EP1630360B1

EP1630360B1 - Supplying steam for cooling the outer casing of a steam turbine

Info

Publication number: EP1630360B1
Application number: EP20040019960
Authority: EP
Inventors: Norbert Pieper; Mark-Andre Dr. Schwarz; Michael Wechsung
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-08-23
Also published as: EP1630360A1; DE502004010299D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine in zweischaliger Bauweise mit einem Innengehäuse, das an einen Schubkolben grenzt und von einem Außengehäuse umgeben ist, wobei die Dampfturbine einen Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem Außengehäuse aufweist, welches zum Aufnehmen von einem zwischen dem Schubkolben und dem Innengehäuse durchtretenden Kolbenleckdampf vorgesehen ist, wobei an dem Außengehäuse am Aufnahmebereich des Kolbenblechdampfes ein Anschluss angeordnet ist.The invention relates to a steam turbine in a double-shell construction with an inner housing adjacent to a thrust piston and surrounded by an outer housing, wherein the steam turbine has a gap between the piston and the outer housing, which for receiving a passing between the thrust piston and the inner housing piston leakage is provided, wherein on the outer housing at the receiving region of the piston plate vapor, a connection is arranged.

Im Betrieb von Dampfturbinen zweischaliger Bauweise hat sich gezeigt, dass es an bestimmten Bereichen der Dampfturbine zu einem Aufheizen des Außengehäuses auf Temperaturwerte oberhalb von beispielsweise 400° Celsius kommen kann. Eine derart hohe Temperatur kann für Außengehäuse von Dampfturbinen, welche insbesondere oftmals aus Grauguss GGG40.3 hergestellt sind, derzeit nicht zugelassen werden.In the operation of steam turbines bivalve design has been shown that it can come to certain areas of the steam turbine to a heating of the outer housing to temperatures above, for example, 400 ° Celsius. At present, such a high temperature can not be permitted for external casings of steam turbines, which are often made of cast iron GGG40.3.

Damit die zulässigen Temperaturwerte am Außengehäuse nicht überschritten werden, wurden bei neueren Konzepten für Dampfturbinen Ventilatoren eingesetzt, welche den im vorderen Bereich der Dampfturbine zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse sich ansammelnden Kolbenleckdampf in einen hinteren Dampfraum der Dampfturbine abführen sollen. Mit einem solchen Umleiten des heißen Kolbenleckdampfs wird jedoch keine wirkliche Kühlung der heißen Außengehäusestellen im vorderen Turbinenbereich erreicht.In order to ensure that the permissible temperature values on the outer housing are not exceeded, fans have been used in more recent concepts for steam turbines which are intended to discharge the piston leakage steam accumulating in the front area of the steam turbine between the inner housing and the outer housing into a rear steam space of the steam turbine. With such a redirecting of the hot piston leakage steam, however, no real cooling of the hot outer casing locations in the front turbine region is achieved.

In der JP 09 125909 wird eine Dampfturbine offenbart, wobei Zu- und Abführleitungen für Dampf vorgesehen sind.In the JP 09 125909 discloses a steam turbine, wherein supply and discharge lines are provided for steam.

Die JP 05 018205 , worauf der Oberbegriff des Anspruchs 1 beruht, offenbart eine Dampfturbine mit einer Dampfleitung, die einen Dampfzuführraum mit einem Spaltraum strömungstechnisch verbindet.The JP 05 018205 on which the preamble of claim 1 is based, discloses a steam turbine with a steam line which fluidly connects a steam supply space with a gap space.

In der EP 1 035 301 A1 wird eine Dampfturbine mit einem Ausgleichskolben für den axialen Schubausgleich offenbart.In the EP 1 035 301 A1 a steam turbine is disclosed with a balance piston for the axial thrust balance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine eingangs genannte Dampfturbine derart zu verbessern, dass deren Außengehäuse auf kostengünstige Art und Weise vor Übertemperatur geschützt ist.The invention has for its object to improve a steam turbine mentioned above such that the outer casing is protected in a cost effective manner from overtemperature.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer gattungsgemäßen Dampfturbine bzw. einem Außengehäuse gelöst, bei dem an dem Außengehäuse am Aufnahmebereich des Kolbenleckdampfs ein Anschluss zum Zuführen von Dampf vorgesehen ist.The object is achieved according to the invention with a generic steam turbine or an outer casing, wherein at the Outer housing at the receiving area of the piston leakage steam is provided a connection for supplying steam.

Die erfindungsgemäße Lösung steht im Gegensatz zu den bisherigen Ventilationskonzepten, denn erfindungsgemäß wird nicht der Heißdampf umgewälzt und in einen hinteren Bereich der Dampfturbine gedrängt, sondern es wird gezielt im Aufnahmebereich des Kolbenleckdampfs (kühler) Dampf zugeführt.The solution according to the invention is in contrast to the previous ventilation concepts, because according to the invention, the superheated steam is not circulated and forced into a rear area of the steam turbine, but it is specifically supplied in the receiving area of the piston leakage steam (cooler) steam.

Einer möglichen Schädigung des Außengehäuses durch Überschreiten der zulässigen Temperaturwerte im vorderen Turbinenbereich wird auf diese Weise erfindungsgemäß besonders effektiv entgegengewirkt. Die mechanische Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Turbine ist dadurch für alle Betriebszustände erhöht und die Lebensdauer der Dampfturbine nachhaltig verlängert.A possible damage to the outer housing by exceeding the allowable temperature values in the front turbine area is counteracted particularly effective in this way according to the invention. The mechanical reliability of the turbine according to the invention is thereby increased for all operating conditions and sustainably extends the life of the steam turbine.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass auf den Einsatz eines Ventilators, wie er bei bisherigen Ventilationskonzepten erforderlich war, verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäße Zufuhr von Dampf am Aufnahmebereich des Kolbenleckdampfs zwischen Innengehäuse und Außengehäuse führt damit zu einer signifikant verbesserten Kühlung des vorderen Turbinengehäuses.Another advantage of the solution according to the invention is that it can be dispensed with the use of a fan, as was required in previous ventilation concepts. The inventive supply of steam at the receiving area of the piston leakage steam between the inner housing and the outer housing thus leads to a significantly improved cooling of the front turbine housing.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dampfturbine ist an diese eine Leitungseinrichtung zum wahlweisen Verbinden des Anschlusses am Außengehäuse mit zumindest einem Teilstrom einer Niederdruck-Dampfzuleitung vorgesehen. Eine solche Gestaltung ist besonders dann zweckmäßig, wenn die erfindungsgemäße Dampfturbine als Gas- und Dampfturbine im so genannten GuD-Betrieb läuft. Beim GuD-Betrieb wird bei einem Zwei- bzw. Dreidruck-Prozess mit einer Niederdruck-Zudampfeinleitung an der Dampfturbine gearbeitet, so dass mit der erfindungsgemäßen Lösung nahezu ohne zusätzlichen Kostenaufwand ein Teil des Niederdruck-Zudampfes mit kühlender Wirkung in das vordere Turbinengehäuse eingeleitet werden kann. Der durch den Anschluss am Außengehäuse eingeleitete Niederdruck-Zudampf vermischt sich mit dem heißen Kolbenleckdampf und kühlt dadurch temperaturkritische Stellen des Außengehäuses im vorderen Turbinenbereich.In an advantageous development of the steam turbine according to the invention is provided to this a conduit means for selectively connecting the terminal to the outer housing with at least a partial flow of a low-pressure steam supply line. Such a design is particularly useful when the steam turbine according to the invention runs as a gas and steam turbine in the so-called combined cycle operation. In combined cycle operation, in a two- or three-pressure process with a low-pressure Zudampfeinleitung is used on the steam turbine, so that with the solution according to the invention, a part of the low-pressure Zudampfes with cooling effect can be introduced into the front turbine housing with almost no additional cost. The introduced through the connection to the outer housing low pressure Zudampf mixed with the hot piston leakage steam and thereby cools temperature critical points of the outer housing in the front turbine area.

Damit diese Zuleitung eines Teilstroms des Niederdruck-Zudampfes kostengünstig ermöglicht werden kann, sollte die genannte Leitungseinrichtung mit einer von einer Haupt-Niederdruck-Dampfzuleitung abzweigenden Leitung gestaltet sein. Die Haupt-Niederdruck-Dampfzuleitung kann dann an der erfindungsgemäßen Dampfturbine weiterhin am Übergangsbereich zwischen einem Mitteldruck-Abschnitt und einem Niederdruck-Abschnitt erfolgen, wie es auch bei bekannten Dampfturbinen der Fall ist.So that this supply of a partial flow of the low-pressure Zudampfes can be made cost-effective, the said conduit means should be designed with a branching off from a main low-pressure steam supply line. The main low-pressure steam supply line can then continue at the steam turbine according to the invention at the transition region between a medium-pressure section and a low-pressure section, as is the case with known steam turbines.

Bei Dampfturbinen, die im Rahmen eines Dampfkraftwerks im so genannten DKW-Betrieb laufen, wird generell kein Niederdruck-Zudampf eingeleitet. Damit bei derartigen Dampfturbinen dennoch die erfindungsgemäße Kühlung erzielt werden kann, sollte der an dem Außengehäuse am Aufnahmebereich des Kolbenleckdampfs angeordnete Anschluss mit einer Leitungseinrichtung zum wahlweisen Verbindung mit zumindest einem Teilstrom einer Dampfableitung gekoppelt sein. Durch eine solche Dampfableitung kann dann für eine Anzapfung des Dampfkraftwerks gezielt aus dem Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Außengehäuse der heiße Kolbenleckdampf abgesaugt und auf diese Weise die Temperaturbelastung am Außengehäuse erheblich gesenkt werden. Mit dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Leitungseinrichtung ein wesentlicher Teil des Dampfes einer Anzapfung aus dem vorderen Turbinengehäuse abgesaugt und weiterer (kalter) Dampf aus dem Mitteldruck-Abdampfbereich mit kühlender Wirkung in den vorderen Turbinenbereich nachgesaugt. Dieser (kalte) Dampf trägt nochmals zur Kühlung des Außengehäuses bei.In steam turbines, which run as part of a steam power plant in the so-called DKW operation, generally no low-pressure Zudampf is introduced. So that the cooling according to the invention can nevertheless be achieved in such steam turbines, the connection arranged on the outer housing at the receiving region of the piston leakage steam should be coupled to a conduit device for selective connection to at least one partial flow of a steam discharge. By such a steam discharge can then specifically aspirated for a tap of the steam power plant from the space between the inner housing and outer housing of the hot piston leakage and in this way the temperature load on the outer housing can be significantly reduced. With this development of the solution according to the invention a substantial part of the vapor of a tap is sucked out of the front turbine housing by the conduit means and further (cold) steam from the medium-pressure exhaust steam with cooling effect in the front turbine area sucked. This (cold) steam again contributes to the cooling of the outer housing.

Damit die am Außengehäuse gewünschte Kühlleistung erzielt wird, reicht es in der Regel aus, wenn die genannte Leitungseinrichtung mit einer von einer Haupt-Dampfableitung abzweigenden Leitung gestaltet ist. Die Haupt-Dampfableitung kann im Übrigen unverändert bleiben und z.B. einen weiteren Großteil des Dampfes einer Anzapfung direkt aus dem Mitteldruck-Abdampfbereich absaugen.In order to achieve the desired cooling effect on the outer housing, it is generally sufficient if the said conduit means is designed with a branching branch from a main steam outlet. By the way, the main steam discharge can remain unchanged and e.g. Aspirate a further portion of the vapor of a tap directly from the medium pressure Abdampfbereich.

Mit der oben genannten erfindungsgemäßen Lösung und deren Weiterbildungen wird also sowohl für die Anwendung im GuD-Betrieb als auch im DKW-Betrieb eine unter allen Betriebsumständen stets ausreichende Beströmung und Kühlung des vorderen Turbinenbereichs sichergestellt.With the abovementioned solution according to the invention and its further developments, therefore, a flow and cooling of the front turbine region which are always adequate under all operating conditions is ensured both for use in combined cycle operation and in DKW operation.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dampfturbine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dampfturbine, die für den GuD-Betrieb eingerichtet ist, und
Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dampfturbine, die für den DKW-Betrieb eingerichtet ist.

Embodiments of the steam turbine according to the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings. It shows:

Fig. 1 a partial longitudinal section of an embodiment of a steam turbine according to the invention, which is adapted for gas and steam operation, and
Fig. 2 a partial longitudinal section of an embodiment of a steam turbine according to the invention, which is set up for the DKW operation.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Teil einer Dampfturbine 10 dargestellt, die eine Turbinenwelle 12 aufweist, welche teilweise von einem Innengehäuse 14 und einem Außengehäuse 16 umgeben ist.In the Fig. 1 and 2 In each case, a part of a steam turbine 10 is shown, which has a turbine shaft 12, which is partially surrounded by an inner housing 14 and an outer housing 16.

Das Außengehäuse 16 grenzt jeweils im auf die Figuren bezogenen linken Endbereich an die Turbinenwelle 12 und ist dort mit Hilfe von zwei im Außengehäuse 16 ausgebildeten Dichtungskanälen gegenüber der sich im Betrieb der Dampfturbine 10 drehenden Turbinenwelle 12 abgedichtet. Axial neben den Dichtungskanälen 18 ist an der Turbinenwelle 12 ein Kolben 20 ausgebildet, der mit Hilfe einer Kolbendichtung 22 gegenüber dem an dem Kolben 20 angrenzenden Innengehäuse 14 abgedichtet ist. Auf den Kolben 20 folgt axial eine Einströmblase 24, die vom Innengehäuse 14 umgeben ist und aus der heraus eingeleiteter Zudampf in einem sich im Wesentlichen axial erstreckenden Mitteldruck-Beschaufelungskanal 26 austreten kann. Der Mitteldruck-Beschaufelungskanal 26 ist ebenfalls vom Innengehäuse 14 umgeben. An den Mitteldruck-Beschaufelungskanal 26 grenzt axial eine Niederdruck-Vorstufe 28 an, auf die dann der eigentliche Niederdruck-Turbinenbereich 30 folgt, welcher sich im Bezug auf die Figuren 1 und 2 äußerst rechts befindet. An der Niederdruck-Vorstufe 28 ist ein Leitschaufelträger 32 am Außengehäuse 16 aufgehängt, welches insgesamt das Innengehäuse 14 umgibt. Zwischen dem Innengehäuse 14 und dem Außengehäuse 16 ist auf diese Weise ein sich im vorderen (d.h. im Bezug auf die Figuren linken) Turbinenbereich befindlicher Zwischenraum 34 ausgebildet.The outer housing 16 each adjoins the turbine shaft 12 in the left-hand end region, which is related to the figures, and is there with the aid of two sealing channels formed in the outer housing 16 in relation to that in operation Steam turbine 10 rotating turbine shaft 12 sealed. Axially next to the sealing channels 18, a piston 20 is formed on the turbine shaft 12, which is sealed by means of a piston seal 22 with respect to the adjacent to the piston 20 inner housing 14. The piston 20 is followed axially by an inflow bladder 24, which is surrounded by the inner housing 14 and can escape from the exhaust steam introduced in a substantially axially extending medium-pressure blading channel 26. The medium-pressure blading channel 26 is also surrounded by the inner housing 14. Axially adjacent to the medium-pressure blading channel 26 is a low-pressure precursor 28, which is then followed by the actual low-pressure turbine region 30, which is located in relation to the FIGS. 1 and 2 located on the extreme right. At the low pressure precursor 28, a vane support 32 is suspended on the outer housing 16, which surrounds the inner housing 14 in total. Between the inner housing 14 and the outer housing 16 is in this way in the front (ie, with respect to the figures left) located between the turbine space 34 is formed.

Wegen des in der Einströmblase bzw. Eindüsblase 24 vorherrschenden hohen Drucks und der dortigen hohen Temperatur von beispielsweise zirka 565° Celsius, ist es unvermeidlich, dass ein gewisser Leckmassenstrom durch die Kolbendichtung 22 hindurch tritt und sich als Kolbenleckdampf im Zwischenraum 34 ansammelt. Damit dieser (heiße) Kolbenleckdampf nicht zu einer überhöhten Temperaturbelastung des aus Grauguss hergestellten Außengehäuses führt, ist am Außengehäuse 16 im Bereich des Zwischenraums 34 sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als auch bei jenem der Fig. 2 ein Anschluss 36 vorgesehen.Due to the high pressure prevailing in the inflow bladder or injection bladder 24 and the high temperature of, for example, approximately 565 ° Celsius, it is unavoidable that a certain leakage mass flow passes through the piston seal 22 and accumulates as piston leakage vapor in the interspace 34. So that this (hot) piston leakage steam does not lead to an excessive temperature load of the outer housing made of cast iron, is in the region of the intermediate space 34 in the embodiment of FIG Fig. 1 as well as that of the Fig. 2 a connection 36 is provided.

Dieser Anschluss 36 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit einer Niederdruck-Zudampf-Zweigleitung 38 verbunden, die von einer Niederdruck-Zudampf-Hauptleitung 40 abgezweigt ist. Mit der Niederdruck-Zudampf-Hauptleitung 40 wird im GuD-Betrieb der Dampfturbine 10 gemäß Fig. 1 Niederdruck-Zudampf in einen Bereich zwischen dem Beschaufelungskanal 26 und der Niederdruck-Vorstufe 28 eingeleitet. Dabei wird zugleich ein Teilstrom des Niederdruck-Zudampfes durch die Niederdruck-Zweigleitung 38 und den Anschluss 36 hindurch in den Zwischenraum 34 geleitet, wo der im Vergleich zum Kolbenleckdampf kalte Niederdruck-Zudampf insbesondere zu einer Kühlung des Außengehäuses 16 führt.This terminal 36 is in the embodiment according to Fig. 1 connected to a low-pressure Zudampf branch line 38 which is branched off from a low-pressure Zudampf main line 40. With the low-pressure steam main 40 becomes in the combined cycle operation of the steam turbine 10 according to Fig. 1 Low-pressure Zudampf introduced into a region between the blading channel 26 and the low-pressure precursor 28. At the same time, a partial flow of the low-pressure Zudampfes is passed through the low-pressure branch line 38 and the port 36 into the intermediate space 34, where the low-pressure Zudampf cold in comparison to the piston leakage steam leads in particular to a cooling of the outer housing 16.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Dampfturbine 10, die im DKW-Betrieb läuft ist der Anschluss 36 mit einer Zweig-Dampfableitung 42 verbunden, die in eine Haupt-Dampfableitung 44 hineinführt. Die Haupt-Dampfableitung 44 ist mit einer nicht dargestellten Anzapfung, beispielsweise einer so genannten A4-Anzapfung, verbunden, mit der während des Betriebs der Dampfturbine 10 gemäß Fig. 2 Dampf aus dem Bereich zwischen dem Mitteldruck-Beschaufelungskanal 26 und der Niederdruck-Vorstufe 28 abgeführt wird. Durch den in der Haupt-Dampfableitung 44 herrschenden Unterdruck wird zugleich der vergleichsweise heiße Kolbenleckdampf aus dem Zwischenraum 34 abgesaugt, so dass dieser das Außengehäuse nicht aufheizt und es nicht zu einer erhöhten Temperaturbelastung an diesem Außengehäuse 16 kommt.At the in Fig. 2 illustrated embodiment of a steam turbine 10, which runs in the DKW operation, the terminal 36 is connected to a branch-steam discharge 42, which leads into a main steam discharge 44. The main steam discharge 44 is connected to a tapping, not shown, for example, a so-called A4 tap, with the during operation of the steam turbine 10 according to Fig. 2 Steam is removed from the region between the medium-pressure blading channel 26 and the low-pressure precursor 28. By prevailing in the main steam discharge 44 negative pressure of the comparatively hot piston leakage steam is sucked out of the intermediate space 34 at the same time, so that it does not heat the outer housing and it does not come to an increased temperature load on this outer housing 16.

Claims

Steam turbine (10) of double-shell type of construction, with an inner casing (14) which is contiguous to a piston (20) and which is surrounded by an outer casing (16), the steam turbine (10) having between the piston (20) and the outer housing (16) an interspace (34) which is provided for reception of piston leakage steam passing through between the piston (20) and the inner casing (14), a connection (36) being arranged on the outer casing (16) at the region of reception (34) of the piston leakage steam, characterized in that the connection (36) is provided for the supply of steam.
Steam turbine according to Claim 1, characterized in that a line set-up (38, 40) is provided for the selective linkage of the connection (36) to at least one part-stream of a low-pressure steam delivery line.
Steam turbine according to Claim 2, characterized in that the line set-up is configured with a line (38) branching off from a main low-pressure steam delivery line (40).