EP1561911A1 - Dampfturbine mit Anzapfung im Profilabschnitt der Leitschaufel - Google Patents

Dampfturbine mit Anzapfung im Profilabschnitt der Leitschaufel Download PDF

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EP1561911A1
EP1561911A1 EP04002704A EP04002704A EP1561911A1 EP 1561911 A1 EP1561911 A1 EP 1561911A1 EP 04002704 A EP04002704 A EP 04002704A EP 04002704 A EP04002704 A EP 04002704A EP 1561911 A1 EP1561911 A1 EP 1561911A1
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turbine plant
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Carmen Kachel
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Siemens AG
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F05D2240/00—Components
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    • F05D2240/56—Brush seals

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine plant comprising a preheating section with at least one preheater for a Steam generators, such as heat exchangers, steam boilers or the like. feed water to be supplied, one of the preheating section and the Steam generator downstream expansion area in which attached to a turbine housing or vane carrier stationary vanes absorb the steam on a turbine shaft attached rotating blades direct and the steam relaxed at the turbine shaft work, and with Taps in the expansion area for the return of steam high temperature in the preheating section.
  • a Steam turbine plant comprising a preheating section with at least one preheater for a Steam generators, such as heat exchangers, steam boilers or the like. feed water to be supplied, one of the preheating section and the Steam generator downstream expansion area in which attached to a turbine housing or vane carrier stationary vanes absorb the steam on a turbine shaft attached rotating blades direct and the steam relaxed at the turbine shaft work, and with Taps in the expansion area for the return of steam high temperature in the preheating section.
  • the object of the invention is therefore the previously known type modify the tapping construction such that a reduced length results.
  • the Taps are formed by openings in the area of Guide vanes are arranged.
  • the openings in the area of a bearing the vanes Turbine housing wall arranged.
  • the Openings in the area of the vanes bearing Guide vanes are arranged, provided the vanes not on a turbine housing wall but on Guide vanes are arranged.
  • the openings in the area of a Be arranged guide vane bearing blade root results in the desired shortening of the overall length.
  • the opening respectively is arranged between two blade root profiles.
  • the openings may be angular, round or oval, or too have a comma-shaped configuration. Other geometries, z. As slots are possible.
  • a steam turbine plant 10 comprising a preheating section 12 with at least a preheater, here a total of six preheaters 14, 16, 18, 20, 24, 26 to a steam generator 11, such as heat exchangers, Steam boiler or the like to be supplied feed water (condensate) preheat, thereby optimizing the steam cycle.
  • a feed water tank / degasser With 22 is designated a feed water tank / degasser.
  • a Expansion area 30, 32 downstream which is the actual Turbine arrangement with z.
  • a high pressure turbine 130, Medium pressure turbines 132 and low pressure turbines 232, 332 See also the turbine cross-section of FIG. 2 and Fig. 3.
  • the turbines comprise a common turbine shaft 34, for example, an electric generator 36th drives.
  • the turbine housing 38 or a connected thereto Guide vane 40 carries stationary vanes 42, the the steam supplied at 44 on the turbine shaft 34th attached rotating blades 46 are directed, wherein the steam is released to the turbine shaft 34 giving off work, ultimately at 148 then discharged to a capacitor 28 to become.
  • the turbine usually consists of several stages, so here from a high pressure area 30, a Medium pressure range and a low pressure region 32, where off the high-pressure area steam 44, the partially is relaxed, is supplied to the medium-pressure region whose further relaxed steam 48 in the low pressure range as Steam supply at 144 is supplied again, as in Fig. 1 to recognize.
  • the tap of steam is so far from openings 54, 56 in the housing wall 38, 40, between the steps, d. H. in the vane-free space 58. This necessary for tapping Free space extends the length of the turbine, such as is obvious to the route marked at 58.
  • Fig. 4 a radial sectional view through the turbine housing 38 or by the guide vane bearing Guide vane carrier 40, shows openings in the form of an oval Profiles 154 and alternatively in the form of an approximately comma-shaped Profils 254.
  • Other design options in the form of Slits or other opening geometries are also possible.
  • Fig. 5 also shows that the contour of the openings 154, 254 at least in some areas to the respective adjacent Outer contour of the blade profile 142 is adapted. Thereby there remains enough strength for the bearing of the vanes in Leitschaufelfuß 60 and Leitschaufelani 40 °. Housing wall 38, especially if the blade ends by a Shroud 62 stabilized.

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Abstract

Beschrieben wird eine Dampfturbinenanlage (10), umfassend eine Vorwärmstrecke (12) mit mindestens einem Vorwärmer (14, 16, 18, 20, 24, 26) für einem Dampferzeuger (11), wie Wärmetauscher, Dampfkessel oder dgl. zuzuführendes Speisewasser, eine der Vorwärmstrecke (12) und dem Dampferzeuger (11) nachgeschalteten Expansionsbereich (30, 32), in dem an einem Turbinengehäuse oder Leitschaufelträger angebrachte stationäre Leitschaufeln den Dampf auf an einer Turbinenwelle angebrachte rotierende Laufschaufeln richten und der Dampf sich an die Turbinenwelle Arbeit abgebend (36) entspannt, und mit Anzapfungen (50, 52) im Expansionsbereich (30, 32) zur Rückführung von Dampf hoher Temperatur in die Vorwärmstrecke (12), wobei erfindungsgemäß die Anzapfungen von Öffnungen (154, 254) gebildet werden, die im Bereich der Leitschaufeln (142) angeordnet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenanlage, umfassend eine Vorwärmstrecke mit mindestens einem Vorwärmer für einem Dampferzeuger, wie Wärmetauscher, Dampfkessel oder dgl. zuzuführendes Speisewasser, einen der Vorwärmstrecke und dem Dampferzeuger nachgeschalteten Expansionsbereich, in dem an einem Turbinengehäuse oder Leitschaufelträger angebrachte stationäre Leitschaufeln den Dampf auf an einer Turbinenwelle angebrachte rotierende Laufschaufeln richten und der Dampf sich an die Turbinenwelle Arbeit abgebend entspannt, und mit Anzapfungen im Expansionsbereich zur Rückführung von Dampf hoher Temperatur in die Vorwärmstrecke.
Derartige Dampfturbinenanlagen sind der Anmelderin bekannt. Die Leitung von Dampf hoher Temperatur aus dem Expansionsbereich in die Vorwärmstrecke dient zur Optimierung des Dampfkreislaufes, d. h., zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Dampfturbinenanlage. Das Anzapfen des Dampfes hoher Temperatur geschieht bisher aus Öffnungen in der Gehäusewand zwischen den einzelnen Stufen, d. h. im schaufelfreiem Raum. Das ist insofern nachteilig, als der schaufelfreie Raum, der für die Anzapfung zur Verfügung gestellt werden muss, die Baulänge der Turbine erhöht. Eine Erhöhung der Baulänge führt zur Vergrößerung des Materialaufwandes und zum Ansteigen der Belastung des Materials. Ein weiterer Gesichtspunkt ergibt sich aus dem Servicegeschäft: Modifikationen und Upgrades von vorhandenen Anlagen ergeben häufig das Problem, dass das neue Design an die vorhandene Baulänge angepasst werden muss, insbesondere wenn z. B. Reaktionsstufen in ein Gleichdruckdesign eingepasst werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bisher bekannte Art der Anzapfungskonstruktion derart abzuwandeln, dass sich eine verringerte Baulänge ergibt.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Anzapfungen von Öffnungen gebildet werden, die im Bereich der Leitschaufeln angeordnet sind.
Durch die Verschiebung der Anzapfung in den Bereich der Leitschaufeln ergibt sich eine Reduktion der Baulänge. Dies ist vorteilhaft insofern, als sich eine kompaktere Bauweise und damit u. a. die erwünschte Kostenreduktion ergibt. Ein besonderer Vorteil wird auch, wie angestrebt, im Servicegeschäft erreicht, weil eine Modifikation und ein Upgrade von vorhandenen Anlagen leichter möglich ist. Dies ergibt sich dadurch, dass das neue Design kürzer ist und daher in eine vorhandene Baulänge leichter eingepasst werden kann. Eventuell sind noch weitere Vorteile verwirklichbar, so ist eine Wirkungsgradsteigerung dadurch möglich, dass bei verkürztem Axialabstand und Reduktion der Grenzschicht im Bereich der Absaugung geringere Wandverluste und Sekundär-Strömungsverluste auftreten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Öffnungen im Bereich einer die Leitschaufeln tragenden Turbinengehäusewand angeordnet. Alternativ können die Öffnungen im Bereich von die Leitschaufeln tragenden Leitschaufelträgern angeordnet sein, sofern die Leitschaufeln nicht an einer Turbinengehäusewand sondern an Leitschaufelträgern angeordnet sind. Gemäß einer noch anderen Alternative können die Öffnungen im Bereich eines die Leitschaufel tragenden Schaufelfußes angeordnet sein. In allen Fällen ergibt sich die gewünschte Verkürzung der Baulänge.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Öffnung jeweils zwischen zwei Schaufelfußprofilen angeordnet wird. Dabei können die Öffnungen eckig, rund oder oval sein, oder auch eine kommaförmige Konfiguration aufweisen. Weitere Geometrien, z. B. Schlitze, sind möglich.
Es sei erwähnt, dass die Öffnungen gleichermaßen für Zudampfleitungen oder Entwässerung anstelle von Anzapfungen einsetzbar sind.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
Es zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung eines Dampfkreislaufes, bei dem Dampf hoher Temperatur aus dem Expansionsbereich in die Vorwärmstrecke geleitet wird;
Fig. 2
in einer axialen Teilschnittansicht eine Turbine, bei der die Anzapfungen in herkömmlicher Weise verwirklicht sind;
Fig. 3
eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Fig. 2;
Fig. 4
eine radiale Schnittansicht durch einen Abschnitt der Gehäusewand, die die Leitschaufelreihe trägt; und
Fig. 5
einen Gehäusequerschnitt entlang der Schnittlinie V-V der Fig. 4 zur Darstellung der zwischen den Leitschaufeln angeordneten möglichen Querschnitts-Formen von Anzapfungsöffnungen.
In Fig. 1 ist eine Dampfturbinenanlage 10 schematisch dargestellt, umfassend eine Vorwärmstrecke 12 mit mindestens einem Vorwärmer, hier insgesamt sechs Vorwärmern 14, 16, 18, 20, 24, 26, um einem Dampferzeuger 11, wie Wärmetauscher, Dampfkessel oder dgl. zuzuführendes Speisewasser (Kondensat) vorzuwärmen, um dadurch den Dampfkreislauf zu optimieren. Mit 22 ist ein Speisewasserbehälter/Entgaser bezeichnet. Der Vorwärmstrecke 12 und dem Dampferzeuger 11 ist ein Expansionsbereich 30, 32 nachgeschaltet, der die eigentliche Turbinenanordnung mit z. B. einer Hochdruckturbine 130, Mitteldruckturbinen 132 und Niederdruckturbinen 232, 332 umfasst, siehe auch den Turbinenquerschnitt gemäß Fig. 2 und Fig. 3. Die Turbinen umfassen eine gemeinsame Turbinenwelle 34, die beispielsweise einen elektrischen Generator 36 antreibt. Das Turbinengehäuse 38 oder ein damit verbundener Leitschaufelträger 40 trägt stationäre Leitschaufeln 42, die den bei 44 zugeführten Dampf auf an der Turbinenwelle 34 angebrachte rotierende Laufschaufeln 46 richtet, wobei sich der Dampf an die Turbinenwelle 34 Arbeit abgebend entspannt, um letztlich dann bei 148 zu einem Kondensator 28 abgeführt zu werden. Die Turbine besteht üblicherweise aus mehreren Stufen, so hier aus einem Hochdruckbereich 30, einen Mitteldruckbereich und einem Niederdruckbereich 32, wobei aus dem Hochdruckbereich abgegebener Dampf 44, der teilweise entspannt ist, dem Mitteldruckbereich zugeführt wird, dessen weiter entspannter Dampf 48 im Niederdruckbereich als Dampfzufuhr bei 144 wieder zugeführt wird, wie in Fig. 1 zu erkennen ist.
Des weiteren weist die Turbine im Expansionsbereich 32 Anzapfungen 50, 52 auf, mittels denen Dampf hoher Temperatur in die Vorwärmstrecke, hier beispielsweise zur Stelle 14, zurückgeführt wird.
Die Anzapfung von Dampf erfolgt bisher aus Öffnungen 54, 56 in der Gehäusewand 38, 40, zwischen den Stufen, d. h. im schaufelfreien Raum 58. Dieser für die Anzapfung notwendige Freiraum verlängert die Baulänge der Turbine, wie offensichtlich ist, um die bei 58 gekennzeichnete Strecke.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Anzapfung 150 von einer Öffnung 154 gebildet, die im Bereich der Leitschaufeln 142 angeordnet sind, siehe Fig. 4 und 5. Fig. 4, eine radiale Schnittansicht durch das Turbinengehäuse 38 bzw. durch den die Leitschaufel tragenden Leitschaufelträger 40, zeigt Öffnungen in Form eines ovalen Profils 154 und alternativ in Form eines etwa kommaförmigen Profils 254. Weitere Ausführungsmöglichkeiten in Form von Schlitzen oder anderen Öffnungsgeometrien sind ebenfalls möglich.
Die Fig. 5 lässt auch erkennen, dass die Kontur der Öffnungen 154, 254 zumindest in Teilbereichen an die jeweils benachbarte Außenkontur des Schaufelprofils 142 angepaßt ist. Dadurch verbleibt genug Festigkeit für die Lagerung der Leitschaufeln im Leitschaufelfuß 60 bzw. Leitschaufelträger 40 bzw. Gehäusewand 38, zumal wenn die Schaufelenden durch ein Deckband 62 stabilisiert werden.
Es ist klar, dass mit dem gleichen Nutzen und nach dem gleichen Prinzip nicht nur Dampf für die Vorwärmstrecke abgezogen werden kann, sondern dass entsprechende Öffnungen auch für Zudampfleitungen und zur Entwässerung einsetzbar sind.
Im Gegensatz zur Anzapfung (oder Absaugung) wird durch die Zudampfleitung Dampf dem Expansionsabschnitt zugeführt und nicht entnommen. Dies trifft z. B. bei GuD-Anlagen (Gas- und Dampfturbinen-Anlagen)zu. Hier wird z. T. je nach Fahrweise durch eine solche Öffnung Dampf in die Vorwärmstrebe entnommen oder aus einer anderen Stelle des Kreislaufes Dampf dem Expansionsbereich zugeführt.

Claims (9)

  1. Dampfturbinenanlage (10), umfassend eine Vorwärmstrecke (12) mit mindestens einem Vorwärmer (14, 16, 18, 20, 24, 26) für einem Dampferzeuger (11), wie Wärmetauscher, Dampfkessel oder dgl. zuzuführendes Speisewasser, einen der Vorwärmstrecke und dem Dampferzeuger nachgeschalteten Expansionsbereich (30, 32), in dem an einem Turbinengehäuse (38) oder Leitschaufelträger (40) angebrachte stationäre Leitschaufeln (42) den Dampf auf an einer Turbinenwelle (34) angebrachte rotierende Laufschaufeln (46) richten und der Dampf sich an die Turbinenwelle (34) Arbeit (36) abgebend entspannt, und mit Anzapfungen (50, 52) im Expansionsbereich (30, 32) zur Rückführung von Dampf hoher Temperatur in die Vorwärmstrecke (12),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Anzapfungen von Öffnungen (154, 254) gebildet werden, die im Bereich der Leitschaufeln (142) angeordnet sind.
  2. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (154, 254) im Bereich der die Leitschaufeln (142) tragenden Turbinengehäusewand (38) angeordnet sind.
  3. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (154, 254) im Bereich des die Leitschaufeln (42) tragenden Leitschaufelträgers (40) angeordnet sind.
  4. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (154, 254) im Bereich des die Leitschaufel (42) tragenden Schaufelfußes (60) angeordnet sind.
  5. Dampfturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (154, 254) jeweils zwischen zwei Schaufelfußprofilen (142) angeordnet sind.
  6. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (154) rund oder oval, eckig oder schlitzförmig sind.
  7. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (254) kommaförmig profiliert sind.
  8. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 5, 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Öffnungen (154, 254) zumindest in Teilbereichen an die jeweils benachbarte Außenkontur des Schaufelprofils (142) angepasst ist.
  9. Dampfturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (154, 254) gleichermaßen für Zudampfleitungen sowie zur Entwässerung einsetzbar sind.
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