EP1635043A1 - Turbine mit einer Sekundärgaszuführung - Google Patents

Turbine mit einer Sekundärgaszuführung Download PDF

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EP1635043A1
EP1635043A1 EP04021579A EP04021579A EP1635043A1 EP 1635043 A1 EP1635043 A1 EP 1635043A1 EP 04021579 A EP04021579 A EP 04021579A EP 04021579 A EP04021579 A EP 04021579A EP 1635043 A1 EP1635043 A1 EP 1635043A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
secondary gas
turbine
gas stream
primary
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04021579A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manuchehr Dr. Parvizinia
Heinrich Dr. Stüer
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP04021579A priority Critical patent/EP1635043A1/de
Publication of EP1635043A1 publication Critical patent/EP1635043A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling

Definitions

  • the invention relates to a turbine with a turbine housing in which, during operation of the turbine, a primary gas flow can be conducted substantially in the direction of a longitudinal axis of the turbine, and a secondary gas supply, with a secondary gas flow can be introduced into the primary gas flow substantially transversely to the longitudinal axis.
  • gas is also understood to mean steam in a mono- or multiphase composition.
  • secondary gas streams In turbines, such as steam or gas turbines, it is customary to supply a main or primary gas stream further gas streams, so-called secondary gas streams.
  • secondary gas streams are secondary air, spent steam, vapor and steam, which is supplied to the cooling of the turbine components.
  • the secondary gas mass flow is less than 10% of the main gas mass flow.
  • partially decompressed steam is withdrawn from the housing of the turbine (e.g., after a medium pressure stage), which is then routed along the hot housing to receive seal leakage mass flows.
  • the extracted steam which for example has a temperature of about 200 ° C, also cools other components of the turbine and heats up to a temperature of about 400 ° C.
  • Such initiated secondary gas flow may essentially no additional pressure losses of the Cause main gas flow. Furthermore, when the secondary gas flow is introduced, no hot vapor layer may form over the adjacent components, such as, for example, housings and blades of the turbine. Cases in which the secondary gas flow is significantly hotter than the main gas flow and also only occasionally injected secondary gas, this represent a particular challenge to the design of the turbine.
  • the invention has for its object to provide a turbine with a turbine housing of the type mentioned, in which the above-mentioned difficulties overcome and in particular risks of hot gas stratification on adjacent components of Sekundärgaszu operationen are avoided.
  • the object is achieved in accordance with the invention with a generic turbine, in which a means for swirling the secondary gas flow into the primary gas flow is provided in the area of the introduction of the secondary gas flow into the primary gas flow. Furthermore, the object is achieved with a generic turbine in which a means for directing the secondary gas flow in the flow direction of the primary gas flow is provided in the region of the introduction of the secondary gas flow into the primary gas flow.
  • the invention is based on the finding that in order to avoid the abovementioned problems in the area of the introduction of the secondary gas flow into the primary gas flow, a homogeneous mixture of the partial flows with minimal pressure loss and at the same time a short mixing path has to be created.
  • a means is provided, by means of which a turbulence of the secondary gas flow into the primary gas flow into and thus a mixture of primary and secondary gas while avoiding hot gas layers is achieved.
  • Such mixing of the gas streams leads to a reduction in the risk of Layer flows and a rapid distribution of the supplied with the secondary gas energy flow.
  • the components in the immediate vicinity of the introduction of the secondary gas flow therefore undergo no increased temperature load according to the invention and can therefore be designed for a comparatively low temperature load. An over-dimensioning of the components only in the case of supplying particularly hot secondary gas can be avoided.
  • the invention proposes that the secondary gas stream is introduced with a flow-favorable injection geometry in the primary gas stream and is deflected specifically in the direction of the flow of the primary gas stream.
  • introduction of the secondary gas leads to the reduction of pressure losses and also promotes good mixing with the main gas stream.
  • the means for swirling and / or directing the secondary gas flow is formed with a arranged in the region of the introduction of the secondary gas flow on the housing flow area, which is overflowed by secondary gas flow edge at least partially wave-shaped.
  • the secondary gas flow is introduced into the primary gas flow in different sections of the flow path with different pressure gradients, whereby a strong vortex field is generated, which intensively mixes the partial flows due to the resulting transverse components.
  • a particularly strong mixing of the partial flows can also be advantageously provided with a flow surface as a means for swirling and / or steering, whose flow edge overflowed by the secondary gas flow is at least partially designed in a zig-zag shape.
  • the strongly zigzagging in the area of peaks narrowing Flow paths lead to a particularly strong vortex formation and to a correspondingly increased mixing of the said partial flows.
  • the particular non-linear flow edge of the steering device of the secondary gas flow according to the invention can be advantageously formed at least in sections in a plane which extends substantially in the axial direction of the turbine. With such a flow edge different amount of secondary gas is injected in the axial direction in the primary gas flow, whereby the said turbulence is promoted.
  • the wall of the housing of the thus designed turbine according to the invention can be made substantially smooth in the radial direction.
  • the flow edge may be formed at least in sections in a plane which extends substantially in the radial direction of the turbine.
  • Such a shape of a flow edge is particularly advantageous on a means for directing the secondary gas flow, which contributes to a very strong deflection towards the primary gas flow and thus parallel to the longitudinal axis of the turbine.
  • a further improvement of the solution according to the invention is achieved in that the means for swirling and / or steering is formed with a arranged in the region of the introduction of the secondary gas flow on the flow surface, which is movable into and out of the primary and / or secondary gas flow.
  • a flow area can, for example, during operation of the turbine according to the invention without secondary gas supply streamlined in the direction of the primary gas flow be aligned, while it moves in to inject the secondary gas stream in the primary gas flow and there leads to a turbulence and mixing of the two partial streams.
  • For the movement of the flow surface temperature characteristics can be specified, such that only as much mixing of the partial flows is achieved, as it is technically necessary. Flow losses can be minimized in this way.
  • the inventively movable flow area can be structurally particularly effective and at the same time comparatively inexpensive with a flexible hinged to the housing tab or hinged to the housing hinged flap.
  • a shape memory metal for moving the flow area, which changes its metal structure when it reaches a predetermined crystallization temperature and thereby assumes a predefined shape. This shape then determines the changed position of the flow area according to the invention.
  • the solution according to the invention a reduction of the flow losses during operation of a turbine with and without secondary gas supply, whereby a total of a higher efficiency is achieved.
  • the invention ensures a (in particular not convective only) thorough mixing of primary gas and secondary gas. This results in adjacent components a balanced temperature profile and the load on these components becomes more uniform.
  • the present invention achieved short mixing paths lead to the minimization of pressure losses and overall to improve the reliability.
  • the solution according to the invention can be realized inexpensively and with little structural modification effort. With the above developments, the solution can be adapted to a variety of applications and environmental situations.
  • a turbine 10 in the form of a steam turbine in longitudinal section is partially illustrated.
  • the turbine 10 has a shaft 12 which rotates about a longitudinal axis 14 during operation of the turbine 10.
  • On the shaft 12 are substantially radially extending blades 16 are mounted, of which one of a first medium-pressure stage or low-pressure stage 18 and a second of a second medium-pressure stage or low-pressure stage 20 are shown.
  • the rotor blades 16 are each associated with vanes 22, which likewise extend substantially radially and are attached to a substantially cylindrical housing 24 of the turbine 10.
  • a primary gas stream or primary steam stream 26 is passed during operation of the turbine 10, which can also be referred to as the main steam stream.
  • the primary gas flow 26 in this case flows essentially along the shaft 12 in the direction of the longitudinal axis 14 of the turbine 10.
  • a secondary gas stream 28 is fed to the turbine 10 between the medium-pressure stages or low pressure stages, which is supplied by a secondary gas supply 30 from the outside to the wall of the housing 24.
  • a means 32 for swirling and directing the secondary gas stream 28 when it enters the primary stream 26 is provided.
  • the means 32 deflects in particular the secondary gas stream 28 in the flow direction of the primary gas stream 26, so that in the region of the introduction of the secondary gas stream 28 particularly low pressure losses.
  • the means 32 leads to a turbulence of the secondary gas stream 28 in the inlet region and thus to a strong mixing of the partial streams. This strong mixing causes the comparatively hot secondary gas stream 28 relatively quickly in the primary gas stream 26 distributed and thereby increased temperature stress of the surrounding components is avoided.
  • the means 32 for this purpose has, in particular, a flow area which is partially overflowed by the secondary gas flow 28.
  • the flow area is designed in each case with a type of flap 34, which is articulated on the housing 24.
  • flap 34 tongues, tabs or so-called chevrons may be provided.
  • the flaps 34 each have a flow edge 36 on their peripheral region facing the secondary gas flow 28 or primary gas flow 26, which is designed to be wavy in the exemplary embodiment according to FIG. With such a waveform, different amounts of secondary gas are introduced into the primary gas flow 26 in sections in the axial direction as well as in the circumferential direction on the flap 34 in sections, which results in an increased turbulence of the partial flows.
  • the flow edge 36 is designed zigzag-shaped. With this comparatively pointed zig-zag shape, a particularly strong turbulence is achieved.
  • the flow edge 36 is finally of stepped design, the individual stages additionally being configured in each case with inclined flanks.
  • a deflection of the secondary gas flow 28 in the circumferential direction or a type of twist within the primary gas flow 26 is generated with the inclined flanks.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Eine Turbine (10) mit einem Gehäuse (24), in dem im Betrieb der Turbine (10) ein Primärgasstrom (26) im Wesentlichen in Richtung einer Längsachse (14) der Turbine (10) geleitet werden kann, und einer Sekundärgaszuführung (30), mit der ein Sekundärgasstrom (28) im Wesentlichen quer zur Längsachse (14) in den Primärgasstrom (26) eingeleitet werden kann, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) in den Primärgasstrom (26) ein Mittel (32) zum Verwirbeln des Sekundärgasstroms (28) in den Primärgasstrom (26) hinein vorgesehen ist. Ferner ist eine derartige Turbine (10) dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) in den Primärgasstrom (26) ein Mittel (32) zum Lenken des Sekundärgasstroms (28) in die Strömungsrichtung des Primärgasstroms (26) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbine mit einem Turbinengehäuse, in dem im Betrieb der Turbine ein Primärgasstrom im Wesentlichen in Richtung einer Längsachse der Turbine geleitet werden kann, und einer Sekundärgaszuführung, mit der ein Sekundärgasstrom im Wesentlichen quer zur Längsachse in den Primärgasstrom eingeleitet werden kann. Im Rahmen dieser Unterlagen soll dabei unter "Gas" auch Dampf in einer ein- oder mehrphasigen Zusammensetzung verstanden werden.
  • Bei Turbinen, wie beispielsweise Dampf- oder Gasturbinen, ist es üblich, einem Haupt- bzw. Primärgasstrom weitere Gasströme, so genannte Sekundärgasströme, zuzuführen. Beispiele für solche Sekundärgasströme sind Sekundärluft, Zudampf, Leckdampf und Dampf, der zur Kühlung der Turbinenkomponenten zugeführt wird. Typischerweise ist der Sekundärgasmassenstrom kleiner als 10% des Hauptgasmassenstroms.
  • So wird beispielsweise an Dampfturbinen teilentspannter Dampf aus dem Gehäuse der Turbine entnommen (z.B. nach einer Mitteldruckstufe), der dann entlang des heißen Gehäuses geleitet wird, um Dichtungsleckmassenströme aufzunehmen. Der entnommene Dampf, der beispielsweise eine Temperatur von ca. 200° C hat, kühlt ferner weitere Bauteile der Turbine und erwärmt sich dabei auf eine Temperatur von ca. 400° C. Um diesen exergetisch hochwertigen Dampf thermodynamisch nutzen zu können, wird er der Turbine beispielsweise an einer in Strömungsrichtung weiter hinten angeordneten Mitteldruckstufe wieder zugeleitet.
  • Ein derart eingeleiteter Sekundärgasstrom darf im Wesentlichen keine zusätzlichen Druckverluste des Hauptgasstroms verursachen. Ferner darf sich beim Einleiten des Sekundärgasstroms keine Heißdampfschicht über den angrenzenden Bauteilen, wie z.B. Gehäuse und Schaufeln der Turbine bilden. Fälle, in denen der Sekundärgasstrom wesentlich heißer ist als der Hauptgasstrom und auch nur zeitweise Sekundärgas eingedüst wird, stellen hierbei eine besondere Herausforderung an die Konstruktion der Turbine dar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbine mit einem Turbinengehäuse der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der die oben genannten Schwierigkeiten überwunden und insbesondere Gefahren einer Heißgasschichtung an angrenzenden Bauteilen von Sekundärgaszuführungen vermieden sind.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer gattungsgemäßen Turbine gelöst, bei der im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms in den Primärgasstrom ein Mittel zum Verwirbeln des Sekundärgasstroms in den Primärgasstrom hinein vorgesehen ist. Ferner ist die Aufgabe mit einer gattungsgemäßen Turbine gelöst, bei der im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms in den Primärgasstrom ein Mittel zum Lenken des Sekundärgasstroms in die Strömungsrichtung des Primärgasstroms vorgesehen ist.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Vermeidung der oben genannten Probleme im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms in den Primärgasstrom hinein eine homogene Mischung der Teilströme bei minimalem Druckverlust und zugleich kurzer Mischstrecke geschaffen werden muss. Um dies zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Mittel vorgesehen, mittels dem eine Verwirbelung des Sekundärgasstroms in den Primärgasstrom hinein und damit eine Mischung von Primär- und Sekundärgas unter Vermeidung von Heißgasschichten erzielt wird. Die derartige Vermischung der Gasströme führt zu einer Verringerung der Gefahr von Schichtströmungen und einer schnellen Verteilung des mit dem Sekundärgas zugeführten Energiestroms. Die Bauteile in unmittelbarer Nähe der Einleitung des Sekundärgasstroms erfahren daher erfindungsgemäß keine erhöhte Temperaturbelastung und können demnach für eine vergleichsweise geringe Temperaturbelastung ausgelegt werden. Eine Überdimensionierung der Bauteile allein für den Fall eines Zuführens von besonders heißem Sekundärgas kann so vermieden werden.
  • Darüber hinaus wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Sekundärgasstrom mit einer strömungsgünstigen Eindüsungsgeometrie in den Primärgasstrom eingeleitet und gezielt in die Richtung der Strömung des Primärgasstroms umgelenkt wird. Die derartige Einleitung des Sekundärgases führt zur Verringerung von Druckverlusten und fördert ferner eine gute Durchmischung mit dem Hauptgasstrom.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Turbine ist das Mittel zum Verwirbeln und/oder Lenken des Sekundärgasstroms mit einer im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms am Gehäuse angeordneten Strömungsfläche gebildet, deren von Sekundärgasstrom überströmte Strömungskante zumindest abschnittsweise wellenförmig gestaltet ist. Mit einer derartigen wellenförmigen Strömungskante wird der Sekundärgasstrom in verschiedenen Abschnitten des Strömungsweges mit unterschiedlichen Druckgefällen in den Primärgasstrom eingeleitet, wodurch ein starkes Wirbelfeld erzeugt wird, welches die Teilströme aufgrund der entstehenden Querkomponenten intensiv vermischt.
  • Eine besonders starke Vermischung der Teilströme kann ferner vorteilhaft mit einer Strömungsfläche als Mittel zum Verwirbeln und/oder Lenken geschaffen werden, deren vom Sekundärgasstrom überströmte Strömungskante zumindest abschnittsweise in Zick-Zack-Form gestaltet ist. Die sich an der Zick-Zack-Form im Bereich von Spitzen stark verengenden Strömungswege führen zu einer besonders starken Wirbelbildung und zu einer entsprechend gesteigerten Vermischung der genannten Teilströme.
  • Alternativ oder zusätzlich zu den genannten Formen von erfindungsgemäß weitergebildeten Strömungskanten kann vorteilhaft auch mit einer zumindest abschnittsweise stufenförmig gestalteten Strömungskante gearbeitet werden.
  • Die insbesondere nicht geradlinige Strömungskante der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung des Sekundärgasstroms kann dabei vorteilhaft zumindest abschnittsweise in einer Ebene ausgebildet sein, welche sich im Wesentlichen in axialer Richtung der Turbine erstreckt. Mit einer derartigen Strömungskante wird in axialer Richtung in den Primärgasstrom verschieden viel Sekundärgas eingedüst, wodurch die genannte Verwirbelung gefördert wird. Zugleich kann die Wandung des Gehäuses der derart gestalteten erfindungsgemäßen Turbine in radialer Richtung im Wesentlichen glatt gestaltet sein.
  • Alternativ kann die Strömungskante zumindest abschnittsweise in einer Ebene ausgebildet sein, welche sich im Wesentlichen in radialer Richtung der Turbine erstreckt. Eine solche Gestalt einer Strömungskante ist insbesondere an einem Mittel zum Lenken des Sekundärgasstroms vorteilhaft, welches zu einer sehr starken Umlenkung hin zur Primärgasströmung und damit parallel zur Längsachse der Turbine beiträgt.
  • Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Lösung wird dadurch erzielt, dass das Mittel zum Verwirbeln und/oder Lenken mit einer im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms am Gehäuse angeordneten Strömungsfläche gebildet ist, welche in den Primär- und/oder Sekundärgasstrom hinein und heraus bewegbar ist. Eine solche Strömungsfläche kann beispielsweise während eines Betriebs der erfindungsgemäßen Turbine ohne Sekundärgaszufuhr strömungsgünstig in Richtung der Primärgasströmung ausgerichtet werden, während sie zum Eindüsen des Sekundärgasstroms in den Primärgasstrom hineinbewegt und dort zu einer Verwirbelung und Durchmischung der beiden Teilströme führt. Für das Bewegen der Strömungsfläche können Temperaturkennlinien vorgegeben werden, derart, dass immer nur soviel Durchmischung der Teilströme erzielt wird, wie es temperaturtechnisch erforderlich ist. Strömungsverluste können auf diese Weise besonders minimiert werden.
  • Die erfindungsgemäß bewegbare Strömungsfläche kann konstruktiv besonders wirkungsvoll und zugleich vergleichsweise kostengünstig mit einer am Gehäuse flexibel angelenkten Lasche oder einer am Gehäuse schwenkbar angelenkten Klappe gestaltet werden.
  • Zum Bewegen der Strömungsfläche ist es besonders vorteilhaft, wenn diese mittels eines Bimetall-Elements bewegbar ist. Mit einem solchen Bimetall-Element können die oben genannten Temperaturkennlinien abgebildet werden, ohne dass dazu ein besonderer Steuerungsaufwand mit fremdbetätigter Aktuatorik erforderlich wäre.
  • Darüber hinaus kann vorteilhaft zum Bewegen der Strömungsfläche ein Formgedächtnismetall verwendet werden, welches bei einem Erreichen einer vorbestimmten Kristallisationstemperatur seine Metallstruktur ändert und dadurch eine vordefinierte Form annimmt. Diese Form bestimmt dann die veränderte Lage der erfindungsgemäßen Strömungsfläche.
  • Zusammenfassend ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Verringerung der Strömungsverluste beim Betrieb einer Turbine mit und ohne Sekundärgaszuführung, wodurch insgesamt ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird. Die Erfindung stellt eine (insbesondere nicht allein konvektive) Durchmischung von Primärgas und Sekundärgas sicher. Damit ergibt sich an angrenzenden Bauteilen ein ausgeglichenes Temperaturprofil und die Belastung dieser Bauteile wird gleichmäßiger. Die erfindungsgemäß erzielten kurzen Mischungswege führen zur Minimierung von Druckverlusten und insgesamt zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit. Zugleich kann die erfindungsgemäße Lösung kostengünstig und mit geringem baulichen Änderungsaufwand realisiert werden. Mit den oben genannten Weiterbildungen kann die Lösung an vielfältige Anwendungsfälle und Umgebungssituationen angepasst werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Turbine,
    • Fig. 2 einen Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 1 bei einer ersten Stellung eines an der Turbine vorgesehenen Mittels zum Verwirbeln und Lenken des Sekundärgasstroms,
    • Fig. 3 die Ansicht gemäß Fig. 2 bei einer zweiten Stellung des Mittels zum Verwirbeln und Lenken des Sekundärgasstroms,
    • Fig. 4a die Teilansicht IV in Fig. 3 bei einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Mittels zum Verwirbeln und Lenken des Sekundärgasstroms,
    • Fig. 4b die Teilansicht IV-IV gemäß Fig. 3 bei einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Mittels zum Verwirbeln und Lenken des Sekundärgasstroms und
    • Fig. 4c die Teilansicht IV-IV gemäß Fig. 3 bei einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Mittels zum Verwirbeln und Lenken des Sekundärgasstroms.
  • In Fig. 1 ist eine Turbine 10 in Gestalt einer Dampfturbine im Längsschnitt teilweise veranschaulicht. Die Turbine 10 weist eine Welle 12 auf, die im Betrieb der Turbine 10 um eine Längsachse 14 rotiert. An der Welle 12 sind sich im Wesentlichen radial erstreckende Laufschaufeln 16 angebracht, von denen eine von einer ersten Mitteldruckstufe oder Niederdruckstufe 18 und eine zweite von einer zweiten Mitteldruckstufe oder Niederdruckstufe 20 dargestellt sind.
  • Den Laufschaufeln 16 sind jeweils Leitschaufeln 22 zugeordnet, welche sich ebenfalls im Wesentlichen radial erstrecken und an einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse 24 der Turbine 10 angebracht sind.
  • Durch das Gehäuse 24 wird im Betrieb der Turbine 10 ein Primärgasstrom bzw. Primärdampfstrom 26 hindurchgeleitet, welcher auch als Hauptdampfstrom bezeichnet werden kann. Der Primärgasstrom 26 strömt dabei im Wesentlichen entlang der Welle 12 in Richtung der Längsachse 14 der Turbine 10.
  • Quer zu dieser Primärgasströmung wird an der Turbine 10 zwischen den Mitteldruckstufen oder Niederdruckstufen 18 und 20 ein Sekundärgasstrom 28 zugeleitet, der durch eine Sekundärgaszuführung 30 von außen an die Wandung des Gehäuses 24 zugeführt wird.
  • Im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms 28 in den Primärgasstrom 26 ist ein Mittel 32 zum Verwirbeln und Lenken des Sekundärgasstroms 28 bei seinem Eintritt in den Primärstrom 26 vorgesehen. Das Mittel 32 lenkt dabei insbesondere den Sekundärgasstrom 28 in die Strömungsrichtung des Primärgasstroms 26 um, so dass im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms 28 besonders geringe Druckverluste entstehen. Ferner führt das Mittel 32 zu einer Verwirbelung des Sekundärgasstroms 28 im Eintrittsbereich und damit zu einer starken Vermischung der Teilströme. Diese starke Vermischung bewirkt, dass der vergleichsweise heiße Sekundärgasstrom 28 verhältnismäßig schnell im Primärgasstrom 26 verteilt und dadurch eine erhöhte Temperaturbelastung der umliegenden Bauteile vermieden wird.
  • Wie insbesondere in den Figuren 2, 3 und 4a bis 4c veranschaulicht ist, weist das Mittel 32 dazu insbesondere eine Strömungsfläche auf, welche teilweise vom Sekundärgasstrom 28 überströmt wird. Die Strömungsfläche ist bei den in den Figuren 4a bis 4c veranschaulichten verschiedenen Ausführungsbeispielen jeweils mit einer Art Klappe 34 gestaltet, welche an dem Gehäuse 24 angelenkt ist. Alternativ zu dieser Klappe 34 können auch Zungen, Laschen oder so genannte Chevrons vorgesehen sein.
  • Die Klappen 34 weisen jeweils an ihrem zum Sekundärgasstrom 28 bzw. Primärgasstrom 26 gewandten Randbereich eine Strömungskante 36 auf, welche bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4a wellenförmig gestaltet ist. Mit einer solchen Wellenform wird sowohl in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung an der Klappe 34 abschnittsweise verschieden viel Sekundärgas in den Primärgasstrom 26 eingeleitet, wodurch es zu einer verstärkten Verwirbelung der Teilströme kommt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4b ist die Strömungskante 36 Zick-Zack-förmig gestaltet. Mit dieser vergleichsweise spitz ausgeformten Zick-Zack-Form wird eine besonders starke Verwirbelung erzielt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4c ist die Strömungskante 36 schließlich stufenförmig ausgebildet, wobei die einzelnen Stufen zusätzlich jeweils mit geneigten Flanken ausgestaltet sind. Mit den geneigten Flanken wird insbesondere eine Umlenkung des Sekundärgasstroms 28 in Umfangsrichtung bzw. eine Art Drall innerhalb des Primärgasstroms 26 erzeugt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Turbine
    12
    Welle
    14
    Längsachse
    16
    Laufschaufel
    18
    erste Mitteldruckstufe oder Niederdruckstufe
    20
    zweite Mitteldruckstufe oder Niederdruckstufe
    22
    Leitschaufeln
    24
    Gehäuse
    26
    Primärgasstrom
    28
    Sekundärgasstrom
    30
    Sekundärgaszuführung
    32
    Mittel zum Verwirbeln und Lenken
    34
    Klappe bzw. Zungen, Laschen, Chevron
    36
    Strömungskante

Claims (13)

  1. Turbine (10) mit einem Gehäuse (24), in dem im Betrieb der Turbine (10) ein Primärgasstrom (26) im Wesentlichen in Richtung einer Längsachse (14) der Turbine (10) geleitet werden kann und einer Sekundärgaszuführung (30) mit der ein Sekundärgasstrom (28) im Wesentlichen quer zur Längsachse (14) in den Primärgasstrom (26) eingeleitet werden kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) in den Primärgasstrom (20) ein Mittel (32) zum Verwirbeln des Sekundärgasstroms (28) in den Primärgasstrom (26) hinein vorgesehen ist.
  2. Turbine (10), insbesondere nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse (24), in dem im Betrieb der Turbine (10) ein Primärgasstrom (26) im Wesentlichen in Richtung einer Längsachse (14) der Turbine (10) geleitet werden kann und einer Sekundärgaszuführung (30), mit der ein Sekundärgasstrom (28) im Wesentlichen quer zur Längsachse (14) in den Primärgasstrom (26) eingeleitet werden kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) in den Primärgasstrom (26) ein Mittel (32) zum Lenken des Sekundärgasstroms (28) in die Strömungsrichtung des Primärgasstroms (26) vorgesehen ist.
  3. Turbine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mittel (32) zum Verwirbeln und/oder Lenken mit einer im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) am Gehäuse (24) angeordneten Strömungsfläche (34) gebildet ist, deren vom Sekundärgasstrom (28) überströmte Strömungskante (36) zumindest abschnittsweise wellenförmig gestaltet ist.
  4. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mittel (32) zum Verwirbeln und/oder Lenken mit einer im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) am Gehäuse (24) angeordneten Strömungsfläche (34) gebildet ist, deren vom Sekundärgasstrom (28) überströmte Strömungskante (36) zumindest abschnittsweise in Zick-Zack-Form gestaltet ist.
  5. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mittel (32) zum Verwirbeln und/oder Lenken mit einer im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) am Gehäuse (24) angeordneten Strömungsfläche (34) gebildet ist, deren vom Sekundärgasstrom (28) überströmte Strömungskante (36) zumindest abschnittsweise stufenförmig gestaltet ist.
  6. Turbine nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungskante (36) zumindest abschnittsweise in einer Ebene ausgebildet ist, welche sich im Wesentlichen in axialer Richtung der Turbine (10) erstreckt.
  7. Turbine nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungskante (36) zumindest abschnittsweise in einer Ebene ausgebildet ist, welche sich im Wesentlichen in radialer Richtung der Turbine (10) erstreckt.
  8. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Mittel (32) zum Verwirbeln und/oder Lenken mit einer im Bereich der Einleitung des Sekundärgasstroms (28) am Gehäuse (24) angeordneten Strömungsfläche (34) gebildet ist, welche in den Primär- und/oder Sekundärgasstrom (26, 28) bewegbar ist.
  9. Turbine nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsfläche (34) zumindest abschnittsweise mit mindestens einer am Gehäuse flexibel angelenkten Lasche (34) gebildet ist.
  10. Turbine nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsfläche (34) zumindest abschnittsweise mit mindestens einer am Gehäuse (24) schwenkbar angelenkten Klappe (34) gebildet ist.
  11. Turbine nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsfläche (34) mittels eines Bimetall-Elements bewegbar ist.
  12. Turbine nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Strömungsfläche (34) mittels eines Formgedächtnismetall-Elements bewegbar ist.
  13. Turbine nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mit der bewegbaren Strömungsfläche (34) ein zum Einleiten des Sekundärgasstroms (28) in den Primärgasstrom (26) vorgesehener Strömungskanal wahlweise vollständig verschließbar ist.
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