EP2295725A1 - Fluid flow engine with steam removal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, umfassend einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes inneres Innengehäuse und äußeres Innengehäuse und einen um das innere und äußere Innengehäuse angeordnetes Außengehäuse, wobei das äußere Innengehäuse entlang eines Bereichs der Rotationsachse um das innere Innengehäuse angeordnet ist, wobei zwischen dem Rotor und dem inneren und äußeren Innengehäuse ein Strömungsbereich zum Strömen eines Strömungsmediums ausgebildet ist.The invention relates to a turbomachine comprising a rotor rotatably mounted about a rotation axis, an inner inner casing and outer inner casing disposed around the rotor, and an outer casing disposed around the inner and outer inner casings, the outer inner casing being arranged along a portion of the rotation axis around the inner inner casing is, wherein between the rotor and the inner and outer inner housing, a flow region for flowing a flow medium is formed.
Unter einer Strömungsmaschine wird beispielsweise eine Dampfturbine verstanden. Eine Dampfturbine weist üblicherweise einen drehbar gelagerten Rotor und ein Innengehäuse auf, das um den Rotor angeordnet ist. Zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse ist ein Strömungskanal ausgebildet. Das Gehäuse einer Dampfturbine muss mehrere Funktionen erfüllen können. Zum einen werden die Leitschaufeln im Strömungskanal am Gehäuse angeordnet und zum anderen muss das Innengehäuse dem Druck und den Temperaturen des Strömungsmediums für alle Last- und Betriebszuständestandhalten. Bei einer Dampfturbine ist das Strömungsmedium Dampf. Des Weiteren muss das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass Zu- und Abführungen, die auch als Anzapfungen bezeichnet werden, möglich sind. Des Weiteren muss das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass die Wellenenden durch das Gehäuse durchführbar sind. Bei den im Betrieb auftretenden hohen Spannungen, Drücken und Temperaturen ist es erforderlich, dass die Werkstoffe geeignet ausgewählt werden sowie die Konstruktion derart gewählt ist, dass die mechanische Integrität und Funktionalität ermöglicht wird. Dafür ist es erforderlich, dass hochwertige Werkstoffe zum Einsatz kommen, insbesondere im Bereich der Einströmung und im Bereich der ersten Leitschaufelnuten.Under a turbomachine, for example, a steam turbine is understood. A steam turbine usually has a rotatably mounted rotor and an inner housing which is arranged around the rotor. Between the rotor and the inner housing, a flow channel is formed. The housing of a steam turbine must be able to fulfill several functions. On the one hand, the guide vanes are arranged in the flow channel on the housing and on the other hand, the inner housing must withstand the pressure and the temperatures of the flow medium for all load and operating conditions. In a steam turbine, the flow medium is steam. Furthermore, the housing must be designed such that inlets and outlets, which are also referred to as taps, are possible. Furthermore, the housing must be designed such that the shaft ends are feasible through the housing. The high voltages, pressures, and temperatures that occur during operation require that the materials be properly selected and that the design be selected to provide mechanical integrity and functionality. This requires that high-quality materials are used, in particular in the area of the inflow and in the area of the first guide vanes grooves.
In Dampfturbinen als Ausführungsform einer Strömungsmaschine ist es in der Regel erforderlich, Strömungsmedium aus so genannten Anzapfungen aus dem Strömungsbereich zu entnehmen. Um den Anforderungen gerecht zu werden und damit die erforderlichen Anzapfdrücke des zu entnehmenden Strömungsmediums geeignet ist, sollten die Anzapfpositionen innerhalb des Strömungsbereichs möglichst frei wählbar sein. Bei einem dreischaligen Dampfturbinendesign, bei dem ein inneres und ein äußeres Innengehäuse um den Rotor angeordnet sind und zwischen dem Rotor und dem äußeren und inneren Innengehäuse ein Strömungsbereich ausgebildet ist, werden die Anzapfpositionen an der Stoßstelle zwischen dem inneren und dem äußeren Innengehäuse angeordnet. Das bedeutet, dass der Anzapfdampf zwischen dem inneren und äußeren Innengehäuse entnommen wird. Allerdings wird dadurch die axiale Positionierung der Anzapfung stark eingeschränkt und kann zu einem erhöhten Wärmeverbrauch sowie zu einer Minderleistung führen.In steam turbines as an embodiment of a turbomachine, it is usually necessary to remove flow medium from so-called taps from the flow area. In order to meet the requirements and thus the necessary bleed pressures of the flow medium to be taken is suitable, the bleed positions should be as freely as possible within the flow range. In a three-shell steam turbine design in which inner and outer housings are disposed about the rotor and a flow area is formed between the rotor and the outer and inner inner housings, the tap positions are located at the junction between the inner and outer housings. This means that the bleed steam is taken between the inner and outer inner casing. However, this greatly restricts the axial positioning of the tapping and can lead to increased heat consumption and reduced performance.
Wünschenswert wäre es, wenn die Möglichkeit zur Verfügung stünde, die axiale Positionierung der Anzapfung frei wählen zu können.It would be desirable if the possibility were available to be able to freely choose the axial positioning of the tap.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Dampfturbine anzubieten, bei der die Anzapfung in axialer Richtung variabel ist.At this point, the invention begins, whose task is to offer a steam turbine, in which the tap is variable in the axial direction.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strömungsmaschine, umfassend einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, ein um den Rotor angeordnetes inneres Innengehäuse und ein äußeres Innengehäuse und ein um das innere und äußere Innengehäuse angeordnetes Außengehäuse, wobei das äußere Innengehäuse entlang eines Bereichs der Rotationsachse um das innere Innengehäuse angeordnet ist, wobei zwischen dem Rotor und dem inneren und äußeren Innengehäuse ein Strömungsbereich zum Strömen eines Strömungsmediums ausgebildet ist, wobei eine Dichtung zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse angeordnet ist und in dem inneren und/oder äußeren Innengehäuse eine Anzapfbohrung zum Entnehmen von Strömungsmedium aus dem Strömungsbereich angeordnet ist.This object is achieved by a turbomachine comprising a rotor rotatably mounted about a rotation axis, an inner inner housing disposed about the rotor, and an outer inner housing and an outer housing disposed about the inner and outer inner housings, the outer inner housing being disposed along a portion of the axis of rotation about the axis inner inner casing is arranged, wherein between the rotor and the inner and outer inner casing, a flow region for flowing a flow medium is formed, wherein a seal between the inner inner casing and the outer inner casing is arranged and in the inner and / or Outer inner housing a tapping hole for removing flow medium from the flow area is arranged.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, nicht wie bisher üblich, den Dampf an der Stoßstelle zwischen dem inneren und äußeren Innengehäuse zu entnehmen, sondern eine Dichtung zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse anzuordnen und eine Anzapfbohrung an der Stelle im inneren und/oder äußeren Innengehäuse anzuordnen, der zum Entnehmen des geeigneten Anzapfdampfes geeignet ist. Dadurch, dass nunmehr kein Dampf mehr an der Stoßstelle zwischen dem inneren und dem äußeren Innengehäuse strömbar ist, kann die axiale Position der Anzapfbohrung entlang des Strömungsbereichs im Wesentlichen frei gewählt werden.An essential idea of the invention is not to remove the vapor at the joint between the inner and outer inner casing as before, but to arrange a seal between the inner inner casing and the outer inner casing and a tapping hole at the point in the inner and / or to arrange outer inner housing, which is suitable for removing the appropriate bleed steam. Due to the fact that now no more steam can be flowed at the joint between the inner and the outer inner casing, the axial position of the tapping bore can be selected substantially freely along the flow region.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments are specified in the subclaims.
So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung zwischen dem inneren und dem äußeren Innengehäuse eine Labyrinthdichtung angeordnet. Zum einen lassen sich Labyrinthdichtungen vergleichsweise einfach in das innere und das äußere Innengehäuse einarbeiten. Dazu werden lediglich die so genannten Dichtlippen in Nuten eingestemmt. Des Weiteren lässt sich ein mit Labyrinthdichtungen ausgeführtes äußeren und inneren Innengehäuse leichter montieren.Thus, in a first advantageous development, a labyrinth seal is arranged between the inner and the outer inner housing. On the one hand, labyrinth seals can be relatively easily incorporated into the inner and outer inner casings. For this purpose, only the so-called sealing lips are caulked in grooves. Furthermore, it is easier to mount an outer and inner inner housing made with labyrinth seals.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse eine Bürstendichtung angeordnet. Bürstendichtungen, die im Vergleich zu Labyrinthdichtungen keine berührungslosen Dichtungen darstellen, haben den Vorteil, dass sie eine höhere Dichtwirkung zeigen als die Labyrinthdichtungen. Des Weiteren lässt sich ein mit Bürstendichtungen ausgeführte Stoßstelle zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse einfacher montieren, was zu einer Beschleunigung der Montagezeit und Herstellungszeit führt.In a further advantageous development, a brush seal is arranged between the inner inner housing and the outer inner housing. Brush seals, which are not non-contact seals in comparison to labyrinth seals, have the advantage that they show a higher sealing effect than the labyrinth seals. Furthermore, a joint made with brush seals is easier to mount between the inner inner case and the outer inner case, resulting in an acceleration of assembly time and manufacturing time.
Vorteilhafterweise wird zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse eine I-Ring-Dichtung angeordnet. Mittels einer I-Ring-Dichtung wird eine sehr hohe Dichtheit erreicht. Allerdings ist eine I-Ring-Dichtung vergleichsweise schwer herzustellen.Advantageously, an I-ring seal is arranged between the inner inner housing and the outer inner housing. By means of an I-ring seal a very high tightness is achieved. However, an I-ring seal is comparatively difficult to manufacture.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird an der Stoßstelle zwischen dem inneren Innengehäuse und dem äußeren Innengehäuse eine Abstufung ausgeführt. Das bedeutet, dass die Stoßstelle nicht gerade ausgeführt ist, sondern eine Stufe umfasst. Dadurch ist es möglich, Turbinenschaufelstufen im Bereich der Stoßstelle anzuordnen, wobei in axialer Richtung eine Variationsmöglichkeit besteht.In a further advantageous development, a gradation is performed at the joint between the inner inner housing and the outer inner housing. This means that the joint is not straight, but includes a step. This makes it possible to arrange turbine blade stages in the region of the joint, wherein there is a possibility of variation in the axial direction.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Bauteile mit derselben Funktionsweise sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Components with the same mode of operation are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:
- Figur 1
- eine Schnittdarstellung durch eine dreischalige Dampfturbine;
Figur 2- eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils der Dampfturbine aus
Figur 1 ; Figur 3- eine vergrößerte Darstellung einer Stoßstelle aus
;Figur 2 Figur 4- eine alternative Ausführungsform einer Stoßstelle;
Figur 5- eine vergrößerte Darstellung der alternativen Ausführungsform der Stoßstelle.
- FIG. 1
- a sectional view through a three-bladed steam turbine;
- FIG. 2
- an enlarged sectional view of a part of the steam turbine
FIG. 1 ; - FIG. 3
- an enlarged view of a joint
FIG. 2 ; - FIG. 4
- an alternative embodiment of a joint;
- FIG. 5
- an enlarged view of the alternative embodiment of the joint.
Die in der
Innerhalb des äußeren Innengehäuses 3 und des inneren Innengehäuses 4 ist ein Rotor 5 um eine Rotationsachse 6 drehbar gelagert. Zwischen dem äußeren Innengehäuse 3 und dem Rotor 5 sowie zwischen dem inneren Innengehäuse 4 und dem Rotor 5 ist ein Strömungskanal 7 ausgebildet. Der Übersichtlichkeit wegen sind einzelne Lauf- und Leitschaufeln nicht näher dargestellt. Die Leitschaufeln werden am inneren Innengehäuse 4 und am äußeren Innengehäuse 3 angeordnet. Auf den Rotor 5 werden die Laufschaufeln derart angeordnet, dass im Strömungskanal 7 die thermische Energie eines Dampfes in Rotationsenergie umgewandelt werden kann.Within the outer
Dampf strömt über einen nicht näher dargestellten Dampfeintrittsbereich zunächst in einen ersten Strömungsbereich 8, der zwischen dem inneren Innengehäuse 4 und dem Rotor 5 angeordnet ist.Steam flows via a steam inlet region, not shown, first into a
Der im ersten Strömungsbereich 8 strömende Dampf strömt in einer Strömungsrichtung 9 entlang des Strömungskanals 7. Die in
Der Bereich, in dem das innere Innengehäuse 4 und das äußere Innengehäuse 3 nebeneinander liegen, wird auch als Stoßstelle 11 bezeichnet. Diese Stoßstelle 11 wird mittels einer Dichtung, die in der
In der
In der
In der
Die Ausführung der Stoßstelle 11 mit der Abstufung 13, 14 ermöglicht eine bessere Ausnutzung der axialen Länge für die Lage der Beschaufelung bei gleichzeitig optimaler Wahl des Dampfzustands für den Anzapfdampf.The execution of the joint 11 with the
Claims (5)
umfassend einen um eine Rotationsachse (6) drehbar gelagerten Rotor (5), ein um den Rotor (5) angeordnetes inneres Innengehäuse (4) und ein äußeres Innengehäuse (3) und ein um das innere (4) und äußere (3) Innengehäuse angeordnetes Außengehäuse (2),
wobei das äußere Innengehäuse (3) entlang eines ersten Strömungsbereiches (8) der Rotationsachse (6) um das innere Innengehäuse (4) angeordnet ist,
wobei zwischen dem Rotor (5) und dem inneren (4) und äußeren (3) Innengehäuse ein Strömungskanal (7) zum Strömen eines Strömungsmediums ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Dichtung zwischen dem inneren Innengehäuse (4) und dem äußeren Innengehäuse (3) angeordnet ist und
in dem inneren (4) und/oder äußeren (3) Innengehäuse eine Anzapfbohrung (16) zum Entnehmen von Strömungsmedium aus dem Strömungskanal (7) angeordnet ist.Turbomachine (1),
comprising a rotor (5) mounted rotatably about a rotation axis (6), an inner inner housing (4) arranged around the rotor (5) and an outer inner housing (3) and an inner housing arranged around the inner (4) and outer (3) Outer housing (2),
the outer inner housing (3) being arranged along a first flow region (8) of the axis of rotation (6) around the inner inner housing (4),
wherein between the rotor (5) and the inner (4) and outer (3) inner housing, a flow channel (7) is formed for flowing a flow medium,
characterized in that
a seal between the inner inner housing (4) and the outer inner housing (3) is arranged and
in the inner (4) and / or outer (3) inner housing a tapping hole (16) for removing flow medium from the flow channel (7) is arranged.
wobei zwischen dem inneren Innengehäuse (4) und dem äußeren Innengehäuse (3) eine Labyrinthdichtung angeordnet ist.Turbomachine according to claim 1,
wherein between the inner inner housing (4) and the outer inner housing (3) a labyrinth seal is arranged.
wobei zwischen dem inneren Innengehäuse (4) und dem äußeren Innengehäuse (3) eine Bürstendichtung angeordnet ist.Turbomachine according to claim 1,
wherein between the inner inner housing (4) and the outer inner housing (3) a brush seal is arranged.
wobei zwischen dem inneren Innengehäuse (4) und dem äußeren Innengehäuse (3) eine I-Ring-Dichtung angeordnet ist.Turbomachine according to claim 1,
wherein between the inner inner housing (4) and the outer inner housing (3) an I-ring seal is arranged.
wobei eine Stoßstelle (11) zwischen dem inneren Innengehäuse (4) und dem äußeren Innengehäuse (3) angeordnet ist und das innere Innengehäuse (4) und das äußere Innengehäuse (3) an der Stoßstelle (11) gestuft ausgeführt ist.Turbomachine according to one of the preceding claims,
wherein a joint (11) between the inner inner housing (4) and the outer inner housing (3) is arranged and the inner inner housing (4) and the outer inner housing (3) at the joint (11) stepped executed.
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Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20110917 |