steam channel 14, which are part of the rotor blades 17 and can be either active or passive protective shields. The protective shields 33 overlap at the edges to achieve increased tightness. On the Shields are sealing strips 35, the steam before and after Separate vane 16. Additional sealing strips 34 are located between blades 17 and the inner housing 11.

Fig. 6 schliesslich zeigt aktive Schutzschilde bzw. -platten 18 im Dampfkanal 14, unter denen sich wiederum Zwischenräume 21 befinden, in dem der Kühldampf strömt (siehe eingezeichnete Pfeile). Die Schutzschilde 18 sind auch hier mit hammerkopfartigen Füssen 28 am Rotor 12 befestigt. Um von einem Zwischenraum 21 zum nächsten zu gelangen, sind Bohrungen 36 in den Schutzschilden 18 und Bohrungen 37 in den Füßen der Laufschaufeln 17 angebracht. Zwischen den Leitschaufeln 16 und den Schutzschilden 18 befinden sich Dichtstreifen 35, um den Druckabfall am Leitrad abzudichten. Zwischen dem Innengehäuse 11 und den Laufschaufeln 17 sind ebenfalls Dichtstreifen 34 vorgesehen.6 finally shows active protective shields or plates 18 in the steam duct 14, under which there are in turn spaces 21 in which the cooling steam flows (see arrows shown). The protective shields 18 are also here hammer head-like feet 28 attached to the rotor 12. To from a space 21 to get to the next, holes 36 in the protective shields 18th and bores 37 in the feet of the blades 17. Between Guide vanes 16 and the protective shields 18 are sealing strips 35 in order to seal the pressure drop at the stator. Between the inner housing 11 and the Rotor blades 17 are also provided with sealing strips 34.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Dampfturbinesteam turbine
1111
Innengehäuseinner housing
1212
Rotorrotor
1313
Achse (Turbine)Axis (turbine)
1414
Dampfkanalvapor channel
1515
Einströmunginflow
1616
Leitschaufelvane
1717
Laufschaufelblade
1818
Schutzschild (aktiv)Protective shield (active)
1919
Schutzschild (aktiv)Protective shield (active)
2020
Schutzschild (passiv)Protective shield (passive)
2121
Zwischenraumgap
2222
Dichtung (Kolbendichtung)Seal (piston seal)
2323
Schutzschild (aktiv)Protective shield (active)
2424
Schutzschild (aktiv)Protective shield (active)
2525
Schutzschild (passiv)Protective shield (passive)
26,26a,26b26,26a, 26b
Bohrung, KanalBore, channel
2727
erster Zwischenraumfirst space
2828
Fuss (hammerkopfartig)Foot (hammer head)
2929
Spaltgap
30,3130.31
Dichtstreifensealing strips
3232
Bohrungdrilling
3333
Schutzschildshield
34,3534.35
Dichtstreifen sealing strips
36,3736.37
Bohrungdrilling
4040
Aussengehäuse der DampfturbineOuter casing of the steam turbine
4141
Zweiter ZwischenraumSecond space
4242
Abdichtungseal
4343
Abdichtungseal

Claims (12)

Dampfturbine (10) mit einem Innengehäuse (11), in welchem ein um eine Achse (13) drehbarer Rotor (12) angeordnet ist, wobei zwischen dem Rotor (12) und dem Innengehäuse (11) ein Dampfkanal (14) gebildet wird, in welchem eine mehrstufige Anordnung von am Innengehäuse (12) befestigten Leitschaufeln (16) und am Rotor (12) befestigten Laufschaufeln (17) vorgesehen ist, in welcher ein aus einer Einströmung (15) kommender heisser Dampf unter Arbeitsleistung entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Dampfkanal (14) parallel und nahe zur Oberfläche des Rotors (12) und/oder parallel und nahe zur inneren Oberfläche des Innengehäuses (11) plattenförmige Schutzschilde (18, 19, 19a, 19b, 20, 20a, 20b, 20c; 23, 24, 25; 33) angeordnet sind, welche die darunterliegende Oberfläche des Rotors (12) bzw. Innengehäuses (11) vor der direkten Einwirkung des durch den Dampfkanal (14) strömenden heissen Dampfes schützen.Steam turbine (10) with an inner housing (11), in which a rotor (12) rotatable about an axis (13) is arranged, a steam channel (14) being formed between the rotor (12) and the inner housing (11), in which provides a multi-stage arrangement of guide vanes (16) fastened to the inner casing (12) and rotor blades (17) fastened to the rotor (12), in which a hot steam coming from an inflow (15) is expanded under work, characterized in that At least in the steam channel (14) parallel and close to the surface of the rotor (12) and / or parallel and close to the inner surface of the inner housing (11) plate-shaped protective shields (18, 19, 19a, 19b, 20, 20a, 20b, 20c; 23 , 24, 25; 33) are arranged which protect the underlying surface of the rotor (12) or inner housing (11) from the direct action of the hot steam flowing through the steam channel (14). Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschilde (20, 20a, 20b, 20c; 25; 33) als passive Schutzschilde direkt auf der zu schützenden Oberfläche des Rotors (12) oder des Innengehäuses (11) aufliegen oder von der zu schützenden Oberfläche nur durch einen Spalt (29) getrennt sind.Steam turbine according to claim 1, characterized in that the protective shields (20, 20a, 20b, 20c; 25; 33) rest as passive protective shields directly on the surface of the rotor (12) or the inner housing (11) to be protected or by the one to be protected Surface are separated only by a gap (29). Dampfturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschilde (33) als Teil der am Rotor (12) befestigten Laufschaufeln (17) ausgebildet sind.Steam turbine according to Claim 2, characterized in that the protective shields (33) are designed as part of the rotor blades (17) attached to the rotor (12). Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschilde (18, 19, 19a, 19b; 23, 24) unter Bildung eines breiteren Zwischenraums (21, 27) mit Abstand zu der zu schützenden Oberfläche des Rotors (12) oder des Innengehäuses (11) angeordnet sind, und dass die Dampfturbine (10) derart ausgelegt ist, dass kühlender Dampf durch den Zwischenraum (21, 27) strömt. Steam turbine according to claim 1, characterized in that the protective shields (18, 19, 19a, 19b; 23, 24) forming a wider space (21, 27) at a distance from the surface of the rotor (12) to be protected or the inner housing ( 11) are arranged, and that the steam turbine (10) is designed such that cooling steam flows through the intermediate space (21, 27). Dampfturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass erste Schutzschilde (18, 23) in den in Strömungsrichtung vorderen Stufen des Dampfkanals (14) angeordnet sind, und dass der kühlende Dampf in einer der weiter stromabwärts liegenden Stufen aus dem Dampfkanal (14) entnommen und durch den Zwischenraum (21, 27) entgegen der Strömungsrichtung zurückgeleitet wird.Steam turbine according to claim 4, characterized in that first protective shields (18, 23) are arranged in the front stages of the steam duct (14) in the direction of flow, and that the cooling steam is removed from the steam duct (14) in one of the further downstream stages is returned through the intermediate space (21, 27) against the flow direction. Dampfturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine (10) einflutig ausgebildet ist, dass im Bereich der Einströmung (15) auf der dem Dampfkanal (14) entgegengesetzten Seite zwischen Rotor (12) und Innengehäuse (11) eine Dichtung (22), insbesondere in Form einer Kolben- oder Gehäusewellendichtung, vorgesehen ist, dass im Bereich der Dichtung (22) zweite Schutzschilde (19, 24) unter Bildung eines breiteren Zwischenraums (21, 27) mit Abstand zu der zu schützenden Oberfläche des Rotors (12) oder des Innengehäuses (11) angeordnet sind, und dass der durch den Zwischenraum (21, 27) hinter den ersten Schutzschilden (18, 23) strömende kühlende Dampf anschliessend durch die Zwischenräume (21, 27) hinter den zweiten Schutzschilden (19, 24) geleitet wird.Steam turbine according to Claim 5, characterized in that the steam turbine (10) is of single-flow design, that in the area of the inflow (15) on the side opposite the steam channel (14) between the rotor (12) and inner housing (11) a seal (22) , in particular in the form of a piston or housing shaft seal, it is provided that in the region of the seal (22) second protective shields (19, 24) with the formation of a wider space (21, 27) at a distance from the surface of the rotor (12) to be protected or the inner housing (11), and that the cooling steam flowing through the intermediate space (21, 27) behind the first protective shields (18, 23) then through the intermediate spaces (21, 27) behind the second protective shields (19, 24) is directed. Dampfturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Schutzschilde (18, 19) zum Schutze der Oberfläche des Rotors (12) vorgesehen sind, und dass hinter den ersten und zweiten Schutzschilden (18, 19) ein durch den Bereich der Einströmung (15) hindurchgehender gemeinsamer Zwischenraum (21) ausgebildet ist.Steam turbine according to claim 6, characterized in that the first and second protective shields (18, 19) are provided for protecting the surface of the rotor (12), and that behind the first and second protective shields (18, 19) through the area of the inflow (15) common intermediate space (21) is formed. Dampfturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Schutzschilde (23, 24) zum Schutze der Oberfläche des Innengehäuses (11) vorgesehen sind, und dass hinter den ersten und zweiten Schutzschilden (23, 24) Zwischenräume (27) ausgebildet sind, die, vorzugsweise durch einen um den Bereich der Einströmung (15) herumgeführten Kanal (26) im Innengehäuse (11), miteinander verbunden sind. Steam turbine according to claim 6, characterized in that the first and second protective shields (23, 24) are provided for protecting the surface of the inner housing (11), and in that spaces (27) are formed behind the first and second protective shields (23, 24) which are connected to one another, preferably by a channel (26) in the inner housing (11) which is guided around the area of the inflow (15). Dampfturbine nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Schutzschilde (23, 24) zum Schütze der Oberfläche des Innengehäuses (11) vorgesehen sind, und dass hinter den ersten und zweiten Schutzschilden (23, 24) erste Zwischenräume (27) ausgebildet sind, die durch zwei Kanäle (26a, 26b) und einen zweiten Zwischenraum (41), der durch das Innengehäuse (11) der Dampfturbine (10), ein Aussengehäuse (40) der Dampfturbine (10) und Abdichtungen (42, 43) gebildet ist, miteinander verbunden sind, wobei die Kanäle (26a, 26b) und der zweite Zwischenraum (41) um den Bereich der Einströmung (15) geführt sind.Steam turbine according to Claim 6, characterized in that the first and second protective shields (23, 24) are provided for protecting the surface of the inner housing (11), and in that first intermediate spaces (27) are formed behind the first and second protective shields (23, 24) , which is formed by two channels (26a, 26b) and a second intermediate space (41), which is formed by the inner casing (11) of the steam turbine (10), an outer casing (40) of the steam turbine (10) and seals (42, 43) , are connected to one another, the channels (26a, 26b) and the second intermediate space (41) being guided around the region of the inflow (15). Dampfturbine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweiten Schutzschilde (19, 24) nur über einen Teil, insbesondere etwa die erste zwei Drittel, der Länge der Dichtung (22) erstrecken, und dass über den restlichen Teil der Länge der Dichtung (22) die Oberfläche des Rotors (12) bzw. des Innengehäuses (11) durch dritte Schutzschilde (20, 25) geschützt wird, welche als passive Schutzschilde direkt auf der zu schützenden Oberfläche des Rotors (12) bzw. des Innengehäuses (11) aufliegen oder von der zu schützenden Oberfläche nur durch einen Spalt (29) getrennt sind.Steam turbine according to one of claims 6 to 9, characterized in that the second protective shields (19, 24) extend only over a part, in particular approximately the first two thirds, of the length of the seal (22), and that over the remaining part of the Length of the seal (22) the surface of the rotor (12) or the inner housing (11) is protected by third protective shields (20, 25), which as passive protective shields directly on the surface of the rotor (12) or the inner housing to be protected (11) rest or are separated from the surface to be protected only by a gap (29). Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschilde (19a, 19b; 20a, 20b, 20c) im Rotor (12) bzw. Innengehäuse (11) mit hammerkopfartigen Füssen (28) befestigt sind.Steam turbine according to one of claims 1, 2 and 4 to 10, characterized in that the protective shields (19a, 19b; 20a, 20b, 20c) are fastened in the rotor (12) or inner housing (11) with hammer-head-like feet (28). Dampfturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine (10) zweiflutig ausgebildet ist, und dass der kühlende Dampf für die eine Flut in die andere Flut geleitet wird und dort in eine Stufe mit niedrigerem Druck oder in die Gehäuseabströmung mündet.Steam turbine according to claim 5, characterized in that the steam turbine (10) is double-flow, and that the cooling steam for one flood is directed into the other flood and there it opens into a lower pressure stage or into the housing outflow.
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