EP2014876A1 - Drehschieber zur Steuerung des Dampfdurchsatzes bei einer Dampfturbine - Google Patents

Drehschieber zur Steuerung des Dampfdurchsatzes bei einer Dampfturbine Download PDF

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EP2014876A1 EP20070013509 EP07013509A EP2014876A1 EP 2014876 A1 EP2014876 A1 EP 2014876A1 EP 20070013509 EP20070013509 EP 20070013509 EP 07013509 A EP07013509 A EP 07013509A EP 2014876 A1 EP2014876 A1 EP 2014876A1
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    • Y10T137/86718—Dividing into parallel flow paths with recombining
    • Y10T137/86743—Rotary

Definitions

  • the invention relates to a rotary valve for controlling the steam flow rate in a steam turbine having the features of the preamble of claim 1.
  • Rotary valves designed as axial or radial rotary valves serve to control the steam flow rate in a steam turbine. With the immovable fixed ring and concentric on this rotatably mounted rotary ring whose angular position is changed by a servo motor, it is possible to more or less open or close the control slots provided in the two rings.
  • Such rotary valves are relatively simple in construction compared to the valves normally used in steam turbine construction for the control of steam extraction and also have some other advantages.
  • a generic rotary valve for a steam turbine is from the DE 19 620 949 A1 known.
  • the well-known rotary valve achieved only at full opening the best efficiency for the steam turbine, since in this position, the control slots are flowed through optimally. If the rotary valve is moved in the closing direction by the profile heads are pushed in the rotary ring in front of the control slots in the fixed ring, it comes in the partially closed state of the rotary valve at the edges of the profile heads and the profile ends to strong turbulence. Due to such turbulence, the efficiency of the steam turbine at part load is significantly worse.
  • the invention has for its object to make the generic rotary valve so that the efficiency of the steam turbine is improved in the partial load range.
  • the profile heads of the rotary ring can share or cover both partial slots of the control slot.
  • the profile heads of the rotary ring at half the opening of the rotary valve in each case close one of the sub-slots, while the other sub-slot is open.
  • Half of the partial slots is therefore open and can be flowed through optimally and undisturbed. In this way, a high efficiency is achieved even at half load and the reduction in efficiency at the other part loads less influenced.
  • the steam turbine includes a turbine housing 1, in which a turbine rotor 2 rotates.
  • the turbine rotor 2 is equipped with blades 3. Between the blades 3 are fixed vanes 4, which are suspended on a guide blade carrier 5 connected to the turbine housing 1.
  • a rotary valve 6 designed as an axial rotary valve is arranged through the steam turbine for controlling the steam flow rate ( Fig. 2 ).
  • the design of the rotary valve described below can also be applied to a radial rotary valve with a corresponding arrangement within the steam turbine, as in Fig. 1 is shown.
  • the rotary valve 6 has a fixed ring 7 and a rotary ring 8.
  • the fixed ring 7 is fixedly connected to the guide vane 5.
  • the rotary ring 8 is arranged concentrically on the fixed ring 7 rotatably.
  • a servomotor 9 Der To adjust the in Fig. 1 shown radial rotary ring serving servo motor 9 engages via a connecting spindle 10 and an articulation lever 11 to the rotary ring 8. About the stroke of the servo motor 9, a rotation of the rotary ring 8 is effected.
  • the rotary valve 6 is provided with control profiles 12, between which control slots 13 are formed.
  • control slots 13 are coaxial with the flow channel of the steam turbine and are in the Fig. 3 shown as fully open.
  • the control profiles 12 are cut and each have a profile head 12.1 and a profile end 12.2.
  • the profile heads 12.1 are in the rotary ring 8 and the profile ends 12.2 are arranged in the fixed ring 7.
  • the profile heads 12.1 and the profile ends 12.2 positively against each other and form by their aerodynamically optimized shape only a relatively low resistance to the direction of arrow the blades 3 of the turbine rotor 2 incoming steam.
  • the control profiles 12 and the control slots 13 are coordinated so that in the contact plane between the rotary ring 8 and 7 fixed ring the width of the control profiles 12th is equal to the width of the control slots 13.
  • aerodynamically shaped blades 14 are arranged between the profile ends 12.2 of the control profiles 12 within the fixed ring 7 aerodynamically shaped blades 14 are arranged.
  • the blades 14 divide the control slots 13 between each two profile ends 12.2 in two partial slots 13.1, 13.2.
  • the blades 14 are preferably arranged centrally within the control slot 13, so that in each case two equal-width partial slots 13.1, 13.2 are formed.
  • the blades 14 can also be arranged outside the center of the control slot 13, if the desired partial load point is not 50%.
  • the meaning of the part slots formed by the blades 14 13.1, 13.2 is from the Fig. 5 in conjunction with the 3 and 4 clear.
  • the rotary ring 8 is rotated so far relative to the fixed ring 7, that the profile heads 12.1 are positively on the profile ends 12.2 and the control profiles 12 are released.
  • the control slots 13 can be flowed through optimally and undisturbed by the steam.

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Abstract

Ein Drehschieber zur Steuerung des Dampfdurchsatzes bei einer Dampfturbine besteht aus einem unbeweglichen Festring (7) und einem konzentrisch auf diesem drehbeweglich angeordneten Drehring (8). Der Drehschieber (6) ist mit aus Profilköpfen (12.1) und Profilenden (12.2) bestehenden Steuerprofilen (12) versehen, zwischen denen Steuerschlitze (13) gebildet sind, wobei die Profilköpfe (12.1) auf dem Drehring (8) und die Profilenden (12.2) auf dem Festring (7) angeordnet sind und in der Berührungsebene von Drehring (8) und Festring (7) die Breite des Steuerschlitzes (13) gleich der Breite des Steuerprofils (12) ist. Zwischen den Profilenden (12.2) in dem Festring (7) sind Schaufeln (14) angeordnet, die jeden Steuerschlitz (13) des Festringes (7) in zwei Teilschlitze (13.1, 13.2) aufteilen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Drehschieber zur Steuerung des Dampfdurchsatzes bei einer Dampfturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
  • Als Axial-,oder Radialdrehschieber ausgebildete Drehschieber dienen zur Steuerung des Dampfdurchsatzes bei einer Dampfturbine. Mit dem unbeweglichen Festring und dem konzentrisch auf diesem drehbeweglich angeordneten Drehring, dessen Winkelstellung durch einen Servomotor veränderbar ist, gelingt es, die in den beiden Ringen vorgesehenen Steuerschlitze mehr oder weniger zu öffnen oder zu schließen. Derartige Drehschieber sind im Vergleich zu den sonst im Dampfturbinenbau zur Steuerung von Dampfentnahmen verwendeten Ventilen relativ einfach aufgebaut und weisen auch noch einige andere Vorzüge auf.
  • Ein gattungsgemäßer Drehschieber für eine Dampfturbine ist aus der DE 19 620 949 A1 bekannt. Der bekannte Drehschieber erzielt lediglich bei voller Öffnung den besten Wirkungsgrad für die Dampfturbine, da in dieser Stellung die Steuerschlitze optimal durchströmt sind. Wird der Drehschieber in Schließrichtung bewegt, indem die Profilköpfe im Drehring vor die Steuerschlitze im Festring geschoben werden, kommt es im teilweise geschlossenen Zustand des Drehschiebers an den Kanten der Profilköpfe und der Profilenden zu starken Verwirbelungen. Aufgrund solcher Verwirbelungen ist der Wirkungsgrad der Dampfturbine bei Teillast deutlich schlechter.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Drehschieber so zu gestalten, dass der Wirkungsgrad der Dampfturbine im Teillastbereich verbessert wird.
  • Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Drehschieber erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber können die Profilköpfe des Drehringes beide Teilschlitze des Steuerschlitzes freigeben oder überdecken. Zusätzlich ist es möglich, dass die Profilköpfe des Drehringes bei halber Öffnung des Drehschiebers jeweils einen der Teilschlitze verschließen, während der andere Teilschlitz geöffnet ist. Die Hälfte der Teilschlitze ist daher geöffnet und kann optimal und ungestört durchströmt werden. Auf diese Weise wird auch bei Halblast ein hoher Wirkungsgrad erreicht und die Verringerung des Wirkungsgrades bei den sonstigen Teillasten weniger stark beeinflusst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    den Querschnitt durch eine Dampfturbine mit einem Radialdrehschieber,
    Fig. 2
    den Längsschnitt durch einen Teilbereich einer Dampfturbine mit einem Axialdrehschieber und
    Fig. 3 bis 5
    die teilweise Abwicklung des Drehschiebers, und zwar in Offenstellung des Drehschiebers (Fig. 3), in Geschlossenstellung des Drehschiebers (Fig. 4) und in Halboffenstellung des Drehschiebers (Fig. 5).
  • Von einer mehrstufigen Dampfturbine ist in der Fig. 2 nur der Mitteldruckteil gezeigt. Die Dampfturbine enthält ein Turbinengehäuse 1, in dem ein Turbinenrotor 2 umläuft. Der Turbinenrotor 2 ist mit Laufschaufeln 3 bestückt. Zwischen den Laufschaufeln 3 befinden sich feststehende Leitschaufeln 4, die an einem mit dem Turbinengehäuse 1 verbundenen Leitschaufelträger 5 aufgehängt sind.
  • Vor dem durch die Laufschaufeln 3 und die Leitschaufeln 4 gebildeten Strömungskanal der Dampfturbine ist ein als Axialdrehschieber ausgebildeter Drehschieber 6 zur Steuerung des Dampfdurchsatzes durch die Dampfturbine angeordnet (Fig. 2). Die Gestaltung des nachfolgend beschriebenen Drehschiebers kann bei entsprechender Anordnung innerhalb der Dampfturbine auch auf einen Radialdrehschieber angewendet werden, wie er in Fig. 1 dargestellt ist.
  • Der Drehschieber 6 weist einen Festring 7 und einen Drehring 8 auf. Der Festring 7 ist mit dem Leitschaufelträger 5 fest verbunden. Der Drehring 8 ist konzentrisch auf dem Festring 7 drehbeweglich angeordnet. Zum drehbeweglichen Verstellen des Drehringes 8 gegenüber dem Festring 7 dient ein Servomotor 9. Der zum Verstellen des in Fig. 1 dargestellten Radialdrehringes dienende Servomotor 9 greift über eine Anlenkspindel 10 und einen Anlenkhebel 11 an dem Drehring 8 an. Über den Hub des Servomotors 9 wird ein Verdrehen des Drehringes 8 bewirkt.
  • Der Drehschieber 6 ist mit Steuerprofilen 12 versehen, zwischen denen Steuerschlitze 13 gebildet sind. Im Falle des Axialdrehschiebers liegen die Steuerschlitze 13 koaxial zu dem Strömungskanal der Dampfturbine und sind in der Fig. 3 als voll geöffnet gezeigt. Die Steuerprofile 12 sind geschnitten und weisen jeweils einen Profilkopf 12.1 und ein Profilende 12.2 auf. Die Profilköpfe 12.1 sind in dem Drehring 8 und die Profilenden 12.2 sind in dem Festring 7 angeordnet. Im voll geöffneten Zustand des Drehschiebers 6 (Fig. 3) liegen die Profilköpfe 12.1 und die Profilenden 12.2 formschlüssig aufeinander und bilden durch ihre aerodynamisch optimierte Form nur einen relativ geringen Widerstand für den in Pfeilrichtung den Laufschaufeln 3 des Turbinenrotors 2 zuströmenden Dampf.
  • Die Steuerprofile 12 und die Steuerschlitze 13 sind so aufeinander abgestimmt, dass in der Berührungsebene zwischen Drehring 8 und Festring 7 die Breite der Steuerprofile 12 gleich der Breite der Steuerschlitze 13 ist. Zwischen den Profilenden 12.2 der Steuerprofile 12 innerhalb des Festringes 7 sind aerodynamisch geformte Schaufeln 14 angeordnet. Die Schaufeln 14 teilen die Steuerschlitze 13 zwischen jeweils zwei Profilenden 12.2 in zwei Teilschlitze 13.1, 13.2. Die Schaufeln 14 sind vorzugsweise mittig innerhalb des Steuerschlitzes 13 angeordnet, so dass jeweils zwei gleich breite Teilschlitze 13.1, 13.2 gebildet sind.
  • Eine solche Anordnung wird gewählt, wenn der Teillastpunkt bei 50% der Volllast liegt. Die Schaufeln 14 können auch außerhalb der Mitte des Steuerschlitzes 13 angeordnet werden, wenn der gewünschte Teillastpunkt nicht auf 50% liegt.
  • Die Bedeutung der durch die Schaufeln 14 gebildeten Teilschlitze 13.1, 13.2 wird aus der Fig. 5 in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 deutlich. In der Fig. 3 ist der Drehring 8 gegenüber dem Festring 7 so weit verdreht, dass die Profilköpfe 12.1 formschlüssig auf den Profilenden 12.2 liegen und die Steuerprofile 12 freigegeben sind. Die Steuerschlitze 13 können optimal und ungestört von dem Dampf durchströmt werden.
  • Durch ein Verdrehen des Drehringes 8 gegenüber dem Festring 7 kann erreicht werden, dass die Profilköpfe 12.1 formschlüssig an den Kanten der Profilenden 12.2 anliegen und die Steuerschlitze 13 mit den Teilschlitzen 13.1, 13.2 vollständig überdecken und ein Durchtritt von Dampf gesperrt ist (Fig. 4).
  • Bei Halblast ist gemäß Fig. 5 der Drehring 8 gegenüber dem Festring 7 so weit verdreht, dass jeder Profilkopf 12.1 teilweise formschlüssig an den Profilenden 12.2 anliegt und gerade einen Teilschlitz 13.1 überdeckt und den anderen Teilschlitz 13.2 freigibt. In einer solchen Stellung ist der geöffnete Teilschlitz 13.2 wiederum optimal und ungestört von Dampf durchströmt.

Claims (4)

  1. Drehschieber zur Steuerung des Dampfdurchsatzes bei einer Dampfturbine, mit einem unbeweglichen Festring (7) und einem konzentrisch auf diesem drehbeweglich angeordneten Drehring (8), dessen Winkelstellung durch einen Servomotor (9) veränderbar ist, wobei der Drehschieber (6) mit aus Profilköpfen (12.1) und Profilenden (12.2) bestehenden Steuerprofilen (12) versehen ist, zwischen denen Steuerschlitze (13) gebildet sind, wobei die Profilköpfe (12.1) auf dem Drehring (8) und die Profilenden (12.2) auf dem Festring (7) angeordnet sind und wobei in der Berührungsebene von Drehring (8) und Festring (7) die Breite des Steuerschlitzes (13) gleich der Breite des Steuerprofils (12) ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen den Profilenden (12.2) in dem Festring (7) Schaufeln (14) angeordnet sind, die jeden Steuerschlitz (13) des Festringes (7) in zwei Teilschlitze (13.1, 13.2) aufteilen.
  2. Drehschieber nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaufeln (14) mittig innerhalb der Steuerschlitze (13) angeordnet sind.
  3. Drehschieber nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mittig angeordneten Schaufeln (14) gleich große Teilschlitze (13.1; 13.2) der Steuerschlitze (13) bilden.
  4. Drehschieber nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaufeln (14) außerhalb der Mitte der Steuerschlitze (13) (verschiebbar) angeordnet sind.
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